铁和氧化物 （教师版）.doc

铁的单质和铁的氧化物判断 教学目标：★★★★★☆ 学生能够准确判断铁的单质和铁的氧化物． 问题层级图 目标层级图 理解金属失电子和气体得电子之间的量的关系并加以运用★★★ 熟练掌握金属和酸反应的产物及得失电子数★★ 铁及其氧化物 一．铁的性质 (1)物理性质 纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽和良好的延展性，是电和热的良导体，具有能被磁铁吸引的特性，纯铁有很强的抗腐蚀能力。 (2)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。铁遇冷的浓硫酸或浓硝酸会反应生成致密的氧化物薄膜，阻止反应进一步进行，即俗称的钝化。 用化学方程式或离子方程式表示下列变化: 【过关练习】（8分钟） 1.判断下列说法正误。 (1)过量的Fe粉中加入稀HNO3，充分反应后，滴入KSCN溶液，溶液呈血红色，说明稀HNO3将Fe氧化为Fe3＋ ( ) (2)过量Fe在Cl2中燃烧生成FeCl2和FeCl3 ( ) (3)Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同 ( (4)Fe与S混合加热生成FeS2 ( ) 答案：(1)× (2)× (3)× (4)× 2. 科学家冶炼出了纯度高达99.9999%的铁，你估计它不会具有的性质是（　　） A．在潮湿的空气中放置不易生锈 B．硬度比生铁小 C．与3mol/L盐酸的反应生成氢气 D．与18.4mol/L的硫酸反应生成氢气 3. 关于铁的叙述正确的是（　　） A．铁是人类发现和使用最早的金属 B．铁是地壳中含量最多的金属元素 C．纯铁的熔点比生铁的低 D．铁能与高温水蒸气反应 4. 下列反应只生成+3价Fe化合物的是（　　） A．铁丝在硫蒸气中燃烧 B．过量的Fe与稀HNO3反应 C．红热的铁和水蒸气反应 D．Fe在氯气中燃烧 5.下表中，对陈述Ⅰ和Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是（　　） 选项 陈述Ⅰ 陈述Ⅱ 判断 A 铁是地壳中含量最高的金属元素 铁是人类最早使用的金属材料 Ⅰ对；Ⅱ对；无 B 常温下铁与稀硫酸反应生成氢气 高铁酸钾可使紫色石蕊试液褪色 Ⅰ对；Ⅱ对；无 C 高铁酸钾具有强氧化性 二氧化硫可使紫色石蕊试液褪色 Ⅰ对；Ⅱ对；无 D 在空气中铁表面易形成致密的氧化膜 铁不能与氧气反应 Ⅰ对；Ⅱ对；有 6．铁与水蒸气反应，通常有以下两种装置，请思考以下问题： 装置一 装置二 实验装置 (1)方法一中，装置A的作用______________________________________________。 方法二中，装湿棉花的作用______________________________________________。 (2)实验完毕后，取出装置一的少量固体，溶于足量稀盐酸，再滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，试解释原因：________________________________________。 答案　(1)提供水蒸气　提供水蒸气　(2)在溶液中Fe3＋被未反应的铁粉完全还原为Fe2＋ 二．铁的氧化物的性质 化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4 俗名 铁红 磁性氧化铁 颜色状态 黑色粉末 红棕色粉末 黑色晶体(有磁性) 溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水 铁的化合价 ＋2 ＋3 ＋2，＋3 稳定性 不稳定 稳定 稳定 与H＋反应的离子方程式 FeO＋2H＋=== Fe2＋＋H2O Fe2O3＋6H＋=== 2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋=== Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O 【过关练习】（7分钟） 1．下列化合物不是黑色的是（　　） A．FeO B．FeS C．Fe3O4 D．Fe2O3 2．下列关于铁及其化合物的叙述正确的是（　　） ①氧化亚铁在空气中加热可以生成四氧化三铁　②在人体内的血红蛋白中含有铁元素 ③不能通过化合反应制得FeCl2和Fe（OH）3 ④铁能在氧气中剧烈燃烧，但不能在水蒸气中燃烧⑤赤铁矿的主要成分是Fe3O4． A．②③④ B．①②④ C．②④⑤ D．①②③ 3．建筑用的红砖和青砖，其颜色是由其中含有的不同价态的铁氧化物所致．我国古代砖瓦建筑能够保持到现在的，几乎无一例外的是由青砖建成．有人提出以下可能的原因： ①青砖中含的是FeO； ②青砖中含的是Fe3O4； ③Fe2O3遇长期酸雨侵蚀会风化溶解使砖瓦强度降低； ④Fe3O4性质稳定；⑤FeO性质稳定．你认为有道理的是（　　） A．①③⑤ B．②③④ C．③⑤ D．①②③④⑤ 4．铁是自然界分布最广泛的金属元素之一，在地壳中的质量约占5%左右．铁矿石的种类很多，重要的有磁铁矿石（主要成分是Fe3O4）、赤铁矿石（主要成分为Fe2O3）等，工业上用CO作还原剂炼铁． （1）工业上用赤铁矿炼铁的反应原理为（用化学方程式表示）　　　 　　　红热的铁能与水蒸气发生反应，生成Fe3O4和一种可燃性气体，有关反应的化学方程式为　 　　　　　 （2）铁在空气中的氧气、水及二氧化碳等的共同作用下易生锈，每年因腐蚀而损失的钢铁占世界钢铁年产量的约四分之一．刷油漆能防腐蚀的主要原因是　　 　　　　 （3）一种冬季用“热敷袋”，内盛还原铁粉、碳粉及其他必要物质，用力搓此袋，袋则发热． 其可能的原因是铁作　　　　　　极，碳粉作　　　　　　极，发生　　　　　　腐蚀而放热． 答案：(1) Fe2O3+3CO2Fe+3CO2；3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2 （2）隔绝空气和水 （3）负；正；电化学 5.实验室用下图所示的装置测定FeO和Fe2O3固体混合物中Fe2O3的质量，D装置的硬质玻璃管中的固体物质是FeO和Fe2O3的混合物。 (1) 写出D装置中发生反应的化学方程式__________________________ (2)装置B的作用是____________，装置C中装的液体是________，所起的作用是________。 (3)若FeO和Fe2O3固体混合物的质量为23.2 g，反应完全后U形管的质量增加7.2 g，则混合物中Fe2O3的质量为________g。 (4)U形管E右边又连接干燥管F的目的是_______________，若无干燥管F，测得Fe2O3的质量将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 (5)若反应后得到的残留固体中还有少量FeO，测得的Fe2O3质量将________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。 答案：(1)Fe2O3＋3H22Fe＋3H2O，FeO＋H2Fe＋H2O (2)除去H2中混有的氯化氢气体　浓硫酸　干燥H2 (3)16 g (4)防止空气中的水蒸气进入U形管E中　偏大 (5)偏小 三．铁及其氧化物的相关计算 解题技巧：（1）电荷守恒 （2）质量（原子个数）守恒 【例1】今有浓度均为3mol•L﹣1的盐酸和硫酸各100mL，分别加入等质量的Fe粉，反应完毕后生成气体的质量之比为3：4，则加入盐酸中的铁粉的质量为（　　） A．5.6g B．8.4g C．11.2g D．16.8g 【解答】解：由于最后生成的气体质量不等，所以证明盐酸反应不足，而硫酸过量，否则生成气体的质量之比应该是1：2，Fe+2HCl═FeCl2+H2↑① 生成气体的物质的量为=0.15mol，氢气的质量为0.15moL×2g/mol=0.3g， 反应完毕后生成气体的质量之比为3：4，所以由硫酸生成的气体质量为0.4g， 设铁的质量为x，则 Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑② 56 2 x 0.4g ，解得x=11.2g，故选C． 【例2】向一定量的Fe，FeO，Fe2O3，Fe3O4的混合物中，加入150mL 4mol/L的稀硝酸，恰好使混合物完全溶解，并放出标准状况下NO气体2.24L，往所得溶液中加KSCN溶液，无红色出现．若用一定量的氢气在加热条件下还原相同质量的该混合物，所得固体的物质的量可能为（　　） A．0.30mol B．0.28mol C．0.26mol D．0.23mol 【解答】解：往所得溶液中加KSCN溶液，无红色出现，说明溶液中无铁离子，铁全部以亚铁离子存在，溶液的溶质为硝酸亚铁．原来硝酸的物质的量是0.15L×4mol/L=0.6mol，反应后生成的一氧化氮的物质的量为=0.1mol． 硝酸亚铁中的硝酸根离子的物质的量为0.6mol﹣0.1mol=0.5mol，硝酸亚铁有0.25mol，也就是n（Fe）=0.25mol，混合物中铁元素也有0.25mol，如果混合物全部转变为铁单质，那么就会有0.25mol铁，题目中是一定量的氢气，就有可能不能使铁全部还原出来，所以不大于0.25mol的都有可能． 故选D。 【例3】将一定量Fe、FeO和Fe2O3的混合物放入2mol/L的HNO3溶液25mL中，反应完全后，无固体剩余，生成224mL NO气体（标准状况），再向反应后的溶液中加入1mol/L的NaOH溶液，要使铁元素全部沉淀下来，所加NaOH溶液的体积最少是（　　） A．40mL B．45mL C．50mL D．无法确定 【解答】解：根据氮元素守恒来进行计算。HNO3的物质的量为0.025L×2mol/L=0.05mol，生成NO的物质的量为：=0.01mol，所以与一定量Fe、FeO和Fe2O3的混合物反应后溶液中含有的NO3﹣的物质的量为0.05mol﹣0.01mol=0.04mol，再向反应后的溶液中加入1mol/L的NaOH溶液，要使铁元素全部沉淀下来，所得溶液的溶质为NaNO3，所以需要NaOH的物质的量为：n（NaOH）=n（NO3﹣）=0.04mol，则所加NaOH溶液的体积最少是=0.04L，即40ml， 故选A． 【过关练习】（10分钟） 1．Mg、Al、Fe三种金属分别跟同浓度、同体积的稀盐酸反应时，放出的氢气质量相等，则下列说法中可能正确的是(　　) A．三种金属物质的量相等 B．三种金属均过量 C．三种金属的质量相等 D．盐酸均过量 2．有一种粉末它是由铁的氧化物中的一种或者两种组成，取3.04g粉末加热，同时通入足量的CO使之完全反应，再用过量澄清石灰水把生成的气体充分吸收，产生沉淀 5g． 则该粉末的组成是（　　） A．只有Fe2O3 B．只有FeO C．等物质的量的Fe2O3和Fe3O4 D．等物质的量的FeO和Fe3O4 3．向Fe2O3和铁粉组成的混合物中，加入量的稀H2SO4，各物质恰好完全反应，测得溶液中不含Fe3+，且Fe2+与H2的物质的量之比为4：1，那么在反应中，Fe2O3、Fe、H2SO4的物质的量之比为（　　） A．1：1：1 B．1：2：4 C．1：2：3 D．2：3：5 4． m g铁粉与Fe2O3组成的混合物投入到足量的稀H2SO4中，在标准状况下收集到V L H2，所得溶液遇KSCN溶液不显红色，则混合物中Fe2O3物质的量为（　　） A．2.5V mol B． mol C． mol D． mol 5．向一定量Fe、FeO、Fe3O4和Fe2O3的混合物中加入240mL 3mol•L﹣1的稀硝酸恰好使混合物完全溶解，放出2.688L NO（标准状况），往所得溶液中加入KSCN溶液，无红色出现．若用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物，能得到铁的物质的量为（　　） A．0.30mol B．0.36mol C．0.42mol D．0.48 mol 6．（2015•浦东新区模拟）部分氧化的Fe﹣Cu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO） 共5.92g，经如图处理： 下列说法正确的是（　　） ①滤液A中的阳离子为Fe2+、Fe3+、H+ ②样品中含氧元素的物质的量为0.03mol ③溶解样品的过程中消耗硫酸的总物质的量为0.04mol ④V=224mL ⑤V=336mL． A．①③④ B．②③④ C．②③⑤ D．①③⑤ 【单元过关训练】（27分钟） 1．中国每年要进口5亿吨左右的铁矿石，占世界海上铁矿石贸易量的一半以上，关于铁矿石的说法正确的是(　　) A．赤铁矿的主要成分是Fe3O4 B．铁矿石的主要成分与铁锈的主要成分相同 C．磁铁矿粉末溶于盐酸后，加入KSCN溶液，溶液变血红色 D．FeO俗称铁红 2、在浓度均为4mol/L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、8.4g B、11.2g C、16.8g D、22.4g 3．将2.4 g Fe、Al混合粉末溶于75 mL 4 mol·L－1的盐酸中，反应一段时间后，再加入250 mL 1.5 mol·L－1的NaOH溶液，反应完全后，溶液中大量存在的有(　　) A．Na＋、Fe2＋ B．Al3＋、Fe2＋ C．Fe3＋、AlO D．Na＋、AlO 4．将1.12 g铁粉加到25 mL 2 mol·L－1的氯化铁溶液中，完全反应后，其结果是(　　) A．铁有剩余，溶液呈浅绿色，c(Cl－)基本不变 B．往溶液中滴加无色KSCN溶液，不变色 C．溶液中n(Fe2＋)与n(Fe3＋)之比为6∶1 D．氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶5 5.部分氧化的FeCu合金样品（氧化产物为Fe2O3、CuO）共5.76g，经如下处理：下列说法正确的是（　　） A．滤液A中的阳离子为Fe2+、Fe3+、H+ B．样品中Fe元素的质量为2.24g C．样品中CuO的质量为4.0g D．V=896mL 6.铁是应用最广泛的金属，铁的卤化物、氧化物以及高价铁的含氧酸盐均为重要化合物。 （1）要确定铁的某氯化物FeClx的化学式。可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54 g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预防处理，再通过含有饱和OH－的阴离子交换柱，使Cl－和OH－发生交换。交换完成后，流出溶液的OH－用0.40 mol·L－1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0 mL。计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中X值 （2）现有一含有FeCl2和FeCl3的混合样品，采用上述方法测得n(Fe): n(Cl)＝1:2.1，则该样品中FeCl3的物质的量分数为____。在实验室中，FeCl2可用铁粉和____反应制备，FeCl3可用铁粉和_______反应制备 答案： （1）n(Cl)＝0.0250L×0.40mol·L－1＝0.010mol 0.54g－0.010mol×35.5g·mol －1＝0.19g n(Fe)＝0.19g/56g·mol－1＝0.0034mol n(Fe): n(Cl)＝0.0034:0.010≈1:3，x＝3 （2）0.10 盐酸 氯气 7.红热的铁能与水蒸气反应，有氢气生成，现用如图所示装置进行铁在高温下与水蒸气反应的实验，并用简单的方法收集、检验生成的氢气。请回答下列问题： (1)写出铁在高温下与水蒸气反应的化学方程式________________________________。 (2)干燥管C内盛放的药品是________和______(填化学式)。干燥管的________(填“m”或“n”)端与g导管相连接。 (3)在D处画出用试管收集氢气的装置图(所需其他仪器自行选择)。 (4)怎样用简单的方法检验收集到的气体是氢气，简述实验操作步骤和现象_____________________________________________ 答案：(1)3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2 (2)CaCl2　CaO　n (3) (4)用拇指堵住试管口，试管口向上，靠近酒精灯火焰，松开拇指，能燃烧或发出爆鸣声，说明收集的是H2 8.由Fe2O3、Fe、CuO、C、Al中的几种物质组成的混合粉末，取样品进行下列实验（部分产物略去）： （1）取少量溶液X，加入过量的NaOH溶液，有沉淀生成。取上层清液，通入CO2，无明显、变化，说明样品中不含有的物质是（填写化学式）______________。 （2）Z为一种或两种气体： ①若Z只为一种气体，试剂a为饱和NaHCO3溶液，则反应I中能同时生成两种气体的化学方程式是_______________________________________________________。 ②若Z为两种气体的混合物，试剂a为适量水，则Z中两种气体的化学式是_________________。 （3）向Y中通入过量氯气，并不断搅拌，充分反应后，溶液中的阳离子是（填写离子符号）___________________________。 （4）取Y中的溶液，调pH约为7，加入淀粉KI溶液和H2O2，溶液呈蓝色并有红褐色沉淀生成。当消耗2 mol I－时，共转移3 mol电子，该反应的离子方程式是_________________________。 （5）另取原样品，加入足量稀硫酸充分反应。若溶液中一定不会产生Y中的红色固体，则原样品中所有可能存在的物质组合是（各组合中的物质用化学式表示）________________。 △ 答案:（1）Al （2）①（浓）CO2↑＋2SO2↑＋2H2O②NO CO2 （3）Cu2+ Fe3+ H+ （4）2Fe2++3H2O2+4I－2Fe(OH)3↓+2I2 (5)CuO、C ; CuO、C、Fe2O3 9．某研究小组利用下图装置探究温度对CO还原Fe2O3的影响(固定装置略)。 图0 (1)MgCO3的分解产物为________。 (2)装置C的作用是_____________________________________________，处理尾气的方法为___________________________________________________。 (3)将研究小组分为两组，按图中装置进行对比实验，甲组用酒精灯、乙组用酒精喷灯对装置D加热，反应产物均为黑色粉末(纯净物)。两组分别用产物进行以下实验。 步骤 操作 甲组现象 乙组现象 1 取黑色粉末加入稀盐酸 溶解，无气泡 溶解，有气泡 2 取步骤1中溶液，滴加K3[Fe(CN)6]溶液 蓝色沉淀 蓝色沉淀 3 取步骤1中溶液，滴加KSCN溶液 变红 无现象 4 向步骤3溶液中滴加新制氯水 红色褪去 先变红，后褪色 ①乙组得到的黑色粉末是________。 ②甲组步骤1中反应的离子方程式为__________________________________。 ③乙组步骤4中，溶液变红的原因为_____________________________________； 溶液褪色可能的原因及其验证方法为______________________________________。 ④从实验安全考虑，图中装置还可采取的改进措施是_______________________________。 [答案] (1)MgO、CO2 (2)除CO2　点燃 (3)①Fe ②Fe3O4＋8H＋===2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O ③Fe2＋被氧化为Fe3＋，Fe3＋遇SCN－显红色　假设SCN－被Cl2氧化，向溶液中加入KSCN溶液，若出现红色，则假设成立(其他合理答案均可) ④在装置BC之间添加装置E防倒吸(其他合理答案均可)