第三章 铁 金属材料 -【知识手册】高中化学全册必背章节知识清单（人教版2019必修第一册）

第三章 铁 金属材料第一节 铁及其化合物一、铁的单质1、铁的存在与冶炼（1）铁元素在自然界中主要是以 ＋2 价和 ＋3 价化合物的形态存在于矿石中，游离态的 单质铁 只存在于陨铁中。铁元素在地壳中的含量仅次于 氧、硅和铝 ，居第4位。（2）炼铁高炉中的反应原理：Fe2O3＋3COeq \o(=====,\s\up7(高温),\s\do5(　))2Fe＋3CO2。2、铁的物理性质3、铁的化学性质铁与氧化性较弱的 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；而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。（1）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（2）铁与水蒸气的反应二、铁的重要化合物1、铁的氧化物2、铁的氢氧化物3、铁盐和亚铁盐（1）【实验3-2】　探究Fe3＋、Fe2＋的检验（2）Fe3＋、Fe2＋的检验（3）检验Fe2＋的注意事项①只含Fe2＋的溶液：检验Fe2＋加入试剂的顺序待测液eq \o(――――→,\s\up7(KSCN溶液)) 不变色 eq \o(―――――→,\s\up7(氧化剂),\s\do5(如氯水、H2O2)) 红色 (含Fe2＋、不含Fe3＋)。②同时含有Fe2＋和Fe3＋的溶液Fe2＋对检验Fe3＋无干扰，可以滴加KSCN溶液检验Fe3＋；Fe3＋对检验Fe2＋有干扰，不能采用加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪色说明含有Fe2＋。检验铁的氧化物中是否有＋2价铁时，取少量固体eq \o(―――――→,\s\up7(稀H2SO4溶解),\s\do5(a))溶液eq \o(―――――――→,\s\up7(酸性KMnO4溶液),\s\do5(b)) 紫色 褪去。步骤a中不能选用盐酸，原因是酸性KMnO4溶液可以氧化盐酸；步骤a中，不能选用稀HNO3，原因是稀HNO3可以将Fe2＋氧化为Fe3＋。三、Fe2＋、Fe3＋的化学性质1、分别取少量FeCl3溶液于两支试管中，进行下列操作，观察并记录实验现象。（1）现象：溶液由 棕黄 色变为 浅绿 色，加入KSCN溶液时，溶液 不变色 。反应的离子方程式：Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋ 。（2）现象：加入氯水后，溶液由 浅绿 色变成 红 色。反应的离子方程式： 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 。2、利用覆铜板制作图案3、Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化（1）Fe(还原性)eq \o(――――――→,\s\up7(弱氧化剂),\s\do5(H＋、Cu2＋等))Fe2＋ （2）Fe(还原性)eq \o(――――→,\s\up7(强氧化剂),\s\do5(Cl2等))Fe3＋（3）Fe2＋(弱氧化性)eq \o(――――――→,\s\up7(还原剂),\s\do5(C、H2、Al等))Fe （4）Fe2＋(还原性)eq \o(――――――――――――――→,\s\up7(强氧化剂),\s\do5([Cl2、H2O2、MnO\o\al(－,4)H＋、ClO－等]))Fe3＋（5）Fe3＋(氧化性)eq \o(―――――――→,\s\up7(还原剂),\s\do5(Zn、Fe、Cu等))Fe2＋ （6）Fe3＋(氧化性)eq \o(――――――→,\s\up7(还原剂),\s\do5(CO、C、Al等))Fe4、补铁剂使用的注意事项（1）补铁剂的有效成分是亚铁盐(如FeSO4)，Fe2＋易被氧化为Fe3＋而失去补铁作用，因此需密封、隔绝O2存放。服用补铁剂时搭配维生素C可以增强补铁效果，这是因为 维生素C 可将Fe3＋还原为Fe2＋。（2）服用补铁剂时不能和茶水同饮，因为茶水中含大量的鞣酸，鞣酸与Fe2＋反应生成鞣酸亚铁，它的性质不稳定，很快被氧化成鞣酸铁而呈 蓝黑色 。第二节 金属材料一、合金1、合金的含义合金是由两种或两种以上的金属(或金属与非金属) 熔合 而成的，具有 金属特性 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 大 。（2）多数合金的熔点一般比各成分金属的 低 。二、铁合金1、铁合金的两大类型——生铁和钢三、铝和铝合金1、【实验3-4】铝片与盐酸的反应2、【实验3-5】铝片与NaOH溶液的反应3、铝合金4、新型合金（1）储氢合金①储氢方法eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(传统方法\b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(利用高压钢瓶来储氢,储存液态氢)),现代方法：储氢合金))②含义：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。③要求：具有实用价值的储氢合金要求储氢量大，金属氢化物既容易形成，稍稍加热又容易分解，室温下吸、放氢的速率快。④实例： Ti­Fe合金、La­Ni合金 。（2）其他几种新型合金四、物质的量在化学方程式有关计算中的应用1、物质的量应用于化学方程式计算的解题步骤2、物质的量在化学方程式计算中的应用题的解题思维流程3、物质的量应用于化学方程式计算的常用规律（1）任意物质， 微粒数之比等于物质的量之比 ，即N(A)∶N(B)＝n(A)∶n(B)。（2）在同温、同压下，气态物质的微粒数之比等于物质的量之比，等于体积之比，即N(A)∶N(B)＝n(A)∶n(B)＝V(A)∶V(B)。（3）任意状态的同一种物质，微粒数之比等于物质的量之比，等于质量之比，即N1(A)∶N2(A)＝n1(A)∶n2(A)＝m1(A)∶m2(A)。（4）同一种气态物质，在同温、同压下，微粒数之比等于物质的量之比，等于体积之比，即N1(A)∶N2(A)＝n1(A)∶n2(A)＝V1(A)∶V2(A) 。（5）常见的解题技巧物质状态密度熔点沸点金属共性特性银白色，有金属光泽固体7.86 g/cm31 535 ℃2 750 ℃导热、导电、延展性好能被磁体吸引化学性质化学方程式举例①Fe与非金属单质反应②Fe与非氧化性酸反应Fe＋H2SO4===FeSO4＋H2↑eq \x(置换反应)③Fe与盐溶液反应实验装置装置1装置2操作及现象用小试管收集一试管气体，点燃，听到轻微“噗”声，产生淡蓝色火焰，证明生成了 H2 用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了 H2 实验结论铁能与水蒸气反应，并有H2生成，反应的化学方程式为：3Fe＋4H2O(g)eq \o(=====,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2实验说明①湿棉花的作用是在受热时提供反应所需的水蒸气；②加热铁粉酒精灯的火焰用防风罩套住，可以使加热效果更好；③肥皂液在该实验中可以起到“收集”氢气的作用化学式FeOFe2O3Fe3O4俗名—铁红磁性氧化铁色、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的化合价＋2价＋3价＋2价，＋3价稳定性不稳定稳定稳定与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋===Fe2＋＋H2OFe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O特殊转化FeO在空气中受热，迅速被氧化为Fe3O4：6FeO＋O2eq \o(=====,\s\up7(△))2Fe3O4化学式Fe(OH)2Fe(OH)3色、态 白色 固体 红褐 色固体与H＋反应的离子方程式 Fe(OH)2＋2H＋===Fe2＋＋2H2O  Fe(OH)3＋3H＋===Fe3＋＋3H2O 受热分解—2Fe(OH)3eq \o(=====,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O制法可溶性亚铁盐与强碱溶液反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(离子方程式)可溶性铁盐与强碱溶液反应：Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓(离子方程式)二者的关系在空气中，Fe(OH)2能够非常迅速地被氧气氧化成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离子Fe3＋Fe2＋实验操作实验现象溶液变成 红色 开始无明显现象，滴加新制氯水后溶液变成 红色 离子方程式Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)32Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3结论Fe3＋遇SCN－显 红色 ，可利用此现象检验Fe3＋的存在Fe2＋和SCN－混合无明显现象，加入新制氯水后，Fe2＋被氧化成Fe3＋；可用先加 KSCN 溶液再加 新制氯水 的方法检验Fe2＋的存在Fe2＋Fe3＋观察法浅绿色棕黄色加碱法(NaOH)①现象：白色絮状沉淀eq \o(――→,\s\up7(迅速))灰绿色eq \o(――→,\s\up7(最终))红褐色沉淀②反应：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3 (红褐色)①现象：红褐色沉淀②反应：Fe3＋＋3OH－=== Fe(OH)3↓(红褐色)显色法 (SCN－)①现象：加入KSCN溶液无明显现象，再滴入氯水变成红色溶液②反应：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－；Fe3＋＋3SCN－=== Fe(SCN)3(红色)①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色②反应：Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3(红色)实验原理利用FeCl3溶液作为“腐蚀液”，将覆铜板上不需要的铜腐蚀实验操作取一小块覆铜板，用油性笔在覆铜板上画上设计好的图案，然后浸入盛有FeCl3溶液的小烧杯中。过一段时间后，取出覆铜板并用水清洗干净。观察实验现象，并展示制作的图案实验现象用油性笔画出的图案处不被腐蚀，洗净后板上留下设计的图案反应方程式2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2 (离子方程式：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋ )实验结论铜可被 FeCl3 溶液腐蚀铁合金主要成分主要特征主要用途生铁Fe、C(含碳量为2%～4.3% )及Si、Mn、S、P硬而脆，强度高，可铸不可锻炼钢，制各种铸件钢碳素钢低碳钢Fe、C(含碳量低于0.3% )韧性、焊接性好，但强度低制钢板、钢丝和钢管等中碳钢Fe、C(含碳量为0.3%～0.6% )强度高，韧性及加工性好制钢轨、车轮和建材等高碳钢Fe、C(含碳量高于0.6% )硬而脆，热处理后弹性好制器械、弹簧和刀具等合金钢锰钢Fe、Mn韧性好，强度高制钢轨、轴承、坦克装甲等硅钢Fe、Si导磁性好制变压器、发电机的铁芯等不锈钢Fe、Cr、Ni抗腐蚀性好制医疗器械、反应釜和容器等实验操作实验现象刚开始没有气泡，一段时间后，铝片逐渐溶解，有 无色气泡 冒出，将点燃的木条放在试管口有 爆鸣 声实验结论铝是一种活泼金属，常温下能与空气中的 氧气 发生反应，表面生成一层致密的氧化膜，保护着内部金属。铝表面的 保护膜 和 铝 均能与盐酸发生反应化学方程式Al2O3＋6HCl===2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl===2AlCl3＋3H2↑离子方程式Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O　2Al＋6H＋===2Al3＋＋3H2↑实验操作实验现象开始没有气泡，一段时间后才产生气泡，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声立即产生 气泡 ，铝片逐渐溶解，将点燃的木条放在试管口有爆鸣声实验结论两支试管均放出H2，铝、氧化铝均能与NaOH溶液反应离子方程式 Al2O3＋2OH－===2AlOeq \o\al(－,2)＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O===2AlOeq \o\al(－,2)＋3H2↑ 主要组成元素主要特性主要用途铝合金硬铝Al、Mg、Cu、Si、Mn等(Mg 0.5%、Cu 4%、Si 0.7%、Mn 0.5%)密度小 ，强度和硬度都比纯铝的 大 ，具有较强的抗腐蚀能力用于汽车、飞机、火箭、船舶等制造业镁铝合金Mg、Al强度和硬度 都比纯铝和纯镁的大 用于火箭、飞机、轮船等制造业合金名称主要性质主要用途钛合金熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好、抗腐蚀性 能好等广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等耐热合金高温下具有高的抗氧化性、抗蠕变性与持久强度主要应用于 航空、舰艇、火箭 等领域形状记忆合金在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的变形，恢复其变形前的原始形状在航空航天领域、临床医疗领域等有着广泛的应用，如宇宙飞船的天线、 人造骨骼 、心脏修补器、手术缝合线等