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第三章铁金属材料第一节铁及其化合物第1课时铁的单质、氧化物、氢氧化物一、铁的单质1.铁元素的存在铁在地壳中的含量仅次于氧、硅和___,居第___位,主要以___价和___价化合物的形式存在。2.物理性质铁有_______和_______,铁能导电,但导电性不如铜和铝。铁能被磁铁吸引。铝四+2+3延展性导热性3.铁的化学性质(1)铁与非金属单质、酸、盐溶液的反应①铁与氯气反应的化学方程式:__________________;②加热条件下,铁与弱氧化性的S单质反应的化学方程式:____________;③铁与稀盐酸、稀硫酸反应的离子方程式:__________________。④铁与硫酸铜溶液反应的离子方程式:_________________。△====点燃====2Fe+3Cl22FeCl3Fe+SFeSFe+2H+====Fe2++H2↑Fe+Cu2+====Fe2++Cu(2)实验探究铁粉与水蒸气的反应实验装置操作现象用火柴点燃肥皂液,听到_____声,证明生成了__实验结论在高温下,铁能与水蒸气反应生成H2,化学方程式为_______________________高温====爆鸣H23Fe+4H2O(g)Fe3O4+4H2【巧判断】(1)铁在加热条件下与液态水或水蒸气均能反应()提示:×。Fe在加热条件下与液态水不反应,但在高温条件下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2。(2)还原铁粉与水蒸气反应的装置中湿棉花的作用是生成水蒸气()提示:√。高温条件下湿棉花中的水分生成水蒸气。二、铁的重要化合物1.铁的氧化物化学式FeOFe2O3Fe3O4俗称________________颜色和状态___色粉末_____色粉末___色晶体铁的价态___价___价+2价、+3价水溶性_______________铁红磁性氧化铁黑红棕黑+2+3不溶不溶不溶化学式FeOFe2O3Fe3O4与盐酸反应(离子方程式)FeO+2H+====Fe2++H2OFe2O3+6H+====__________Fe3O4+8H+====Fe2++2Fe3++4H2O与CO的反应FexOy+yCOxFe+yCO2高温====2Fe3++3H2O【微点拨】FeO、Fe2O3属于碱性氧化物,Fe3O4不属于碱性氧化物。【情境·思考】杜甫是唐代伟大诗人,他的代表作之一——《自京赴奉先县咏怀五百字》中有句千古名句:“朱门酒肉臭,路有冻死骨。”这里为何称为“朱门”呢?提示:古代王公贵族的住宅大门用氧化铁漆成红色,表示尊贵,称为“朱门”,后来借指豪富人家。2.铁的氢氧化物(实验探究铁的氢氧化物的生成与转化)在两支试管中分别加入少量的FeCl3溶液和FeSO4溶液,然后各滴入NaOH溶液。(1)在FeCl3溶液中滴入NaOH溶液,生成_______沉淀,原因是_____________________(填反应的离子方程式)。(2)在FeSO4溶液中滴入NaOH溶液,生成_____絮状沉淀,原因是_____________________(填反应的离子方程式),沉淀迅速变成灰绿色,最后会有红褐色沉淀生成,原因是___________________________(填反应的化学方程式)。红褐色Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓白色Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3知识点实验室制备Fe(OH)2装置的改进【重点释疑】1.防止Fe(OH)2氧化的方法(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸,除去其中的氧气。(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管内的亚铁盐溶液底部,并慢慢挤出NaOH溶液。(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气,如H2、N2、稀有气体等。(4)在亚铁盐溶液上面加保护层,如苯、植物油等。2.实验装置的改进【思考·讨论】(1)改进后装置①制备Fe(OH)2时为什么能较长时间观察到白色沉淀?提示:配制溶液的蒸馏水煮沸,除去溶解的氧气,然后用苯液封,防止空气溶解,装有NaOH溶液的滴管插入液面下慢慢挤出溶液,这些操作均能防止Fe(OH)2与氧气接触,避免其被氧化,因此能较长时间观察到白色沉淀。(2)改进后装置②能较长时间观察到白色沉淀的原因是什么?提示:铁粉与稀硫酸反应生成的氢气排除了装置内的空气,同时试管内剩余的氢气起到保护气的作用,防止了Fe(OH)2与氧气接触,避免其被氧化,因此能较长时间观察到白色沉淀。【案例示范】【典例】氢氧化亚铁不稳定,通常被氧化为氢氧化铁,氢氧化铁为棕色或红褐色粉末或深棕色絮状沉淀或胶体,用来制颜料、药物,用作净水剂(胶体时),也可用来作砷的解毒药等。下面是某同学用不含Fe3+的FeSO4溶液与不含O2的蒸馏水配制的NaOH溶液反应制备Fe(OH)2白色沉淀的方案。请回答下列各问题:(1)分析硫酸亚铁、氢氧化亚铁易被氧化的原因。(宏观辨识与微观探析)(2)用硫酸亚铁晶体配制上述FeSO4溶液时还需要加入固体,该固体是什么?(科学探究与创新意识)(3)除去蒸馏水中溶解的O2常采用什么方法?(科学探究与创新意识)(4)生成Fe(OH)2白色沉淀的操作是用长滴管吸取不含O2的NaOH溶液,插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液。这样操作的理由是什么?(科学探究与创新意识)【解析】(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为+2价,可以升高到+3价,具有还原性,易被氧化;(2)Fe2+易被空气中的O2氧化,要加铁粉,将被氧化的Fe3+还原成Fe2+;(3)气体的溶解度随着温度升高而降低,所以煮沸后的蒸馏水中溶解的O2变少;(4)Fe(OH)2沉淀很容易被氧气氧化,长滴管插入溶液液面下,可防止Fe(OH)2与氧气接触而被氧化。答案:(1)硫酸亚铁、氢氧化亚铁中铁为+2价,可以升高到+3价,具有还原性,易被氧化(2)铁粉(3)煮沸(4)避免生成的Fe(OH)2沉淀接触O2而被氧化【规律方法】制备Fe(OH)2的关键制备Fe(OH)2的关键是降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。如上题方案采用的方法:(1)采用新制备的纯亚铁盐溶液(Fe2+易被空气中的氧气氧化成Fe3+);(2)将溶解亚铁盐的蒸馏水煮沸(除去溶解在蒸馏水中的氧气);(3)将碱直接加到亚铁盐溶液的底部[使Fe(OH)2与空气隔离];(4)还可以在亚铁盐溶液液面上加隔氧剂(如加入苯等密度比水小,而又不溶于水的有机溶剂)。【迁移·应用】如图所示装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化时颜色的变化。实验时必须使用铁屑和6mol·L-1的硫酸,其他试剂任选。世纪金榜导学号填写下列空白:(1)B中盛有一定量的NaOH溶液,A中应预先加入的试剂是________,A中反应的离子方程式是________。(2)实验开始时先将止水夹E________(填“打开”或“关闭”),C中收集到气体的主要成分是________。(3)简述生成Fe(OH)2的操作过程:_______。(4)拔去装置B中的橡皮塞,使空气进入,写出有关反应的化学方程式:_______。【解析】实验开始时先打开E,让H2把A、B装置中的空气排出,让Fe(OH)2在H2气氛中生成,以便较长时间观察Fe(OH)2的颜色。H2充满B后关闭E,A中的FeSO4溶液沿竖直长导管进入B瓶,与NaOH反应。空气进入装置B后,Fe2+被氧化为Fe3+。答案:(1)铁屑Fe+2H+====Fe2++H2↑(2)打开H2(3)关闭止水夹E,使FeSO4溶液压入B瓶中进行反应(4)4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3【补偿训练】有关铁的化合物的说法中,错误的是()A.Fe(OH)2是一种黑色固体,不稳定,在空气中易被氧化转变为红褐色B.由图示操作可制取Fe(OH)2C.Fe3O4、Fe(OH)3都可以由化合反应制得D.Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应【解析】选A。Fe(OH)2是一种白色固体,A错误;煤油能减少FeSO4溶液与氧气接触,可以避免试管中部分氧气对氢氧化亚铁的氧化,B正确;铁在氧气中燃烧可生成Fe3O4,可通过化合反应4Fe(OH)2+2H2O+O2====4Fe(OH)3来制取Fe(OH)3,C正确;Fe(OH)3胶体呈红褐色、透明,能发生丁达尔效应,D正确。【课堂回眸】