第三章 铁 金属材料知识点清单2024-2025学年高一化学人教版（2019）必修第一册

第三章 铁 金属材料 第一节 铁及其化合物 知识点一 单质铁 铁的原子序数为26，最外层电子数为2，很容易失去电子，表现出极强的还原性。 1.铁的物理性质 颜色 状态 密度/（g*cm-3） 熔点/oC 沸点/oC 金属共性 特性 银白色，有金属光泽 固体 7.86 1535 2750 导热、导电、延展性好 能被磁体吸引 注：温度达到熔点后，固态的金属铁开始融化成液态的金属铁；温度达到的沸点后，液态的金属铁会汽化成气态的金属铁。 2．铁的化学性质 ①较强的还原性 i.铁与氧化性较弱的氧化剂（如HCl、CuSO4等），金属铁会失去2个电子。 ii. 铁与氧化性较强的氧化剂（如Cl2等），金属铁会失去3个电子。 ②一定条件下，铁作为还原剂能与某些非金属单质、酸和盐溶液反应 Fe与非金属单质反应 Fe与氧化性较强的物质反应，生成Fe3+, Fe与氧化性较弱的物质反应，生成Fe2+。 Fe与非氧化酸【不具有氧化性的酸】反应【Fe失去2个电子】 Fe与某些盐溶液反应【遵循金属活动顺序表】 与水蒸气反应 反应原理：高温时,铁能与水蒸气反应,反应的化学方程式为 反应 装置 3．铁生锈 铁在有水和氧气存在的条件下发生氧化反应，生成氧化铁，也就是我们通常所说的“铁锈”。 铁生锈的过程涉及多个化学反应，主要可以概括为以下几步，每个步骤都有相应的化学方程式： （1）铁的氧化： 铁在水和氧气的作用下，首先失去电子形成二价铁离子（Fe²⁺）： Fe→Fe2+ （2）氧气的还原：溶解在水中的氧气接受电子形成水合氧离子（OH⁻）： O2+2H2O+4e−→4OH（3）形成氢氧化铁：二价铁离子与水合氧离子反应生成不溶于水的氢氧化铁（Fe(OH)₂）： Fe2++2OH−→Fe(OH)2 氢氧化铁进一步氧化形成三价铁的氢氧化物（Fe(OH)₃）： 4Fe(OH)2+O2+2H2O→4Fe(OH)3 （4）脱水形成氧化铁：氢氧化铁脱水形成红褐色的氧化铁（Fe₂O₃·nH₂O），即铁锈： 2Fe(OH)3→Fe2O3⋅nH2O+(3−n)H2O 综上所述，铁生锈的整个过程可以简化为一个总的化学方程式： 4Fe+3O2+(6+n)H2O→2Fe2O3⋅nH2O n 是一个变量，表示水分子的数量，这取决于环境条件下的湿度和其他因素。铁锈的主要成分是水合氧化铁，其确切的化学式可能会有所不同，因为它可以含有不同数量的水分子。 4.铁在人体中的作用 人体含量、需要量最多的微量元素，铁最重要的生物学功能是参与血红蛋白的合成、参与氧的运输。 知识点二 铁的氧化物 氧化性： 用途： Fe203常用作油漆、涂料、油墨和橡胶的红色颜料,赤铁矿(主要成分是 Fe203)是炼铁原料 特别提醒： （1） Fe0、Fe203是碱性氧化物【碱性氧化物是指和酸反应只能生成盐和水的氧化物】。Fe304有固定的组成【可以把Fe304化学式看成“”】，属于纯净物，Fe304中含有亚铁离子【】和铁离子【】，故不属于碱性氧化物， （2） Fe304与盐酸反应时，可以将其可以看作分别为盐酸反应，然后再把两个反应相加。 （3） 在高温条件下,Fe与Fe203可以发生反应,当铁足量时:Fe+ Fe203===3Fe0（反应条件为高温）【氧化还原反应中的“归中反应”】,当铁高温不足时:Fe+4Fe203=3Fe304 。 知识点三 铁的氢氧化物 化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3 名称 氢氧化亚铁 氢氧化铁 类别 二元弱碱【在水溶液中只能电离离出两个OH-的碱】 三元弱碱【在水溶液中只能电离出三个OH-的碱】 铁元素化合 +2 +3 颜色状态 白色固体 红褐色固体 水溶性 不溶 不溶 与酸反应 Fe(OH)2+2H+= Fe2++2H2O Fe(OH)3+3H+= Fe3++3H2O 稳定性 不稳定,在空气中易被氧化(白色→灰绿色→红褐色),体现还原性:4Fe(OH)2+O2+2H20=4Fe(OH)3 不稳定[较 Fe(OH)₂稳定]，受热易分解:2Fe(OH)3=Fe203+3H20(加热) 制备试验 制备 Fe(0H)2时的注意事项 (1)Fe2+极易被氧化,所以FeS04 溶液要现配现用。 (2)为了防止Fe(0H)2被氧化,①配制 FeS04溶液所用的蒸馏水和制备Fe(OH)2所用的NaOH 溶液都要煮沸,尽可能除去02。②为防止Fe(0H)2被氧化,还可以向盛有FeS04溶液的试管中加入少量的煤油或其他密度小于水且不溶于水的有机溶剂，以隔绝空气。 (3)为了防止滴加 Na0H溶液时带入空气,可将吸有 NaOH 溶液的长胶头滴管伸入 FeS04溶液的液面下,再挤出 NaOH 溶液。 知识点四 Fe2+和Fe3+ 1.氧化性和还原性 Fe2+——>铁元素的化合价为处在最低价和最高价之间，既有氧化性又有还原性。就氧化性来说，当Fe2+—遇到较强的还原剂时，Fe2+——> Fe单质；就还原性来说，当Fe2+—遇到较强的氧化剂时，Fe2+——> Fe3+. Fe3+——>铁元素的化合价为最高价，具有较高的氧化性。当遇到较强的还原剂时，Fe3+——> Fe2+. 2.鉴别Fe2+和Fe3+ （1）物理方法——观察溶液颜色 Fe2+——>溶液呈浅绿色；Fe3+——>溶液呈棕黄色 （2）化学方法——加入试剂 ①淀粉碘化钾法：用胶头滴管吸取溶液，滴在淀粉碘化钾试纸上 i.试纸变蓝【Fe3++2I−→Fe2++I2​】——> 滴管吸取的溶液中含Fe3+ ii. 试纸无明显现象——>溶液中含Fe2+ ②酸性 KMn04 溶液( 溴水)法：加入少量酸性 KMn04 溶液( 溴水)法【含Mn04-的溶液呈紫色，在酸性环境中，高锰酸钾（KMnO₄）中的 MnO4−离子具有强氧化性】 i.溶液褪色—>含有Fe2+【5Fe2++MnO4−​+8H+→5Fe3++Mn2++4H2​O】 ii. 溶液不褪色—>含有Fe3+ ③滴加KSCN溶液 向某溶液中滴加 KSCN 溶液： i.若有红色出现,证明原溶液中有 Fe3+【Fe3++3SCN-=Fe(SCN)3（配合物），溶液为红色】 ii.若无明显现象,再滴加新制氯水【氧化性】,若有红色出现,证明原溶液中有 Fe2+ ④铜片法：往溶液中插入铜片 i.无明显现象，溶液含有Fe2+ ii.溶液变蓝，溶液含有Fe3+【Fe3++Cu=Cu2++ Fe2+,含Cu2+溶液呈蓝色】 知识点五 铁三角应用 1. 铁三角相互转换 Fe 只具有还原性，可以被氧化成 Fe²⁺和 Fe³⁺，还原 Fe²⁺和 Fe³⁺又可得到 Fe。 Fe²⁺中铁元素呈中间价态，既具有氧化性又具有还原性，主要表现为还原性。Fe²⁺遇到强氧化剂时，被氧化为 Fe³⁺；遇到还原剂时，被还原为 Fe。 Fe³⁺中铁元素呈较高价态，具有较强的氧化性，可被还原剂还原为 Fe²⁺或 Fe。它们之间的相互转化关系如图（常称为 “铁三角”）所示。 知识点六 铁及其化合物之间的转化关系 铁及其化合物的 “价—类” 二维图及转化关系如图所 第二节 金属材料 知识点一 合金及其性质 （1） 概念：金属加热熔化后，往熔化后的金属中加【物理变化】某些金属或非金属制得的具有金属特征的物质，合金中的各成分保持了其原有的化学性质，合金属于混合物。 （2） 特点：“三增一降”：三增：①合金的硬度增大，②合金的强度增大，②合金的耐腐蚀性增强；一降：合金的熔点降低。 （3） 合金中的原子结构排列 知识点二 铁合金 （1） 概念：在纯金属铁在加热融化的状态下，向其加入主要的非金属单质碳和少量的其他物质，制的具有金属特性和非金属特性的物质，叫做铁合金。 （2） 分类：根据铁合金中含碳量的不同 铁合金分为生铁（含碳量2%-4.3%）和钢（含碳量0.03%-2%）两类。显然，生铁的含碳量比钢的含碳量高。 在钢中，根据钢中的主要成分特点划分为碳素钢及合金钢，其中碳素钢的主要成分是铁和碳；合金钢的主要成分是铁、碳和其他金属。 知识点三 铝和铝合金 一、金属铝 铝是地壳中含量最多的金属元素，铝的原子结构示意图，最外层电子为3<4,在化学反应中很容易失去电子，表现出还原性：Al-3e-=Al3+ 1.铝的物理性质 2.铝的化学性质 （1）铝与氧气等非金属单质反应 ①常温下铝与氧气的反应 常温下,金属铝能被空气中的氧气氧化,表面生成一层致密的氧化铝薄膜,这层薄膜能阻止内部金属继续与氧气发生反应。反应的化学方程式为4Al+302=2Al203;。 ②在点燃条件下,铝剧烈燃烧,发出耀眼的白光。化学方程式为4Al+302=2Al203;（条件点燃）。 （2）铝与酸反应 （3）铝与碱反应 【素材拓展】 铝与NaOH溶液反应分析 （4）铝与盐溶液反应 铝与盐溶液反应时，遵循金属活动顺序表规则，即AI能与金属活动性顺序中排在它后面的金属的盐溶液反应。 二、铝合金 纯铝的硬度和强度较小，不适合制造机器零件等。向铝中加人少量的合金元素，如Cu、Mg、Si、Mn、Zn等，可制成铝合金，具有密度小、抗腐蚀性强等特点。常见的铝合金有镁铝合金和硬铝合计。 三、氢氧化铝 （1）物理性质 AI(0H)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A1(0H)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。 ②AI(OH)3是典型两性氢氧化物,在酸与强碱溶液里都能溶解。 a. 与酸反应：Al (OH)₃ + 3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂O； b. 与强碱溶液反应：Al (OH)₃ + OH⁻ = AlO₂⁻ + 2H₂O。 ③氢氧化铝的热稳定性差。AI(OH)3的热稳定性较差,在加热条件下分解为Al203和 H20。 2Al(OH)₃ = Al₂O₃ + 3H₂O（条件加热） 特别提醒：金属氢氧化物受热分解规律： 1. 当金属氢氧化物易溶时，受热难分解，如 NaOH、KOH、Ba (OH)₂等。 2. 当金属氢氧化物难溶时，受热易分解。一般生成相对应价态的金属氧化物和水，如 Al (OH)₃、Fe (OH)₃、Cu (OH)₂、Mg (OH)₂等。 （3）氢氧化铝制备 ①实验室制法 实验步骤 实验现象 实验结论 取一支试管，加入 10mL 0.5mol・L⁻¹ A₂(SO₄)₃ 溶液，然后滴加氨水至过量。 生成白色胶状沉淀，当氨水过量时，沉淀不减少。 Al₂(SO₄)₃ + 6NH₃·H₂O = 2Al(OH)₃↓ + 3(NH₄)₂SO₄。 【机理分析】 NH₃·H₂O属于弱碱，在溶液中存在电离平衡：NH₃·H₂O⇌NH₄⁺ + OH⁻。 Al₂(SO₄)₃ 属于强碱，在溶液中完全电离：Al₂(SO₄)₃ = 2Al³⁺ + 3SO₄²⁻。 3OH⁻+2Al³⁺= Al(OH) 3↓, OH-减少，促进NH₃·H₂O电离向右移动，所以滴加氨水至过量是为了获得跟多的OH-，从而生成Al(OH)₃↓ ②工业制法 向 NaAlO₂溶液中通入 CO₂（足量），反应方程式为： NaAlO₂ + CO₂（足量）+ 2H₂O = NaHCO₃ + Al (OH)₃↓。 【机理分析】 NaAlO₂ = Na⁺ + AlO₂⁻。 CO₂（足量）+ 2H₂O=H2CO3， AlO₂⁻ + H⁺ + H₂O = Al(OH)₃↓。 第一步电离：H₂CO₃⇌H⁺ + HCO₃⁻； 第二步电离：HCO₃⁻⇌H⁺ + CO₃²⁻ 通入足量的二氧化碳，使得生成的H2CO3在第一步电离出更多的H⁺，这进一步使得第二步电离方程HCO₃⁻⇌H⁺ + CO₃²⁻向左移动，生成更多的HCO₃⁻。 综上分析，向 NaAlO₂溶液中通入 CO₂（足量），反应方程式为：NaAlO₂ + CO₂（足量）+ 2H₂O = NaHCO₃ + Al (OH)₃↓。 用铝盐或偏铝酸盐制 Al (OH)₃ 时，都不能用强碱或强酸，因为 Al (OH)₃ 可溶于强酸、强碱，制备时常用弱碱 NH₃・H₂O 或通 CO₂ 气体。 （4）用途（性质决定用途） 1. Al(OH)₃能聚集水中的悬浮物形成絮状不溶物沉降下来，并能吸附色素，因此可以用于水的净化。明矾可作净水剂的原因是明矾溶于水能生成 Al (OH)₃胶体, Al (OH)₃在水中形成胶体颗粒，胶体具有吸附性和较大的比表面积。 2. Al(OH)₃是医用胃酸中和剂中的一种，它的碱性不强，不至于对胃壁产生强烈的刺激或腐蚀作用，但却可以与酸反应，使胃液酸度降低，起到中和过多胃酸的作用。 知识点四 新型合金 知识点四 物质的量在化学方程式计算中的应用 1.化学方程式 化学方程式是用化学式表述化学反应事实的化学专业语言，它可以表示什么物质参加反应、反应的条件是什么以及生成了什么物质,它还可以表示反应物和生成物的质量之比、微粒个数之比、气体体积之比等含义 2.物质(B)的物质的量和其他化学量之间的关系 3.化学计量数与物质的量和其他化学量之间的关系 化学计量数就是化学方程式(或离子方程式)中各反应物或生成物的化学式前面的数字(若为1时常常省略). 可以看出， （1） 化学方程式中各物质的化学计量数之比=各物质的物质的量之比=各物质的分子数之比 （2） 对于有气体参加的反应，在同温同压下，各气体的化学计量数之比=各气体的体积之比 因此，将物质的量(n)、摩尔质量(M)、摩尔体积(V)、物质的量浓度(c)等概念应用于化学方程式进行计算时，对于定量研究化学反应中各物质之间的量的关系，会更加方便。 4.物质的量应用于化学方程式计算类题的解题步骤 特别提醒： (1)化学方程式书写必须正确。 (2)化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比,而非质量之比。化学反应前后质量守恒，但物质的量不一定守恒。 (3)单位运用对应化:根据化学方程式计算时，已知物理量和被求物理量的单位只要满足“上下一致,左右相当”即可进行求算,如Na与水反应时,46gNa与22.4LH(标准状况)是相当的，从而可求出一定质量的 Na 与水反应产生 H(标准状况)的体积。 (4)化学方程式所表示的是纯净物之间的量的关系，因此不纯物质必须换算成纯物质再进行计算。 (5)任何一种反应物,只有实际参加反应的物质才能根据化学方程式计算，过量部分不参与计算。 5.化学方程式计算中常用的解题技巧 技巧一：关系式法 当已知物和未知物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”，就可求得未知量。例如，把 CO 还原 Fe₂O₃生成的 CO₂通入澄清的石灰水中，求生成沉淀的量，根据化学方程式知：3CO～3CO₂～3CaCO₃ ，可直接一步求出未知量。 ①一氧化碳（CO）还原氧化铁（Fe₂O₃）的化学方程式为：Fe₂O₃ + 3CO⇒2Fe + 3CO₂（高温）， 根据化学计量数和物质的量的关系有：3CO～3CO₂ ②二氧化碳（₂）通入澄清石灰水（主要成分是氢氧化钙₂）会发生反应，化学方程式为：CO₂ + Ca(OH)₂ = CaCO₃↓ + H₂O，根据化学计量数和物质的量的关系有：1CO₂~1 CaCO₃，则3CO₂~3CaCO₃ 综合①和②得到关系：3CO～3CO₂～3CaCO₃ 技巧二：守恒法 化学反应中的守恒关系有质量守恒、得失电子守恒、电荷守恒。 (1)质量守恒 ①宏观特征:反应前后质量守恒: ②微观特征:反应前后各元素的原子个数守恒。 (2)得失电子守恒 ①宏观特征:氧化还原反应中,元素化合价升高总数=元素化合价降低总数。 ②微观特征:氧化还原反应中,氧化剂得电子总数=还原剂失电子总数。 (3)电荷守恒 ①宏观特征:电解质溶液呈电中性 ②)微观特征: a.电解质溶液中,阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数; b.离子方程式中,反应物所带电荷总数与生成物所带电荷总数相等且电性相同 技巧三：差量法 根据化学反应前后物质的有关物理量发生的变化,找出所谓的“理论差量”,如反应前后的质量差、物质的量差、气体体积差等。该差量与反应物的有关量成正比。差量法就是借助这种比例关系求解的方法。例如:把一定量的 Mg投人足量稀盐酸中,充分反应后溶液质量增加了4.48g据此可求出参加反应的 Mg的质量 s 学科网（北京）股份有限公司 $$