資源簡介

第三章 鐵 金屬材料知識清單
【單元知識框架】
【單元知識清單】
考點1 鐵及其化合物
一、單質鐵的性質
1．鐵元素的存在
（1）存在形態
①游離態：存在于隕鐵中
②化合態：存在于各種鐵礦石中
（2）地殼含量：僅次于氧、硅、鋁，居第四位
2．鐵的物理性質
（1）金屬三性：延展性、導熱性和導電性良好
（2）物理特性：能夠被磁體吸引
3．鐵的還原性
（1）與弱氧化劑反應生成Fe2+
①S：Fe+SFeS，產生黑色固體
②H+：Fe+2H+Fe2++H2↑，鐵逐漸溶解，溶液變成淺綠色，有無色無味氣體產生
③Cu2+：Fe+Cu2+Fe2++Cu，鐵上析出紅色固體，溶液變成淺綠色
④Ag+：Fe+2Ag+Fe2++2Ag，鐵上析出銀白色固體，溶液變成淺綠色
⑤I2：Fe+I22FeI2
（2）與強氧化劑反應生成Fe3+
①Cl2：2Fe+3Cl22FeCl3，產生棕紅色煙
②Br2：2Fe+3Br22FeBr3
③稀硝酸：Fe+4HNO3（稀）Fe（NO3）3+NO↑+2H2O
（3）與O2、水蒸氣反應生成Fe3O4
①O2：3Fe+2O2Fe3O4
②水蒸氣：3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2
3．鐵和水蒸氣反應實驗
（1）實驗裝置圖
（2）注意事項
①鐵不能與冷水、熱水反應，但高溫下能與水蒸氣反應。
②加熱儀器不能用酒精燈，而應用酒精噴燈
③該實驗中，圓底燒瓶中水的作用是提供反應需要的水蒸氣。
④圓底燒瓶中要加入少量沸石或碎瓷片，以防止水劇烈沸騰
⑤實驗結束時，先熄滅酒精噴燈，再熄滅酒精燈，以防止空氣倒吸
⑥干燥管中盛有堿石灰或無水氯化鈣，吸收氫氣中的水蒸氣
二、鐵的氧化物的性質
1．物理性質和用途
名稱 氧化亞鐵 四氧化三鐵 氧化鐵
化學式 FeO Fe3O4 Fe2O3
鐵的化合價 +2 +2、+3 +3
氧化物類型 堿性氧化物 非堿性氧化物 堿性氧化物
顏色狀態 黑色粉末 黑色晶體 紅棕色粉末
俗 名 磁性氧化鐵 鐵紅、鐵銹
用 途 磁性材料 油漆顏料
2．化學性質
（1）穩定性
①FeO：不穩定，易被氧化，6FeO+O22Fe3O4
②Fe2O3和Fe3O4：比較穩定
（2）與非氧化性酸（如稀鹽酸）發生復分解反應
①FeO：FeO+2H+Fe2++H2O
②Fe3O4：Fe3O4+8H+Fe2++2Fe3++4H2O
③Fe2O3：Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
（3）與氧化性酸（如稀硝酸）發生復分解反應或氧化還原反應
①FeO：3FeO+10H++NO3－3Fe3++NO↑+5H2O
②Fe3O4：3Fe3O4+28H++NO3－9Fe3++NO↑+14H2O
③Fe2O3：Fe2O3+6H+2Fe3++3H2O
（4）與還原性酸（如氫碘酸）發生復分解反應或氧化還原反應
①FeO：FeO+2H+Fe2++H2O
②Fe3O4：Fe3O4+8H++2I－3Fe2++I2+4H2O
③Fe2O3：Fe2O3+6H++2I－2Fe2++I2+3H2O
（5）能夠被某些還原劑還原
①H2：FeO+H2Fe+H2O
②CO：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2（高爐煉鐵的主反應）
③C：Fe3O4+2C3Fe+2CO2↑
④Al：2Al+Fe2O32Fe+Al2O3（鋁熱反應）
三、鐵的氫氧化物的性質
1．物理性質和制備
Fe（OH）2 Fe（OH）3
顏色狀態 白色固體 紅褐色固體
水溶性 難溶于水 難溶于水
制備 Fe3++3OH－Fe（OH）3↓ Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
轉化 4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3↓
2．化學性質
（1）熱不穩定性
①Fe（OH）3：2Fe（OH）3Fe2O3+3H2O
②Fe(OH)2：Fe（OH）2FeO+H2O（隔絕空氣）
（2）與稀鹽酸反應
①Fe（OH）3：Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O
②Fe(OH)2：Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
（3）與稀硝酸反應
①Fe（OH）3：Fe（OH）3+3H+Fe3++3H2O
②Fe(OH)2：3Fe（OH）2+10H++NO3－3Fe3++NO↑+8H2O
（4）與氫碘酸反應
①Fe（OH）3：2Fe（OH）3+6H++2I－2Fe2++I2↓+6H2O
②Fe(OH)2：Fe(OH)2+2H+Fe2++2H2O
四、亞鐵鹽的性質
1．弱氧化性
（1）Mg、Al、Zn與亞鐵鹽溶液發生置換反應
①Fe2++ZnFe+Zn2+
②Fe2++MgFe+Mg2+
③3Fe2++3Al3Fe+2Al3+
（2）K、Ca、Na與亞鐵鹽溶液反應
①先與水反應：2Na+2H2O2NaOH+H2↑
②堿與亞鐵鹽反應：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
2．強還原性
（1）能夠被Cl2、Br2氧化
①除FeCl3溶液中的FeCl2溶液：2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－
②Br2：2Fe2++Br22Fe3++2Br－
（2）能夠被O2氧化
①反應：12Fe2++O2+6H2O8Fe3++4Fe（OH）3↓
②保存：密封保存，防止O2將Fe2+氧化；加少量鐵將Fe3+還原成Fe2+
（3）能夠被酸性的H2O2氧化
①反應：2Fe2++2H++H2O22Fe3++2H2O
②應用：除去Fe3+中Fe2+的最佳方法
（4）與酸性條件下的MnO4－、NO3－、ClO－等離子不能大量共存
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）還原性：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．與堿溶液反應
（1）離子反應
①燒堿：Fe2++2OH－Fe（OH）2↓
②氨水：Fe2++2NH3·H2OFe(OH)2↓+2NH4+
（2）制備純凈的Fe(OH)2沉淀
①水煮沸：除去水中溶解的氧氣
②管入水：膠頭滴管插入液面以下，防止滴加過程中帶入氧氣
③加油膜：液面上滴加幾滴植物油、苯、汽油等，以隔絕空氣
五、鐵鹽的性質
1．與堿溶液反應
（1）燒堿：Fe3++3OH－Fe（OH）3↓
（2）氨水：Fe3++3NH3·H2OFe（OH）3↓+3NH4+
2．與KSCN溶液反應
（1）反應：Fe3++3SCN－Fe（SCN）3
（2）現象：產生血紅色溶液
（3）應用：檢驗Fe3+的最佳方法
3．強氧化性
（1）與Fe反應
①反應：2Fe3++Fe3Fe2+
②應用：除去Fe2+中的Fe3+
（2）與Cu反應
①反應：2Fe3++Cu2Fe2++Cu2+
②應用：電子工業上腐蝕銅印刷電路板
（3）Mg、Al、Zn等活潑金屬
①少量鋅：2Fe3++Zn2Fe2++Zn2+
②過量鋅：2Fe3++3Zn2Fe+3Zn2+
（4）與KI溶液反應
①反應：2Fe3++2I－2Fe2++I2（FeI3不存在的原因）
②應用：溶液顏色變化不明顯，產生紫黑色沉淀
（5）與H2S反應
①反應：2Fe3++H2S2Fe2++S↓+2H+
②應用：溶液由棕黃色變成淺綠色，產生黃色沉淀
（6）與SO2反應
①反應：2Fe3++SO2+2H2O2Fe2++SO42－+4H+
②應用：溶液由棕黃色變成淺綠色
4．從銅電路板腐蝕廢液中回收銅和氯化鐵流程
六、鐵離子和亞鐵離子的檢驗
1．Fe3+的檢驗
（1）試液血紅色溶液（最佳方法）
（2）試液產生紅褐色沉淀
2．Fe2+的檢驗
（1）試液無現象血紅色溶液
（2）溶液先產生白色沉淀，迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色
（3）鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]法
①反應：3Fe2++2[Fe(CN)6]3－Fe3[Fe(CN)6]2↓
②現象：產生藍色沉淀
3．Fe3+和Fe2+混合液
（1）檢驗Fe2+
①試液高錳酸鉀溶液紫紅色褪去（用稀硫酸酸化）
②試液溴水褪色
③試液藍色沉淀
（2）檢驗Fe3+
①試液血紅色溶液
②試液試紙變藍
【特別提醒】檢驗FeCl3溶液中是否含FeCl2溶液，不能用酸性高錳酸鉀溶液，因為Cl－也能使其褪色，應該用鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6]溶液。
七、鐵及其化合物之間的轉化關系
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化關系
3．從物質分類的角度理解鐵及其化合物的性質
（1）Fe2O3、FeO都是堿性氧化物，能與酸反應生成鹽和水。
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單質中鐵元素化合價為0價，僅具有還原性
Fe+Cu2+Fe2++Cu；Fe+2H+H2↑+Fe2+；2Fe+3Cl22FeCl3；3Fe+4H2O（g）Fe3O4+4H2
（2）Fe2+化合價可以升高到+3價，表現為還原性，也可以降低到0價，表現為氧化性。
Fe2++ZnFe+Zn2+；2Fe2++Cl22Fe3++2Cl－；5Fe2++MnO4－+8H+5Fe3++Mn2++4H2O
（3）Fe（OH）2具有還原性，能被氧化為Fe（OH）3
4Fe（OH）2+O2+2H2O4Fe（OH）3
（4）Fe2O3中的鐵元素為高價態，具有氧化性，因而可用還原劑將其還原為鐵單質。
3CO+Fe2O32Fe+3CO2
（5）Fe3+是鐵元素的高價態，可以被還原劑還原為+2或0價，具有氧化性。
2Fe3++Zn（少量）2Fe2++Zn2+；2Fe3++3Zn（過量）2Fe+3Zn2+；2Fe2O3+3C4Fe+3CO2↑
考點2 金屬材料 合金
一、合金的組成
1．金屬材料：包括純金屬及其合金
2．合金的組成和性能
（1）組成
①合金中一定含有金屬元素，可能含有非金屬元素。
②合金是混合物，不是化合物。
③在合金中各組成成分元素的化合價都為0價
（2）形成：所有成分在一定溫度范圍內都是液體
（3）合金具有金屬特性，如導電、傳熱等。
（4）合金的特點
①合金具有許多優良的物理、化學或機械性能，如合金的硬度、熔點不同于其成分金屬。
②調節合金的性能：調節所添加的合金元素的種類、含量和生成合金的條件
（5）合金硬度變大的原因：改變了金屬原子有規則的層狀排列，使原子層間的相對滑動變得困難。
二、鐵合金
1．合金元素：主要是鐵和碳
2．鐵合金分類：根據含碳的不同分類
（1）生鐵：含碳量2%~4.3%，硬度大，抗壓、性脆、韌性差
（2）鋼：含碳量0.03%~2%，硬度小，延展性好、韌性好、機械性能好
3．鋼的分類
（1）碳素鋼
①低碳鋼：韌性、焊接性好，但硬度低，用于制造鋼板、鋼絲和鋼管等
②中碳鋼：硬度高，韌性及加工性好，用于制造鋼軌、車輪和建材等
③高碳鋼：硬而脆，熱處理后彈性好，用于制造器械、彈簧和刀具等
（2）合金鋼（特種鋼）
①形成：在碳素鋼中適量加入合金元素，使鋼的組織機構發生變化
②性能：強度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕等
③不銹鋼：合金元素主要是鉻（Cr）和鎳（Ni）
三、鋁合金和新型合金
1．硬鋁
（1）合金元素：Cu、Mg、Si、Mn
（2）性能：密度小、強度高，具有較強的抗腐蝕能力
（3）用途：制造飛機和宇宙飛船的理想材料
2．儲氫合金
（1）概念：能夠大量吸收氫氣，并與氫氣結合成金屬氫化物的材料
（2）實用性要求
①儲氫量大
②金屬氫化物容易形成，稍微加熱容易分解
③室溫下吸、放氫速率快
（3）代表物：Ti-Fe合金，La-Ni合金
3．其他新型合金：鈦合金、耐熱合金、形狀記憶合金等
考點3 鋁及其化合物
一、單質鋁
1．鋁和氧氣反應：條件不同，產物相同，現象不同
（1）常溫：鋁具有抗腐蝕性
①原因：鋁表面生成一層致密的氧化物薄膜，起到保護內部金屬的作用
②反應：4Al+3O22Al2O3
（2）加熱或點燃
①現象：劇烈燃燒，放出大量的熱，發出耀眼的白光
②反應：4Al+3O22Al2O3
2．鋁與酸溶液反應
（1）氧化性酸
①Al鈍化
②Al劇烈反應，分別放NO2和SO2氣體
③Al放NO氣體
（2）非氧化性酸：AlH2↑
①標度：與酸性比碳酸強的非氧化性酸反應放氫氣
②反應：2Al+6H+2Al3++3H2↑
3．鋁與堿溶液反應
（1）標度：鋁只能與強堿溶液反應，不能與氨水等弱堿溶液反應
（2）反應
①化學：2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑
②離子：2Al+2OH－+2H2O2AlO2－+3H2↑
3．鋁與不活潑金屬鹽溶液的反置換應
（1）CuSO4：3Cu2++2Al2Al3++3Cu
（2）AgNO3：3Ag++AlAl3++3Ag
二、氧化鋁的性質
1．氧化物類別：兩性氧化物
2．與酸性比碳酸強的酸溶液反應
（1）鹽酸
①化學：Al2O3+6HCl2AlCl3+3H2O
②離子：Al2O3+6H+2Al3++3H2O
（2）硫酸
①化學：Al2O3+3H2SO4Al2（SO4）3+3H2O
②離子：Al2O3+6H+2Al3++3H2O
3．與堿性比氨水強的堿溶液反應
（1）NaOH溶液
①化學：Al2O3+2NaOH2NaAlO2+H2O
②離子：Al2O3+2OH－2AlO2－+H2O
（2）Ba（OH）2溶液
①化學：Al2O3+Ba（OH）2Ba（AlO2）2+H2O
②離子：Al2O3+2OH－2AlO2－+H2O
三、氫氧化鋁的性質
1．物質類別：兩性氫氧化物
2．與酸性比碳酸強的酸溶液反應
（1）鹽酸
①化學：Al（OH）3+3HClAlCl3+3H2O
②離子：Al（OH）3+3H+Al3++3H2O
（2）硫酸
①化學：2Al（OH）3+3H2SO4Al2（SO4）3+6H2O
②離子：Al（OH）3+3H+Al3++3H2O
3．與堿性比氨水強的堿溶液反應
（1）NaOH溶液
①化學：Al（OH）3+NaOHNaAlO2+2H2O
②離子：Al（OH）3+OH－AlO2－+2H2O
（2）Ba（OH）2溶液
①化學：2Al（OH）3+Ba（OH）2Ba（AlO2）2+4H2O
②離子：Al（OH）3+OH－AlO2－+2H2O
4．熱不穩定性：2Al（OH）3Al2O3+3H2O
5．氫氧化鋁的用途
（1）Al（OH）3作治療胃酸過多的內服藥
（2）Al（OH）3膠體做凈水劑
四、鋁鹽的性質
1．Al3+和氨水反應：量不同，反應相同
（1）反應：Al3++3NH3·H2OAl（OH）3↓+3NH4+
（2）現象：產生白色沉淀
（3）應用：實驗室制取沉淀Al（OH）3
2．Al3+和燒堿溶液反應
（1）量不同，反應不同
①少量燒堿：Al3++3OH－Al（OH）3↓
②過量燒堿：Al3++4OH－AlO2－+2H2O
（2）向鋁鹽溶液中滴加強堿溶液至過量
①現象：先產生白色沉淀，后沉淀逐漸溶解
②圖像：
AB段反應：Al3++3OH－Al（OH）3↓
BD段反應：Al（OH）3+OH－AlO2－+2H2O
3．明礬
（1）化學式：KAl（SO4）2·12H2O
（2）電離方程式：KAl（SO4）2K++Al3++2SO42－
（3）用途：Al3+水解產生Al（OH）3膠體，具有吸附性，常用做凈水劑
（4）明礬溶液和氫氧化鋇溶液反應
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↓

展開更多......

收起↑