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第三章 铁 金属材料知识清单
【单元知识框架】
【单元知识清单】
考点1 铁及其化合物
一、单质铁的性质
1．铁元素的存在
（1）存在形态
①游离态：存在于陨铁中
②化合态：存在于各种铁矿石中
（2）地壳含量：仅次于氧、硅、铝，居第四位
2．铁的物理性质
（1）金属三性：延展性、导热性和导电性良好
（2）物理特性：能够被磁体吸引
3．铁的还原性
（1）与弱氧化剂反应生成Fe2+
①S：Fe+SFeS，产生黑色固体
②H+：Fe+2H+Fe2++H2↑，铁逐渐溶解，溶液变成浅绿色，有无色无味气体产生
③Cu2+：Fe+Cu2+Fe2++Cu，铁上析出红色固体，溶液变成浅绿色
④Ag+：Fe+2Ag+Fe2++2Ag，铁上析出银白色固体，溶液变成浅绿色
⑤I2：Fe+I22FeI2
（2）与强氧化剂反应生成Fe3+
①Cl2：2Fe+3Cl22FeCl3，产生棕红色烟
②Br2：2Fe+3Br22FeBr3
③稀硝酸：Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O
（3）与O2、水蒸气反应生成Fe3O4
①O2：3Fe+2O2Fe3O4
②水蒸气：3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2
3．铁和水蒸气反应实验
（1）实验装置图
（2）注意事项
①铁不能与冷水、热水反应，但高温下能与水蒸气反应。
②加热仪器不能用酒精灯，而应用酒精喷灯
③该实验中，圆底烧瓶中水的作用是提供反应需要的水蒸气。
④圆底烧瓶中要加入少量沸石或碎瓷片，以防止水剧烈沸腾
⑤实验结束时，先熄灭酒精喷灯，再熄灭酒精灯，以防止空气倒吸
⑥干燥管中盛有碱石灰或无水氯化钙，吸收氢气中的水蒸气
二、铁的氧化物的性质
1．物理性质和用途
名称 氧化亚铁 四氧化三铁 氧化铁
化学式 FeO Fe3O4 Fe2O3
铁的化合价 +2 +2、+3 +3
氧化物类型 碱性氧化物 非碱性氧化物 碱性氧化物
颜色状态 黑色粉末 黑色晶体 红棕色粉末
俗 名 磁性氧化铁 铁红、铁锈
用 途 磁性材料 油漆颜料
2．化学性质
（1）稳定性
①FeO：不稳定，易被氧化，6FeO+O22Fe3O4
②Fe2O3和Fe3O4：比较稳定
（2）与非氧化性酸（如稀盐酸）发生复分解反应
①FeO：FeO+2H+Fe2++H2O
②Fe3O4：Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O
③Fe2O3：Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
（3）与氧化性酸（如稀硝酸）发生复分解反应或氧化还原反应
①FeO：3FeO+10H++NO3－3Fe3++NO↑+5H2O
②Fe3O4：3Fe3O4+28H++NO3－9Fe3++NO↑+14H2O
③Fe2O3：Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
（4）与还原性酸（如氢碘酸）发生复分解反应或氧化还原反应
①FeO：FeO+2H+Fe2++H2O
②Fe3O4：Fe3O4+8H++2I－3Fe2++I2+4H2O
③Fe2O3：Fe2O3+6H++2I－2Fe2++I2+3H2O
（5）能够被某些还原剂还原
①H2：FeO+H2Fe+H2O
②CO：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（高炉炼铁的主反应）
③C：Fe3O4+2C3Fe+2CO2↑
④Al：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3（铝热反应）
三、铁的氢氧化物的性质
1．物理性质和制备
Fe（OH）2 Fe（OH）3
颜色状态 白色固体 红褐色固体
水溶性 难溶于水 难溶于水
制备 Fe3++3OH－Fe（OH）3↓ Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
转化 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3↓
2．化学性质
（1）热不稳定性
①Fe（OH）3：2Fe（OH）3Fe2O3+3H2O
②Fe(OH)2：Fe（OH）2FeO+H2O（隔绝空气）
（2）与稀盐酸反应
①Fe（OH）3：Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O
②Fe(OH)2：Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
（3）与稀硝酸反应
①Fe（OH）3：Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O
②Fe(OH)2：3Fe（OH）2+10H++NO3－3Fe3++NO↑+8H2O
（4）与氢碘酸反应
①Fe（OH）3：2Fe（OH）3+6H++2I－2Fe2++I2↓+6H2O
②Fe(OH)2：Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
四、亚铁盐的性质
1．弱氧化性
（1）Mg、Al、Zn与亚铁盐溶液发生置换反应
①Fe2++ZnFe+Zn2+
②Fe2++MgFe+Mg2+
③3Fe2++3Al3Fe+2Al3+
（2）K、Ca、Na与亚铁盐溶液反应
①先与水反应：2Na+2H2O2NaOH+H2↑
②碱与亚铁盐反应：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
2．强还原性
（1）能够被Cl2、Br2氧化
①除FeCl3溶液中的FeCl2溶液：2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－
②Br2：2Fe2++Br22Fe3++2Br－
（2）能够被O2氧化
①反应：12Fe2++O2+6H2O8Fe3++4Fe（OH）3↓
②保存：密封保存，防止O2将Fe2+氧化；加少量铁将Fe3+还原成Fe2+
（3）能够被酸性的H2O2氧化
①反应：2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
②应用：除去Fe3+中Fe2+的最佳方法
（4）与酸性条件下的MnO4－、NO3－、ClO－等离子不能大量共存
①酸性MnO4－：5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O
②酸性NO3－：3Fe2++NO3－+4H+3Fe3++NO↑+2H2O
③酸性ClO－：2Fe2++2H++ClO－2Fe3++H2O+Cl－
（5）还原性：I－＞Fe2+＞Br－
①向FeBr2溶液通入Cl2，先氧化Fe2+，后氧化Br－
②向FeI2溶液通入Cl2，先氧化I－，后氧化Fe2+
3．与碱溶液反应
（1）离子反应
①烧碱：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
②氨水：Fe2++2NH3·H2OFe(OH)2↓+2NH4+
（2）制备纯净的Fe(OH)2沉淀
①水煮沸：除去水中溶解的氧气
②管入水：胶头滴管插入液面以下，防止滴加过程中带入氧气
③加油膜：液面上滴加几滴植物油、苯、汽油等，以隔绝空气
五、铁盐的性质
1．与碱溶液反应
（1）烧碱：Fe3++3OH－Fe（OH）3↓
（2）氨水：Fe3++3NH3·H2OFe（OH）3↓+3NH4+
2．与KSCN溶液反应
（1）反应：Fe3++3SCN－Fe（SCN）3
（2）现象：产生血红色溶液
（3）应用：检验Fe3+的最佳方法
3．强氧化性
（1）与Fe反应
①反应：2Fe3++Fe3Fe2+
②应用：除去Fe2+中的Fe3+
（2）与Cu反应
①反应：2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
②应用：电子工业上腐蚀铜印刷电路板
（3）Mg、Al、Zn等活泼金属
①少量锌：2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+
②过量锌：2Fe3++3Zn2Fe+3Zn2+
（4）与KI溶液反应
①反应：2Fe3++2I－2Fe2++I2（FeI3不存在的原因）
②应用：溶液颜色变化不明显，产生紫黑色沉淀
（5）与H2S反应
①反应：2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+
②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色，产生黄色沉淀
（6）与SO2反应
①反应：2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++SO42－+4H+
②应用：溶液由棕黄色变成浅绿色
4．从铜电路板腐蚀废液中回收铜和氯化铁流程
六、铁离子和亚铁离子的检验
1．Fe3+的检验
（1）试液血红色溶液（最佳方法）
（2）试液产生红褐色沉淀
2．Fe2+的检验
（1）试液无现象血红色溶液
（2）溶液先产生白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色
（3）铁氰化钾K3[Fe(CN)6]法
①反应：3Fe2++2[Fe(CN)6]3－Fe3[Fe(CN)6]2↓
②现象：产生蓝色沉淀
3．Fe3+和Fe2+混合液
（1）检验Fe2+
①试液高锰酸钾溶液紫红色褪去（用稀硫酸酸化）
②试液溴水褪色
③试液蓝色沉淀
（2）检验Fe3+
①试液血红色溶液
②试液试纸变蓝
【特别提醒】检验FeCl3溶液中是否含FeCl2溶液，不能用酸性高锰酸钾溶液，因为Cl－也能使其褪色，应该用铁氰化钾K3[Fe(CN)6]溶液。
七、铁及其化合物之间的转化关系
1．铁及其化合物的“价—类”二维图
2．铁及其化合物之间的主要转化关系
3．从物质分类的角度理解铁及其化合物的性质
（1）Fe2O3、FeO都是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水。
Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O；FeO+2H+H2O+Fe2+。
（2）FeSO4和FeCl3都属于盐类，能和碱反应生成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均属于碱，能与酸反应生成盐和水。
Fe（OH）2+2H+Fe2++2H2O；Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O。
4．从化合价的角度理解铁及其化合物的氧化性和还原性
（1）Fe单质中铁元素化合价为0价，仅具有还原性
Fe+Cu2+Fe2++Cu；Fe+2H+H2↑+Fe2+；2Fe+3Cl22FeCl3；3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2
（2）Fe2+化合价可以升高到+3价，表现为还原性，也可以降低到0价，表现为氧化性。
Fe2++ZnFe+Zn2+；2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－；5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O
（3）Fe（OH）2具有还原性，能被氧化为Fe（OH）3
4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3
（4）Fe2O3中的铁元素为高价态，具有氧化性，因而可用还原剂将其还原为铁单质。
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
（5）Fe3+是铁元素的高价态，可以被还原剂还原为+2或0价，具有氧化性。
2Fe3++Zn（少量）2Fe2++Zn2+；2Fe3++3Zn（过量）2Fe+3Zn2+；2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
考点2 金属材料 合金
一、合金的组成
1．金属材料：包括纯金属及其合金
2．合金的组成和性能
（1）组成
①合金中一定含有金属元素，可能含有非金属元素。
②合金是混合物，不是化合物。
③在合金中各组成成分元素的化合价都为0价
（2）形成：所有成分在一定温度范围内都是液体
（3）合金具有金属特性，如导电、传热等。
（4）合金的特点
①合金具有许多优良的物理、化学或机械性能，如合金的硬度、熔点不同于其成分金属。
②调节合金的性能：调节所添加的合金元素的种类、含量和生成合金的条件
（5）合金硬度变大的原因：改变了金属原子有规则的层状排列，使原子层间的相对滑动变得困难。
二、铁合金
1．合金元素：主要是铁和碳
2．铁合金分类：根据含碳的不同分类
（1）生铁：含碳量2%~4.3%，硬度大，抗压、性脆、韧性差
（2）钢：含碳量0.03%~2%，硬度小，延展性好、韧性好、机械性能好
3．钢的分类
（1）碳素钢
①低碳钢：韧性、焊接性好，但硬度低，用于制造钢板、钢丝和钢管等
②中碳钢：硬度高，韧性及加工性好，用于制造钢轨、车轮和建材等
③高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好，用于制造器械、弹簧和刀具等
（2）合金钢（特种钢）
①形成：在碳素钢中适量加入合金元素，使钢的组织机构发生变化
②性能：强度、硬度大，可塑性、韧性好，耐磨，耐腐蚀等
③不锈钢：合金元素主要是铬（Cr）和镍（Ni）
三、铝合金和新型合金
1．硬铝
（1）合金元素：Cu、Mg、Si、Mn
（2）性能：密度小、强度高，具有较强的抗腐蚀能力
（3）用途：制造飞机和宇宙飞船的理想材料
2．储氢合金
（1）概念：能够大量吸收氢气，并与氢气结合成金属氢化物的材料
（2）实用性要求
①储氢量大
②金属氢化物容易形成，稍微加热容易分解
③室温下吸、放氢速率快
（3）代表物：Ti-Fe合金，La-Ni合金
3．其他新型合金：钛合金、耐热合金、形状记忆合金等
考点3 铝及其化合物
一、单质铝
1．铝和氧气反应：条件不同，产物相同，现象不同
（1）常温：铝具有抗腐蚀性
①原因：铝表面生成一层致密的氧化物薄膜，起到保护内部金属的作用
②反应：4Al+3O22Al2O3
（2）加热或点燃
①现象：剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光
②反应：4Al+3O22Al2O3
2．铝与酸溶液反应
（1）氧化性酸
①Al钝化
②Al剧烈反应，分别放NO2和SO2气体
③Al放NO气体
（2）非氧化性酸：AlH2↑
①标度：与酸性比碳酸强的非氧化性酸反应放氢气
②反应：2Al+6H+2Al3++3H2↑
3．铝与碱溶液反应
（1）标度：铝只能与强碱溶液反应，不能与氨水等弱碱溶液反应
（2）反应
①化学：2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
②离子：2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑
3．铝与不活泼金属盐溶液的反置换应
（1）CuSO4：3Cu2++2Al2Al3++3Cu
（2）AgNO3：3Ag++AlAl3++3Ag
二、氧化铝的性质
1．氧化物类别：两性氧化物
2．与酸性比碳酸强的酸溶液反应
（1）盐酸
①化学：Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O
②离子：Al2O3+6H+2Al3++3H2O
（2）硫酸
①化学：Al2O3+3H2SO4Al2（SO4）3+3H2O
②离子：Al2O3+6H+2Al3++3H2O
3．与碱性比氨水强的碱溶液反应
（1）NaOH溶液
①化学：Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O
②离子：Al2O3+2OH－2AlO2－+H2O
（2）Ba（OH）2溶液
①化学：Al2O3+Ba（OH）2Ba（AlO2）2+H2O
②离子：Al2O3+2OH－2AlO2－+H2O
三、氢氧化铝的性质
1．物质类别：两性氢氧化物
2．与酸性比碳酸强的酸溶液反应
（1）盐酸
①化学：Al（OH）3+3HClAlCl3+3H2O
②离子：Al（OH）3+3H+Al3++3H2O
（2）硫酸
①化学：2Al（OH）3+3H2SO4Al2（SO4）3+6H2O
②离子：Al（OH）3+3H+Al3++3H2O
3．与碱性比氨水强的碱溶液反应
（1）NaOH溶液
①化学：Al（OH）3+NaOHNaAlO2+2H2O
②离子：Al（OH）3+OH－AlO2－+2H2O
（2）Ba（OH）2溶液
①化学：2Al（OH）3+Ba（OH）2Ba（AlO2）2+4H2O
②离子：Al（OH）3+OH－AlO2－+2H2O
4．热不稳定性：2Al（OH）3Al2O3+3H2O
5．氢氧化铝的用途
（1）Al（OH）3作治疗胃酸过多的内服药
（2）Al（OH）3胶体做净水剂
四、铝盐的性质
1．Al3+和氨水反应：量不同，反应相同
（1）反应：Al3++3NH3·H2OAl（OH）3↓+3NH4+
（2）现象：产生白色沉淀
（3）应用：实验室制取沉淀Al（OH）3
2．Al3+和烧碱溶液反应
（1）量不同，反应不同
①少量烧碱：Al3++3OH－Al（OH）3↓
②过量烧碱：Al3++4OH－AlO2－+2H2O
（2）向铝盐溶液中滴加强碱溶液至过量
①现象：先产生白色沉淀，后沉淀逐渐溶解
②图像：
AB段反应：Al3++3OH－Al（OH）3↓
BD段反应：Al（OH）3+OH－AlO2－+2H2O
3．明矾
（1）化学式：KAl（SO4）2·12H2O
（2）电离方程式：KAl（SO4）2K++Al3++2SO42－
（3）用途：Al3+水解产生Al（OH）3胶体，具有吸附性，常用做净水剂
（4）明矾溶液和氢氧化钡溶液反应
①滴加Ba（OH）2溶液至SO42－沉淀完全
KAl（SO4）2+2Ba（OH）2KAlO2+2BaSO4↓+2H2O
②滴加Ba（OH）2溶液至Al3+沉淀完全
2KAl（SO4）2+3Ba（OH）2K2SO4+3BaSO4↓+2Al（OH）3↓

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