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第一节铁及其化合物[核心素养发展目标] 1.能从物质类别和铁元素化合价的角度认识铁及其化合物的性质，理清铁元素不同价态之间的转化关系，增强证据推理与模型认知的能力。
2.会设计实验制备氢氧化亚铁，检验Fe3＋，探究Fe3＋、Fe2＋的氧化性与还原性，增强科学探究与创新意识。
知识梳理一、铁的单质1．铁元素的存在及使用(1)存在：铁在自然界中既可以以单质的形态存在，也可以以化合物的形态存在，其主要化合价有＋2价和＋3价，地壳中铁元素的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。
(2)使用历史：人类最早使用的铁是陨铁，我国在春秋初年掌握了冶铁技术，在战国中期铁制工具得到了广泛使用。
(3)工业炼铁的原理是用还原剂把铁矿石中的铁提炼出来，如用CO还原Fe2O3。
2．铁单质的性质(1)物理性质纯净的铁是光亮的银白色金属，密度较大，熔点较高，有延展性和导热性。
能导电，其导电性比铜、铝差，能被磁体吸引。
(2)化学性质写出下列反应的化学方程式或离子方程式(3)在如图所示的实验装置中：①试管中湿棉花的作用是加热时产生水蒸气与铁粉反应。
②若用火柴点燃肥皂泡，可能发生的现象是听到爆鸣声。
③该反应体现铁单质具有还原性。
深度思考(1)有下列物质：①S②CuCl2溶液③稀H2SO4④AgNO3溶液⑤Cl2，与Fe反应时生成＋2价铁的化合物的是__________(填序号，下同)，生成＋3价铁的化合物的是____________。
提示①②③④⑤(2)铁与水蒸气能发生反应，日常生活中为什么可用铁壶烧水？提示铁只能与水蒸气在高温下反应，而与冷水或热水不反应。
二、铁的主要化合物1．铁的氧化物氧化物氧化亚铁氧化铁(铁红) 四氧化三铁化学式FeO Fe2O3Fe3O4颜色状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体铁的价态＋2 ＋3 ＋2、＋3溶解性都不溶于水，但都能溶于酸溶液化学性质都能与稀盐酸、稀硫酸反应，生成相应的盐和水都具有氧化性，都能被CO、H2、Al等还原为铁单质FeO不稳定，在空气中加热生成稳定的Fe3O4分别写出盐酸与下列铁的氧化物反应的离子方程式：①氧化亚铁：FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O；②氧化铁：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O；③磁性氧化铁：Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O。
一、铁金属材料二、铁及其化合物的“价态—类别”二维图[项目探究]鲜榨苹果汁变色的实验探究[实验目的]苹果汁是人们喜爱的饮料，但是现榨的苹果汁在空气中会慢慢地由浅绿色变为棕黄色，为什么呢？于是，研究性小组同学设计并进行实验，探究苹果汁变色的原因。
[实验情景]①苹果汁中含有0.001%的二价铁物质，同时也含有多酚类物质，多酚可与空气中的氧气反应变为褐色物质。
②二价铁在空气中或与浓硝酸反应都能变为三价铁，且三价铁的溶液为黄色。
③浓硝酸具有强氧化性。
④硫氰化钾(KSCN)溶液变色规律药品Fe2＋Fe3＋KSCN溶液不变色变红色[实验猜想]Ⅰ.苹果汁变色与苹果中的铁元素有关。
Ⅱ.苹果汁变色是苹果汁中的多酚物质与空气中的氧气反应的结果。
[实验过程]实验1：兴趣小组的同学按照下面操作进行实验，②中未出现明显变化，③中溶液变为红色。
实验2：实验操作实验现象将上述试管分别放置于空气中一段时间试管编号 1 min 10 min 24 h①黄褐色褐色深褐色②无明显变化无明显变化无明显变化③略有些黄色浅黄色黄色探究1实验1中，②、③中现象说明什么？可以得出什么结论？提示：②中现象说明鲜苹果汁中无Fe3＋，③中现象说明加新制氯水后溶液中有Fe3＋，则原溶液中含有Fe2＋。
结论：鲜苹果汁中含有Fe2＋。
探究2实验1中涉及的离子反应是什么？写出离子方程式。
氯水也可以用什么试剂代替？提示：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－。
H2O2、酸性KMnO4或稀硝酸等。
探究3实验2中试管②中FeSO4溶液的浓度应该怎样选择？为什么？提示：②中FeSO4溶液溶质的质量分数为0.001%。
因为根据资料信息苹果汁中含有0.001%的二价铁物质，为了更好地与苹果汁比较，所以控制变量，实验2的②中FeSO4溶液溶质的质量分数也应该为0.001%。
探究4实验2可以得出什么结论？提示：鲜苹果汁变色与铁元素无关。
探究5验证猜想Ⅱ的实验操作及现象如何？提示：向除去氧气的试管中加入鲜苹果汁苹果汁不变色[实验结论]鲜苹果汁在空气中变色与铁元素无关，与其中的酚类物质被氧化有关。
整理与提升梳理：铁及其重要化合物涉及的主要反应有①Fe 和过量稀HNO 3的反应：Fe ＋4H ＋＋NO －3===Fe 3＋＋NO↑＋2H 2O ； ②Fe 高温下和水蒸气的反应：3Fe ＋4H 2O(g)=====△Fe 3O 4＋4H 2； ③铝与氧化铁的铝热反应：Fe 2O 3＋2Al=====高温2Fe ＋Al 2O 3； ④用赤铁矿冶炼铁的原理：Fe 2O 3＋3CO=====高温2Fe ＋3CO 2；⑤Fe(OH)2长时间露置于空气中：4Fe(OH)2＋O 2＋2H 2O===4Fe(OH)3； ⑥FeO 和稀HNO 3的反应：3FeO ＋10H ＋＋NO －3===3Fe 3＋＋NO↑＋5H 2O ； ⑦Fe(OH)3和HI 的反应：2Fe(OH)3＋6H ＋＋2I －===2Fe 2＋＋I 2＋6H 2O ； ⑧FeBr 2溶液和少量Cl 2的反应：2Fe 2＋＋Cl 2===2Fe 3＋＋2Cl －；⑨FeBr 2溶液和等物质的量的Cl 2反应：2Fe 2＋＋2Br －＋2Cl 2===2Fe 3＋＋Br 2＋4Cl －； ⑩FeBr 2溶液和过量Cl 2的反应：2Fe 2＋＋4Br －＋3Cl 2===2Fe 3＋＋2Br 2＋6Cl －。
一、金属单质及化合物推断的常见突破口金属及其化合物的推断题具有综合性强、思维容量大等特点,解答此类问题的关键是找准“突破口”。
常见的“突破口”总结如下：1．特殊颜色 (1)焰色反应Na ＋：黄色；K ＋：紫色(透过蓝色钴玻璃)。
(2)有色溶液含有的离子Fe 2＋Fe 3＋Cu 2＋MnO －4 颜色浅绿色黄色蓝色紫红色(3)有色固体红色：Cu 、Fe 2O 3(红棕色) 红褐色：Fe(OH)3绿色：Cu 2(OH)2CO 3、FeSO 4·7H 2O 蓝色：Cu(OH)2、CuSO 4·5H 2O 黑色：FeO 、CuO 、MnO 2、炭黑 淡黄色：Na 2O 2、AgBr白色：Fe(OH)2、Mg(OH)2、Al(OH)3、CaCO 3、BaSO 4、AgCl 2．特殊性质(1)在一定条件下能漂白有色物质的淡黄色固体只有Na 2O 2。
第一课时金属材料
学习目标：1.认识合金的含义及常见合金。
2.认识铁合金的组成、性能与应用的联系。
3.认识铝合金的组成、性能与应用的联系，掌握铝及其氧化铝的性质。
4.认识新型合金的性能。
1．合金的定义及优点
(1)合金的概念
由纯金属(或金属与非金属)制得的金属材料。
(2)合金的一般性质
①硬度：合金的硬度及机械加工性能一般高于各成分金属。
②熔点：合金的熔点一般低于各成分金属。
2．铁合金：生铁和钢是含碳量不同的两种铁碳合金。
(1)生铁
①生铁的含碳量为2%～4.3%。
②性能及用途
生铁硬度大、抗压，性脆、可以铸造成型，是制造机座、管道的重要材料。
(2)钢
①钢的含碳量为0.03%～2%。
②性能及用途
钢有良好的延展性，机械性能好，可以锻轧和铸造，广泛用于制造机械和交通工具等。
③分类
④常用合金钢
a．不锈钢
合金元素主要是铬(Cr)和镍(Ni)。
性能：大气中比较稳定，不容易生锈，具有很强的抗腐蚀能力。
用途：医疗器材、厨房用具和餐具、地铁列车的车体材质等。
b．超级钢
合金元素：Mn、C、Al、V。
性能：强度很大，在应用时能够实现钢板的轻薄化。
用途：汽车、航空和航天等领域。
3．铝和铝合金
(1)铝
①存在：铝是地壳中含量最多的金属元素。
②化学性质
a．与O2反应：铝是一种活泼金属，在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层致密的氧化铝薄膜。
b．铝与酸、碱溶液的反应。
【2019版新教材】统编版高中化学必修第一册第三章全章节教案教学设计3.1.1《铁的单质铁的氧化物》教学设计教材分析：本节是教材高一（必修一）第三章，在这一章学习的过程中，在初中阶段比较肤浅地了解一些铁的知识，本节要在这些知识的基础上结合离子反应、氧化还原反应等知识进一步加深学习铁的有关性质。
从本质上了解铁是一种变价金属。
在教学过程中考虑新旧知识的相互衔接，注意充分发挥理论知识对元素化合物知识的指导作用。
学习相关内容时应用理论知识加以解释，应用的过程也是进一步加深理解这些理论的过程。
例如，本节很多的反应都属于氧化还原反应，用电子转移的观点分析这些反应,既能加深对具体反应的理解,又可以巩固有关氧化还原反应的概念.通过介绍一些生活中的铁以及氧化物，进一步加深学生对这些知识的理解.教学目标与核心素养：教学目标1、掌握铁的单质氧化物的主要性质，了解其应用。
2、通过自主学习，自主进行知识网络的构建和知识的归纳整理，培养学生的自学能力和归纳总结能力。
核心素养1、分类、比较、分析、归纳、演绎等整理科学事实的基本方法，学习物质的性质。
学会学习和认识新化学物质的基本思路和方法。
2、通过铁的化合物的性质与用途的学习，使学生进一步认识化学在促进社会发展、改善人类的生活条件等方面所起到的重要作用，提高学习化学的兴趣，增强学好化学，服务社会的责任感和使命感。
教学重难点：铁的单质、氧化物性质课前准备：查阅铁单质氧化物相关内容，预习课本。
教学过程：【引入】三千年前,人类就开始使用金属铁,直到现在,铁对于人类来说仍然是最有用、最廉价、最丰富、最重要的金属了。
【图片展示】【设问】在地壳中含量排名第几？铁在自然界主要以什么形式存在？为什么？【生】化合态。
铁的性质很活泼。
【投影】铁的物理性质【学生活动】单质铁的常见化学性质【讨论】从水蒸气的产生、铁粉与水蒸气的反应，反应产物的检验等环节，讨论反应装置的设计。
【学生活动】画装置图：【演示实验视频】通过观察现象讨论结论【教师小结】实际生活当中我们不仅接触到了铁单质，而且还有很多的含铁的化合物。
姓名，年级：时间：第三章铁金属材料第二节金属材料1、了解金属材料及其组成、性能和应用。
2、了解铝和铝的氧化物。
3、了解物质的量在化学方程式计算中的作用基础梳理1、合金的定义：合金是由_______________________(或金属与非金属）熔合而成的，具有_____________的混合物。
2、合金的特性:（1）一般情况下,合金比各成分金属的硬度_______。
（2）多数合金的熔点一般比各成分金属的________。
（3）合金具有许多优良的______、_______和________性能。
3、铁合金的两大类型是_________和_________。
其中_______的含碳量为2%～4.3％，________的含碳量为0。
03%～2％。
4、钢是用量最大、用途最广的合金，根据其化学成分，可以分为两大类:________和________。
根据含碳量不同，碳素钢可分为_______、___________和________.合金钢也叫_________，________是最常见的一种合金钢，它的合金元素主要是铬和镍。
5、_______是地壳中含量最多的金属元素。
它是一种活泼金属,在常温下就能与空气中的氧气发生反应，表面生成一层________________________。
6、铝和盐酸反应方程式：__________________________。
氧化铝和盐酸反应方程式：_________________________________7、铝和氢氧化钠溶液反应现象:__________________________；反应方程式:______________________________.氧化铝和氢氧化钠溶液反应现象:_______________________________；反应方程式：_____________________________________。
8、纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。
第三章铁金属材料第一节铁及其化合物.................................................................................................. - 1 - 第二节金属材料........................................................................................................ - 10 - 第1课时合金.................................................................................................... - 10 - 第2课时物质的量在化学方程式计算中的应用............................................ - 18 - 第3课时重点复习课........................................................................................ - 26 -第一节铁及其化合物课程目标素养目标1.通过实验探究了解铁与水蒸气的反应。
2．了解铁的氧化物、氢氧化物的制备、性质及应用。
3．通过实验探究了解铁盐和亚铁盐的性质、应用及检验。
1.变化观念：理解铁及其重要化合物的化学性质。
2．科学探究：通过实验探究铁及其重要化合物的制备、性质及其转化，并得出科学的结论。
3．证据推理：具有证据意识，能基于证据对铁的化合物的性质、物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪。
授课提示：对应学生用书第49页一、铁单质1．铁元素在自然界中的存在形式铁在自然界中可以像陨铁中的铁那样以单质形态存在，但主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中。
章末整合提升化学计算的常用方法——守恒法[典例1]向一定量的Fe、FeO、Fe2O3的混合物中加入100 mL 1 mol/L 的盐酸，恰好使混合物完全溶解，放出224 mL(标准状况下)的气体。
所得溶液中加入KSCN溶液无红色出现，混合物中铁元素的质量分数为()A．81.4%B．77.8%C．68.6% D．无法计算【解析】用盐酸溶解混合物后，向得到的溶液中加入KSCN溶液，无红色出现，说明得到的溶液中溶质是氯化亚铁，即混合物中的铁元素最终全部以氯化亚铁的形式存在，HCl的物质的量为1 mol/L×0.1 L＝0.1 mol，根据氯元素守恒，则n(Fe)＝n(FeCl2)＝12×n(HCl)＝0.05mol，m(Fe元素)＝0.05 mol×56 g/mol＝2.8 g，根据氢元素守恒，生成氢气的物质的量为n(H2)＝0.224 L22.4 L·mol－1＝0.01 mol，Fe与HCl反应生成0.01 mol H2消耗HCl的物质的量为0.01 mol×2＝0.02 mol，则与氧化物反应的HCl的物质的量为0.1 mol－0.02 mol＝0.08 mol，所以氧化物中含有n(O)＝0.08 mol×12＝0.04 mol，m(O)＝0.04 mol×16 g/mol＝0.64 g，则混合物中铁元素的质量分数为2.8 g2.8 g＋0.64 g×100%≈81.4%，A项正确。
【答案】 A【针对训练】1．在硫酸、明矾和硫酸铝组成的混合溶液中，c(Al3＋)＝0.3 mol·L－1，c(SO2－4)＝0.7 mol·L －1，c(H＋)＝0.1 mol·L－1，则c(K＋)为()A．0.15 mol·L－1B．0.2 mol·L－1C．0.3 mol·L－1D．0.4 mol·L－1解析：选D。
根据电荷守恒可得c(Al3＋)×3＋c(H＋)＋c(K＋)＝c(SO2－4)×2＋c(OH－)，在含有硫酸、明矾和硫酸铝的混合溶液中，c(OH－)可忽略不计，则c(K＋)＝0.4 mol·L－1。
2．将3.6 g炭粉和29 g Fe3O4质量分数为80%的磁铁矿粉混合后，隔绝空气加强热，充分反应后收集到的气体是()A．CO2B ．COC ．CO 、CO 2的混合物，其中CO 的体积占12D ．CO 、CO 2的混合物，其中CO 的体积占23解析：选D 。
n (C)＝ 3.6 g12 g ·mol －1＝0.3 mol ，n (O)＝4n (Fe 3O 4)＝4×29 g ×80%232 g ·mol －1＝0.4 mol ，由于12＜n （C ）n （O ）＝34＜1，故生成的气体为CO 和CO 2的混合物。
由原子守恒可知，n (CO)＋n (CO 2)＝n (C)＝0.3 mol ，n (CO)＋2n (CO 2)＝n (O)＝0.4 mol ，将两式联立，解得n (CO 2)＝0.1 mol ，n (CO)＝0.2 mol ，故D 项正确。
3．(2019·西安高一检测)一定条件下，当溶液中XO －4与H 2O 2分子个数比恰好为2∶5时，溶液中XO －4被还原为较低价态，则X 元素的化合价变为( )A ．＋2B ．＋3C ．＋4D ．＋5解析：选A 。
设XO －4被还原后X 元素的化合价为a ，据得失电子守恒知，(7－a )×2＝[0－(－1)]×2×5⇒a ＝＋2。
化学计算的常用方法——差量法[典例2] 把足量的铁粉投入硫酸和硫酸铜的混合溶液中，充分反应后，剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，则原溶液中H ＋与SO 2－4的物质的量浓度之比为( )A ．1∶4B ．2∶7C ．1∶2D ．3∶8【解析】 设原溶液中H 2SO 4和CuSO 4的物质的量分别为n (H 2SO 4)、n (CuSO 4)。
Fe ＋H 2SO 4===FeSO 4＋H 2↑ Δm (减)1 mol 56 g n (H 2SO 4) m 1 g Fe ＋CuSO 4===FeSO 4＋Cu Δm (增)1 mol 8 g n (CuSO 4) m2 g因为剩余金属粉末的质量与原加入铁粉的质量相等，所以Δm (减)＝Δm (增)，则m 1 g ＝m 2 g ，即56×n (H 2SO 4)＝8×n (CuSO 4)，n （H 2SO 4）n （CuSO 4）＝856＝17，则c （H ＋）c （SO 2－4）＝1×21＋7＝14。
【答案】 A【针对训练】4．把4.48 L(标准状况) CO 2通过一定质量的固体Na 2O 2后，收集到3.36 L(标准状况)气体，则这3.36 L 气体的质量是( )A ．3.8 gB ．5.6 gC ．4.8 gD ．6.0 g解析：选D 。
2CO 2＋2Na 2O 2===2Na 2CO 3＋O 2 ΔV 2 1 12．24 L 1.12 L (4.48－3.36) L即参加反应的CO 2为2.24 L ，剩余CO 2的体积为4.48 L －2.24 L ＝2.24 L 。
生成的O 2为1.12 L 。
从而可求出气体的总质量为 2.24 L 22.4 L/mol ×44 g/mol ＋1.12 L 22.4 L/mol×32 g/mol ＝6.0 g 。
5．为了检验某含有NaHCO 3杂质的Na 2CO 3样品的纯度，现将w 1 g 样品加热，其质量变为w 2 g ，则该样品的纯度(质量分数)是( )A.84w 2－53w 131w 1B.84（w 1－w 2）31w 1C.73w 2－42w 131w 1D.115w 2－84w 131w 1解析：选A 。
由题意知(w 1－w 2) g 应为NaHCO 3分解生成的CO 2和H 2O 的质量，设样品中NaHCO 3质量为x g ，由此可列如下关系：2NaHCO 3=====△Na 2CO 3＋CO 2↑＋H 2O 2×84 62 x g (w 1－w 2) g2×84x g ＝62（w 1－w 2） g ，解得x ＝84（w 1－w 2）31，则w (Na 2CO 3)＝w 1－x w 1＝84w 2－53w 131w 1，A 项正确。
化学计算的常用方法——关系式法[典例3] 用CO 还原10.0 g 某磁铁矿石样品(所含的杂质不参加反应)，生成的CO 2再跟过量的石灰水反应，得到12.8 g 沉淀。
求该磁铁矿石中Fe 3O 4的质量分数。
【解析】 发生的化学反应有 Fe 3O 4＋4CO=====高温3Fe ＋4CO 2、 CO 2＋Ca(OH)2===CaCO 3↓＋H 2O 。
可以得出下列关系：Fe3O4～4CO2～4CaCO3232 400m(Fe3O4) 12.8 g232∶m(Fe3O4)＝400∶12.8 g，解得m(Fe3O4)＝7.424 g，w(Fe3O4)＝7.424 g10.0 g×100%＝74.24%。
【答案】74.24%【针对训练】6．某二价金属碳酸盐和碳酸氢盐的混合物与足量盐酸反应，消耗的H＋和产生的CO2的物质的量之比为6∶5，则该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量之比为() A．1∶1B．1∶2C．1∶3 D．1∶4解析：选B。
设该混合物中碳酸盐和碳酸氢盐的物质的量分别为a mol和b mol，则(A代表二价金属)ACO3～2H＋～CO2，A(HCO3)2～2H＋～2CO2a mol2a mol a molb mol2b mol 2b mol由(2a＋2b)∶(a＋2b)＝6∶5可得，a∶b＝1∶2。
7．Mg、Zn、Al、Fe四种金属单质分别与足量的稀硫酸反应，放出H2的物质的量与投入金属的质量的关系如图所示，则①②③④所表示的金属分别是()A．Al、Mg、Fe、Zn B．Fe、Zn、Mg、AlC．Mg、Al、Zn、Fe D．Zn、Fe、Mg、Al解析：选A。
利用关系式可知，当产生1 mol H2时所需4种金属的质量分别如下：8．将a mol钠和a mol铝一同投入m g足量水中，所得溶液密度为d g·cm－3，该溶液中溶质的质量分数为()A.82a 46a ＋m %B.8 200a 46a ＋2m %C.8 200a 46a ＋m% D.8 200a 69a ＋m% 解析：选C 。
本题既考查了Na 与H 2O 的反应，又考查了Al 与NaOH 溶液的反应，应注意用关系式法来进行计算。
2Na ～ 2NaOH ～ H 2↑ a mol a mol a2 mol2Al ～2NaOH ～2NaAlO 2～3H 2↑ a mol a mol a mol3a2mol 所得溶液的质量为23a g ＋27a g ＋m g －⎝⎛⎭⎫a 2 mol ＋32a mol ×2 g ·mol －1＝(46a ＋m ) g ，溶液中的溶质为NaAlO 2，质量为a mol ×82 g ·mol －1＝82a g ，所以w (NaAlO 2)＝82a g （46a ＋m ） g ×100%＝8 200a46a ＋m%。
