高中化学必修第一册第三章 铁 金属材料知识清单

高中化学必修第一册第三章铁金属材料知识清单一、金属铁——变价元素的基石【基础】【高频考点】（一）铁元素的存在与原子结构铁元素在地壳中的含量居第四位，仅次于氧、硅、铝。由于铁化学性质较活泼，在自然界中主要以化合态形式存在，如赤铁矿（主要成分Fe2O3）、磁铁矿（主要成分Fe3O4）、菱铁矿（主要成分FeCO3）等，仅在天外陨石中存在游离态的单质铁。铁位于元素周期表第四周期第Ⅷ族，其原子结构示意图为。铁原子的最外层电子数为2，在化学反应中，它不仅易失去最外层的2个电子，还可能失去次外层的1个电子，因此铁元素呈现+2价和+3价两种常见的化合价，这是铁元素化学性质丰富多彩的根本原因。（二）铁的物理性质【基础】纯铁是具有银白色金属光泽的固体，密度较大，熔、沸点较高。它具有良好的导电性、导热性和延展性。最重要的特性之一是能够被磁铁吸引，自身也能被磁化，这一性质是鉴别铁及其化合物的物理方法之一。（三）铁的化学性质——还原性是核心【重要】【难点】铁是比较活泼的金属，在化学反应中主要表现还原性。由于氧化剂的强弱不同，铁原子可被氧化为Fe2+或Fe3+。1.与弱氧化剂反应生成+2价铁当铁与氧化性较弱的氧化剂（如S、I2、非氧化性酸（H+）、某些盐（Cu2+、Fe3+））反应时，铁原子失去2个电子，被氧化为Fe2+。（1）与硫反应：Fe+S△FeS（黑色固体，不同于Fe与Cl2反应）（2）与非氧化性酸反应：Fe+2H+==Fe2++H2↑（稀盐酸、稀硫酸）（3）与某些盐溶液反应：★与铜盐反应：Fe+Cu2+==Fe2++Cu（湿法炼铜原理）★与铁盐反应：Fe+2Fe3+==3Fe2+（【高频考点】此反应可用于除去FeCl3溶液中的FeCl2杂质，或用于腐蚀电路板后的废液回收。）【特别注意】铁与碘单质反应生成FeI2，因为I2的氧化性较弱，无法将铁氧化至+3价。2.与强氧化剂反应生成+3价铁当铁与强氧化剂（如Cl2、Br2、稀硝酸（过量）、浓硫酸（加热））反应时，铁原子失去3个电子，被氧化为Fe3+。（1）与氯气反应：2Fe+3Cl2点燃2FeCl3（产生棕褐色的烟，溶于水得棕黄色溶液）（2）与过量稀硝酸反应：Fe+4HNO3（稀）==Fe(NO3)3+NO↑+2H2O【特别注意】铁与氧化剂的反应产物，取决于氧化剂的强弱，而非反应条件或用量。Cl2、Br2、浓HNO3、热浓H2SO4等强氧化剂直接将其氧化为Fe3+。3.与氧气、水蒸气反应生成Fe3O4（1）铁在纯氧中燃烧：3Fe+2O2点燃Fe3O4（黑色晶体，俗称磁性氧化铁，可视为FeO·Fe2O3，其中铁元素呈+2、+3价）（2）铁与水蒸气反应：3Fe+4H2O(g)高温Fe3O4+4H2（【重要实验】该反应需在高温下进行，区别于常温下铁与水中的氧、CO2等作用而生锈。）4.钝化现象【热点】常温下，铁（或铝）在冷的浓硝酸或浓硫酸中，表面会被氧化成一层致密的氧化物保护膜，这层薄膜阻止了内部金属与酸的进一步反应，这种现象称为“钝化”。钝化不是不反应，而是反应生成了保护膜阻止反应继续进行。因此，常温下可用铁制容器盛装、运输浓硫酸或浓硝酸。二、铁的氧化物与氢氧化物——基础化合物【基础】（一）铁的氧化物比较氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）是三种重要的铁的氧化物，它们在性质上有明显差异。1.氧化亚铁（FeO）【重要】：黑色粉末，不稳定，在空气中加热会迅速被氧化成Fe3O4或Fe2O3。属于碱性氧化物，与酸反应生成亚铁盐：FeO+2H+==Fe2++H2O。2.氧化铁（Fe2O3）【基础】：红棕色粉末，俗称铁红，常用作红色油漆和涂料。属于碱性氧化物，与酸反应生成铁盐：Fe2O3+6H+==2Fe3++3H2O。工业上常用作炼铁原料。3.四氧化三铁（Fe3O4）【基础】：黑色晶体，具有磁性，俗称磁性氧化铁。它不是碱性氧化物，可写作FeO·Fe2O3，其中铁元素的化合价为+2和+3。与酸反应生成两种盐：Fe3O4+8H+==Fe2++2Fe3++4H2O。【难点辨析】铁的氧化物均难溶于水，不与水反应。在判断与酸反应的产物时，必须考虑铁的价态。（二）铁的氢氧化物制备与性质【重要】【高频考点】铁的氢氧化物有两种：氢氧化亚铁Fe(OH)2和氢氧化铁Fe(OH)3，它们都是不溶性弱碱。1.制备（1）可溶性铁盐（如FeCl3）与碱反应：Fe3++3OH==Fe(OH)3↓（红褐色沉淀）（2）可溶性亚铁盐（如FeSO4）与碱反应：Fe2++2OH==Fe(OH)2↓（白色沉淀）【★实验难点】制备Fe(OH)2时，很难观察到纯白色沉淀，通常会看到“白色沉淀→灰绿色→红褐色”的颜色变化。这是因为Fe(OH)2极易被空气中的氧气氧化。改进措施的核心是“隔绝氧气”：（1）使用煮沸后冷却的蒸馏水配制溶液，以除去水中溶解的O2。（2）滴加NaOH溶液的胶头滴管尖端插入液面以下再挤出溶液。（3）在亚铁盐溶液液面上加一层植物油或苯作保护层，隔绝空气。（4）用新制备的亚铁盐溶液（可加入铁粉防止氧化）进行实验。2.性质（1）氢氧化铁Fe(OH)3【基础】：★与酸反应：Fe(OH)3+3H+==Fe3++3H2O（中和反应）★受热分解：2Fe(OH)3△Fe2O3+3H2O（红褐色固体变为红棕色粉末）（2）氢氧化亚铁Fe(OH)2【重要】：★与酸反应：Fe(OH)2+2H+==Fe2++2H2O★强还原性（核心性质）：极易被空气中氧气氧化。4Fe(OH)2+O2+2H2O==4Fe(OH)3（白色沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色）【考向分析】Fe(OH)2的制备及防氧化措施是实验题的热点。其颜色变化及对应的化学方程式是推断题和填空题的常见考点。三、Fe2+与Fe3+的性质及其相互转化——“铁三角”【重中之重】【高频考点】【难点】“铁三角”概括了单质铁、Fe2+和Fe3+三者之间的转化关系，是本章的核心，也是整个高中化学氧化还原反应的典型应用。（一）Fe2+的氧化还原性【重要】Fe2+处于铁的中间价态，因此既具有氧化性（得电子，变为Fe），又具有还原性（失电子，变为Fe3+），但以还原性为主。1.还原性（Fe2+→Fe3+）：Fe2+在酸性条件下易被多种氧化剂氧化。（1）与氯气反应：2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl（可用于除杂）（2）与过氧化氢反应：2Fe2++H2O2+2H+==2Fe3++2H2O（【最佳氧化剂】无杂质引入）（3）与酸性高锰酸钾反应：5Fe2++MnO4+8H+==5Fe3++Mn2++4H2O（溶液紫色褪去，可用于Fe2+的检验）（4）与硝酸反应：3Fe2++4H++NO3==3Fe3++NO↑+2H2O（说明Fe2+与NO3、H+不能大量共存）2.氧化性（Fe2+→Fe）：（1）与活泼金属（如Zn）反应：Fe2++Zn==Fe+Zn2+（Zn比Fe活泼，可置换出Fe）（2）与CO、H2等还原剂在高温下反应（炼铁过程）：FeO+CO高温Fe+CO2（二）Fe3+的氧化性【重要】Fe3+处于铁的高价态，具有较强氧化性，可被还原为Fe2+或Fe。1.被还原为Fe2+：（1）与铁反应：2Fe3++Fe==3Fe2+（【核心反应】用于除去Fe2+溶液中的Fe3+杂质，或解释Fe与Fe3+盐溶液不产生Fe3+的原因）（2）与铜反应：2Fe3++Cu==2Fe2++Cu2+（【高频考点】用于制作印刷电路板的腐蚀液，也是检验Fe3+氧化性的典型反应）（3）与碘离子反应：2Fe3++2I==2Fe2++I2（氧化性：Fe3+>I2，该反应使溶液变黄或棕色，可用淀粉检验）（4）与亚硫酸根离子反应：2Fe3++SO32+H2O==2Fe2++SO42+2H+2.被还原为Fe：（1）与活泼金属（如Zn）反应：2Fe3++Zn==2Fe2++Zn2+（Zn足量时，会继续与Fe2+反应生成Fe）（2）与CO、H2等还原剂在高温下反应（炼铁过程）：Fe2O3+3CO高温2Fe+3CO2（三）“铁三角”的应用1.离子共存判断【难点】：（1）Fe2+与NO3、H+不能大量共存（因发生氧化还原反应）。（2）Fe3+与I、S2、SO32不能大量共存（因发生氧化还原反应）。（3）Fe3+与CO32、HCO3、AlO2不能大量共存（因发生双水解反应）。2.除杂问题【高频考点】：（1）FeCl2溶液中含FeCl3：加入过量铁粉，过滤。2FeCl3+Fe==3FeCl2（2）FeCl3溶液中含FeCl2：通入适量氯气（或加入H2O2）。2FeCl2+Cl2==2FeCl3（3）FeSO4溶液中含CuSO4：加入过量铁粉，过滤。Fe+CuSO4==FeSO4+Cu3.物质制备【重要】：（1）实验室配制FeSO4溶液时，常加入少量铁粉和稀硫酸，目的是防止Fe2+被氧化（铁粉的作用）和抑制Fe2+水解（稀硫酸的作用）。（2）如何确定某铁矿石中铁元素的价态？可将其溶于酸，然后检验溶液中是含有Fe2+还是Fe3+（或两者都有）。四、Fe2+与Fe3+的检验——实验探究的核心【高频考点】【必会】检验Fe2+和Fe3+是本章实验的重点，需要掌握多种方法及其适用范围。（一）Fe3+的检验1.【最佳方法】KSCN法：向待测液中滴加KSCN溶液，若溶液立即变为血红色，则证明有Fe3+。反应原理：Fe3++3SCN⇌Fe(SCN)3（络合物，非沉淀，颜色可逆）。2.NaOH法：向待测液中滴加NaOH溶液，若产生红褐色沉淀，则证明有Fe3+。Fe3++3OH==Fe(OH)3↓。3.苯酚法：向待测液中滴加苯酚溶液，若溶液显紫色，则证明有Fe3+。（拓展内容）（二）Fe2+的检验由于Fe2+溶液（浅绿色）的颜色较浅，不易直接观察，常采用间接法或特征反应检验。1.KSCN+氧化剂法（最常用）：先向待测液中滴加KSCN溶液，无现象（排除Fe3+干扰）；再滴加氯水（或H2O2），若溶液变为血红色，则证明有Fe2+。反应原理：2Fe2++Cl2==2Fe3++2Cl；Fe3++3SCN==Fe(SCN)3。2.NaOH法：向待测液中滴加NaOH溶液，若产生白色沉淀，并迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，则证明有Fe2+。3.【特征反应】铁氰化钾法：向待测液中滴加K3[Fe(CN)6]（铁氰化钾，俗称赤血盐）溶液，若产生深蓝色沉淀（铁氰化亚铁，常称滕氏蓝），则证明有Fe2+。反应原理：3Fe2++2[Fe(CN)6]3==Fe3[Fe(CN)6]2↓。4.酸性KMnO4法：向待测液中滴加酸性KMnO4溶液，若紫色褪去，则证明有Fe2+。但需注意，若溶液中存在其他还原性离子（如Cl、Br、SO32等），则会对检验产生干扰。（三）混合溶液中Fe2+和Fe3+的检验【难点】当两者共存时，检验Fe2+需排除Fe3+的干扰。常用方法：取一份待测液，加入足量的KSCN溶液，溶液变红证明有Fe3+；另取一份待测液，加入酸性KMnO4溶液，若紫色褪去，或加入铁氰化钾溶液产生蓝色沉淀，证明有Fe2+。注意不能用先加KSCN后加氯水的方法，因为Fe3+的存在会使第一步溶液就变红，干扰判断。五、重要的含铁盐及拓展应用【拓展】（一）常见铁盐1.绿矾（FeSO4·7H2O）：浅绿色晶体，易溶于水，在空气中易被风化，且Fe2+易被氧化为Fe3+而变黄。是常用的补血剂成分，也是还原剂。2.铁铵矾（NH4Fe(SO4)2·12H2O）：无色或淡紫色晶体，溶于水，常用作化学分析试剂。3.赤血盐（K3[Fe(CN)6]）与黄血盐（K4[Fe(CN)6]）：分别是Fe3+和Fe2+的络合物，常用于离子的检验。4.高铁酸钾（K2FeO4）：其中铁为+6价，具有强氧化性，溶于水后能产生具有吸附性的Fe(OH)3胶体，因此是一种集消毒、杀菌、絮凝于一体的新型高效水处理剂。（二）“价—类二维图”的应用【思维方法】【重要】建立铁及其化合物的“价—类二维图”是学习本章内容的最佳思维模型。横坐标是物质类别（单质、氧化物、碱、盐），纵坐标是铁元素的化合价（0、+2、+3）。通过这个图形，可以：1.预测物质性质：如Fe2O3（+3价、碱性氧化物）应具有氧化性和与酸反应的性质。2.构建转化网络：任意两种物质之间的转化路径都可以在图上找到。3.设计制备方案：例如，要制备Fe(OH)2，可以通过可溶性亚铁盐与碱反应，也可以通过Fe与Fe3+反应生成Fe2+后再转化。4.解决推断题：高考中常以价类图为信息载体，考查学生对铁元素及其化合物相互转化关系的掌握程度。（三）数形结合与计算【难点】1.铁与稀硝酸反应的计算模型：（1）当n(Fe):n(HNO3)≤1:4时，产物为Fe3+。（2）当n(Fe):n(HNO3)≥3:8时，产物为Fe2+。（3）当比值介于两者之间时，产物为Fe2+和Fe3+的混合物。2.金属与混合盐溶液反应顺序：当一种金属（如Fe）同时与多种氧化性离子（如Fe3+、Cu2+）反应时，遵循“氧化性强的离子优先反应”的原则。即Fe3+的氧化性强于Cu2+，所以铁粉先与Fe3+反应（2Fe3++Fe==3Fe2+），待Fe3+完全反应后，若铁粉有剩余，再与Cu2+反应（Fe+Cu2+==Fe2++Cu）。【高频考点】这是分析反应后固体成分和溶液中离子种类的重要依据。3.终态分析法：对于一些涉及多步反应的复杂计算题，不必纠缠中间过程，只需关注反应的起始原料和最终产物，利用元素守恒（如铁元素守恒、氮元素守恒）或电子得失守恒列式计算。例如，铁与硝酸反应后，再通入氧气，最终氧气得到的电子数等于铁失去的电子数。六、本章高频考点与解题策略（一）选择题常见考向1.基础概念辨析：考查铁与不同氧化剂（Cl2、S、H+、H2O）反应的产物判断。2.离子共存与离子方程式：判断给定条件下离子方程式的正误（如Fe与Fe3+反应、Fe2+与Cl2反应等）。3.离子检验：给定试剂和现象，