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＋3CO2Fe＋3CO2。
2、铁的物理性质
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/cm3 1 535 ℃ 2 750 ℃ 导热、导电、延展性好 能被磁体 吸引
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
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↑
③Fe与盐溶液反应
（2）铁与水蒸气的反应
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)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
二、铁的重要化合物
1、铁的氧化物
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
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＋＋H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O Fe3O4＋8H＋===Fe2＋＋2Fe3＋＋4H2O
特殊转化 FeO在空气中受热，迅速被氧化为Fe3O4：6FeO＋O22Fe3O4
2、铁的氢氧化物
化学式 Fe(OH)2 Fe(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)3Fe2O3＋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
3、铁盐和亚铁盐
（1）【实验3-2】 探究Fe3＋、Fe2＋的检验
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)3 2Fe2＋＋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
（2）Fe3＋、Fe2＋的检验
Fe2＋ Fe3＋
观察法 浅绿色 棕黄色
加碱法(NaOH) ①现象：白色絮状沉淀灰绿色红褐色沉淀 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)
（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 不变色 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，取少量固体溶液 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
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
3、Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化
（1）Fe(还原性)Fe2＋ （2）Fe(还原性)Fe3＋
（3）Fe2＋(弱氧化性)Fe （4）Fe2＋(还原性)Fe3＋
（5）Fe3＋(氧化性)Fe2＋ （6）Fe3＋(氧化性)Fe
4、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
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
三、铝和铝合金
1、【实验3-4】铝片与盐酸的反应
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↑
2、【实验3-5】铝片与NaOH溶液的反应
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－===2AlO＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑
3、铝合金
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
4、新型合金
（1）储氢合金
①储氢方法
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： Ti Fe合金、La Ni合金 。
（2）其他几种新型合金
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
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________________价和________________价化合物的形态存在于矿石中，游离态的________________只存在于陨铁中。铁元素在地壳中的含量仅次于________________，居第4位。
(2)炼铁高炉中的反应原理：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。
2、铁的物理性质
物质 状态 密度 熔点 沸点 金属共性 特性
银白色，有 金属光泽 ______ __________ _________ _________ 导热、导电、延展性好 能被磁体 吸引
3、铁的化学性质
铁与氧化性较弱的________ (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
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 ________________________________________
③Fe与盐溶液反应
（2）铁与水蒸气的反应
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 _______________ 用火柴点燃肥皂泡，听到爆鸣声，证明生成了 ________________
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： ________________
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
二、铁的重要化合物
1、铁的氧化物
化学式 FeO Fe2O3 Fe3O4
俗名 — 铁红 磁性氧化铁
色、态 ________________ ________________ ________________
溶解性 难溶于水 难溶于水 难溶于水
铁的化合价 ________________ ________________ ________________
稳定性 不稳定 稳定 稳定
与H＋反应的离子方程式 ________________ ________________ ________________
特殊转化 FeO在空气中受热，迅速被氧化为Fe3O4：6FeO＋O22Fe3O4
2、铁的氢氧化物
化学式 Fe(OH)2 Fe(OH)3
色、态 ________________固体 ________________色固体
与H＋反应的离子方程式 ________________ ________________
受热分解 — 2Fe(OH)3Fe2O3＋3H2O
制法 可溶性亚铁盐与强碱溶液反应：________________ 可溶性铁盐与强碱溶液反应：________________(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________色，最后变成________色，反应的化学方程式为________________________________
3、铁盐和亚铁盐
（1）【实验3-2】 探究Fe3＋、Fe2＋的检验
离子 Fe3＋ Fe2＋
实验操作
实验现象 溶液变成________________ 开始无明显现象，滴加新制氯水后溶液变成________________
离子方程式 Fe3＋＋3SCN－===Fe(SCN)3 2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－， ________________
结论 Fe3＋遇SCN－显________________，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________________溶液再加________________的方法检验Fe2＋的存在
（2）Fe3＋、Fe2＋的检验
Fe2＋ Fe3＋
观察法 ________________ ________________
加碱法(____________) ①现象：白色絮状沉淀灰绿色红褐色沉淀 ②反应：________________(白色)________________(红褐色) ①现象：红褐色沉淀 ②反应：________________(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：________________(红色) ①现象：加入KSCN溶液，溶液变为红色 ②反应：Fe3＋＋3SCN－===________________(红色)
（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 ________________ ________________(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，取少量固体溶液________________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________________色变为________________色，加入KSCN溶液时，溶液________________。反应的离子方程式：________________。
（2）现象：加入氯水后，溶液由________________色变成________________色。
反应的离子方程式________________。
2、利用覆铜板制作图案
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：________________)
实验结论 铜可被________________溶液腐蚀
3、Fe、Fe2＋、Fe3＋的相互转化
（1）Fe(还原性)Fe2＋ （2）Fe(还原性)Fe3＋
（3）Fe2＋(弱氧化性)Fe （4）Fe2＋(还原性)Fe3＋
（5）Fe3＋(氧化性)Fe2＋ （6）Fe3＋(氧化性)Fe
4、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 ________________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 ________________。
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)________________而成的，具有________________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________________。
（2）多数合金的熔点一般比各成分金属的________________。
二、铁合金
1、铁合金的两大类型——生铁和钢
铁合金 主要成分 主要特征 主要用途
生铁 Fe、C(含碳量为________________)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________________) 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________________) 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________________) 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 ________________ 制钢轨、轴承、坦克装甲等
硅钢 Fe、Si ________________ 制变压器、发电机的铁芯等
不锈钢 Fe、Cr、Ni ________________ 制医疗器械、反应釜和容器等
三、铝和铝合金
1、【实验3-4】铝片与盐酸的反应
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________________冒出，将点燃的木条放在试管口有________________声
实验 结论 铝是一种活泼金属，常温下能与空气中的________________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________________和 ________________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 ________________
2、【实验3-5】铝片与NaOH溶液的反应
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________________，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 ________________
3、铝合金
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%) ________________，强度和硬度都比纯铝的 ________________，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 ________________都比纯铝和纯镁的________________ 用于火箭、飞机、轮船等制造业
4、新型合金
（1）储氢合金
①储氢方法
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：________________。
（2）其他几种新型合金
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、________________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________________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、_______________、心脏修补器、手术缝合线等
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， ________________，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)＝________________＝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)＝________________。
（5）常见的解题技巧
