学年高中化学第三章铁金属材料第一节铁及其化合物第一课时铁的单质学案新人教版必修第一册Word下载.docx

学年高中化学第三章铁金属材料第一节铁及其化合物第一课时铁的单质学案新人教版必修第一册Word下载.docx

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（2）×

　（3）×

　（4）×

　（5）×

2．铁在一定条件下分别与O2、水蒸气反应的相同产物是（　　）

A．FeO　　　　　　　　B．Fe2O3

C．Fe3O4D．Fe（OH）3

[解析]　铁在氧气中点燃生成Fe3O4，反应的化学方程式为：

3Fe＋2O2

Fe3O4；

铁与水反应：

Fe3O4＋4H2，所以相同的产物是Fe3O4，故C正确。

[答案]　C

3．等物质的量的铁分别与足量的盐酸、水蒸气在一定条件下充分反应，则在相同的条件下，产生氢气的体积比是（　　）

A．1∶1B．3∶4

C．2∶3D．4∶3

[解析]　设Fe的物质的量为1mol，则

Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑

1mol　　　　　　　1mol

Fe3O4＋4H2

1mol　　　　　　　　　

mol

相同条件下体积之比等于物质的量之比，则两反应中生成H2体积之比为：

1∶

＝3∶4，故选B。

[答案]　B

知识点铁

1.铁的性质

（1）物理性质

（2）化学性质

Fe只有还原性，可以被氧化成Fe2＋或Fe3＋。

①Fe

Fe2＋

②Fe―→Fe3O4

③Fe

Fe3＋

2Fe＋3X2

2FeX3（X代表F、Cl、Br）

Fe常温下被浓H2SO4、浓硝酸钝化，但加热条件下可被氧化为Fe3＋。

（1）设备：

炼铁高炉。

（2）原料：

铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。

（3）主要反应

①还原剂的生成。

a．生成CO2：

C＋O2

CO2，

b．生成CO：

CO2＋C

2CO。

②铁的生成：

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2。

③炉渣的形成：

a.CaCO3

CaO＋CO2↑，

b．CaO＋SiO2

CaSiO3。

【典例】　某学习小组进行了下图所示的实验，实验后组员之间的交流不合理的是（　　）

A．甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃，且产生淡蓝色火焰

B．乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁

C．丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中，加适量的水，加热也可实现该反应

D．丁同学认为用盐酸溶解固体生成所得溶液有颜色

[思路启迪]　解决铁与水蒸气反应时要准确把握铁的典型性质，铁不与冷、热水反应，铁只能与水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4和H2。

[解析]　铁与H2O（g）在高温条件下反应生成Fe3O4和H2；

Fe3O4与HCl反应生成FeCl3（棕黄色）和FeCl2（浅绿色）。

Fe与H2O的反应规律

（1）Fe不与冷水、热水反应，在常温下Fe暴露在空气中产生铁锈（Fe2O3·

xH2O）。

（2）Fe与水蒸气在高温时发生反应3Fe＋4H2O（g）

[针对训练]　有A、B、C三种常见的金属单质，A在空气中燃烧生成淡黄色固体；

B也能在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光；

C在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体。

根据以上信息回答下列问题：

（1）写出化学式：

A________；

B________；

C________。

（2）写出化学方程式。

①A在空气中燃烧_____________；

②C与水蒸气反应____________；

③A与水反应_____________。

[解析]　淡黄色固体是过氧化钠，故A是钠；

B能在空气中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，故B是镁；

金属在一定条件下与水蒸气反应生成H2和一种黑色固体，该金属是铁。

[答案]　

（1）Na　Mg　Fe

（2）①2Na＋O2

Na2O2

②3Fe＋4H2O（g）

③2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑

1．下列有关金属及其化合物的说法正确的是（　　）

A．钠在空气中燃烧生成白色固体Na2O2

B．过量铁粉在氯气中燃烧，可以生成FeCl2

C．铁在高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2

D．铁在潮湿的空气中不发生任何反应

[解析]　钠在空气中燃烧的产物是过氧化钠，过氧化钠是淡黄色固体，故A错误；

氯气的氧化性较强，无论铁粉是否过量，在氯气中燃烧均生成FeCl3，故B错误；

铁在高温下与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，故C正确；

铁在潮湿空气中会生锈形成Fe2O3，故D错误。

2．下列反应能通过置换反应生成铁的是（　　）

①Zn＋FeCl2（溶液）　②Na＋FeSO4（溶液）

③Fe2O3＋CO（高温）　④Fe3O4＋H2（高温）

A．①③④　　　　　　B．①②③

C．①④D．①②③④

[解析]　②中钠先与水反应生成NaOH，再与FeSO4发生复分解反应，并不能置换出铁；

③该反应虽然生成铁，但不是置换反应，其余皆符合题意。

3．用一定量的铁与足量的稀硫酸及足量的CuO反应制取单质铜，有人设计了以下两种方案：

H2

Cu，②CuO

CuSO4

Cu。

若按实验原则进行操作，则两者制得单质铜的量为（　　）

A．一样多B．①多

C．②多D．无法判断

[解析]　气体还原金属氧化物时，需先排净空气，且还原得到的金属单质需在还原气氛中冷却。

铁的量一定，转移的电子数一定。

由于H2还原CuO的实验中开始需消耗H2排净装置中的空气，实验结束后，铜需在H2氛围中冷却，所以能够用于还原CuO的H2量减少，根据电子守恒原理可知，①制得铜较少。

对于方案②来说，铁完全用于置换铜，所以②多。

4．下列关于铁的叙述，错误的是（　　）

A．纯净的铁是光亮的银白色金属

B．铁能被磁铁吸引，在磁场作用下，铁自身也能产生磁场

C．铁是地壳中含量最多的金属元素，所以分布在地壳中的铁有游离态也有化合态

D．纯铁的抗腐蚀能力强，在干燥空气中不易被氧化

[解析]　地壳中含量最多的金属元素是Al，地壳中的铁为化合态，C项错误。

5．如图所示，在玻璃管中放入还原铁粉和石棉绒的混合物，加热，并通入水蒸气。

用试管收集产生的经干燥的气体，并靠近火焰点燃。

（1）所观察到现象是__________________，

有关反应的化学方程式是____________。

（2）干燥管内可装入的试剂是______________，其作用是________________。

干燥管还可用________（装置）代替。

（3）玻璃管中石棉绒的作用是________________。

实验开始时应先点燃________，实验结束时，应先熄灭________。

[解析]　高温下，Fe与H2O（g）反应生成Fe3O4和H2。

铁粉和Fe3O4均为黑色，因此实验过程中固体颜色无明显变化，但产物H2可用点燃的方法证明。

石棉绒成分为硅酸盐，它耐高温且性质稳定，是铁粉的载体。

[答案]　

（1）红热的铁与水蒸气反应，放出气体，这种气体点燃时，能燃烧且发出爆鸣声　3Fe＋4H2O（g）

（2）碱石灰（或无水CaCl2、硅胶等）　吸收水蒸气，使收集的氢气易点燃　U形管

（3）铁粉的载体，增大铁粉与水蒸气的接触面积　A处酒精灯　B处酒精灯

课后作业（十四）

[基础巩固]

1．下列金属单质中，能从CuSO4溶液中置换出铜的是（　　）

A．汞B．银C．钠D．铁

[解析]　在金属活动性顺序表中，汞和银都排在铜之后，两种金属都不能将金属铜从溶液中置换出来，故A、B错；

金属钠与铜的盐溶液反应时，先是和水反应置换出氢气，然后是氢氧化钠和铜盐之间的反应，不会置换出金属铜，故C错；

金属铁的活泼性比铜强，可以将金属铜从溶液中置换出来。

[答案]　D

2．下列关于铁与水蒸气反应的叙述不正确的是（　　）

A．是氧化还原反应

B．铁是还原剂

C．需在高温条件下进行

D．产物是氧化铁和氢气

[解析]　据3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2可知反应产物为Fe3O4而非氧化铁，D项错误。

3．下列氯化物，不能用单质直接反应制得的是（　　）

A．CuCl2B．FeCl2C．NaClD．HCl

[解析]　本题考查氯气的化学性质，氯气具有强氧化性，和铁化合生成物是氯化铁，B不正确，其余都是可以用单质直接反应制得的，答案为B。

4．高炉炼铁的生产中，下列说法正确的是（　　）

A．焦炭和一氧化碳都是还原剂

B．采用富氧空气可以得到纯铁

C．加石灰石的目的主要是为了得到CO2

D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿

[解析]　高炉炼铁的生产中，焦炭燃烧生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反应生成一氧化碳，一氧化碳还原铁的氧化物，在反应中焦炭和一氧化碳是还原剂，A正确；

采用富氧空气是为了焦炭能充分燃烧，B不正确；

加石灰石的目的主要是为了造渣，C不正确；

黄铁矿中铁的含量低，一般不用于冶炼生铁，D不正确。

[答案]　A

5．已知钠、铁都能与水反应，下列叙述不正确的是（　　）

A．它们反应的难易程度不同

B．它们反应的产物不完全相同

C．都需在高温条件下进行

D．反应类型都是置换反应

[解析]　据2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑、3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2可知，两反应条件不同，难易程度不同，产物不完全相同，均为置换反应，所以C项错误。

6．铁在一定条件下与Cl2、O2、S反应的产物分别为FeCl3、Fe3O4、FeS，下列有关说法正确的是（　　）

A．三种非金属单质中，S的氧化性最弱

B．等量的铁分别与Cl2、O2、S反应，转移的电子数相等

C．反应生成的三种产物都只具有氧化性

D．反应生成的三种产物都是易溶于水的固体

[解析]　根据反应后铁元素的价态，可知S的氧化性最弱，A项正确；

反应产物中铁元素的价态不同，等量的铁分别与Cl2、O2、S反应，转移的电子数不相等，B项错误；

Fe3O4和FeS中含有＋2价的铁元素，也具有一定的还原性，C项错误；

Fe3O4和FeS难溶于水，D项错误。

7．下列有关实验现象的叙述中，不正确的是（　　）

A．氢气在Cl2中燃烧，发出苍白色火焰

B．铁丝在Cl2中燃烧，产生棕褐色的烟

C．钠在Cl2中燃烧，产生棕黄色的烟

D．铜丝在Cl2中燃烧，产生棕黄色的烟

[解析]　Cl2是一种活泼的非金属单质，能跟金属和非金属反应。

A项，H2在Cl2中安静地燃烧，产生苍白色火焰，并有白雾生成；

B项，Fe在Cl2中燃烧，产生棕褐色的烟；

C项，钠在Cl2中燃烧，产生白烟，故C项错误；

D项，铜丝在Cl2中燃烧，产生棕黄色的烟。

8．下列说法不正确的是（　　）

A．铁与纯氧气和水蒸气反应都能生成四氧化三铁

B．铁在高温下与水蒸气的反应是置换反应

C．铁与盐酸反应生成氯化铁和氢气

D．铁与盐酸或水蒸气反应，都作还原剂

[解析]　据3Fe＋2O2

Fe3O4、3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2、Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑可知A、B、D正确，C项错误。

[能力提升]

9．向50mL稀H2SO4与稀HNO3的混合溶液中逐渐加入铁粉，假设加入铁粉的质量与产生气体的体积（标准状况）之间的关系如图所示，且每一段只对应一个反应。

下列说法正确的是（　　）

A．开始时产生的气体为H2

B．AB段发生的反应为置换反应

C．参加反应铁粉的总质量m2＝5.6g

D．所用混合溶液中c（HNO3）＝0.5mol·

L－1

[解析]　开始时产生的气体为NO，故A错误；

AB段发生：

Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，为化合反应，故B错误；

最终生成Fe2＋，根据氧化还原反应中得失电子数目相等可知3×

n（NO）＋2×

n（H2）＝2n（Fe），即3×

0.05mol＋2×

＝2n（Fe），n（Fe）＝0.1mol，质量为5.6g，故C正确；

n（NO）＝

＝0.05mol，则所用混合溶液中c（HNO3）＝

＝1mol/L，故D错误。

故选C。

10．铁粉可与高温水蒸气发生反应，若反应后得到的干燥固体质量比反应前铁粉的质量增加了32g，则参加反应的铁粉的物质的量是（　　）

A．0.5molB．1mol

C．1.5molD．2mol

[解析]　

Fe3O4＋4H2↑　Δm（固体质量增加）

316×

4

xmol32g

x＝1.5mol

11．若0.1mol某单质与足量的硫充分反应，生成物的质量比该单质的质量增加了1.6g，则组成这种单质的元素不可能是（　　）

A．AgB．FeC．NaD．K

[解析]　质量增加了1.6g，则增加的质量是S的质量，故S的物质的量为

＝0.05mol,0.1mol某单质与0.05mol的S反应，该单质与S的物质的量之比是2∶1，所以该单质与硫充分反应后，组成该单质的元素在生成物中的化合价为＋1，只有Fe没有＋1价。

12．现有四种黑色粉末，分别为MnO2、CuO、炭粉、铁粉，只需加入一种试剂并进行适当的操作就可以将它们区分开，这种试剂是（　　）

A．氢氧化钠溶液B．浓盐酸

C．稀硫酸D．稀盐酸

[解析]　A项，四种物质均不与氢氧化钠溶液反应，不能区分开，A项错误；

B项，MnO2与浓盐酸在加热条件下生成黄绿色气体，CuO与浓盐酸反应得到蓝色溶液，铁粉与浓盐酸反应得到绿色溶液和无色气体，炭粉与浓盐酸不反应，故用浓盐酸可以区分四种物质，B项正确；

C项，MnO2、炭粉均不与稀硫酸反应，不能区分，C项错误；

D项，MnO2、炭粉均不与稀盐酸反应，不能区分，D项错误。

13．A、B、C是中学化学中常见的单质，A是金属单质，B、C是气体单质。

甲、乙两化合物在常温下分别为黑色晶体和无色液体。

这些化合物和单质之间的关系如图所示。

据此判断：

（1）若金属元素A有可变化合价，则A的化学式为________，甲的化学式为________。

（2）写出A＋乙

甲＋C反应的化学方程式：

_________。

[解析]　金属元素A有可变化合价，一般为铁，有＋2价和＋3价，可以作为本题的突破口。

金属A与气体单质B点燃可化合生成甲，可推知B为氧气。

从而推出甲是Fe3O4，气体单质C将单质A还原出来，且乙为无色液体，可推知C为具有还原性的氢气，甲与C发生的反应为Fe3O4＋4H2

3Fe＋4H2O。

A与乙发生的反应为3Fe＋4H2O（g）

[答案]　

（1）Fe　Fe3O4

（2）3Fe＋4H2O（g）

14．在一定条件下用普通铁粉和水蒸气反应可以得到铁的氧化物。

该氧化物又可经过此反应的逆反应生成颗粒很细的铁粉。

这种铁粉具有很高的反应活性，在空气中受撞击受热时会燃烧，所以俗称“引火铁”。

请分别用下图所示的两套仪器装置，制取上述铁的氧化物和“引火铁”。

实验中必须使用普通铁粉和6mol·

L－1盐酸，其他试剂自选（装置中必要的铁架台、铁夹、铁圈、石棉网、加热设备等在图中均已略去）。

填写下列空白：

（1）实验进行时，试管A中应加入的试剂是____________；

烧瓶B的作用是____________；

烧瓶C的作用是___________；

在试管D中收集到的是________。

（2）实验时，U形管G中应加入的试剂是________；

长颈漏斗H中应加入________。

（3）两套装置中，在实验时需要加热的仪器是________（填该仪器对应的字母）。

（4）试管E中发生反应的化学方程式是________________。

（5）为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须

______________；

E管中的反应开始后，在F出口处应_________。

[解析]　

（1）根据题干可推断出试管A应是铁和水蒸气反应的装置，在A中装的应是普通铁粉，反应过程中要生成氢气，所以D是用来收集氢气的，在烧瓶B中产生水蒸气，为了防止向试管中通入水蒸气使试管骤冷引起水的倒流，在反应装置和收集装置中间加上广口瓶以保证实验安全。

（2）装置Ⅰ用来制取氢气，故H用于添加盐酸，在产生氢气的同时可能会带出部分水蒸气和氯化氢气体，故应在U形管中加入固体干燥剂吸收氯化氢和水蒸气。

（3）反应是在高温条件下，所以A和E装置需要加热，反应需要水蒸气，故B也需要加热。

（4）依据装置和实验目的分析，试管E中发生反应是氢气还原四氧化三铁的反应，反应方程式是：

（5）氢气是可燃性气体，做氢气的性质实验时必须保证氢气是纯净的，为了安全，在E管中的反应发生前，在F出口处必须进行气体验纯；

E管中的反应开始后，在F出口处应点燃H2，避免排放到空气中遇火爆炸。

[答案]　

（1）普通铁粉（或铁粉）　作为水蒸气发生器　防止倒吸（或用作安全瓶）　氢气

（2）碱石灰（或固体NaOH、无水CaCl2等）　6mol·

L－1盐酸

（3）ABE　（4）Fe3O4＋4H2

3Fe＋4H2O

（5）检验氢气的纯度　点燃氢气

15．钢铁工业对促进经济和社会的发展具有重要的意义，现代炼铁的主要方法是高炉炼铁。

其设备如图所示：

炼铁的炉料（铁矿石、焦炭、石灰石等）由高炉的顶部投入，原料在下降过程中与高炉气气流在炉身部分发生作用。

请回答下列问题：

（1）焦炭在炼铁的过程中所起的作用是______________。

（2）采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，其目的是

________________。

（3）写出以赤铁矿为原料的炼铁高炉中发生的主要化学反应____________。

（4）高炉气中含有的主要气态污染物是_____________，

若直接排放将污染空气，因此应回收利用，请写出该污染物的一种用途_______________。

[解析]　

（1）焦炭在炼铁的过程中既作为能源提供反应所需要的能量，同时生成CO作为还原剂，还原出铁矿石中的Fe；

（2）采用炉料从上部加入，热空气从下部通入的工艺，主要是采用逆流操作，不仅利于矿石与还原性气体充分接触，还增加了接触时间，利于反应；

（3）炼铁高炉中发生的主要反应就是还原剂的生成及生成铁的反应；

（4）高炉气的主要成分有：

CO、CO2等，其主要气态污染物是有毒的CO；

回收利用CO，可用作燃料或作还原剂等。

[答案]　

（1）既提供热量，又产生还原剂CO

（2）采用逆流接触操作，使铁矿石与还原性气体充分接触、反应

（3）C＋O2

CO2，CO2＋C

2CO，Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

（4）CO　作燃料（或还原剂）