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浙江专用高中化学课时检测14铁及其氧化物课件新人教版必修第一册
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这是一份浙江专用高中化学课时检测14铁及其氧化物课件新人教版必修第一册，共60页。PPT课件主要包含了课前自主学习，化合物，导热性，延展性，还原性，①与非金属单质的反应，铁的氧化物，磁性氧化铁，红棕色，铁的氧化物的性质等内容，欢迎下载使用。
学习任务一 铁的单质任务驱动: 早期人类冶炼技术不发达,无法从铁矿石冶炼得到铁,有人曾发掘出4000多年前的匕首,是由陨铁加工而成的。你知道陨铁中铁的存在形式吗?1.铁的存在形态(1)铁在自然界中有两种存在形态,可以像_____中的铁那样以_____形态存在,也可以化合价___和___的_______形态存在于矿石中。
【想一想】铁元素在化合物中有+2、+3价两种化合价,结合氧化还原反应规律,会有什么性质?提示:最高价态只有氧化性,中间价态既有氧化性又有还原性。
(2)铁在地壳中的含量仅次于___、___和___,居第四位。2.铁的性质(1)物理性质纯铁是_____色金属,有_______和_______,能_____,能被磁铁吸引。(2)化学性质铁单质性质活泼,有较强的_______。铁的单质与其他物质反应时,既可以失去两个电子,也可以失去三个电子,也就是说在化合物中铁有+2价和+3价两种化合价。
Fe与S反应:_____________。
Fe+S FeS
②与水的反应常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:_______________________。③与酸的反应与非氧化性酸,如盐酸反应的离子方程式:__________________。④与某些盐溶液的反应a.与CuSO4溶液反应的离子方程式:_________________。b.与FeCl3溶液反应的离子方程式:________________。
3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
Fe+2H+====Fe2++H2↑
Fe+Cu2+====Cu+Fe2+
Fe+2Fe3+====3Fe2+
学习任务二 铁的三种氧化物任务驱动:硫酸亚铁用于给植物补充铁元素,防止黄叶病;红珊瑚是由于在生长的过程中吸收了铁的氧化物而形成的;用于人民币票面文字等处的油墨中含有一种磁性铁的氧化物,你知道上述每种铁的化合物中铁元素的价态吗?
提示:分别含有FeSO4(+2价)、Fe2O3(+3价)和Fe3O4(+2价;+3价)。
【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。
FeO+2H+====
Fe2O3+6H+====
Fe3O4+8H+====
2Fe3++Fe2++4H2O
6FeO+O2 2Fe3O4
学习任务三 铁的氢氧化物任务驱动: 铁在常温下不与水反应,在高温下与水反应生成Fe3O4,因此铁不能像钠一样与水反应生成氢氧化物,那如何制得铁的氢氧化物呢?1.Fe(OH)2与Fe(OH)3的比较
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
Fe(OH)2+2H+====Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+====Fe3++3H2O
Fe2++2OH-==== Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3
2.铁的氢氧化物的制备
【做一做】以下说法正确的有_____①浓盐酸与铁屑反应:2Fe+6H+====2Fe3++3H2↑②纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附③铁在高温下与H2O(g)发生置换反应生成Fe3O4④ Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与I2反应生成FeI3⑤用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装没有发生化学反应⑥Fe3O4中Fe的化合价有+2价和+3价,但Fe3O4为纯净物
探究任务一 铁粉与水蒸气反应【实验情境】铁粉与水蒸气反应的反应装置图如下:
【问题探究】1.湿棉花和肥皂液在反应中分别起什么作用?提示:湿棉花受热可以提供反应所需的水蒸气;肥皂液在实验中起到收集气体的作用。2.铁粉与水蒸气反应产生的气体是什么?如何证明?提示:用火柴点燃肥皂泡,看到淡蓝色火焰且有爆鸣声,证明生成的气体是H2。
3.【迁移应用】:利用如图装置能不能进行铁粉与水蒸气的反应?请说明原因。 提示:可以。首先加热右边试管中的水,产生的水蒸气进入左边试管中,然后加热左边试管中的铁粉,反应产生的氢气用中间试管排水法收集。
【探究总结】 铁与水反应“四注意”(1)Fe不能与冷、热水反应,只能与水蒸气反应;(2)实验开始后应首先加热湿棉花,产生水蒸气后再在铁粉处加热;(3)Fe与水蒸气反应的固体产物是Fe3O4,不是Fe2O3;(4)Fe生锈是铁与水、氧气共同作用的结果。
【探究特训】1.下列金属在一定条件下能够与水反应,且生成金属氧化物的是( )A.K B.Mg C.Fe D.Cu【解析】选C。K与冷水反应产生KOH、Mg与热水反应产生Mg(OH)2,Fe与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4,Cu与水不反应。
2.(双选)(2020·聊城高一检测改编)下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )A.可以采用加热的方法除去Fe2O3中的Fe(OH)3B.铁只有与水蒸气反应才能得到Fe3O4C.不能通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3D.铁与水蒸气的反应属于置换反应【解析】选A、D。Fe(OH)3加热分解生成Fe2O3,A正确;铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4,B错误;可以通过化合反应2FeCl3+Fe====3FeCl2生成FeCl2,可以通过化合反应4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3生成Fe(OH)3,C错误。
【补偿训练】1.(2019·临沂高一检测)将黏土用水调和后制成砖坯,放在砖窑中煅烧便制成砖。黏土中含有铁,烧制过程中完全氧化时生成三氧化二铁呈红色,即最常用的红砖;而如果在烧制过程中加水冷却,使黏土中的铁不完全氧化而生成低价铁则呈青色,即青砖。
下列关于铁与水反应的描述不正确的是( )A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时能发出爆鸣声C.铁与水蒸气的反应是氧化还原反应D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中O2、CO2、H2O的共同作用下能发生反应【解析】选A。铁与水蒸气反应的产物是Fe3O4,A项错误;B项氢气点燃有爆鸣声;C项铁与水蒸气反应属于氧化还原反应;D项为铁在空气中生锈的过程。
2.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)写出装置B中发生反应的化学方程式:______________________________,该反应中氧化剂是________,氧化产物是________。 (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_______________。
【解析】(2)B中发生的反应是3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,故A装置为B中的反应提供水蒸气。(3)D的作用是吸收未反应的水蒸气,干燥H2。(4)E中的反应为H2+CuO Cu+H2O,故实验现象是黑色固体变红,且玻璃管内壁上有水珠生成。(5)应先点燃A处的酒精灯,排除B中的空气,再点燃酒精喷灯。进行H2还原CuO的实验前,应首先检验H2的纯度。答案:(1)产生水蒸气 防止加热时液体暴沸(2)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 H2O Fe3O4(3)吸收未反应的水蒸气,干燥H2(4)黑色固体变成红色,玻璃管内壁上有水珠生成(5)A 收集H2并检验其纯度
探究任务二 氢氧化亚铁的制备【实验情境】在两支试管中分别加入少量的FeCl3和FeSO4溶液,然后各滴入NaOH溶液。
【问题探究】1.预测性质从化合价角度预测氢氧化亚铁的制备需要注意哪些问题?提示:氢氧化亚铁中铁的化合价是+2价,具有一定的还原性,它的制备过程中要防止被氧化。
2.实验验证(1)FeCl3溶液呈_____色,FeSO4溶液呈_____色。(2)向FeCl3溶液滴加NaOH溶液,现象为___________________,反应的化学方程式为______________________________,离子方程式为_____________________。(3)向FeSO4溶液滴加NaOH溶液,瞬间现象为_________________,反应的化学方程式为______________________________,离子方程式为_____________________。随后生成的白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成了红褐色的原因是__________________________________,化学方程式为___________________________。
FeCl3+3NaOH====Fe(OH)3↓+3NaCl
FeSO4+2NaOH====Fe(OH)2↓+Na2SO4
Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓
Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3
3.解释和结论(1)Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3,所以为了较长时间看到FeSO4溶液和NaOH溶液反应产生白色沉淀现象,你可以在实验中采取哪些措施?提示:氢氧化钠溶液煮沸处理;滴加氢氧化钠溶液的长胶头滴管尖嘴插入液面以下;液面上方覆盖有机物等。
(2)结论:由于氢氧化亚铁容易被氧气氧化为氢氧化铁,所以在制备氢氧化亚铁时注意隔绝氧气。
4.迁移应用Fe(OH)2若进行灼烧会变成什么?提示:若是在无氧环境下,灼烧Fe(OH)2会得到FeO,若在有氧气存在条件下,Fe(OH)2在灼烧时会被氧化为Fe(OH)3,最终生成Fe2O3。
【探究总结】制备Fe(OH)2的两种思维:思维一:有机覆盖层法。将吸有NaOH溶液的长胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
思维二:还原性气体保护法。打开止水夹a用H2将装置内的空气排尽后,再关闭止水夹a,产生的H2使试管Ⅰ中压强变大,FeSO4沿玻璃管进入试管Ⅱ与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。
【探究特训】1.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )A.①②③④ B.①②③C.①②④D.②③④【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)Fe(OH)2的制备要尽可能杜绝氧气的干扰,(2)排除氧气干扰可以创造还原性条件或用覆盖有机物方式。
【解析】选C。①②利用铁粉与稀硫酸产生的氢气创造无氧环境,④中苯层可以起到隔绝空气的作用均能长时间观察到白色沉淀;③由于氢氧化钠滴加过程中会接触空气从而造成生成的氢氧化亚铁很快被氧化。
【延伸探究】装置④中的苯能不能换成四氯化碳,植物油呢?提示:不能换成四氯化碳,四氯化碳密度比水大,起不到隔绝空气的作用;植物油密度比水小,可以换成植物油。
2.某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论中正确的是( )A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+B.一定有Fe3+,一定没有Fe2+、Mg2+C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+【解析】选D。加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色的现象是溶液中含有亚铁离子的特性,而氢氧化铁的红褐色沉淀比白色沉淀的颜色深得多,所以不可能存在Fe3+。
【补偿训练】1.某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答:(1) 仪器1的名称为________。装置5的作用为________。 (2) 实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进,使溶液能进入4中________。 (3) 装置改进后,将3中反应后溶液压入4中,在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因________。
【解析】(1)仪器1的名称为分液漏斗,装置5的作用为液封,防止空气进入装置4;(2)方法为在装置2、3之间添加控制开关;(3)没有产生白色沉淀的原因为装置4内的空气没有排尽。答案:(1)分液漏斗 液封;防止空气进入装置4(2)在装置2、3之间添加控制开关 (3)装置4内的空气没有排尽
2.(2019·邢台高一检测)如图所示,此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 ml·L-1的硫酸,其他试剂任选。
(1)实验开始时止水夹a是打开还是关闭?请解释原因。提示:打开a, 铁屑和硫酸反应产生的氢气可以将装置中的氧气排净。(2)简述生成Fe(OH)2的操作过程。提示:待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,将FeSO4溶液压入B中进行反应。(3) B中盛有一定量的NaOH溶液,实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生什么反应?提示:4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3。
铁及其氧化物、氢氧化物
导电性、导热性、延展性
1.位于哈尔滨市南岗区的一个小型特种钢铸造厂因操作人员操作出现失误,一千多度高温铁水进入到冷水坑而引发爆炸,房顶被爆炸产生的冲击波穿了个大洞,幸无人员伤亡。爆炸原因分析可能发生了以下哪个反应( )A.Fe+2H2O Fe(OH)2+H2↑B.2Fe+6H2O 2Fe(OH)3+3H2↑C.3Fe+4H2O Fe3O4+4H2↑D.2Fe+3H2O Fe2O3+3H2↑
【解析】选C。一千多摄氏度的铁水进入冷水坑符合铁与水蒸气在高温条件下生成Fe3O4和H2,产生的H2遇氧气发生爆炸。
【补偿训练】将铁片放入下列各溶液中,反应后溶液质量增加,但无气体产生的是 ( )A.CuCl2溶液 B.AgNO3溶液C.Fe2(SO4)3溶液D.稀硫酸【解析】选C。Fe与CuCl2溶液反应,每溶解56 g Fe,生成64 g Cu,溶液质量减轻,错误。B项:Fe与AgNO3溶液反应,每溶解56 g Fe,生成216 g Ag,溶液质量减轻,错误。C项:Fe与Fe2(SO4)3溶液反应,Fe溶解,溶液质量增加且无气体放出,正确。D项:Fe与稀H2SO4反应,每溶解56 g Fe,生成2 g H2,溶液质量增加,但有气体放出,错误。
2.99式主战坦克和升级版的99G式,是目前中国最先进的主战坦克。坦克的主要制造材料是钢铁,下列关于铁的说法中,正确的是 ( )A.自然界中的陨铁主要以单质形态存在B.单质铁与稀硫酸在常温下不反应C.铁单质只具有还原性,其阳离子只具有氧化性D.与盐酸反应生成氢气和FeCl3【解析】选A。自然界中的铁元素主要以化合态形式存在,但陨铁中的铁元素以游离态形式存在,A正确;常温下,铁和稀硫酸反应生成FeSO4和H2,B错误;Fe2+既有还原性,也有氧化性,C错误;与盐酸反应生成氢气和FeCl2,D错误。
【补偿训练】 “秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦,有的是黑色的,有的却是红色的,你猜测其中的原因可能是 ( )
A.土壤中含有铁粉、二氧化锰等B.黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑,红砖瓦则是添加了红色耐高温染料C.土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色CuO和红色CuD.土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3【解析】选D。黏土中含有铁元素,在烧制砖瓦时,与O2反应,生成氧化物,铁元素的氧化物有3种,FeO与Fe3O4为黑色,Fe2O3为红棕色,故D项正确。
3.下列关于Fe(OH)2的制备能够成功的是( )A.向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液B.向FeSO4溶液中逐滴加入氨水C.先将装有NaOH溶液的长滴管插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀D.取适量新配制的FeSO4溶液于试管中,再加入一层植物油(密度小于水,且不溶于水),然后向溶液上一层逐滴加入NaOH溶液【解析】选C。Fe(OH)2可用含Fe2+的盐溶液与碱反应制取,但由于Fe(OH)2 具有一定的还原性,很容易被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3,因此制备 Fe(OH)2时要避免与空气接触。
【易错提醒】防止Fe(OH)2氧化的方法:①将配制溶液的蒸馏水煮沸,去除溶液中的氧气。②将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部,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。
4.(2020·济南高一检测)某化学实验小组利用以下装置测定某赤铁矿中氧化铁的纯度:向赤铁矿中通入纯净的一氧化碳气体,假设赤铁矿中杂质不参与反应,请回答下列问题:
(1)实验开始时,先进行的操作是________(填序号),其目的是_____。 ①通入一氧化碳 ②加热(2)实验过程中观察到装置A中玻璃管内发生的现象是 _________; (3)写出B装置发生的化学反应方程式是 ______________; 装置C的作用是_________________。 (4)从环境保护的角度看本实验存在的缺陷是 ________。 (5)实验前称量赤铁矿的质量为20 g。通入足量的一氧化碳完全反应后B装置总质量增加了13.2 g,则赤铁矿中氧化铁的纯度为___________。
【解析】(1)实验开始时,要先通一会儿一氧化碳,把装置内的空气排除干净,防止形成混合气体发生爆炸;(2)实验过程中观察到装置A中玻璃管内发生的现象是红色物质变成黑色;(3)二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,化学方程式为2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O;装置C的作用是:防止空气中的二氧化碳进入装置B中影响赤铁矿中氧化铁纯度的测定;(4)一氧化碳有剧毒,为了防止未反应完的一氧化碳进入空气污染环境,要在C装置的末端放一燃着的酒精灯;(5)设生成13.2 g二氧化碳,需要氧化铁的质量为x
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2160132x13.2 g解得x=16 g赤铁矿中氧化铁的纯度为: ×100%=80%。
答案:(1)① 把装置内的空气排除干净,防止形成混合气体发生爆炸 (2)红色物质变黑色(3)CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O防止空气中的二氧化碳进入装置B中影响赤铁矿中氧化铁纯度的测定(4)没有尾气处理(或应有尾气处理装置) (5)80%
【补偿训练】 实验室用如图所示的装置测定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”)。
学习任务一 铁的单质任务驱动: 早期人类冶炼技术不发达,无法从铁矿石冶炼得到铁,有人曾发掘出4000多年前的匕首,是由陨铁加工而成的。你知道陨铁中铁的存在形式吗?1.铁的存在形态(1)铁在自然界中有两种存在形态,可以像_____中的铁那样以_____形态存在,也可以化合价___和___的_______形态存在于矿石中。
【想一想】铁元素在化合物中有+2、+3价两种化合价,结合氧化还原反应规律,会有什么性质?提示:最高价态只有氧化性,中间价态既有氧化性又有还原性。
(2)铁在地壳中的含量仅次于___、___和___,居第四位。2.铁的性质(1)物理性质纯铁是_____色金属,有_______和_______,能_____,能被磁铁吸引。(2)化学性质铁单质性质活泼,有较强的_______。铁的单质与其他物质反应时,既可以失去两个电子,也可以失去三个电子,也就是说在化合物中铁有+2价和+3价两种化合价。
Fe与S反应:_____________。
Fe+S FeS
②与水的反应常温下铁与水不反应,在高温条件下与水蒸气反应:_______________________。③与酸的反应与非氧化性酸,如盐酸反应的离子方程式:__________________。④与某些盐溶液的反应a.与CuSO4溶液反应的离子方程式:_________________。b.与FeCl3溶液反应的离子方程式:________________。
3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2
Fe+2H+====Fe2++H2↑
Fe+Cu2+====Cu+Fe2+
Fe+2Fe3+====3Fe2+
学习任务二 铁的三种氧化物任务驱动:硫酸亚铁用于给植物补充铁元素,防止黄叶病;红珊瑚是由于在生长的过程中吸收了铁的氧化物而形成的;用于人民币票面文字等处的油墨中含有一种磁性铁的氧化物,你知道上述每种铁的化合物中铁元素的价态吗?
提示:分别含有FeSO4(+2价)、Fe2O3(+3价)和Fe3O4(+2价;+3价)。
【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。
FeO+2H+====
Fe2O3+6H+====
Fe3O4+8H+====
2Fe3++Fe2++4H2O
6FeO+O2 2Fe3O4
学习任务三 铁的氢氧化物任务驱动: 铁在常温下不与水反应,在高温下与水反应生成Fe3O4,因此铁不能像钠一样与水反应生成氢氧化物,那如何制得铁的氢氧化物呢?1.Fe(OH)2与Fe(OH)3的比较
2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O
Fe(OH)2+2H+====Fe2++2H2O
Fe(OH)3+3H+====Fe3++3H2O
Fe2++2OH-==== Fe(OH)2↓
Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓
4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3
2.铁的氢氧化物的制备
【做一做】以下说法正确的有_____①浓盐酸与铁屑反应:2Fe+6H+====2Fe3++3H2↑②纳米铁粉可以高效地去除被污染水体中的Pb2+、Cu2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子,其本质是纳米铁粉对重金属离子较强的物理吸附③铁在高温下与H2O(g)发生置换反应生成Fe3O4④ Fe与Cl2反应生成FeCl3,推测Fe与I2反应生成FeI3⑤用含硅胶、铁粉的透气小袋与食品一起密封包装没有发生化学反应⑥Fe3O4中Fe的化合价有+2价和+3价,但Fe3O4为纯净物
探究任务一 铁粉与水蒸气反应【实验情境】铁粉与水蒸气反应的反应装置图如下:
【问题探究】1.湿棉花和肥皂液在反应中分别起什么作用?提示:湿棉花受热可以提供反应所需的水蒸气;肥皂液在实验中起到收集气体的作用。2.铁粉与水蒸气反应产生的气体是什么?如何证明?提示:用火柴点燃肥皂泡,看到淡蓝色火焰且有爆鸣声,证明生成的气体是H2。
3.【迁移应用】:利用如图装置能不能进行铁粉与水蒸气的反应?请说明原因。 提示:可以。首先加热右边试管中的水,产生的水蒸气进入左边试管中,然后加热左边试管中的铁粉,反应产生的氢气用中间试管排水法收集。
【探究总结】 铁与水反应“四注意”(1)Fe不能与冷、热水反应,只能与水蒸气反应;(2)实验开始后应首先加热湿棉花,产生水蒸气后再在铁粉处加热;(3)Fe与水蒸气反应的固体产物是Fe3O4,不是Fe2O3;(4)Fe生锈是铁与水、氧气共同作用的结果。
【探究特训】1.下列金属在一定条件下能够与水反应,且生成金属氧化物的是( )A.K B.Mg C.Fe D.Cu【解析】选C。K与冷水反应产生KOH、Mg与热水反应产生Mg(OH)2,Fe与水蒸气在高温下反应生成Fe3O4,Cu与水不反应。
2.(双选)(2020·聊城高一检测改编)下列有关铁及其化合物的说法中正确的是( )A.可以采用加热的方法除去Fe2O3中的Fe(OH)3B.铁只有与水蒸气反应才能得到Fe3O4C.不能通过化合反应生成FeCl2和Fe(OH)3D.铁与水蒸气的反应属于置换反应【解析】选A、D。Fe(OH)3加热分解生成Fe2O3,A正确;铁在纯氧中燃烧或高温下和水蒸气反应均能得到Fe3O4,B错误;可以通过化合反应2FeCl3+Fe====3FeCl2生成FeCl2,可以通过化合反应4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3生成Fe(OH)3,C错误。
【补偿训练】1.(2019·临沂高一检测)将黏土用水调和后制成砖坯,放在砖窑中煅烧便制成砖。黏土中含有铁,烧制过程中完全氧化时生成三氧化二铁呈红色,即最常用的红砖;而如果在烧制过程中加水冷却,使黏土中的铁不完全氧化而生成低价铁则呈青色,即青砖。
下列关于铁与水反应的描述不正确的是( )A.铁与水蒸气反应的产物是黑色的Fe2O3B.红热的铁能与水蒸气反应,放出的气体点燃时能发出爆鸣声C.铁与水蒸气的反应是氧化还原反应D.常温下,Fe与H2O不反应,但在空气中O2、CO2、H2O的共同作用下能发生反应【解析】选A。铁与水蒸气反应的产物是Fe3O4,A项错误;B项氢气点燃有爆鸣声;C项铁与水蒸气反应属于氧化还原反应;D项为铁在空气中生锈的过程。
2.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)写出装置B中发生反应的化学方程式:______________________________,该反应中氧化剂是________,氧化产物是________。 (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_______________。
【解析】(2)B中发生的反应是3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2,故A装置为B中的反应提供水蒸气。(3)D的作用是吸收未反应的水蒸气,干燥H2。(4)E中的反应为H2+CuO Cu+H2O,故实验现象是黑色固体变红,且玻璃管内壁上有水珠生成。(5)应先点燃A处的酒精灯,排除B中的空气,再点燃酒精喷灯。进行H2还原CuO的实验前,应首先检验H2的纯度。答案:(1)产生水蒸气 防止加热时液体暴沸(2)3Fe+4H2O(g) Fe3O4+4H2 H2O Fe3O4(3)吸收未反应的水蒸气,干燥H2(4)黑色固体变成红色,玻璃管内壁上有水珠生成(5)A 收集H2并检验其纯度
探究任务二 氢氧化亚铁的制备【实验情境】在两支试管中分别加入少量的FeCl3和FeSO4溶液,然后各滴入NaOH溶液。
【问题探究】1.预测性质从化合价角度预测氢氧化亚铁的制备需要注意哪些问题?提示:氢氧化亚铁中铁的化合价是+2价,具有一定的还原性,它的制备过程中要防止被氧化。
2.实验验证(1)FeCl3溶液呈_____色,FeSO4溶液呈_____色。(2)向FeCl3溶液滴加NaOH溶液,现象为___________________,反应的化学方程式为______________________________,离子方程式为_____________________。(3)向FeSO4溶液滴加NaOH溶液,瞬间现象为_________________,反应的化学方程式为______________________________,离子方程式为_____________________。随后生成的白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成了红褐色的原因是__________________________________,化学方程式为___________________________。
FeCl3+3NaOH====Fe(OH)3↓+3NaCl
FeSO4+2NaOH====Fe(OH)2↓+Na2SO4
Fe2++2OH-====Fe(OH)2↓
Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3
3.解释和结论(1)Fe(OH)2在空气中极易被氧化成Fe(OH)3,所以为了较长时间看到FeSO4溶液和NaOH溶液反应产生白色沉淀现象,你可以在实验中采取哪些措施?提示:氢氧化钠溶液煮沸处理;滴加氢氧化钠溶液的长胶头滴管尖嘴插入液面以下;液面上方覆盖有机物等。
(2)结论:由于氢氧化亚铁容易被氧气氧化为氢氧化铁,所以在制备氢氧化亚铁时注意隔绝氧气。
4.迁移应用Fe(OH)2若进行灼烧会变成什么?提示:若是在无氧环境下,灼烧Fe(OH)2会得到FeO,若在有氧气存在条件下,Fe(OH)2在灼烧时会被氧化为Fe(OH)3,最终生成Fe2O3。
【探究总结】制备Fe(OH)2的两种思维:思维一:有机覆盖层法。将吸有NaOH溶液的长胶头滴管插到液面以下,并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl4),以防止空气与Fe(OH)2接触发生反应,如图1所示。
思维二:还原性气体保护法。打开止水夹a用H2将装置内的空气排尽后,再关闭止水夹a,产生的H2使试管Ⅰ中压强变大,FeSO4沿玻璃管进入试管Ⅱ与NaOH溶液混合,这样可长时间观察到白色沉淀,如图2所示。
【探究特训】1.下列各图示中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是( )A.①②③④ B.①②③C.①②④D.②③④【解题指南】解答本题需要注意以下两点:(1)Fe(OH)2的制备要尽可能杜绝氧气的干扰,(2)排除氧气干扰可以创造还原性条件或用覆盖有机物方式。
【解析】选C。①②利用铁粉与稀硫酸产生的氢气创造无氧环境,④中苯层可以起到隔绝空气的作用均能长时间观察到白色沉淀;③由于氢氧化钠滴加过程中会接触空气从而造成生成的氢氧化亚铁很快被氧化。
【延伸探究】装置④中的苯能不能换成四氯化碳,植物油呢?提示:不能换成四氯化碳,四氯化碳密度比水大,起不到隔绝空气的作用;植物油密度比水小,可以换成植物油。
2.某溶液中可能存在Mg2+、Fe2+、Fe3+,加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀,迅速变成灰绿色,最后变成红褐色,下列结论中正确的是( )A.一定有Fe2+,一定没有Fe3+、Mg2+B.一定有Fe3+,一定没有Fe2+、Mg2+C.一定有Fe3+,可能有Fe2+,一定没有Mg2+D.一定有Fe2+,可能有Mg2+,一定没有Fe3+【解析】选D。加入NaOH溶液,开始时有白色絮状沉淀生成,白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色的现象是溶液中含有亚铁离子的特性,而氢氧化铁的红褐色沉淀比白色沉淀的颜色深得多,所以不可能存在Fe3+。
【补偿训练】1.某同学设计如图装置(气密性已检查)制备Fe(OH)2白色沉淀。
请回答:(1) 仪器1的名称为________。装置5的作用为________。 (2) 实验开始时,关闭K2,打开K1,反应一段时间后,再打开K2,关闭K1,发现3中溶液不能进入4中。请为装置作一处改进,使溶液能进入4中________。 (3) 装置改进后,将3中反应后溶液压入4中,在4中析出了灰绿色沉淀。从实验操作过程分析没有产生白色沉淀的原因________。
【解析】(1)仪器1的名称为分液漏斗,装置5的作用为液封,防止空气进入装置4;(2)方法为在装置2、3之间添加控制开关;(3)没有产生白色沉淀的原因为装置4内的空气没有排尽。答案:(1)分液漏斗 液封;防止空气进入装置4(2)在装置2、3之间添加控制开关 (3)装置4内的空气没有排尽
2.(2019·邢台高一检测)如图所示,此装置可用来制取和观察Fe(OH)2在空气中被氧化的颜色变化。实验时必须使用铁屑和6 ml·L-1的硫酸,其他试剂任选。
(1)实验开始时止水夹a是打开还是关闭?请解释原因。提示:打开a, 铁屑和硫酸反应产生的氢气可以将装置中的氧气排净。(2)简述生成Fe(OH)2的操作过程。提示:待A装置反应一段时间后关闭止水夹a,将FeSO4溶液压入B中进行反应。(3) B中盛有一定量的NaOH溶液,实验完毕,打开b处止水夹,放入一部分空气,此时B瓶中发生什么反应?提示:4Fe(OH)2+O2+2H2O====4Fe(OH)3。
铁及其氧化物、氢氧化物
导电性、导热性、延展性
1.位于哈尔滨市南岗区的一个小型特种钢铸造厂因操作人员操作出现失误,一千多度高温铁水进入到冷水坑而引发爆炸,房顶被爆炸产生的冲击波穿了个大洞,幸无人员伤亡。爆炸原因分析可能发生了以下哪个反应( )A.Fe+2H2O Fe(OH)2+H2↑B.2Fe+6H2O 2Fe(OH)3+3H2↑C.3Fe+4H2O Fe3O4+4H2↑D.2Fe+3H2O Fe2O3+3H2↑
【解析】选C。一千多摄氏度的铁水进入冷水坑符合铁与水蒸气在高温条件下生成Fe3O4和H2,产生的H2遇氧气发生爆炸。
【补偿训练】将铁片放入下列各溶液中,反应后溶液质量增加,但无气体产生的是 ( )A.CuCl2溶液 B.AgNO3溶液C.Fe2(SO4)3溶液D.稀硫酸【解析】选C。Fe与CuCl2溶液反应,每溶解56 g Fe,生成64 g Cu,溶液质量减轻,错误。B项:Fe与AgNO3溶液反应,每溶解56 g Fe,生成216 g Ag,溶液质量减轻,错误。C项:Fe与Fe2(SO4)3溶液反应,Fe溶解,溶液质量增加且无气体放出,正确。D项:Fe与稀H2SO4反应,每溶解56 g Fe,生成2 g H2,溶液质量增加,但有气体放出,错误。
2.99式主战坦克和升级版的99G式,是目前中国最先进的主战坦克。坦克的主要制造材料是钢铁,下列关于铁的说法中,正确的是 ( )A.自然界中的陨铁主要以单质形态存在B.单质铁与稀硫酸在常温下不反应C.铁单质只具有还原性,其阳离子只具有氧化性D.与盐酸反应生成氢气和FeCl3【解析】选A。自然界中的铁元素主要以化合态形式存在,但陨铁中的铁元素以游离态形式存在,A正确;常温下,铁和稀硫酸反应生成FeSO4和H2,B错误;Fe2+既有还原性,也有氧化性,C错误;与盐酸反应生成氢气和FeCl2,D错误。
【补偿训练】 “秦砖汉瓦”是我国传统建筑文化的一个缩影。同是由黏土烧制的砖瓦,有的是黑色的,有的却是红色的,你猜测其中的原因可能是 ( )
A.土壤中含有铁粉、二氧化锰等B.黑砖瓦是煅烧过程中附着了炭黑,红砖瓦则是添加了红色耐高温染料C.土壤中含有的铜元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色CuO和红色CuD.土壤中含有的铁元素经过不同工艺煅烧,分别生成了黑色Fe3O4或FeO和红色Fe2O3【解析】选D。黏土中含有铁元素,在烧制砖瓦时,与O2反应,生成氧化物,铁元素的氧化物有3种,FeO与Fe3O4为黑色,Fe2O3为红棕色,故D项正确。
3.下列关于Fe(OH)2的制备能够成功的是( )A.向FeCl2溶液中逐滴加入NaOH溶液B.向FeSO4溶液中逐滴加入氨水C.先将装有NaOH溶液的长滴管插入FeSO4溶液液面下,再挤出NaOH溶液可制得Fe(OH)2白色沉淀D.取适量新配制的FeSO4溶液于试管中,再加入一层植物油(密度小于水,且不溶于水),然后向溶液上一层逐滴加入NaOH溶液【解析】选C。Fe(OH)2可用含Fe2+的盐溶液与碱反应制取,但由于Fe(OH)2 具有一定的还原性,很容易被空气中的氧气氧化为Fe(OH)3,因此制备 Fe(OH)2时要避免与空气接触。
【易错提醒】防止Fe(OH)2氧化的方法:①将配制溶液的蒸馏水煮沸,去除溶液中的氧气。②将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部,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。
4.(2020·济南高一检测)某化学实验小组利用以下装置测定某赤铁矿中氧化铁的纯度:向赤铁矿中通入纯净的一氧化碳气体,假设赤铁矿中杂质不参与反应,请回答下列问题:
(1)实验开始时,先进行的操作是________(填序号),其目的是_____。 ①通入一氧化碳 ②加热(2)实验过程中观察到装置A中玻璃管内发生的现象是 _________; (3)写出B装置发生的化学反应方程式是 ______________; 装置C的作用是_________________。 (4)从环境保护的角度看本实验存在的缺陷是 ________。 (5)实验前称量赤铁矿的质量为20 g。通入足量的一氧化碳完全反应后B装置总质量增加了13.2 g,则赤铁矿中氧化铁的纯度为___________。
【解析】(1)实验开始时,要先通一会儿一氧化碳,把装置内的空气排除干净,防止形成混合气体发生爆炸;(2)实验过程中观察到装置A中玻璃管内发生的现象是红色物质变成黑色;(3)二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,化学方程式为2NaOH+CO2====Na2CO3+H2O;装置C的作用是:防止空气中的二氧化碳进入装置B中影响赤铁矿中氧化铁纯度的测定;(4)一氧化碳有剧毒,为了防止未反应完的一氧化碳进入空气污染环境,要在C装置的末端放一燃着的酒精灯;(5)设生成13.2 g二氧化碳,需要氧化铁的质量为x
Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2160132x13.2 g解得x=16 g赤铁矿中氧化铁的纯度为: ×100%=80%。
答案:(1)① 把装置内的空气排除干净,防止形成混合气体发生爆炸 (2)红色物质变黑色(3)CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O防止空气中的二氧化碳进入装置B中影响赤铁矿中氧化铁纯度的测定(4)没有尾气处理(或应有尾气处理装置) (5)80%
【补偿训练】 实验室用如图所示的装置测定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”)。
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