高一化学必修一讲义铁的单质.docx

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高一化学必修一讲义铁的单质

铁的单质

【教学目标】

1、了解铁在自然界中的存在形态及冶炼方法

2、掌握铁的物理性质和化学性质

【知识梳理】

一、铁的物理性质及铁元素的存在

1、铁的物理性质：

铁是一种有金属光泽的银白色金属，有良好的导热性和延展性。

铁能导电，但其导电性不如铜和铝。

密度是7.68g·cm－3，熔点是1535℃，沸点是2750℃，粉末为黑色。

铁属于重金属、黑色金属、常见金属。

铁能被磁铁吸引

2、铁元素在自然界的存在形态——游离态和化合态均有

（1）像陨铁中的铁那样以单质形态存在

（2）以＋2价和＋3价化合物的形态存在，铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位

二、铁的化学性质:

铁是较活泼的金属，发生化学反应时可生成＋2、＋3两种价态的化合物，且Fe3+比Fe2+稳定。

在一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应

①铁与氧化性较弱的氧化剂（如：

盐酸、硫酸铜溶液等）反应，铁原子失去2个电子生成＋2价铁的化合物

②铁与氧化性较强的氧化剂（如：

氯气、硝酸等）反应，铁原子则失去3个电子生成＋3价铁的化合物

1、Fe与非金属反应

（1）Fe与O2的反应：

3Fe＋2O2

Fe3O4（火星四射、剧烈燃烧、放出大量的热、生成黑色的固体）

（2）Fe在氯气中燃烧：

2Fe＋3Cl2

2FeCl3（产生棕黄色的烟）

（3）Fe与硫的反应：

Fe＋S

FeS

2、Fe与水蒸气的反应

装置Ⅰ

装置Ⅱ

实验装置

操作及现象

用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微的“噗”声，证明生成了氢气

用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了氢气

实验结论

红热的铁能与水蒸气反应，化学方程式：

3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

【微点拨】

①铁与水蒸气的反应实验中，湿棉花的作用是加热时可产生水蒸气，与铁粉反应生成氢气

②铁与水蒸气反应，日常生活中能用铁壶烧水是因为铁只能在高温下与水蒸气反应，与冷水、热水都不能反应

③常温下，铁与水不起反应，但在水和空气里的O2等共同作用下，铁易被腐蚀

3、Fe与酸的反应

（1）与非氧化性酸（如：

稀盐酸、稀硫酸）的反应：

Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑Fe＋2H+===Fe2+＋H2↑

（2）与氧化性酸（如：

硝酸、浓硫酸）的反应

【微点拨】常温下，铁遇冷的浓硫酸、浓硝酸产生钝化现象，即：

浓硫酸、浓硝酸将铁的表面氧化成一层致密的氧化物薄膜，这层莫阻止了酸与内层金属的进一步反应。

但在加热的条件下铁可以和浓硫酸、浓硝酸反应

①少量的铁与稀硝酸反应：

Fe（少量）＋4HNO3（稀）===Fe（NO3）3＋NO↑＋2H2O

生成的Fe（NO3）3可以和铁继续反应：

Fe＋2Fe（NO3）3===3Fe（NO3）2

②过量的铁与稀硝酸反应：

3Fe（过量）＋8HNO3（稀）===3Fe（NO3）2＋2NO↑＋4H2O

③少量的铁与浓硝酸共热：

Fe＋6HNO3（浓）

Fe（NO3）3＋3NO2↑＋3H2O

4、与盐溶液反应：

（1）与硫酸铜溶液的反应：

Fe＋CuSO4===FeSO4＋CuFe＋Cu2+===Fe2+＋Cu

（2）与FeCl3溶液的反应：

Fe＋2FeCl3===3FeCl2Fe＋2Fe3+===3Fe2+

【即学即练1】

1、判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）

（1）自然界中不存在单质铁（　　）

（2）Fe与热水发生反应生成Fe2O3（　　）

（3）铁和稀硫酸反应：

2Fe＋6H＋===2Fe3＋＋3H2↑（　　）

（4）铁和氯气反应：

Fe＋Cl2

FeCl2（　　）

（5）地壳中含量最高的金属元素是铁（　　）

2、市售的食品包装中常带有一小包铁粉，并标有“吸氧剂”字样，这是利用了铁粉的（　　）

A．氧化性B．还原性C．吸水性D．导电性

3、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．Fe2O3C．Fe3O4D．Fe（OH）3

4、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∶4C．2∶3D．4∶3

5、把足量的铁粉投入到稀盐酸和氯化铜的混合溶液中，充分反应后，残余固体的质量与原来加入的铁粉质量相等，则原溶液中H＋和Cl－的物质的量之比为（　　）

A．1︰4B．1︰7C．1︰8D．2︰5

6、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Na2O2B．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H2D．铁在潮湿的空气中不发生任何反应

7、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

三、铁的冶炼：

工业炼铁的原理是用还原的方法把铁从铁矿石中提炼出来

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

①生成CO2：

C＋O2

CO2

②生成CO：

CO2＋C

2CO

（2）铁的生成：

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2

（3）炉渣的形成

①CaCO3

CaO＋CO2↑

②CaO＋SiO2

CaSiO3

【课后作业】

1、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

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

3、下列氯化物，不能用单质直接反应制得的是（　　）

A．CuCl2B．FeCl2C．NaClD．HCl

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CO2D．用于冶炼生铁的矿石主要有磁铁矿、赤铁矿和黄铁矿

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

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

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

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

9、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

10、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．①②③C．①④D．①②③④

11、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：

①Fe

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

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

13、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．1molC．1.5molD．2mol

14、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

15、在浓度均为6mol·L－1的盐酸和硫酸各100mL溶液中，分别加入等质量的铁粉，充分反应后生成气体体积比为2︰3，则加入铁粉的质量是（　　）

A．11.2gB．25.2gC．16.8gD．33.6g

16、用如图所示装置进行Fe与水蒸气反应的实验,下列有关说法不正确的是　（　　）

A．装置A的作用是持续不断地为实验提供水蒸气

B．装置B中反应的化学方程式是2Fe＋3H2O（g）

Fe2O3＋3H2

C．装置C中加入的固体干燥剂可能是碱石灰

D．点燃D处的气体前必须检验气体的纯度

17、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：

_________

18、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_________

19、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________

20、某同学欲在实验室中完成铁与水蒸气反应的实验，装置如图甲、乙。

已知B中放入的是铁粉与石棉绒的混合物，C中放的是干燥剂，E为酒精喷灯，G为带有铁丝网罩的酒精灯。

对比两装置，回答下列问题：

（1）如何检查乙装置的气密性？

_________________________________________________

（2）乙装置中湿沙子的作用是___________________________________________________

（3）B处发生反应的化学方程式为______________________________________________

（4）该同学认为在乙装置的导管口处点燃反应产生的气体，装置H必不可少，H的作用是__________________

__________________________________________________

（5）对比甲、乙两装置的B和K，B的优点是____________________________________

21、某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水反应”的实验，并检验产物的性质，请回答下列问题：

（1）A装置的作用是________________，烧瓶底部放碎瓷片的作用是__________

（2）装置B中发生反应的化学方程式是__________________________________________

（3）D的作用是______________________________________________________________

（4）E中的实验现象是________

（5）A、B两个装置中应先点燃________处的酒精（喷）灯，点燃E处酒精灯之前应进行的操作是_________________

22、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_______________

【铁的单质】答案

【即学即练1】

1、

（1）×　

（2）×　（3）×　（4）×　（5）×

2、B

3、C。

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：

3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2，所以相同的产物是Fe3O4，故C正确。

4、B。

解析：

设Fe的物质的量为1mol，则

Fe＋2HCl===FeCl2＋H2↑

1mol　　　　　　　1mol

3Fe＋4H2O（g）

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。

5、C。

解析：

在盐酸和氯化铜的混合溶液中加入足量的铁粉，分别生成：

2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，其充分反应，所得滤渣的质量与原铁粉的质量恰好相等，则消耗的铁的质量应等于生成的铜的质量，令Cu的质量为64g，其物质的量为1mol，则

Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu

56g1mol　　　　　64g

故溶液中n（Cu2＋）＝1mol

所以与酸反应的Fe的质量为64g－56g＝8g，其物质的量为8g÷56g/mol＝1/7mol，由2H＋＋Fe===Fe2＋＋H2↑，可知n（H＋）＝2/7mol，根据电荷守恒得n（Cl－）＝n（H＋）＋2n（Cu2＋）＝2/7mol＋2mol＝16/7mol，故原混合溶液中c（H＋）︰c（Cl－）＝2/7mol︰16/7mol＝1︰8，故C项正确。

6、C。

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。

7、C。

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）。

【课后作业】

1、C。

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。

2、D。

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、B。

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、A。

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。

5、C。

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、A。

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、C。

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、C。

解析：

铁能在纯氧气中燃烧，也能在高温下与水蒸气反应，二者共同产物为四氧化三铁；铁与盐酸和水蒸气发生的反应都是置换反应，在反应中铁的化合价升高，铁作还原剂；铁与盐酸反应生成氯化亚铁，而不是氯化铁。

9、D。

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。

10、C。

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。

11、C。

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。

12、B。

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、C。

解析：

3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2↑　Δm（固体质量增加）

316×4

xmol32g

x＝1.5mol

14、B。

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。

15、B。

解析：

若铁粉过量，则生成气体的体积比之为1︰2，充分反应后生成气体体积比为2︰3，可知铁粉对盐酸过量，对硫酸不足，铁与盐酸反应生成氢气为0.3mol，则与硫酸反应生成氢气0.45mol，参加反应的铁的物质的量为0.45mol，质量为0.45mol×56g/mol＝25.2g，答案选B。

16、C。

解析：

铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2,A错;湿棉花的作用是提供水蒸气,B错;使用肥皂液的作用是检验反应中生成的H2,反应一段时间后,有肥皂泡吹起时,用点燃的火柴靠近肥皂泡,当听到爆鸣声时,说明铁与水蒸气反应生成了H2,C对;铁粉与水蒸气反应生成的四氧化三铁也可以被磁铁吸引,不能分离出铁,D错。

17、

（1）Fe　Fe3O4

（2）3Fe＋4H2O（g）

Fe3O4＋4H2

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）

Fe3O4＋4H2。

18、

（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

[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：

Fe3O4＋4H2

3Fe＋4H2O。

（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。

19、

（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）

Fe3O4＋4H2

（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