2023-2024學(xué)年必修第一冊(人教版2019)第三章鐵金屬材料鐵及其化合物1．鐵及其化合物的“價—類”二維圖：2．鐵及其化合物之間的主要轉(zhuǎn)化關(guān)系：利用“價態(tài)二維圖”認(rèn)識鐵及其化合物的關(guān)系3．從物質(zhì)分類的角度理解鐵及其化合物的性質(zhì)(1)Fe2O3、FeO都是堿性氧化物，能與酸反應(yīng)生成鹽和水。Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；FeO＋2H＋===H2O＋Fe2＋。(2)FeSO4和FeCl3都屬于鹽類，能和堿反應(yīng)生成Fe(OH)2及Fe(OH)3。

Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓；Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓。(3)Fe(OH)2和Fe(OH)3均屬于堿，能與酸反應(yīng)生成鹽和水。Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O；Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O。4．從化合價的角度理解鐵及其化合物的氧化性和還原性：(1)Fe單質(zhì)中鐵元素化合價為0價，僅具有還原性,可以被氧化成+2價或+3價的鐵。

(2)Fe2+既有氧化性又有還原性。

(3)Fe3+具有較強(qiáng)的氧化性,可被還原為+2價或0價的鐵。

(1)不同價態(tài)的鐵及鐵的化合物在相互轉(zhuǎn)化時,應(yīng)注意所用氧化劑和還原劑的強(qiáng)弱不同。(2)保存亞鐵鹽時,為了防止被氧化為鐵鹽,通常在溶液中加少量鐵粉或鐵釘。(3)金屬陽離子被還原不一定得到金屬單質(zhì),如Fe3+被還原可以生成Fe,也可以被還原生成Fe2+。【典例】如圖為鐵及其化合物的“價－類”二維圖。(1)填寫二維圖缺失的類別①__________和化學(xué)式②____________。(2)某同學(xué)利用以下試劑研究FeCl3性質(zhì)，進(jìn)行了如下預(yù)測：①Cl2②Fe③NaOH④H2SO4⑤AgNO3從物質(zhì)類別上看，F(xiàn)eCl3屬于________，可能與_____發(fā)生反應(yīng)(填序號)；從化合價角度看，F(xiàn)e3＋具有________性，可能與________________發(fā)生反應(yīng)(填序號)。【解析】(1)Fe為金屬單質(zhì)，則①為單質(zhì)；鐵的氫氧化物有Fe(OH)2和Fe(OH)3兩種，則②為Fe(OH)3；(2)從物質(zhì)類別上看，F(xiàn)eCl3屬于鹽，可能與氫氧化鈉和硝酸銀反應(yīng)；從化合價角度看，F(xiàn)e3＋化合價處于最高價態(tài)，具有氧化性，可發(fā)生還原反應(yīng)，可能與鐵發(fā)生反應(yīng)；(3)某工廠用FeCl3溶液腐蝕鍍有銅的絕緣板生產(chǎn)印刷電路，其化學(xué)原理為如下反應(yīng)：Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2①用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移：_____________________________。②反應(yīng)中FeCl3作________劑，理由是_________________________。③寫出該反應(yīng)的離子方程式__________________________?！窘馕觥?3)反應(yīng)Cu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2為氧化還原反應(yīng)，Cu失電子，化合價升高，發(fā)生氧化反應(yīng)，作還原劑；Fe元素化合價由＋3價降低到＋2價，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，F(xiàn)eCl3作氧化劑，①用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移為Cu＋2F2e－eCl3===CuCl2＋2FeCl2；②反應(yīng)中FeCl3中Fe元素化合價由＋3價降低到＋2價，得電子，化合價降低，發(fā)生還原反應(yīng)，作氧化劑；③反應(yīng)的離子方程式為Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋。答案：(1)單質(zhì)Fe(OH)3

(2)鹽③⑤氧化②(3)①Cu＋2F2e－eCl3===CuCl2＋2FeCl2②氧化鐵元素的化合價由＋3價變?yōu)椋?價③Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋【例題2】下列物質(zhì)之間有如下反應(yīng)關(guān)系:已知E轉(zhuǎn)化成C的現(xiàn)象是白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最后變?yōu)榧t褐色。回答下列問題。(1)寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式:A

,B

,D

,甲

,乙

,丙

。

(2)寫出E→C反應(yīng)的化學(xué)方程式:

。

答案:(1)Fe2O3FeCl3FeCl2Cl2NaOH(或KOH等)KSCN(2)4Fe(OH)2+O2+2H2O══4Fe(OH)3解析:(1)E轉(zhuǎn)化成C的現(xiàn)象是白色沉淀迅速變?yōu)榛揖G色,最后變?yōu)榧t褐色,則E為Fe(OH)2,C為Fe(OH)3,A為紅棕色粉末,則A為Fe2O3,B為FeCl3溶液,D為FeCl2溶液,乙為NaOH溶液(或KOH溶液等),由D→B的轉(zhuǎn)化可知,甲為氯氣或新制氯水等,由紅色溶液可知,丙為KSCN溶液。推斷題的解題思路:根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)(特別是顏色、狀態(tài))和化學(xué)性質(zhì)(相互轉(zhuǎn)化關(guān)系、反應(yīng)條件等),找出具有特征條件的物質(zhì),再由相互轉(zhuǎn)化關(guān)系逐步推斷。[變式訓(xùn)練1]化合價和物質(zhì)類別是整理元素及化合物知識的兩個要素，可表示為“價—類”二維圖。鐵元素的“價—類”二維圖如圖所示，下列說法正確的是(

)A.工業(yè)上用CO還原Fe2O3煉鐵，該反應(yīng)為置換反應(yīng)B．Fe3O4中鐵元素為＋4價C．維生素C能將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，該過程中維生素C作還原劑D．Fe(OH)2濁液露置于空氣中，由白色立即變?yōu)榧t褐色【解析】選C。用CO還原Fe2O3，反應(yīng)物中沒有單質(zhì)，故該反應(yīng)不是置換反應(yīng)，A項錯誤；Fe3O4中部分鐵元素顯＋3價，部分鐵元素顯＋2價，B項錯誤；維生素C將Fe3＋轉(zhuǎn)化為Fe2＋，使Fe元素發(fā)生還原反應(yīng)，維生素C表現(xiàn)出還原性，作還原劑，C項正確；Fe(OH)2濁液露置于空氣中易被空氣氧化，白色迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色，D項錯誤。[變式訓(xùn)練2]某“鐵基脫氧劑”的主要成分是還原Fe粉，使用一段時間后部分Fe粉會變質(zhì)為Fe2O3。將一包使用過一段時間后的脫氧劑用稀鹽酸浸泡，浸泡過程中粉末表面有大量細(xì)小無色氣泡產(chǎn)生。(1)溶液中的反應(yīng)有：Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、____________________________________________。(2)甲同學(xué)用如下方法驗證了溶液中Fe2＋的存在：取少量上層清液，加入某試劑X，出現(xiàn)白色沉淀，并很快變?yōu)榛揖G色，將沉淀傾倒在濾紙上，沉淀逐漸變?yōu)榧t褐色。試劑X為___________。濾紙上沉淀變化反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________________。(3)乙同學(xué)另取少量上層溶液，滴加氯水后溶液呈棕黃色，再滴加KSCN溶液，溶液變紅。滴加氯水后溶液變棕黃的離子方程式為___________。丙同學(xué)認(rèn)為Fe3＋不一定是由氯水反應(yīng)得到的，理由是_____________________，改進(jìn)方案是_____________________________________?！窘馕觥?1)使用過一段時間的脫氧劑含F(xiàn)e和Fe2O3，用稀鹽酸浸泡發(fā)生的反應(yīng)有Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋；(2)白色沉淀很快變?yōu)榛揖G色，逐漸變?yōu)榧t褐色，是白色的Fe(OH)2被氧化成紅褐色的Fe(OH)3的過程，則試劑X為NaOH溶液或氨水等。濾紙上沉淀變化的反應(yīng)方程式為4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3；(3)據(jù)(1)中反應(yīng)可知，上層溶液中有Fe2＋、可能有Fe3＋，滴加氯水后溶液呈棕黃色的離子方程式為2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，再滴加KSCN溶液變紅，F(xiàn)e3＋可能是原溶液中的，也可能是由氯水和Fe2＋反應(yīng)生成的。若先滴加KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，后滴加氯水溶液變紅，則可證明Fe3＋是氯水氧化Fe2＋生成的。答案：(1)2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋(2)NaOH溶液(或氨水等)

4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3

(3)2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－原上層溶液中可能含有Fe3＋先滴加KSCN溶液無明顯現(xiàn)象，后滴加氯水，溶液變紅專項突破1:鐵與水蒸氣的反應(yīng)鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置如圖所示請思考探究下列問題(1)實驗時，是先加熱濕棉花還是先加熱還原鐵粉？(2)點燃肥皂液時有什么現(xiàn)象？(3)該實驗中濕棉花的作用是什么？(4)為了加速反應(yīng)，往往把還原鐵粉分散于石棉絨上，其原因是什么？(5)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式，并用雙線橋表示出電子轉(zhuǎn)移的情況。歸納提升鐵與水蒸氣的反應(yīng)典型例題【例題1】某化學(xué)興趣小組利用如圖裝置(鐵架臺及夾持裝置已省略)進(jìn)行“鐵與水反應(yīng)”的實驗,并檢驗產(chǎn)物的性質(zhì),請回答下列問題。(1)A裝置的作用是

,B裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

(2)D裝置的作用是

。

(3)E裝置中的現(xiàn)象是

。

(4)A、B兩個裝置中應(yīng)先點燃

處的酒精燈(或酒精噴燈),點燃E處酒精燈之前應(yīng)進(jìn)行的操作是

。

答案:(1)產(chǎn)生水蒸氣

(2)吸收未反應(yīng)的水蒸氣(3)黑色固體變?yōu)榧t色,右端管壁有水珠生成(4)A收集H2,并檢驗其純度解析:(1)根據(jù)Fe與H2O(g)反應(yīng)可知A的作用是提供H2O(g)。(2)D的作用是除去未反應(yīng)的水蒸氣,干燥H2。(3)E中反應(yīng)為H2+CuOCu+H2O,故黑色粉末變紅,同時硬質(zhì)玻璃管右端會有水珠生成。(4)應(yīng)先點燃A處酒精燈,若先點燃B處酒精噴燈,B中的Fe會與空氣中的O2反應(yīng)生成Fe3O4,點燃E處酒精燈前要先檢驗H2的純度。忽視裝置里空氣與鐵粉反應(yīng),導(dǎo)致先點燃B處酒精噴燈?！咀兪接?xùn)練1】用如圖所示裝置進(jìn)行Fe與水蒸氣反應(yīng)的實驗，下列有關(guān)說法不正確的是()

ABB[裝置A是將液態(tài)H2O轉(zhuǎn)化為氣態(tài)，與裝置B中的鐵粉在高溫下發(fā)生反應(yīng)，A項正確；鐵粉與H2O(g)在高溫下發(fā)生反應(yīng)，生成Fe3O4和H2，B項錯誤；因生成的H2中含有較多的水蒸氣，故需要用堿石灰等不與H2反應(yīng)的干燥劑進(jìn)行干燥，C項正確；不純的H2在點燃時可能會發(fā)生爆炸，故在點燃H2前必須檢驗其純度，D項正確。]【變式訓(xùn)練2】1.某學(xué)習(xí)小組進(jìn)行了下圖所示的實驗,實驗后組員之間的交流不合理的是(

)A.甲同學(xué)認(rèn)為試管b中收集到的氣體可點燃,且產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰B.乙同學(xué)認(rèn)為試管a中生成的黑色固體可能為四氧化三鐵C.丙同學(xué)認(rèn)為將少量還原性鐵粉放入試管中,加適量的水,加熱也可實現(xiàn)該反應(yīng)D.丁同學(xué)認(rèn)為用鹽酸溶解固體生成物所得溶液有顏色答案:C解析:在高溫下鐵與水蒸氣反應(yīng)生成氫氣和四氧化三鐵。試管b中收集到的氣體可點燃,且產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰,A項正確;試管a中生成的黑色固體為四氧化三鐵,B項正確;鐵不能與冷水、熱水反應(yīng),在高溫下與水蒸氣反應(yīng),C項錯誤;用鹽酸溶解固體生成物得到氯化亞鐵和氯化鐵的混合溶液,溶液帶有顏色,D項正確。【變式訓(xùn)練3】在一定條件下用普通鐵粉與水蒸氣反應(yīng)可以得到鐵的氧化物。用氫氣還原該氧化物可生成顆粒很細(xì)的鐵粉。這種鐵粉具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性,在空氣中受撞擊或受熱時會燃燒,所以俗稱“引火鐵”。請分別用下圖所示的兩套儀器裝置,制取上述鐵的氧化物和“引火鐵”。實驗中必須使用普通鐵粉和6mol·L-1鹽酸,其他試劑自選(裝置中必要的鐵架臺、鐵夾、鐵圈、石棉網(wǎng)、加熱設(shè)備等在圖中均已略去)?；卮鹣铝袉栴}:(1)實驗進(jìn)行時,試管A中應(yīng)加入的試劑是

;燒瓶B的作用是

;燒瓶C的作用是

;在試管D中收集到的是

。

(2)實驗時,U形管G中應(yīng)加入的試劑是

;分液漏斗H中應(yīng)加入

。

(3)兩套裝置中,在實驗時需要加熱的儀器是

(填該儀器對應(yīng)的字母)。

(4)試管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是

。

(5)為了安全,在E管中的反應(yīng)發(fā)生前,在F出口處必須

;E管中的反應(yīng)開始后,在F出口處應(yīng)

。

答案:(1)普通鐵粉(或鐵粉)作為水蒸氣發(fā)生器防止倒吸(或用作安全瓶)氫氣(2)堿石灰(或固體NaOH、無水CaCl2等)

6mol·L-1鹽酸(3)ABE(5)檢驗氫氣的純度點燃?xì)錃饨馕?首先分析兩套裝置的特點,有水槽和倒扣小試管的一套顯然是反應(yīng)生成了氫氣,該裝置用于實現(xiàn)鐵粉與水蒸氣的反應(yīng),則另一套用于“引火鐵”的制取。問題引領(lǐng)取一支試管向其中加入少量的FeSO4溶液,然后加入NaOH溶液,觀察到生成的白色沉淀迅速變成灰綠色,最后轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色。1.白色沉淀為什么會迅速變成灰綠色,最后轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色?提示:最初生成的白色沉淀是Fe(OH)2,在空氣中會被迅速氧化,灰綠色是Fe(OH)2和Fe(OH)3混合物的顏色,最后完全氧化為紅褐色的Fe(OH)3。專項突破2:Fe(OH)2的常用制備方法問題分析

2.在制備Fe(OH)2時,為什么要用新制的FeSO4溶液并將吸有NaOH溶液的膠頭滴管尖嘴插入液面以下?提示:用新制的FeSO4溶液是防止Fe2+被氧化成Fe3+;滴管尖嘴插入液面以下是防止生成的Fe(OH)2與O2接觸而被氧化。3.在實驗中,若想長時間觀察到生成的白色Fe(OH)2沉淀,除使用新制FeSO4溶液外,還應(yīng)創(chuàng)造一個怎樣的反應(yīng)環(huán)境?提示:因為Fe(OH)2易被氧化而發(fā)生顏色變化,故應(yīng)盡可能創(chuàng)造無氧環(huán)境以防止Fe(OH)2被氧化。方法一:油層法。①取新配制的FeSO4溶液2mL放入試管中;②立即向試管中加入1mL植物油,避免溶液與空氣直接接觸;③用特制的長滴管將煮沸過的NaOH溶液滴入下層溶液中,可觀察到有白色Fe(OH)2沉淀生成,并能保存較長時間。歸納提升實驗中一般采用新制的硫酸亞鐵與NaOH溶液反應(yīng):Fe2++2OH-══Fe(OH)2↓。因為Fe(OH)2易被氧化,為了能較長時間觀察到Fe(OH)2的顏色,在實驗時常采用以下方法。方法二:H2保護(hù)法。實驗裝置如圖所示,試管Ⅰ中裝有鐵粉和稀硫酸;試管Ⅱ中裝有煮沸過的NaOH溶液。打開彈簧夾,利用鐵粉與稀硫

酸反應(yīng)生成的氫氣將試管Ⅰ和試管Ⅱ中的空

氣排凈(可通過檢驗排出氫氣的純度來檢驗空氣是否排凈)。關(guān)閉彈簧夾,產(chǎn)生的氫氣使試管Ⅰ中的壓強(qiáng)增大,這樣可使試管Ⅰ中新制的硫酸亞鐵溶液進(jìn)入試管Ⅱ中與NaOH溶液反應(yīng),從而可長時間觀察到生成的白色Fe(OH)2。典型例題【例題2】下圖所示裝置可用來制取和觀察Fe(OH)2在空氣中被氧化時的顏色變化。實驗時必須使用鐵屑和6mol·L-1的稀硫酸,其他試劑任選。請回答下列問題:(1)裝置B中盛有一定量的NaOH溶液,裝置A中應(yīng)預(yù)先加入的試劑是

,裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是

。

(2)實驗開始時應(yīng)先將活塞a

(填“打開”或“關(guān)閉”)。

(3)簡述制取Fe(OH)2的操作過程:

。

(4)實驗完畢,拔去裝置B中的橡膠塞,放入一部分空氣,此時裝置B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

。

答案:(1)鐵屑Fe+2H+══Fe2++H2↑

(2)打開(3)關(guān)閉活塞a,使FeSO4溶液壓入裝置B中進(jìn)行反應(yīng)(4)4Fe(OH)2+2H2O+O2══4Fe(OH)3解析:(1)題圖中裝置A的作用是產(chǎn)生H2,利用H2趕走整個裝置中的空氣,降低Fe2+被氧化的速率,以便能較長時間觀察到Fe(OH)2白色沉淀,故裝置A中應(yīng)預(yù)先加入的試劑為鐵屑:Fe+H2SO4══FeSO4+H2↑。(2)實驗開始時打開活塞a,裝置A中產(chǎn)生的H2沿導(dǎo)管進(jìn)入裝置B,趕走裝置中的空氣。(3)關(guān)閉活塞a,氣體不能逸出,壓迫裝置A中的液體通過導(dǎo)管進(jìn)入裝置B,FeSO4與NaOH混合產(chǎn)生Fe(O