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第三章 铁 金属材料
章末复习
考点一：铁的单质 铁的氧化物
一．铁元素在自然界中的存在形态
1.人类最早使用的铁是来自太空的陨铁。
2.存在形态
(1)可以像陨铁中的铁那样以单质形态存在。
(2)主要是以＋2价和＋3价化合物的形态存在于矿石中；
铁元素在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。
春秋初年，我国已经掌握了冶铁技术
二．铁单质的物理性质
纯铁具有金属的共性，如具有银白色金属光泽，具有导电性、导热性和延展性，具有能被磁铁吸引的特征。
三．铁单质的化学性质
铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。
铁单质只有还原性，一般遇弱氧化剂被氧化为＋2价，遇强氧化剂被氧化为＋3价。
1.与非金属单质反应
(1)与O2反应 点燃(化学方程式)：3Fe＋2O2===Fe3O4；
现象：剧烈燃烧，火星四射。
常温：铁在潮湿的空气中易被腐蚀，生成铁锈，其主要成分为Fe2O3·xH2O。
点燃
(2)与Cl2反应(化学方程式)：
2Fe＋3Cl2===2FeCl3
现象：剧烈燃烧，棕红色烟。
注意：铁在氯气中燃烧，只生成FeCl3，与反应物量比无关。
(3)与S反应(化学方程式)：Fe＋S===FeS
氧化性：Cl2 > S，铁与Cl2反应被氧化为＋3价，与S反应被氧化为＋2价。
燃烧
2.与水反应
常温下，铁与水是不反应的；但高温下可与水蒸气反应。
实验装置
操作及现象
实验结论
用火柴点燃肥皂泡，有爆鸣声，反应后试管内固体仍为黑色
红热的铁能与水蒸气反应：
3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2
湿棉花作用：产生水蒸气，与铁粉反应
3.与酸反应
与非氧化性酸，如盐酸、稀硫酸反应离子方程式：
Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑
4.与盐溶液反应
(1)置换反应
与CuSO4溶液反应(离子方程式)：曾青得铁则化为铜
Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
(2)与FeCl3溶液反应(离子方程式)：
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
【总结】
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(如氯气等)反应，铁原子则失去3个电子生成＋3价铁的化合物。
(3)红热的铁能与水蒸气发生反应，生成四氧化三铁和氢气。
四．铁单质的冶炼
铁单质冶炼的原理就是利用还原剂将铁从矿石中还原出来。
如高炉炼铁：
(1)设备：炼铁高炉；原料：铁矿石、焦炭、空气等。
(2)主要反应
①还原剂的生成。
a．生成CO2：C＋O2===CO2
b．生成CO：CO2＋C===2CO
②铁的生成：Fe2O3＋3CO===2Fe＋3CO2
高温
高温
高温
五．铁的氧化物
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
铁元素的化合价 ＋2 ＋3 ＋2，＋3
稳定性 不稳定 稳定 稳定
类别 碱性氧化物 碱性氧化物 特殊氧化物
油漆、红色颜料
FeO、Fe2O3、Fe3O4它们均可溶于强酸
FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2O
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
考点二：铁的氢氧化物 铁盐和亚铁盐
一．铁的氢氧化物
1.FeCl3和NaOH溶液
现象：
化学方程式：
离子方程式：
2.FeSO4和NaOH溶液
现象：
化学方程式：
产生红褐色沉淀
FeCl3＋3NaOH=Fe(OH)3↓＋3NaCl
Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓
生成白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色
FeSO4＋2NaOH=Fe(OH)2↓＋Na2SO4
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
3.Fe(OH)2和Fe(OH)3都是不溶性弱碱，可以和酸反应。
Fe(OH)2非常容易被氧化为Fe(OH)3，
加热Fe(OH)3时，失水生成红棕色的Fe2O3粉末。
反应方程式：
2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
颜色状态 白色固体 红褐色固体
与盐酸反应 Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2O Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O
受热分解 －
制备 可溶性亚铁盐与碱反应： 可溶性铁盐与碱反应：
二者的关系 2Fe(OH)3===Fe2O3＋3H2O
Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓
Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓
在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化Fe(OH)3，现象是白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色，反应的化学方程式为
4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
三．铁盐和亚铁盐
常见的铁盐有 等，
常见的亚铁盐有 等。
FeCl3、Fe2(SO4)3
FeCl2、FeSO4
1.Fe3+的检验 【实验3-2】观察实验，填写下表：
滴入KSCN溶液的现象 解 释（用离子方程式） 结论与应用
FeCl3溶液
FeCl2溶液 Fe3+＋3SCN－=Fe(SCN)3
溶液变红色
没有明显
现象
可用来检验Fe3+
2.Fe3+的氧化性 【实验3-2】观察实验，填写下表：
在 FeCl3溶液中加入 现象 反应的化学方程式 结论
铁粉，充分反应再加入KSCN溶液 加入铁粉，溶液变浅绿色，再加KSCN溶液，没有明显现象。
再加入氯水，振荡 溶液变红色 2Fe3+＋Fe=3Fe2＋
2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－
氧化性：
Cl2>Fe3+>Fe2＋
由实验3-2得知，Fe3+和Fe2+可以相互转化，
Fe3+ Fe2+。
还原剂
氧化剂
3.Fe3+的氧化性
含有Fe3＋的溶液呈黄色，Fe3＋处于铁的高价态，
遇Fe、Cu、HI、H2S等均表现氧化性。
(1)Fe3＋与S2－、HS－、I－、SO32－等具有较强还原性的离子不能大量共存。
(2)Fe3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式
Cu＋2Fe3＋===Cu2＋＋2Fe2＋
4.Fe2+的氧化性和还原性
含有Fe2＋的溶液呈浅绿色，Fe2＋处于铁的中间价态，
既有氧化性，又有还原性，以还原性为主，
如遇Br2、Cl2、H2O2、NO3－(H＋)ClO－、MnO4－等均表现还原性。
Fe2＋的酸性溶液与H2O2反应的离子方程式：
2Fe2＋＋H2O2＋2H＋===2Fe3＋＋2H2O
5.应用
(1)判断离子共存
Fe2＋与氧化性离子NO3－(H＋)、ClO－、MnO4－；
Fe3＋与还原性离子S2－、I－、SO32－；
因发生氧化还原反应不能大量共存。
(2)除杂
溶液 杂质 除杂方法
FeCl2 FeCl3 加过量铁粉后过滤
FeCl3 FeCl2 加足量氯水或H2O2溶液
FeCl2 CuCl2 加过量铁粉后过滤
考点三：金属材料
材料
化学组成
使用性能
应用对象
金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料
结构材料——力学性能；功能材料——光、电、磁、热、声特性和效应
信息材料、能源材料、生物材料、建筑材料
金属
材料
黑色金属
有色金属
除去黑色金属外的金属
铁、锰、铬及其合金
一．合金
金属材料包括纯金属和它们的合金，日常使用的金属材料，大多数属于合金。
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。
二．铁合金
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
钢 碳素钢 合金钢
低碳钢 中碳钢 高碳钢 组成元素 Fe和C Fe、C、Cr、Mn、W、Ni、Mo、Co、Si
含碳量 低于0.3% 0.3%-0.6% 高于0.6%
性能 韧性、焊接性好，但强度低 强度高、韧性及加工性好 硬而脆，热处理后弹性好 种类多，性能差别大
用途 用于制造钢板、钢丝、钢管等 用于制造钢轨、车轮、建材等 用于制造器械、弹簧、刀具等
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。
三．铝和铝合金
1．铝与氧化铝(铝是地壳中含量最多的金属元素)
(1)Al与O2反应：
常温下能与空气中的O2发生反应，表面形成
一层 。
其反应方程式为： 。
致密的氧化铝薄膜
4Al＋3O2===2Al2O3
(2)Al、Al2O3与酸反应
将一铝片放入盐酸中，开始没有气泡，后来又放出气体，有关反应的化学方程式为：
Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O,
2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑ 。
铝表面存在一层致密的氧化铝薄膜
(3)Al、Al2O3与强碱的反应
(4)两性氧化物：
既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氧化物叫做两性氧化物，如Al2O3。
2．氢氧化铝
（1）物理性质
Al(OH)3是白色固体，几乎不溶于水，但能凝聚水中的悬浮物，并能吸附色素。
（2）化学性质
①两性氢氧化物：像Al(OH)3这样既能与酸反应生成盐和水，又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物，称为两性氢氧化物。
②Al(OH)3是典型两性氢氧化物，在强酸与强碱溶液里都能溶解。
a．与强酸反应：Al(OH)3＋3H＋===Al3＋＋3H2O
b．与强碱反应：Al(OH)3＋OH－===AlO2-＋2H2O
③氢氧化铝的热稳定性
Al(OH)3的热稳定性较差，将Al(OH)3加热后，可分解为Al2O3和H2O。
2Al(OH)3 Al2O3＋3H2O
3．铝合金——目前用途广泛的合金之一
（1）成分元素：除铝外，主要合金元素有铜、硅、镁、锌、锰，次要合金元素有镍、铁、钛、铬、锂等。
（2）主要特性：铝合金密度低，但强度比较高，接近或超过优质钢，塑性好，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性
（3）主要用途：用于汽车、飞机、火箭、船舶制造及建筑用门窗，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。
【思考】铝制餐具不宜长期存放酸、碱性食物原因是什么？
Al和Al2O3均易与酸、碱反应。
四．新型合金
新型储氢合金材料的研究和开发将为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。此外，钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。
考点四：物质的量在化学方程式计算中的应用
一．物质的量在化学方程式中的应用
物质是由原子、分子、离子等粒子构成的，
物质之间的化学反应也是粒子按照一定的数目关系进行的。
化学方程式中的化学计量系数可以明确表示出化学反应中粒子之间的数目关系。
2Na ＋ 2H2O　 === 2NaOH ＋ H2↑
化学计量系数 2 ∶ 2 ∶ 2 ∶ 1
扩大倍2NA倍 2NA∶ 2NA ∶ 2NA ∶1NA
物质的量 2 mol 2 mol ∶ 2 mol ∶1 mol
结论：
化学方程式中各物质的化学计量数之比等于粒子个数之比，也等于各物质的物质的量的变化量之比。
二．化学方程式中化学计量数与相关物理量的关系
1．物质的量应用于化学方程式计算的基本步骤
转：将已知物理量转化为物质的量
设：设所求物质的物质的量为n（B）
写：写出相关的化学方程式
标：在相关物质化学式下面标出已知量和未知量
列：列出比例式
解：根据比例式求解
答：简明的写出答案
2．计算过程中的注意事项
(1)书写格式规范化：在根据化学方程式计算的过程中，各物理量、物质名称、公式等尽量用符号表示，且数据的运算要公式化并带单位。
(2)单位运用对应化：根据化学方程式计算时，如果题目所给两个量单位不一致，要注意两个量的单位要“上下一致，左右相当”，且单位要注明。
(3)如果两种反应物的量都是已知的，求解某种产物的量时，必须先判断哪种物质过量，然后根据不足量的物质进行计算。
三．化学计算中常用的解题方法
1.关系式法
当已知量和未知量之间是靠多个反应来联系时，只需直接确定已知量和未知量之间的比例关系，即“关系式”。
①根据化学方程式确定关系式。
写出发生反应的化学方程式，根据量的关系写出关系式。
②根据原子守恒确定关系式。
示例：
把CO还原Fe2O3生成的CO2通入澄清石灰水中，求生成沉淀的质量。
分析：
a.写出反应方程式：
3CO＋Fe2O3===2Fe＋3CO2
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O
b．列关系式
3CO～3CO2～3CaCO3
即CO～CaCO3
三．化学计算中常用的解题方法
2.守恒法
①原子守恒：反应前后原子的种类和数目不变。
②电子守恒：氧化还原反应中得电子总数等于失电子总数。
③电荷守恒：
电解质溶液中，阳离子所带正电荷总数＝阴离子所带负电荷总数；
离子方程式中，反应物所带电荷总数＝生成物所带电荷总数。
三．化学计算中常用的解题方法
3.差量法
原理：根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化，找出“理论差量”，如反应前后的质量、物质的量、气体体积等。结合题目实际差量列出比例式进行解答。
【例题】向500 mL NaOH溶液中投入10.8 g Al，二者恰好完全反应后，2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑。则：
(1)Al的物质的量为________。
(2)参加反应的NaOH的物质的量为________，
NaOH溶液的物质的量浓度为________。
(3)生成标准状况下H2的体积为________。
【答案】(1)0.4 mol　(2)0.4 mol　0.8 mol/L
(3)13.44 L
【例题】标准状况下，把4.48 L CO2通过一定量的过氧化钠固体后收集到3.36 L气体，则这3.36 L气体 的质量是
A．4.8 g B．5.4 g C．6.0 g D．6.6 g
【答案】C

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