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第三章 鐵 金屬材料
第一節 鐵及其化合物
課時1 鐵的單質
學習目標
了解鐵元素在自然界中的存在形態、與人體健康的關系
01
能用氧化還原反應原理進一步認識鐵的化學性質， 基于實驗事實寫出鐵與水蒸氣反應的化學方程式
02
結合應用實例，將鐵的性質的知識運用于解決生產、生活中簡單的化學問題
03
自然界中的鐵
早期鐵制品
春秋初年秦國的銅柄鐵劍
戰國時期最大的鐵器—長方形鐵爐
我國最早的人工冶煉鐵器
戰國時期最大的鐵器
01
鐵單質的物理性質
1.鐵元素的存在
鐵在地殼中的含量僅次于氧、硅和___，居第___位，主要以___價和___價化合物的形式存在。
2.物理性質
鐵有_______和_______，鐵能導電，但導電性不如銅和鋁。鐵能被磁鐵吸引。
鋁
四
+2
+3
延展性
導熱性
鐵元素的存在及使用
①鐵在成人體中的含量為4～5g，是人體必需微量元素中含量最多的一種。
②人體內的鐵化合物主要分為兩類，即功能性鐵和儲存鐵。功能性鐵參與氧的運輸，其余的鐵與一些酶結合，分布于身體各器官。
③體內缺鐵將會導致人的記憶能力、免疫能力和對溫度的適應能力等生理功能下降。如果體內的鐵不足以供給生命活動的需要，就會發生貧血。
④為了滿足生理需要，成人每天鐵的適宜攝入量為15～20mg。動物內臟、肉類、魚類、蛋類等動物性食物中的鐵容易被吸收。
工業煉鐵的原理
3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2
高溫
工業煉鐵的原理是用還原的方法把鐵從鐵礦石中提煉出來。你還記得煉鐵高爐內發生的化學反應嗎
為什么鐵器時代晚于銅器時代？
①自然界中鐵單質的儲量少于銅單質；
②鐵的活動性比銅強。
【例1】下列有關物質的性質與用途對應關系錯誤的是（ ）
A．鐵粉具有還原性，可作食品的抗氧化劑
B．小蘇打可溶于水，可作糕點的膨松劑
C．臭氧具有強氧化性，可作食品的殺菌劑
D．維生素C具有還原性，可作食品的抗氧化劑
B
解析：Fe粉具有還原性，易和空氣中的氧氣反應，可用作食品袋中的抗氧化劑，故A不選；小蘇打加熱分解會產生二氧化碳，可作糕點的膨松劑，物質的性質與用途對應關系錯誤，故B選；臭氧是一種強氧化性的氣體，具備強有力的殺菌消毒功效，可作食品的殺菌劑，故C不選；維生素C又名抗壞血酸，具有酸性和強還原性，可用作食品抗氧化劑，故D不選；正確答案是B。
【例2】純凈鐵的物理性質有：①光亮的銀白色　②黑色　③在潮
濕的空氣中易被腐蝕　④有延展性　⑤能導電導熱　⑥硬而脆　⑦
能被磁鐵吸，引易被磁化（ ）
A．①③④⑤⑦ B．①④⑤⑦
C．①③⑤⑦ D．全部
B
解析：純凈的鐵為銀白色固體，具有很強的抗腐蝕能力，具有延展性，能導電導熱，能被磁鐵吸，引易被磁化；只有①④⑤⑦符合題意，故答案選B。
02
鐵單質的化學性質
聯系金屬鈉的性質，結合鐵的原子結構示意圖（原子序數為26）思考金屬鐵具有哪些化學性質？
①鐵原子結構特點：

失去2e-
失去3e-
Fe
Fe3+
Fe2+
【結論】鐵原子可失去2個電子生成Fe2+，也可失去3個電子生成Fe3+。且穩定性：
Fe3+>Fe2+。
鐵與非金屬反應：4Fe + 3O2 ＝2Fe2O3
鐵與酸反應：Fe +2HCl＝FeCl2+H2 ↑
鐵與鹽溶液反應：Fe+CuSO4 ＝ Cu+FeSO4
鐵的化學性質
接下來我們就來詳細探究！
實驗1：Fe與O2反應
現象：劇烈燃燒、火星四射、放出大量的熱、生成黑色固體
原理：
3Fe + 4O2 Fe3O4
實驗2：Fe與Cl2反應
【現象】：劇烈燃燒、產生棕褐色的煙
【原理】：Fe + Cl2 FeCl3
實驗3：Fe與S反應
Fe＋S FeS
點燃
Fe＋H2SO4 === FeSO4＋H2↑
實驗4：Fe與H2SO4溶液反應
Fe＋CuSO4 === Cu＋FeSO4
實驗5：Fe與CuSO4溶液反應
化學性質 化學方程式舉例
與非金屬單質反應
與非氧化性酸反應
與鹽溶液反應
Fe在反應中作_____劑，遇到較強的_____劑(如Cl2等)生成____價鐵的化合物，遇到較弱的_____劑(如稀硫酸等)生成____價鐵的化合物。
Fe＋H2SO4 === FeSO4＋H2↑
Fe＋CuSO4 === Cu＋FeSO4
還原
氧化
＋3
氧化
＋2
結論
【例1】下列敘述正確的是(　　)
A．純鐵為灰黑色，所以鐵屬于黑色金屬
B．鐵在硫蒸氣中燃燒生成Fe2S3
C．純鐵的抗腐蝕能力非常強，鐵在干燥的空氣里不易被氧化
D．足量的鐵在氯氣中燃燒生成FeCl2和FeCl3
解析：A. 在冶金上，把鐵歸為黑色金屬，但純鐵為銀白色，故A不選；B. 鐵在硫蒸氣中燃燒生成FeS，故B不選；C. 由于純鐵不易形成原電池，所以純鐵的抗腐蝕能力非常強，鐵在干燥的空氣里不易被氧化，故C選；D. 鐵在氯氣中燃燒只生成FeCl3，不會生成FeCl2，故D不選。故選C。
C
例2下列有關鐵及其化合物的說法中不正確的是 (　　)
A．工業上在高溫下用CO還原含Fe2O3的鐵礦石煉鐵
B．鐵在純氧中燃燒或高溫下和水蒸氣反應均能得到Fe3O4
C．工業上可用鐵制容器儲存、運輸濃硝酸、濃硫酸
D．氯化鐵溶液有較強氧化性，故可用作凈水劑
解析：常溫下鐵在濃硫酸、濃硝酸中發生鈍化現象，阻止反應進行，工業上可用鐵制容器儲存、運輸濃硝酸、濃硫酸，故C正確；氯化鐵有氧化性，但不是用作凈水劑的原因，凈水是利用鐵離子水解生成的氫氧化鐵膠體具有吸附性，能吸附懸浮的雜質凈水，故D錯誤。
D
生活經驗告訴我們，在常溫下，鐵與水是不發生反應的。那么，在高溫下，鐵能否與水發生反應呢
鐵與水蒸氣反應
有人設計了如圖所示的裝置，進行還原鐵粉與水蒸氣反應的實驗。請討論該裝置的實驗原理，并根據實驗現象，分析可能的生成物。
【實驗現象】蒸發皿中產生大量的肥皂泡，放出的氣體能點燃，或會發出爆鳴聲，反應后試管內固體仍為黑色。
【原理分析】根據氣體檢測結果，證明為氫氣；反應后試管內固體仍為黑色，說明不是氧化鐵或氫氧化鐵，因此可能是四氧化三鐵。
【驗證產物】驗證固體是否是四氧化三鐵方法：試管冷卻后，利用磁鐵在試管外側吸一吸。若固體被吸引，證明固體是四氧化三鐵。
【溫馨提示】若鐵無剩余，該檢驗方法是正確的，若鐵有剩余，該法則有缺陷。更好的解決方案待到學完鐵的氧化物，我們再來設計。
【實驗結論】Fe與冷水、熱水不反應，Fe與H2O(g)高溫下反應的產物是Fe3O4，而不是Fe2O3。3Fe＋4H2O(g) Fe3O4＋4H2(置換反應)
【實驗說明】濕棉花受熱可以提供反應所需的水蒸氣；酒精燈上加防風罩可以保證集中加熱，以達到較高的反應溫度；肥皂液在該實驗中可以起到“收集”氫氣的作用。
【實驗探究】實驗裝置的改進。
【答案】①改變水蒸氣的生成方式
②氫氣的收集方式。如下圖：
裝置可以有哪些改進點？
例1某學習小組按如圖所示實驗，下列組員的認識一定不合理
的是（ ）
A．甲同學認為試管b中收集到的氣體
可點燃，且產生淡藍色火焰
B．乙同學認為試管a中生成的黑色固
體可能為四氧化三鐵
C．丙同學認為用鹽酸溶解固體生成物
所得溶液有顏色
D．丁同學認為將少量還原鐵粉放入試管中，加適量的水，加熱也
可實現該反應
D
解析：鐵與水蒸氣在高溫下反應生成氫氣，故b管收集到的為氫氣，可燃，發生淡藍色火焰，A正確；鐵與水蒸氣在高溫下反應黑色的四氧化三鐵，留在試管a中，B正確；生成的四氧化三鐵可溶于鹽酸生成氯化鐵和氯化亞鐵溶液，都有顏色，C正確；要實現該反應，鐵只能和水蒸氣在高溫下反應，D錯誤；故選D。
例2用如圖所示裝置進行Fe與水蒸氣反應的實驗，下列有關說
法正確的是（ ）
A．實驗時，先點燃酒精噴燈再點燃酒精燈
B．反應中H2O作氧化劑，發生反應的化學
方程式為2Fe+3H2O=Fe2O3+3H2
C．干燥管中加入的固體干燥劑
可以是無水氯化鈣
D．收集反應產生的氣體選用裝置②
C
解析：A．實驗時，應先用水蒸氣排出裝置中的空氣，即先點燃酒精燈再點燃酒精噴燈，A錯誤；B．鐵和水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，B錯誤；C．氫氣是中性氣體，可以用堿石灰干燥，C正確；D．收集的是氫氣，密度比空氣小，應用向下排氣法，選用裝置c，D錯誤；故選C。
(1)反應開始時，應先點燃___處的酒精燈，其目的是___________________________，若點燃順序反了，可能有什么后果？
例3利用如圖裝置也可以實現Fe與水蒸氣的反應
b
用水蒸氣排裝置內的空氣
①Fe與O2生成了Fe3O4，無法與水蒸氣反應；
②Fe與水蒸氣反應生成H2，在高溫下與空氣中的O2反應可能發生爆炸。
(2)此裝置如何檢驗Fe與水蒸氣反應生成的氣體產物？
用小試管收集一試管氣體，點燃，聽到輕微噗聲，證明生成了H2。
工業煉鐵的原理
3CO＋Fe2O3 2Fe＋3CO2
高溫
工業煉鐵的原理是用還原的方法把鐵從鐵礦石中提煉出來。你還記得煉鐵高爐內發生的化學反應嗎
例1高爐煉鐵的主要反應為Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2，下列對該 反應的說法正確的是（ ） A．Fe2O3是氧化劑 B．CO中碳元素被還原 C．Fe的化合價升高 D．該反應是置換反應
解析：A． Fe的化合價從+3價降低為0，得電子，被還原，Fe2O3是氧化劑，故A正確；B． CO中碳元素的化合價從+2價升高為+4價，被氧化，故B錯誤；C． Fe的化合價從+3價降低為0，故C錯誤；D． 置換反應是一種單質與一種化合物反應生成另一種單質和另一種化合物，該反應不是置換反應，故D錯誤；故選A。
A
例2下列有關鐵及其化合物的說法中不正確的是 (　　) A．工業上在高溫下用CO還原含Fe2O3的鐵礦石煉鐵 B．鐵在純氧中燃燒或高溫下和水蒸氣反應均能得到Fe3O4 C．工業上可用鐵制容器儲存、運輸濃硝酸、濃硫酸 D．氯化鐵溶液有較強氧化性，故可用作凈水劑
解析：常溫下鐵在濃硫酸、濃硝酸中發生鈍化現象，阻止反應進行，工業上可用鐵制容器儲存、運輸濃硝酸、濃硫酸，故C正確；氯化鐵有氧化性，但不是用作凈水劑的原因，凈水是利用鐵離子水解生成的氫氧化鐵膠體具有吸附性，能吸附懸浮的雜質凈水，故D錯誤。
D
03
課堂總結
存在形態
物理性質
化學性質
化合態
游離態
熔沸點高、導熱、導電、延展性、可以被磁鐵吸引
與O2、Cl2、S反應與H2O反應與酸反應與鹽反應
04
課堂檢測
1.有關鐵的敘述中不正確的是（ ）
A．鐵能被磁鐵吸引 B．人體的血紅蛋白中含有鐵元素
C．在空氣中能劇烈燃燒 D．鐵能與水蒸氣反應
解析：A.鐵能被磁鐵吸引，A項說法正確；B. 人體的血紅蛋白中含有鐵元素，B項說法正確C. 鐵在氧氣中能劇烈燃燒，在空氣中不燃燒。故C項錯誤；D. 鐵能與水蒸氣在高溫條件下反應生成四氧化三鐵和氫氣，故D說法正確；故答案為C。
C
2.我國宋代《開寶本草》中記載了中藥材鐵華粉的制作方法：“取鋼煅
作葉，如笏或團，平面磨錯令光、凈，以鹽水灑之，于醋甕中陰處埋
之一百日，鐵上衣生，鐵華成矣。”下列說法錯誤的是（ ）
A．“取鋼煅作葉，如笏或團”說明金屬鐵有較好的延展性
B．“平面磨錯令光、凈”的目的是除去表面的鐵銹
C．“鐵上衣生”的原因是鐵被氧氣氧化
D．中藥材鐵華粉的主要成分是醋酸亞鐵
解析：A．把鋼煅作或長或圓的葉子形狀，說明金屬鐵有良好延展性，故A正確；B．中藥材鐵華粉的主要成分是醋酸亞鐵，故開始要除去鐵銹，防止三價鐵影響產物純度，故B正確；C．金屬鐵在醋甕中密封保存，隔絕空氣，不能與氧氣反應，故C錯誤；D．隔絕空氣，鐵與醋酸反應生成醋酸亞鐵，故D正確。
C
3.高爐煉鐵的生產中，下列說法正確的是(　　)
A．焦炭和一氧化碳都是還原劑
B．采用富氧空氣可以得到純鐵
C．加石灰石的目的主要是為了得到CO2
D．用于冶煉生鐵的礦石主要有磁鐵礦、赤鐵礦和黃鐵礦
解析：高爐煉鐵的生產中，焦炭燃燒生成二氧化碳，二氧化碳再和焦炭反應生成一氧化碳，一氧化碳還原鐵的氧化物，在反應中焦炭和一氧化碳是還原劑，A正確；采用富氧空氣是為了焦炭能充分燃燒，B不正確；加石灰石的目的主要是為了造渣，C不正確；黃鐵礦中鐵的含量低，一般不用于冶煉生鐵，D不正確。
A
4.鐵在一定條件下與Cl2、O2、S反應的產物分別為FeCl3、Fe3O4、FeS，
下列有關說法正確的是(　　)
A．三種非金屬單質中，S的氧化性最弱
B．等量的鐵分別與Cl2、O2、S反應，轉移的電子數相等
C．反應生成的三種產物都只具有氧化性
D．反應生成的三種產物都是易溶于水的固體
解析：根據反應后鐵元素的價態，可知S的氧化性最弱，A項正確；反應產物中鐵元素的價態不同，等量的鐵分別與Cl2、O2、S反應，轉移的電子數不相等，B項錯誤；Fe3O4和FeS中含有＋2價的鐵元素，也具有一定的還原性，C項錯誤；Fe3O4和FeS難溶于水，D項錯誤。
A
解析：鐵粉可吸收氧氣，可用作食品的“脫氧劑”，無水硫酸銅、蔗糖、食鹽不能吸收氧氣，故選：C。
5.餅干、月餅、蛋糕等零食包裝中常常有個小紙袋，上面一般標有“保鮮劑”或者“脫氧劑”的字樣。里面的粉狀或顆粒狀物質，除了硅膠或硫酸亞鐵外，還有可能是
A．無水硫酸銅
B．蔗糖
C．鐵粉
D．食鹽
C
6.下列反應中，能生成正三價鐵的是
A．鐵釘投入硫酸銅溶液中
B．鐵粉跟硫粉混合加熱
C．鐵屑加入稀硫酸中
D．鐵絲在氯氣中燃燒
解析：鐵被強氧化劑氧化為Fe3+，被弱氧化劑氧化為Fe2+。A、C項中鐵分別被Cu2+、H+被氧化為Fe2+，B中鐵和硫粉反應生成FeS，D項中鐵和Cl2反應生成FeCl3，答案選D。
D
7.鐵粉與水蒸氣反應的實驗裝置圖(夾持裝置已略去)如圖，下列說法錯誤的是
A．實驗進行前，應檢查裝置的氣密性
B．該實驗表明：常溫下，鐵的化學性質不活潑
C．生成的氣體在點燃之前，必須驗純
D．該反應的基本反應類型為置換反應
解析A．連接裝置后，在進行實驗之前，需要檢查裝置的氣密性，A正確；
B．常溫下，鐵與冷水和熱水不反應，但該實驗無法證明這個結論，B錯誤；
C．鐵與水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，氫氣為可燃性氣體，與空氣混合會引發爆炸，所以在點燃生成的氣體之前，需要驗純，C正確；
D．鐵與水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣，該反應屬于置換反應，D正確；
故選B。
B
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