專題三鐵金屬材料（知識(shí)串講）-2023-2024學(xué)年高一化學(xué)期末知識(shí)串講專題檢測(cè)過(guò)（人教版2019必修一）原卷版

專題三鐵金屬材料一、鐵的單質(zhì)1．鐵元素的存在及使用(1)存在：鐵在自然界中可以以單質(zhì)形態(tài)(隕鐵)存在，但主要以＋2價(jià)和＋3價(jià)化合物的形態(tài)存在，地殼中含量居第四位，僅次于氧、硅和鋁。(2)工業(yè)煉鐵的原理(以Fe2O3為例)3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。2．鐵的物理性質(zhì)鐵有延展性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，但其導(dǎo)電性不如銅和鋁，鐵還能被磁體吸引。其熔、沸點(diǎn)較高，熔點(diǎn)：1535℃、沸點(diǎn)：2750℃，密度：7.86g·cm－3。3．鐵的化學(xué)性質(zhì)(1)與某些非金屬單質(zhì)、酸和鹽溶液反應(yīng)化學(xué)性質(zhì)化學(xué)方程式舉例①Fe與非金屬單質(zhì)反應(yīng)②Fe與非氧化性酸反應(yīng)(H2SO4)Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑③Fe與鹽溶液反應(yīng)(CuSO4)Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4結(jié)論：Fe在反應(yīng)中作還原劑，遇到較強(qiáng)的氧化劑(如Cl2等)生成＋3價(jià)鐵的化合物，遇到較弱的氧化劑(如稀硫酸等)生成＋2價(jià)鐵的化合物。(2)實(shí)驗(yàn)探究鐵粉與水蒸氣的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置操作現(xiàn)象用火柴點(diǎn)燃肥皂液，聽(tīng)到爆鳴聲，證明生成了H2實(shí)驗(yàn)結(jié)論在高溫下，鐵能與水蒸氣反應(yīng)，化學(xué)方程式為3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))Fe3O4＋4H2【特別提醒】濕棉花的作用是受熱時(shí)提供反應(yīng)所需的水蒸氣。例1．（2023上·黑龍江七臺(tái)河·高一?？计谀榱朔乐故称纷冑|(zhì)，常在食品袋中放入小袋的鐵粉，這是利用鐵的【變式探究】（2023上·天津·高一期末）下列物質(zhì)放置在潮濕的空氣中(室溫)，因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而變質(zhì)的是A．Na2O B．Fe C．NaOH D．CaO二、鐵的氧化物和氫氧化物1．鐵的氧化物物質(zhì)氧化亞鐵(FeO)氧化鐵(Fe2O3)四氧化三鐵(Fe3O4)俗稱鐵紅磁性氧化鐵顏色、狀態(tài)黑色粉末紅棕色粉末黑色晶體(有磁性)溶解性不溶于水鐵的價(jià)態(tài)＋2＋3＋2、＋3與H＋反應(yīng)的離子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O6H＋＋Fe2O3=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O穩(wěn)定性6FeO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe3O4穩(wěn)定穩(wěn)定與CO、C、H2反應(yīng)生成單質(zhì)鐵及CO2或H2O用途Fe2O3常用作紅色油漆與涂料，赤鐵礦(主要成分是Fe2O3)是煉鐵的原料2.鐵的氫氧化物(1)鐵的氫氧化物的制備實(shí)驗(yàn)室制備氫氧化鐵和氫氧化亞鐵如下圖所示：①圖甲實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是有紅褐色沉淀生成，反應(yīng)的離子方程式是Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。②圖乙實(shí)驗(yàn)中先觀察到有白色沉淀生成，在空氣中迅速變成灰綠色，最后變成紅褐色，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式是Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。(2)Fe(OH)2和Fe(OH)3性質(zhì)的比較化學(xué)式Fe(OH)2Fe(OH)3物質(zhì)類別二元弱堿三元弱堿顏色狀態(tài)白色固體紅褐色固體溶解性不溶于水不溶于水與非氧化性強(qiáng)酸反應(yīng)Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O穩(wěn)定性Fe(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))FeO＋H2O(隔絕空氣)2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O【歸納總結(jié)】制備Fe(OH)2的關(guān)鍵是隔絕空氣(O2)，可采取的措施有：(1)Fe2＋極易被氧化，所以FeSO4溶液要現(xiàn)用現(xiàn)配。(2)為了防止Fe2＋被氧化，配制FeSO4溶液的蒸餾水和NaOH溶液要煮沸，盡可能除去O2。(3)為了防止滴加NaOH溶液時(shí)帶入空氣，可將吸有NaOH溶液的長(zhǎng)滴管伸入FeSO4溶液的液面下，再擠出NaOH溶液。(4)為防止Fe2＋被氧化，還可以向盛有FeSO4溶液的試管中加入少量的煤油或其他密度小于水而不溶于水的有機(jī)物，以隔絕空氣。例2．（2023上·黑龍江七臺(tái)河·高一?？计谀┫铝杏嘘P(guān)鐵及其化合物的說(shuō)法不正確的是A．鐵是一種銀白色金屬B．鐵在常溫下與水不反應(yīng)，但可在高溫條件下與水蒸氣反應(yīng)生成Fe3O4和H2C．常溫下，鐵與濃硝酸、濃硫酸均不反應(yīng)D．鐵在氯氣中燃燒生成FeCl3，其溶于水形成的溶液呈棕黃色【變式探究】（2023上·北京東城·高一北京市第一六六中學(xué)?？计谀┫铝修D(zhuǎn)化關(guān)系不能通過(guò)一步反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的是A．Fe→FeCl2 B．Fe2O3→Fe(OH)3C．FeCl3→FeCl2 D．Fe(OH)3→Fe2O3三、鐵鹽和亞鐵鹽1．鐵鹽和亞鐵鹽的組成亞鐵鹽鐵鹽組成含有Fe2＋的鹽含有Fe3＋的鹽常見(jiàn)物質(zhì)FeSO4·7H2O、FeCl2等FeCl3、Fe2(SO4)3等2.Fe2＋、Fe3＋的檢驗(yàn)Fe2＋Fe3＋溶液的顏色淺綠色黃色滴加KSCN溶液無(wú)明顯現(xiàn)象溶液變紅色反應(yīng)原理不反應(yīng)Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3結(jié)論利用含有Fe3＋的鹽溶液遇到KSCN溶液變成紅色，檢驗(yàn)Fe3＋的存在3.Fe2＋、Fe3＋相互轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象溶液顯淺綠色，試管中有黑色固體，再滴加KSCN溶液，溶液無(wú)明顯變化向上層溶液中滴加新制氯水，溶液變成紅色離子方程式2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－、Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3實(shí)驗(yàn)結(jié)論Fe3＋eq\o(,\s\up7(鐵),\s\do5(氯氣))Fe2＋例3．（2023下·云南玉溪·高一云南省玉溪第三中學(xué)?？计谀┮韵罗D(zhuǎn)化過(guò)程不可以通過(guò)化合反應(yīng)一步實(shí)現(xiàn)的是A．Fe→FeCl3 B．FeCl3→FeCl2C．Fe2O3→Fe(OH)3 D．Fe(OH)2→Fe(OH)3【變式探究】（2023下·福建漳州·高一統(tǒng)考期末）能正確表示下列反應(yīng)的離子方程式為A．氨水中加入Fe2(SO4)3溶液：B．FeCl3溶液中加入銅粉：C．CuSO4溶液和Ba(OH)2溶液混合：D．NH4HCO3溶液中加入過(guò)量的NaOH溶液：四、Fe2＋、Fe3＋、Fe之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系1.Fe只具有還原性?？杀蝗跹趸瘎?H＋、S等)和Fe3＋氧化成Fe2＋，被強(qiáng)氧化劑(Cl2等)氧化成Fe3＋。舉例：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2FeCl3。2.Fe2＋既有氧化性又有還原性?？杀粡?qiáng)氧化劑[Cl2、KMnO4(H＋)等]氧化為Fe3＋；可被還原劑(CO、C等)還原為Fe。舉例：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－；FeO＋COeq\o(=,\s\up7(高溫))Fe＋CO2。3.Fe3＋只具有氧化性。Fe3＋可被弱還原劑(Cu等)和Fe還原為Fe2＋，被強(qiáng)還原劑(Al、Zn、CO等)還原為Fe。舉例：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。例4．（2020上·陜西漢中·高一統(tǒng)考期末）下列反應(yīng)的離子方程式書寫正確的是A．將銅片插入硝酸銀溶液中：B．將氯氣通入水中：C．用氯化鐵溶液腐蝕銅箔刻制印刷電路板：D．向氯化亞鐵溶液中通入氯氣：【變式探究】（2023下·陜西榆林·高一統(tǒng)考期末）在指定條件下，下列物質(zhì)或離子間的轉(zhuǎn)化能實(shí)現(xiàn)的是A．膠體 B．C． D．五、利用“價(jià)類二維圖”認(rèn)識(shí)鐵及其化合物的關(guān)系1．構(gòu)建鐵及其化合物的價(jià)類二維圖2．同價(jià)態(tài)的鐵及其化合物之間的轉(zhuǎn)化從物質(zhì)分類的角度理解鐵及其化合物的性質(zhì)(1)Fe2O3、FeO都是堿性氧化物，寫出它們分別溶于稀硫酸的離子方程式：Fe2O3＋6H＋=2Fe3＋＋3H2O；FeO＋2H＋=H2O＋Fe2＋。(2)FeSO4和FeCl3都屬于鹽類，能和堿反應(yīng)生成Fe(OH)2及Fe(OH)3。(3)Fe(OH)2和Fe(OH)3均屬于堿，寫出它們?nèi)苡谙←}酸的離子方程式：Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2O；Fe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O。3．不同價(jià)態(tài)的鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化從化合價(jià)的角度理解鐵及其化合物的氧化性和還原性(1)Fe2O3中的鐵元素為高價(jià)態(tài)，具有氧化性，因而可用還原劑將其還原為鐵單質(zhì)，如高爐煉鐵的原理以化學(xué)方程式表示為：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2。(2)Fe2＋化合價(jià)可以升高到＋3價(jià)，表現(xiàn)為還原性，也可以降低到0價(jià)，表現(xiàn)為氧化性。(3)Fe3＋是鐵元素的高價(jià)態(tài)，可以被還原劑還原為＋2或0價(jià)，具有氧化性。例5．（2023上·安徽安慶·高一統(tǒng)考期末）基于核心元素認(rèn)識(shí)物質(zhì)，是研究物質(zhì)的重要視角，為我們認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)和實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化提供了思路。如圖為鐵元素的“價(jià)—類”二維圖，箭頭表示部分物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，下列說(shuō)法正確的是A．鐵與水蒸氣在高溫條件下反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化①B．FeO是一種黑色粉末，不穩(wěn)定，在空氣中受熱，迅速發(fā)生轉(zhuǎn)化②生成紅棕色粉末C．加熱可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化⑥，加稀鹽酸溶解可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化③D．向溶液中滴加少量酸性高錳酸鉀溶液，若溶液不變紫紅色則溶液中一定含六、亞鐵離子和鐵離子的檢驗(yàn)1．只含F(xiàn)e2＋或Fe3＋(1)加NaOH溶液沉淀法(2)加KSCN溶液顯示法2．同時(shí)含有Fe2＋和Fe3＋的溶液Fe2＋對(duì)檢驗(yàn)Fe3＋無(wú)干擾，可以滴加KSCN溶液檢驗(yàn)Fe3＋；Fe3＋對(duì)檢驗(yàn)Fe2＋有干擾，不能采用先氧化再加KSCN溶液檢驗(yàn)Fe2＋，通常向溶液中滴加適量酸性KMnO4溶液，溶液紫紅色褪去說(shuō)明含有Fe2＋。例6．（2023下·河北秦皇島·高一校聯(lián)考期末）下列實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象和結(jié)論均正確的是選項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作現(xiàn)象結(jié)論A取少量某溶液滴加KSCN溶液溶液呈橙黃色該溶液中含B取少量某溶液先滴加硝酸酸化再加氯化鋇溶液有白色沉淀產(chǎn)生該溶液中一定含C用潔凈鉑絲蘸取少量某溶液進(jìn)行灼燒火焰呈黃色該溶液一定是鈉鹽溶液D用蘸有濃氨水的玻璃棒靠近某溶液有白煙產(chǎn)生該溶液可能是濃鹽酸【變式探究】（2023下·上海黃浦·高一?？计谀榱藱z驗(yàn)FeCl2溶液是否被氧化，可向溶液中加入A．新制氯水 B．鐵片 C．KSCN溶液 D．石蕊溶液七、鐵合金1．合金概念由兩種或兩種以上的金屬(或金屬和非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)性能硬度硬度一般高于它的成分金屬熔點(diǎn)熔點(diǎn)一般低于它的成分金屬與純金屬材料相比，合金具有優(yōu)良的物理、化學(xué)或機(jī)械性能2.鐵合金不銹鋼是一種重要的合金鋼，合金元素主要是鉻和鎳，在大氣中比較穩(wěn)定，不易生銹，抗腐蝕能力強(qiáng)，常用于制造醫(yī)療器材、廚房用具和餐具，以及地鐵列車的車體等。例7．（2023上·遼寧·高一校聯(lián)考期末）下列關(guān)于金屬材料的說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．根據(jù)含碳量不同，碳素鋼可分為高碳鋼、中碳鋼和低碳鋼，含碳量越高其性能越好B．鋁合金由于其表面覆蓋著致密的氧化鋁薄膜，因此鋁合金耐腐蝕性能比較好C．儲(chǔ)氫合金是一類能夠大量吸收氫氣，并與氫氣結(jié)合成金屬氫化物的材料D．我國(guó)“蛟龍”號(hào)載人潛水艇的關(guān)鍵部件耐壓球殼是鈦合金制造的八、鋁和鋁合金1．鋁、氧化鋁的性質(zhì)(1)鋁、氧化鋁與稀鹽酸反應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鋁片逐漸溶解，有無(wú)色氣泡冒出，將點(diǎn)燃的木條放在試管口有爆鳴聲化學(xué)方程式Al2O3＋6HCl=2AlCl3＋3H2O、2Al＋6HCl=2AlCl3＋3H2↑離子方程式Al2O3＋6H＋=2Al3＋＋3H2O、2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑(2)鋁、氧化鋁與NaOH溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象試管①中一開(kāi)始無(wú)氣泡產(chǎn)生，一段時(shí)間后，鋁片溶解，有無(wú)色氣泡冒出，試管②中鋁片溶解，立即產(chǎn)生無(wú)色氣泡，將點(diǎn)燃的木條放在試管口，都有爆鳴聲化學(xué)方程式Al2O3＋2NaOH=2NaAlO2＋H2O、2Al＋2NaOH＋2H2O=2NaAlO2＋3H2↑離子方程式Al2O3＋2OH－=2AlOeq\o\al(－,2)＋H2O、2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：①鋁既能與稀鹽酸反應(yīng)又能與NaOH溶液反應(yīng)，都生成鹽和氫氣。②氧化鋁既能與稀鹽酸反應(yīng)又能與NaOH溶液反應(yīng)，都生成鹽和水。(4)兩性氧化物、兩性氫氧化物的概念①兩性氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物，如Al2O3。②兩性氫氧化物：既能與酸反應(yīng)生成鹽和水，又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物，如Al(OH)3。Al(OH)3溶于鹽酸：Al(OH)3＋3HCl=AlCl3＋3H2O。Al(OH)3溶于NaOH溶液：Al(OH)3＋NaOH=NaAlO2＋2H2O。2．鋁合金鋁合金是目前用途廣泛的合金之一，硬鋁是在鋁中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si，密度小，強(qiáng)度高，具有較強(qiáng)抗腐蝕能力，是制造飛機(jī)和宇宙飛船的理想材料。例8．（2023上·黑龍江大慶·高一校考期末）在鋁制易拉罐中收集CO2，加入過(guò)量的NaOH溶液，立即封口并振蕩，可以發(fā)現(xiàn)易拉罐先咔咔作響，變癟，然后再次鼓起來(lái)，其過(guò)程中沒(méi)有涉及的化學(xué)反應(yīng)是A．Al2O3與OH的反應(yīng) B．CO2與OH的反應(yīng)C．Al與OH、H2O的反應(yīng) D．Al(OH)3與OH反應(yīng)九、新型合金1．儲(chǔ)氫合金：一類能夠大量吸收H2，并與H2結(jié)合成金屬氫化物的材料。如Ti-Fe合金、La-Ni合金，為氫氣作為能源的實(shí)際應(yīng)用起到重要的推動(dòng)作用。2．其他新型合金：鈦合金、耐熱合金和形狀記憶合金等新型合金廣泛應(yīng)用于航空航天、生物工程和電子工業(yè)等領(lǐng)域。3．用途廣泛的稀土金屬(1)鑭系元素(57～71號(hào)元素)及釔和鈧，共17種元素為稀土元素。我國(guó)擁有豐富的稀土資源，現(xiàn)已查明的世界稀土資源中，80%分布在我國(guó)，并且品種齊全。(2)稀土金屬有著廣泛的用途，它既可以單獨(dú)使用，也可用于生產(chǎn)合金。在合金中加入適量稀土金屬，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被稱為“冶金工業(yè)的維生素”。(3)稀土金屬可用于制造引火合金、永磁材料、超導(dǎo)材料和發(fā)光材料等。稀土金屬除廣泛應(yīng)用在冶金、石油化工、材料工業(yè)、醫(yī)藥及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域外，還逐漸深入到許多現(xiàn)代科技領(lǐng)域。例9．（2023上·河北唐山·高一校考期末）下列關(guān)于新型合金材料說(shuō)法不正確的是()A．鑭鎳合金能大量吸收H2形成金屬氫化物，可作儲(chǔ)氫材料B．鈦合金生物相容性好，強(qiáng)度大，可作人造骨骼C．形狀記憶合金可在使合金發(fā)生形變的作用力消失后恢復(fù)原狀D．利用合金的熔點(diǎn)低于成分金屬這一特點(diǎn)可制得耐熱合金十、物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用1．化學(xué)方程式中化學(xué)計(jì)量數(shù)與相關(guān)物理量的關(guān)系2CO＋O2eq\o(=,\s\up7(點(diǎn)燃))2CO2化學(xué)計(jì)量數(shù)212擴(kuò)大NA倍2NANA2NA物質(zhì)的量2mol1mol2mol質(zhì)量56g32g88g標(biāo)況下氣體體積44.8L22.4L44.8L結(jié)論：(1)化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于其粒子數(shù)目之比，等于其物質(zhì)的量之比。(2)對(duì)于有氣體參加的反應(yīng)，在同溫同壓下各氣體的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于其體積之比。2．物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式計(jì)算的基本步驟例10.（2023上·廣東深圳·高一?？计谀┽t(yī)療上頗為流行的“理療特效熱”，就是利用鐵緩慢氧化放出均勻、穩(wěn)定的熱，使患處保持溫?zé)釥顟B(tài)。若56g鐵粉完全氧化成氧化鐵，則需要消耗標(biāo)況下氧氣的體積為多少？【歸納總結(jié)】1.書寫格式規(guī)范化：在根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算的過(guò)程中，各物理量、物質(zhì)名稱、公式等盡量用符號(hào)表示，且數(shù)據(jù)的運(yùn)算要公式化并帶單位。2.單位運(yùn)用對(duì)應(yīng)化：根據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算時(shí)，如果題目所給的兩個(gè)量單位不一致，要注意兩個(gè)量的單位要“上下一致，左右相當(dāng)”。3.如