鐵和鐵的化合物

1、.第三章 鐵第一節(jié) 鐵和鐵的化合物目標1. 鐵的原子結(jié)構(gòu)和化合價2. 鐵的單質(zhì),氧化物,氫氧化物的性質(zhì)3. 0,+2,+3價鐵的化合物的相互轉(zhuǎn)化4. 鐵離子,亞鐵離子的檢驗重點: 鐵及其化合物的性質(zhì)難點: 0,+2,+3價鐵的化合物的相互轉(zhuǎn)化引入: 鐵的使用與人類文明的進步人類用鐵已有好幾千年的歷史?，F(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的金屬雖然已有八十多種，但其中應(yīng)用最廣泛，用量最多的還是鐵。這是因為鐵礦在自然界里分布很廣，鐵的合金的生產(chǎn)方法比較簡單而且具有許多優(yōu)良性質(zhì)的緣故。 在本章里我們將學(xué)習(xí)鐵和鐵的化合物以及煉鐵和煉鋼的知識。新授:(一).過渡元素簡介:觀察元素周期表:.原子結(jié)構(gòu)特點. 從原子結(jié)構(gòu)簡圖入手,介紹

2、21,26號元素的原子結(jié)構(gòu)簡圖,說明隨序數(shù)的遞增,電子增加在次外層.指出鐵在周期表中的位置及與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系,+26 2 8 14 2 故為第四周期,第VIII族.化合價多變. 例: 鐵的化合價: +2 +3.離子在水溶液中有顏色. 例: (二).單質(zhì)的性質(zhì)一.物性.銀白色,抗腐蝕能力強,延展性好,磁性.二.化性1.Fe-Fe+2 弱氧化劑 Fe + S=FeSFe + I2=FeI2Fe + 2H+=Fe2+ + H2Fe + Cu2+=Fe2+ + Cu （復(fù)習(xí)置換反應(yīng)。）等等. 弱氧化劑 .2.Fe-Fe+3 強氧化劑 2Fe + 3Cl2=2FeCl3 2Fe + 3Br=2FeBr3

3、 2Fe +6 H2SO4=Fe2(SO4)3 +3 SO2 +6 H2O Fe +4 HNO3=Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O 5Fe + 3MnO4- + 24H+=3Mn2+ +5 Fe3+ +12 H2O 等等, 強氧化劑 .3.Fe-Fe+2 , Fe+3 3Fe +2O2=Fe3O4 3Fe + 4H2O =Fe3O4 +4 H2 介紹Fe3O4的另外寫法: FeO.Fe2O3 小結(jié): 介紹上述性質(zhì)理解記憶的方法,氧化還原原理的運用. 要求掌握上述常見的強氧化劑和弱氧化劑. (三).鐵的化合物一. 氧化物閱讀: 鐵的氧化物有氧化亞鐵（FeO）、氧化鐵（Fe2O3）和四氧

4、化三鐵（Fe3O4）等。 氧化亞鐵是一種黑色粉末，它不穩(wěn)定，在空氣里加熱，即迅速被氧化成四氧化三鐵。氧化鐵是一種紅棕色粉末，俗稱鐵紅，它可用作油漆的顏料等。四氧化三鐵是具有磁性的黑色晶體，俗稱磁性氧化鐵。四氧化三鐵是一種復(fù)雜的化合物，在四氧化三鐵晶體里存在著鐵的兩種不同價態(tài)的離子，其中1/3 是Fe2+，2/3是Fe3+，因此，四氧化三鐵可以看成是氧化亞鐵跟氧化鐵組成的化合物。鐵的氧化物都不溶于水，也不跟水起反應(yīng)。板書：1. 物性:掌握三種氧化物的顏色; 四氧化三鐵的磁性; 鐵紅粉.2. 化性:a.與H+ 反應(yīng)FeO + 2H+ =Fe2+ + H2OFe2O3 +6 H+=2Fe3+ +3

5、H2OFe3O4 + 8H+=Fe2+ +2 Fe3+ +4 H2Ob. FeO, Fe3O4的還原性.回憶強氧化劑,根據(jù)完成氧化還原反應(yīng)方程式的方法,完成方程式.如: FeO, Fe3O4 分別與硝酸,濃硫酸,高錳酸鉀的反應(yīng).C.氧化性.復(fù)習(xí)并總結(jié)上述三種氧化物可以 , i, CO, H2, Al與反應(yīng)二、氫氧化物跟氧化亞鐵和氧化鐵相對應(yīng)的堿分別是氫氧化亞鐵Fe(OH)2和氫氧化鐵Fe(OH)3。這兩種氫氧化物都可用相對應(yīng)的可溶性鹽跟堿溶液起反應(yīng)而制得。1.Fe(OH)2演示:實驗31在試管里注入少量新制備的硫酸亞鐵溶液，用膠頭滴管吸取氫氧化鈉溶液，將滴管尖端插入試管里溶液液面下，再逐滴滴入

6、氫氧化鈉溶液，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。從實驗可以看到，滴入氫氧化鈉溶液后，開始的時候析出一種白色的絮狀沉淀，這就是氫氧化亞鐵。但這白色絮狀沉淀迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色。這是因為氫氧化亞鐵在空氣里氧化成了氫氧化鐵。 Fe2+ + 2OH- =Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + O2 +2H2O=4Fe(OH)3顏色及其變化: 白-灰綠-紅棕 現(xiàn)象特殊,用于鑒別2.Fe(OH)3 演示: 實驗32在試管里注入少量氯化鐵溶液，再逐滴滴入氫氧化鈉溶液。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。從實驗可以看到，滴入氫氧化鈉溶液時，立即生成了紅褐色的氫氧化鐵的沉淀。加熱氫氧化鐵，它就失去水而生成紅棕色的氧化鐵粉末。板書： Fe3+

7、 +3 OH- =Fe(OH)3 顏色及其變化:紅棕 現(xiàn)象特殊,用于鑒別 Fe3+ +3 NH3.H2O=Fe(OH)3 +3 NH4+ 2Fe(OH)3=Fe2O3 +3 H2O 三. Fe2+和Fe3+. Fe2+ A、 弱氧化性Zn, (Mg, Al) + Fe2+ B、弱還原性 能與上述強氧化劑反應(yīng)生成Fe3+,演示Fe2+MnO4的反應(yīng)并寫出方程式.舉例寫出其它方程式. 復(fù)習(xí)氧化還原反應(yīng)方程式的寫法，強調(diào)又屬于離子反應(yīng)的書寫步驟。.Fe3+ Fe3+ + Fe=Fe2+Fe3+ + Cu=Fe2+ + Cu2+根據(jù)氧化還原原理,比銅活潑的金屬都能與Fe3+反應(yīng). 觀察: Mg. Al

8、. Zn. Fe. .Cu比鐵活潑的金屬與Fe3+反應(yīng)時,若金屬過量可以進一步與Fe2+發(fā)生置換反應(yīng)生成單質(zhì)鐵. 強調(diào)離子反應(yīng)方程式的配平.Fe3+的檢驗: 演示:Fe3+ +SCN-=Fe(SCN)2+離子及方程式的寫法,絡(luò)離子的顏色:血紅色. 該法靈敏度高.(用演示體現(xiàn)).二. 小結(jié): 5 7 1 3 Fe+,+ Fe Fe+ Fe+ 8 2 4 總結(jié),歸納出每一步可用的試劑:. 弱氧化劑: I2 , S, Fe3+，H+, Sn2+.Ag+,.（煉鋼）Fe + O2 ; Fe2O3 + Fe。. 溶液中: Fe2+ Mg.Zn.固體: FeO + C, Si, CO, H2, Al.Mn

9、,P(CaO). 強氧化劑: Cl2, Br2, O2, HNO3, MnO4-, H2O2固體: 可用濃H2SO4; 與O2反應(yīng)分別寫出酸性、堿性、中性環(huán)境中的反應(yīng)方程式，難點是中性的反應(yīng)。. 較強的還原劑: Mg. Al. Zn. Fe. .Cu, I-, S2-(HS-,H2S). 強氧化劑Cl2, Br2, HNO3, MnO4-, H2O2,濃H2SO4. 溶液中: Fe3+ +過量 Mg. Al. Zn固 體: Fe2O3 + C, Si, CO, H2, Al，Mn。 . Fe3O4 + C, Si, CO, H2, Al ，Mn。. Fe + O2 (點燃), H2O(加熱).

10、強調(diào)：上述內(nèi)容的重要性，督促學(xué)生認真完成方程式。作業(yè)和作業(yè)輔導(dǎo):FeBr溶液中滴加Cl 水的分步反應(yīng),以及Cl2 +(Br-,I-)等其它分步反應(yīng)的特點.注意與平行反應(yīng)(不提出該名稱) 的差別.第二節(jié) 煉鐵和煉鋼目標1. 了解鐵的合金的種類,碳在合金中的存在形式,合金的性能.2. 工業(yè)煉鐵和煉鋼,分別從化學(xué)原理,完成主要原理的設(shè)備,生產(chǎn)過程,原料,以及從氧化還原反應(yīng)的角度理解化學(xué)原理.重點.難點: 煉鐵和煉鋼的化學(xué)原理引入: 古代煉鐵新授: 第一課時（一） 鐵的合金一、 生鐵一般地說，含碳量的質(zhì)量分數(shù)在24.3的鐵的合金叫做生鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳以及少量的硫、磷等，它可鑄不可鍛。根

11、據(jù)生鐵里碳存在的形態(tài)不同，又可分為煉鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。此外，還有含硅、錳或其它元素量特別高的生鐵，叫做合金生鐵（或鐵合金），如硅鐵、錳鐵等。鐵合金是煉鋼的原料之一、在煉鋼時加入了某些鐵合金，可以改善鋼的性能。碳在這種鐵的合金里主要是以碳化鐵的形態(tài)存在。這種生鐵質(zhì)硬而脆，難于加工，一般都用來煉鋼，所以叫它煉鋼生鐵。由于它的斷口呈白色，通常又叫白口鐵。碳在這種鐵的合金里是以片狀的石墨形態(tài)存在。由于石墨質(zhì)軟并有潤滑作用，因而這種生鐵具有良好的切削、耐磨和鑄造性能等優(yōu)點。但是，由于有片狀石墨的存在，降低了它的抗拉強度，使它不能鍛軋，只能用于制造各種鑄件，如鑄造機床床座、鐵管等。因此，通

12、常把這種生鐵叫做鑄造生鐵（簡稱鑄鐵）。由于它的斷口呈灰色，通常又叫灰口鐵。把鑄造生鐵加熱熔化，并用鎂合金或稀土合金等處理，就能使鐵碳合金里的石墨從片狀變?yōu)榍驙?。這種球狀石墨的形成使鑄鐵的機械性能大大地提高。球墨鑄鐵比普通鑄鐵好，它的某些性能接近于鋼，而價格卻比鋼便宜得多。因此，它可以代替一部分鋼材用于制造曲軸、齒輪、閥門等。板書：含碳24、3，Si, Mn, S, P等名稱 碳的形式 物性 主要用途煉鋼生鐵 Fe3C 硬、脆 煉鋼鑄造生鐵 片狀石墨 可鑄不可煅 制鑄件球墨鑄鐵 球形石墨 可鑄可煅 鑄件、代鋼材 二、鋼 含碳量一般在0.03%2%（質(zhì)量分數(shù)）的鐵的合金叫做鋼。鋼堅硬，有韌 性、彈

13、性，可以鍛打、壓延，也可以鑄造。鋼的分類方法很多，如果按化學(xué)成分分類，鋼可以分為碳素鋼和合金鋼兩大類。a).碳素鋼就是普通鋼。 它所含的碳、硅、錳比生鐵少得多，硫和磷的含量也比生鐵低很多。根據(jù)含碳量的不同，碳素鋼的性質(zhì)也各不相同，含碳量越多的硬度越大，含碳量越低的韌性越強。工業(yè)上一般把含碳量低于0.3%（質(zhì)量分數(shù)）的叫做低碳鋼；含碳量在0.3%0.6%（質(zhì)量分數(shù)）之間的叫做中碳鋼；含碳量在0.6%（質(zhì)量分數(shù)）以上的叫做高碳鋼。低碳鋼和中碳鋼用來制造機器零件、管子等，高碳鋼用來制造刀具、量具和沖壓模具等。b).合金鋼也叫特種鋼。在碳素鋼里適量地加入一種或幾種合金元素，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而

14、使鋼具有各種不同特殊性能，如強度、硬度大，可塑性、韌性好，耐磨，耐腐蝕，以 及其它許多優(yōu)良性能。例如，鎢鋼、錳鋼硬度很大，可以制造金屬加工工具、拖拉機履帶和車軸等；錳硅鋼韌性特別強，可以制造彈簧片、彈簧圈；鉬鋼能抗高溫，可以制造飛機的曲軸、特別硬的工具等；鎢鉻鋼（又叫高速鋼）的硬度大，韌性很強，可以做機床刀具和模具；鎳鉻鋼抗蝕性強，不易氧化，是一種不銹鋼，可以制造化工生產(chǎn)上用的耐酸塔、醫(yī)療器械、日常用具等 板書： 含碳0、30、6 Si, Mn, 等 普通鋼（碳素鋼） 特種鋼（合金鋼）（二） 煉鐵 鐵是自然界里分布最廣的金屬元素之一，在地殼中的質(zhì)量約占5左右，僅次于鋁。由于鐵的化學(xué)性質(zhì)比較活潑

15、，所以分布在地殼中的鐵都以化合態(tài)存在，游離態(tài)的鐵只能從隕石中得到。我們把自然界里能用來煉鐵的含鐵礦物叫做鐵礦石。 鐵礦石的種類很多，重要的有磁鐵礦石（主要成分是Fe3O4）、赤鐵礦石（ 主要成分是Fe2O3）、褐鐵礦石（主要成分是2Fe2O3·3H2O）和菱鐵礦石（主要成分是FeCO3）等。鐵礦石里除含鐵的化合物外，還含有脈石（主要成分是 SiO2）和硫、磷等雜質(zhì)。一 原料：鐵礦石，焦炭，石灰石。二 原理：怎樣把鐵礦石煉成鐵呢？它的主要反應(yīng)原理可以用以下的實驗加以說明。 我們可以看到，玻璃管里的粉末由紅棕色逐漸變黑。這種黑色的粉末就是 被還原出來的鐵。試管里澄清的石灰水變渾濁，證明有

16、二氧化碳生成。由此可知，氧化鐵在高溫下能被一氧化碳還原成鐵，同時生成二氧化碳。 把鐵礦石冶煉成鐵是一個復(fù)雜的過程，但是它的主要反應(yīng)原理，就是利用 氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑（主要是一氧化碳）從鐵礦石里把鐵還原 出來三 工業(yè)煉鐵工業(yè)煉鐵一般是在高爐里連續(xù)進行的。高爐由爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸等五部分組成。它有兩個進口：進料口和進風(fēng)口；三個出口：出鐵口、出渣口和高爐煤氣出口。煉鐵的主要原料是鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣。煉鐵的時候，把鐵礦石、焦炭和石灰石按一定比配成爐料，從爐頂進料口 分批加入爐內(nèi)，同時把預(yù)熱過的空氣從爐腹底部的進風(fēng)口鼓入爐內(nèi)。因為熱的 氣體由下上升，爐料由上下落，它們在爐

17、內(nèi)能夠充分接觸，使反應(yīng)得以順利進 行，同時又能使?fàn)t料逐步預(yù)熱，使熱能得以充分利用。在進風(fēng)口附近，焦炭遇熱空氣燃燒生成二氧化碳，并放出大量的熱。 二氧化碳氣體上升，跟赤熱的焦炭反應(yīng)，生成一氧化碳。 一氧化碳氣體上升，跟從爐頂不斷裝入并逐步下降的鐵礦石接觸。在爐身 中部，絕大部分鐵的氧化物被一氧化碳還原成鐵。 在冶煉過程中，混在鐵礦石里的錳、硅、硫、磷等元素也會被碳或一氧化 碳從它們的化合物中還原出來。少量的碳、錳、硅、硫、磷等在高溫下熔合在 鐵里，成為生鐵。生鐵的熔點（11001200）比純鐵的熔點（1535）低得多。鐵礦石里除了鐵的氧化物外，還含有難熔化的脈石，如果不把它們除去，就會影響生鐵的

18、冶煉。加入的石灰石是作為熔劑，用來除去脈石的。因為石灰 石在高溫下分解出的氧化鈣，能跟脈石里的二氧化碳起反應(yīng)而生成熔點較低的硅酸鈣，從礦石里分離出來。 硅酸鈣是爐渣的主要成分。 從高爐里放出來的鐵水可以直接用來煉鋼或鑄成鐵錠或鑄件。爐渣可以作 為水泥、渣磚等的原料。從爐頂放出的一氧化碳、二氧化碳和氮氣等混合氣體 叫高爐煤氣。高爐煤氣里含有大量灰塵和有害氣體，必須經(jīng)過凈化處理，以防 止污染環(huán)境。除去塵粒后的高爐煤氣里含有熱值很高的一氧化碳，可作為氣體燃料。板書等：強調(diào)：煉鐵高爐中各部位的名稱、作用、發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。爐喉：入：原料 出：高爐煤氣（N2.CO2.CO.粉塵）必須經(jīng)除塵、除CO之后才能

19、排放 爐腹：C+ O2=CO2 提高爐溫，提供還原劑。 CO2 + C =2CO 爐腰：Fe2O3 +3 CO =2Fe + 3CO2 開始產(chǎn)生鐵；CaCO3=CaO + CO2 提供熔劑 ；CaO + SiO2=CaSiO3 化脈石為爐渣。可進一步制水泥 爐身：Fe2O3 +3 CO =2Fe + 3CO2 鐵礦石完全還原。 爐缸：出渣，出鐵。 小結(jié)： 作業(yè)；第二課時 引入： 生鐵和鋼在組成上的差別 百煉成鋼（三） 煉鋼 鋼在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國防建設(shè)中的用途遠遠超過了生鐵，因此，我們需要把 大部分生鐵冶煉成鋼。 把生鐵冶煉成鋼要解決的主要問題，就是適當(dāng)?shù)亟档蜕F里的含碳量，調(diào) 整鋼里合金元素含量

20、到規(guī)定范圍之內(nèi)，并除去大部分硫、磷等有害雜質(zhì)。煉鋼的主要反應(yīng)原理，也是利用氧化還原反應(yīng)，高溫下，用氧化劑把生鐵里過多的碳和其它雜質(zhì)氧化成為氣體或爐渣除去。因此，煉鋼和煉鐵雖然都是利用氧化 還原反應(yīng)，但是煉鐵主要是用還原劑把鐵從鐵礦石里還原出來，而煉鋼主要是用氧化劑把生鐵里過多的碳和其它雜質(zhì)氧化而除去。煉鋼時常用的氧化劑是空氣、純氧氣或氧化鐵。目前，煉鋼的方法主要有轉(zhuǎn)爐、電爐和平爐三種。在這里，我們只簡單介紹較為廣泛采用的氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法。一、化學(xué)原理：用氧化劑將S、P、氧化，以除去或降低。、 造氧化劑 。 氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐煉鋼設(shè)備，所示。按照配料要求，先把廢鋼等裝入 爐內(nèi)，然后倒入鐵水，并加入適

21、量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧氣噴槍從爐頂插入爐內(nèi)，吹入氧氣（純度大于99的高壓氧氣流）。氧氣直接跟高溫的鐵水發(fā)生氧化反應(yīng)，使部分鐵就成了氧化亞鐵，并放出大量的熱： 板書：2Fe + O2=2FeO用純氧不用空氣：、氮氣帶走熱量，降低爐溫。、氮留在鋼中使鋼變脆。、 降、i、Mn之后，生成的氧化亞鐵再把鐵水里的硅、錳、碳等依次氧化，如： 生成的一氧化碳氣體，能從鐵水里直接排出；生成的二氧化硅和氧化錳以及生鐵里的硫、磷跟造渣材料生石灰相互作用成為爐渣排出。用純氧代替空氣可以克服由于空氣里的氮氣的影響而使鋼質(zhì)變脆以及氮氣排出時帶走熱量的缺點。FeO + C=Fe + CO2FeO +Si=Fe +SiO2FeO +Mn=Fe + MnO SiO2 + MnO=MnSiO3進入爐渣。、 除S、