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1、第三章 铁 金属材料,第一节 铁及其化合物,知识铺垫,新知预习,自主测试,1.铁生锈的条件是与水、空气同时接触。 2.光亮的铁丝在空气中能否燃烧?铁丝在纯氧中燃烧的现象如何?请写出相应的化学方程式。 提示铁丝在空气中不能燃烧。铁丝在氧气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体。3Fe+2O2 Fe3O4。 3.铁与盐酸、CuSO4溶液发生反应的离子方程式分别为Fe+2H+=Fe2+H2, Fe+Cu2+=Fe2+Cu。 4.将几滴FeCl3饱和溶液滴入沸腾的蒸馏水中,继续加热至液体呈红褐色,停止加热。所得液体即为氢氧化铁胶体。,知识铺垫,新知预习,自主测试,一、铁元素概述 1.自然界中的铁:既有单质
2、(陨铁中的铁单质)形态又有化合物(矿石中+2、+3价铁的化合物)形态。 2.含量:铁在地壳中含量居第四位,仅次于氧、硅、铝。 3.开发利用:春秋初年我国已掌握了冶铁技术。工业炼铁原理(以Fe2O3为例)3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2。,知识铺垫,新知预习,自主测试,二、铁的单质 1.物理性质 铁有延展性、导热性、导电性,但其导电性不如铜和铝,铁还能被磁铁吸引。其熔、沸点较高,熔点:1 535 、沸点:2 750 。密度:7.86 gcm-3。 2.化学性质 (1)与非金属单质(O2、Cl2等)反应,如Fe与Cl2反应: 2Fe+3Cl2 2FeCl3。 (2)与盐酸、稀硫酸反应:Fe+2
3、H+=Fe2+H2(离子方程式)。 (3)与某些盐反应,如Fe与CuSO4溶液反应:Fe+Cu2+=Fe2+Cu(离子方程式)。,知识铺垫,新知预习,自主测试,(4)与水反应,通常铁与冷水和热水均不反应,但铁可与水蒸气反应。,知识铺垫,新知预习,自主测试,【微思考1】金属铁通过哪些类型的反应可直接生成Fe3O4?,知识铺垫,新知预习,自主测试,三、铁的重要化合物 1.铁的氧化物,知识铺垫,新知预习,自主测试,知识铺垫,新知预习,自主测试,2.铁的氢氧化物,知识铺垫,新知预习,自主测试,3.铁盐、亚铁盐 (1)Fe3+的检验,知识铺垫,新知预习,自主测试,(2)Fe2+和Fe3+的转化,写出下列
4、反应的离子方程式: FeCl3溶液与铁粉:2Fe3+Fe=3Fe2+。 FeCl2溶液与氯水:2Fe2+Cl22Fe3+2Cl-。 FeCl3溶液与覆铜板:2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+。 【微思考2】Fe、FeSO4和Fe2(SO4)3三种物质中,哪种物质可做氧化剂,哪种可做还原剂,哪种既可做氧化剂又可做还原剂? 提示Fe、FeSO4和Fe2(SO4)3三种物质中铁元素的化合价分别为0、+2、+3价,根据含元素最高价的物质只能做氧化剂,含元素最低价的物质只能做还原剂,处于中间价态的物质既可做氧化剂又可做还原剂得出结论:Fe2(SO4)3可做氧化剂,Fe可做还原剂,FeSO4既可做氧化剂又
5、可做还原剂。,知识铺垫,新知预习,自主测试,1.判断正误(正确的打“”,错误的打“”)。 (1)Fe与H2O(g)反应生成Fe2O3和H2。 ( ) (2)铁有多种氧化物,且均为黑色固体。 ( ) (3)Fe3O4中的Fe化合价有+2和+3价,Fe3O4为混合物。 ( ) (4)Fe(OH)2和Fe(OH)3均为弱碱,均与盐酸反应生成盐和H2O。 ( ) (5)Fe(OH)2易被溶解在溶液中的O2氧化为Fe(OH)3。( ) (6)Fe2+遇到氧化剂Cl2、KMnO4、H2O2均被氧化为Fe3+。 ( ) (7)FeCl3溶液与Fe、Cu反应,体现了FeCl3的还原性。 ( ) (8)Fe3+
6、遇KSCN溶液可生成红色沉淀。 ( ) 答案(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8),知识铺垫,新知预习,自主测试,2.下列关于铁与水蒸气反应的说法中不正确的是 ( ) A.反应中有氢气产生 B.此反应需在高温条件下才能发生 C.生成的铁的化合物中铁全部呈+3价 D.该反应中水做氧化剂 答案C 解析Fe与H2O(g)反应生成Fe3O4和H2,Fe3O4中Fe的化合价既有+2价又有+3价。,知识铺垫,新知预习,自主测试,3.下列离子方程式中正确的是( ) A.铁与盐酸反应:2Fe+6H+=2Fe3+3H2 B.氯气与氯化亚铁溶液反应:2FeCl2+Cl2=2FeCl3 C.
7、氯化铁溶液与铁反应:Fe3+Fe=2Fe2+ D.氯化铁溶液与氢氧化钠溶液反应:Fe3+3OH-=Fe(OH)3 答案D 解析由于盐酸中H+的氧化性弱,故铁与盐酸反应时,Fe只能被氧化为Fe2+,A错误;B项是化学方程式,不是离子方程式,FeCl2中Cl-实际不参加反应,应删去;C项中电荷不守恒。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,“Fe、Fe2+、Fe3+”的三角转化关系 问题探究 1.【实验探究】,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,2.Fe(OH)3、FeCl3、FeCl2是否都可由化合反应得到?请写出可能的化学方程式。 提示它们均可由化合反应得到,反应的化学方程式为,
8、3.如何除去FeCl3溶液中混有的FeCl2?如何除去FeCl2溶液中混有的FeCl3? 提示通入Cl2;加入铁粉。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,深化拓展 1.“铁三角”转化关系,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,2.含铁物质的分离与除杂,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,素能应用 典例1已知有以下物质相互转化:,试回答: (1)B的化学式为 ,D的化学式为 。 (2)写出由E转变成F的化学方程式: 。 (3)常用 检验G中的阳离子,其现象为 。 (4)向G溶液加入A的有关反应的离子方程式为 。,探究一,探究二,探
9、究三,素养脉络,随堂检测,答案(1)FeCl2 KCl (2)4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3 (3)KSCN溶液 棕黄色溶液变为红色溶液 (4)2Fe3+Fe=3Fe2+ 解析根据流程图,推知D溶液为KCl溶液,H为AgCl,E为Fe(OH)2,F为Fe(OH)3,G为FeCl3,然后根据图中物质间的转化关系,推知A为Fe,B为FeCl2,C为KOH。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,变式训练1-1欲除去FeSO4溶液中含有的CuSO4和Fe2(SO4)3等少量杂质,应选用的试剂是( ) A.氨水 B.铝粉 C.铁粉 D.NaOH溶液 答案C 解析加入铁粉后,C
10、u2+Fe=Cu+Fe2+,2Fe3+Fe=3Fe2+,然后将过量的铁粉及Cu过滤即可。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,变式训练1-2按下图要求写出下列三个反应的化学方程式,属于离子反应的只写出离子方程式。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,答案(1)Fe3O4+8H+=Fe2+2Fe3+4H2O (2)4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3 (3)Fe(OH)3+3H+=Fe3+3H2O 解析此题从反应转化过程来看,唯一能作为解题突破口的是红褐色固体F。结合题意不妨设F即为Fe(OH)3固体。由题可知,A在不同条件下反应能得到C和D,而由A经反应得到的B在
11、同一反应中能产生C和D,C应为低价态,C经反应得到E,而E经O2氧化可得FFe(OH)3。由此可判断E为Fe(OH)2,则C含Fe2+,所以D含Fe3+,而B则应是Fe3O4,A是Fe。把推断的结论进行验证,符合题意。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,Fe2+、Fe3+的检验方法 问题探究 1.含有Fe2+、Fe3+的溶液分别呈什么颜色? 提示浅绿色;棕黄色。 2.向FeCl2溶液、FeCl3溶液中分别滴加NaOH溶液,各有什么现象? 提示向FeCl2溶液中加入NaOH溶液,会看到有白色沉淀生成,且白色沉淀迅速变为灰绿色,过一段时间后还会有红褐色物质生成。而向FeCl3溶液中滴加N
12、aOH溶液,可直接看到有红褐色沉淀生成。 3.如何设计实验证明某溶液中含有Fe2+? 提示加入KSCN溶液,不变色,再通入氯气,溶液呈红色。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,深化拓展 Fe2+、Fe3+的检验 (1)直接观察颜色,(2)利用氢氧化物沉淀的颜色,(3)利用显色反应,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,(4)利用Fe2+的还原性,(5)利用Fe3+的氧化性,【特别提醒】1.Fe3+与SCN-作用时,生成红色溶液,而不是红色沉淀。 2.当Fe2+和Fe3+共存时,检验Fe2+时需用酸性KMnO4溶液。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,素能应用 典例2下
13、列离子的检验方法合理的是( ) A.向某溶液中滴入KSCN溶液呈红色,说明不含Fe2+ B.向某溶液中通入Cl2,然后再加入KSCN溶液变红色,说明原溶液中含有Fe2+ C.向某溶液中加入NaOH溶液,得到红褐色沉淀,说明溶液中含有Fe3+ D.向某溶液中加入NaOH溶液得白色沉淀,又观察到颜色逐渐变为红褐色,说明溶液中含有Fe2+,不含有Mg2+ 答案C 解析A项说明含Fe3+,但不能说明是否含Fe2+;B项说明通入Cl2后溶液中含有Fe3+,不能说明原溶液中是否含有Fe2+;D项,因为Mg(OH)2为白色沉淀,Fe(OH)2转化为Fe(OH)3时的颜色变化会掩盖其他白色沉淀的现象,所以当溶
14、液中含有Mg2+时,会出现同样的题述现象,故D项不能说明溶液中是否含Mg2+。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,变式训练2证明某溶液中只含有Fe2+而不含有Fe3+的实验方法是( ) A.先滴加氯水,再滴加KSCN溶液后显红色 B.只需滴加KSCN溶液 C.先滴加KSCN溶液,不显红色,再滴加氯水后显红色 D.滴加酸性高锰酸钾溶液后溶液褪色 答案C 解析如果直接加KSCN溶液,不变红色,只能证明不含有Fe3+,不能证明含有Fe2+;先加氯水,再加KSCN溶液后显红色,只能证明加氯水后溶液中含有Fe3+,至于加氯水前是否有Fe3+是无法确定的,A项、B项错误;先滴加KSCN溶液,不显
15、红色,证明不含有Fe3+,再滴加氯水后显红色,证明加氯水后溶液中含有Fe3+,所以原溶液中含Fe2+,C项正确;滴加酸性高锰酸钾溶液后溶液褪色,说明原溶液中含Fe2+,不能证明滴加酸性高锰酸钾之前溶液不含有Fe3+,D项错误。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,Fe(OH)3和Fe(OH)2的实验室制备方法 问题探究 【实验探究】在两支试管里分别加入少量的FeCl3和新制FeSO4溶液,然后滴入NaOH溶液,观察并记录现象。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,思考探究下列问题: 1.两试管中有什么现象?久置于空气中又有什么现象? 提示甲中生成红褐色沉淀,久置不变色;乙中生成
16、白色沉淀,且沉淀迅速变成灰绿色,过一段时间后有红褐色物质生成。 2.在制备Fe(OH)2时,为什么要用新制的FeSO4溶液并将吸有NaOH溶液的胶头滴管尖嘴插入液面以下? 提示用新制的FeSO4溶液是为了防止Fe2+被氧化成Fe3+;滴管尖嘴插入液面以下是为了防止生成的Fe(OH)2与O2接触而被氧化。 3.在实验中,若想长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀,除使用新制FeSO4溶液外,还应创造一个怎样的反应环境? 提示因为Fe(OH)2易被氧气氧化而发生颜色变化,故应尽可能创造无氧环境以防止Fe(OH)2被氧化。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,深化拓展 制备Fe(OH)2的
17、措施 (1)含Fe2+的溶液必须是新制的,并放入Fe粉,以防Fe2+被氧化成Fe3+。 (2)除去溶液中溶解的O2,其方法是加热煮沸NaOH溶液。 (3)长胶头滴管末端插入试管内的液面以下。 (4)在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封。 (5)在容器内充满H2等气体,保证无O2环境。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,素能应用 典例3下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( ),A. B. C. D.,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,答案B 解析因为Fe(OH)2易被氧气氧化成Fe(OH)3,故要长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀,就要排除装置中的空气
18、或氧气。装置是先用H2将装置中的空气排尽,并使生成的Fe(OH)2处在氢气的保护中;中液面上加植物油阻止了空气进入;由于能接触到空气,故不能较长时间观察到白色沉淀。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,变式训练3下列关于氢氧化亚铁及其制备方法的叙述中,不正确的是 ( ) A.氢氧化亚铁易被空气氧化 B.氢氧化亚铁为灰绿色絮状沉淀 C.可利用如图所示装置制备氢氧化亚铁 D.实验中所用氢氧化钠溶液应预先煮沸,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,答案B 解析氢氧化亚铁(纯净的)是白色絮状沉淀,易被氧气氧化,B项错误;实验室可利用亚铁盐溶液与碱溶液反应制备氢氧化亚铁,例如用FeSO4溶
19、液与NaOH溶液反应来制备Fe(OH)2,为了防止Fe(OH)2被溶解在溶液中的氧气氧化,所用氢氧化钠溶液应预先煮沸将氧气排出,然后利用题给装置制备Fe(OH)2,且滴加NaOH溶液的胶头滴管应插入FeSO4溶液中,当制得的Fe(OH)2部分被氧化时,沉淀呈灰绿色。故A、C、D三项均正确。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,1.铁在一定条件下与O2、水蒸气反应的共同产物是( ) A.FeO B.Fe2O3 C.Fe3O4 D.Fe(OH)2 答案C 解析铁在氧气中点燃生成Fe3O4,与H2O(g)在高温下反应也生成Fe3O4。 2.下列有关
20、说法不正确的是( ) A.Fe3O4为磁性氧化铁,其中铁的化合价为+2和+3 B.FeO、Fe2O3均为碱性氧化物,均与盐酸反应 C.Fe(OH)2不稳定,具有较强的氧化性 D.Fe(OH)3比Fe(OH)2稳定 答案C 解析Fe(OH)2具有较强的还原性,易被氧化。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,3.除去FeCl2溶液中少量的FeCl3,最好的方法是( ) A.加入氢氧化钠溶液 B.通入氯气 C.加入铜粉 D.加入铁粉 答案D 解析要实现“Fe3+Fe2+”的转化,需要加入还原剂,且不引入新的杂质离子,最好的方法是加入足量铁粉充分反应后过滤,发生的化学反应为2FeCl3+Fe=
21、3FeCl2。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,4.向某溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化。当再滴入几滴新制氯水后,混合溶液变成红色。则下列结论错误的是( ) A.该溶液中一定含有SCN- B.氧化性:Fe3+Cl2 C.Fe2+与SCN-不能形成红色物质 D.Fe2+被氧化为Fe3+ 答案B 解析溶液中的Fe2+与加入的新制氯水发生反应2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-,氧化性:Fe3+Cl2;能使含Fe3+的溶液变为红色,说明原溶液中一定含有SCN-。因原溶液中加入含Fe2+的溶液后,无明显变化,说明Fe2+与SCN-不能形成红色物质。,探究一,探究二,探究三,素养脉络,随堂检测,5.硫酸亚铁缓释片可以补铁、防治贫血,但存放不当很容易变质,药片中的Fe2+被氧化生成Fe3+。若将药片配成溶液,需使用刚刚煮沸过又冷却的蒸馏水,原因是 。 实验室检验Fe3+,除了可以用碱外,常用的试剂是 (填化学式),若 ,则证明有Fe3+。 答案防止水中溶解的氧气氧化Fe2+ KSCN 溶液变成红色 解析硫酸亚铁缓释片溶于水时,药片中的Fe2+易被水中溶解的O2氧化为Fe3+,因此将药片配成溶液时,应预先将蒸馏水煮沸,以除去水中溶解的O2;检验Fe3+,还可以用KSCN溶液,Fe3+与SCN-发生反应使溶液变红色。,