2024年人教版高一化学寒假提升专题03 铁 金属材料（原卷版）

专题03铁金属材料目录考点聚焦：复习要点+知识网络，有的放矢重点速记：知识点和关键点梳理，查漏补缺难点强化：难点内容标注与讲解，能力提升学以致用：经典好题，及时演练，全面突破复习要点聚焦1.铁及其化合物2.金属材料知识网络聚焦一、铁的单质1．铁元素的存在及使用（1）存在：铁在自然界中可以以形态(陨铁)存在，但主要以价和价化合物的形态存在，地壳中含量居第四位，仅次于氧、硅和铝。（2）工业炼铁的原理(以Fe2O3为例)3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。2．铁的物理性质铁有性、性、性，但其导电性不如铜和铝，铁还能被磁体吸引。其熔、沸点较高，熔点：1535℃、沸点：2750℃，密度：7.86g·cm－3。3．铁的化学性质（1）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(H2SO4)Fe＋H2SO4=FeSO4＋H2↑③Fe与盐溶液反应(CuSO4)Fe＋CuSO4=Cu＋FeSO4结论：Fe在反应中作剂，遇到较强的剂(如Cl2等)生成价铁的化合物，遇到较弱的剂(如稀硫酸等)生成价铁的化合物。（2）实验探究铁粉与水蒸气的反应实验装置操作现象用火柴点燃肥皂液，听到爆鸣声，证明生成了H2实验结论在高温下，铁能与水蒸气反应，化学方程式为3Fe＋4H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))Fe3O4＋4H2二、铁的氧化物和氢氧化物1．铁的氧化物物质氧化亚铁(FeO)氧化铁(Fe2O3)四氧化三铁(Fe3O4)俗称铁红磁性氧化铁颜色、状态黑色粉末红棕色粉末黑色晶体(有磁性)溶解性不溶于水铁的价态＋2＋3＋2、＋3与H＋反应的离子方程式FeO＋2H＋=Fe2＋＋H2O6H＋＋Fe2O3=2Fe3＋＋3H2OFe3O4＋8H＋=2Fe3＋＋Fe2＋＋4H2O稳定性6FeO＋O2eq\o(=,\s\up7(△))2Fe3O4稳定稳定与CO、C、H2反应生成单质铁及CO2或H2O用途Fe2O3常用作红色油漆与涂料，赤铁矿(主要成分是Fe2O3)是炼铁的原料2.铁的氢氧化物（1）铁的氢氧化物的制备实验室制备氢氧化铁和氢氧化亚铁如下图所示：①图甲实验中观察到的现象是沉淀生成，反应的离子方程式是Fe3＋＋3OH－=Fe(OH)3↓。②图乙实验中先观察到有生成，在空气中迅速变成色，最后变成色，有关反应的离子方程式是Fe2＋＋2OH－=Fe(OH)2↓(白色)；4Fe(OH)2＋O2＋2H2O=4Fe(OH)3。（2）Fe(OH)2和Fe(OH)3性质的比较化学式Fe(OH)2Fe(OH)3物质类别二元弱碱三元弱碱颜色状态白色固体红褐色固体溶解性不溶于水不溶于水与非氧化性强酸反应Fe(OH)2＋2H＋=Fe2＋＋2H2OFe(OH)3＋3H＋=Fe3＋＋3H2O稳定性Fe(OH)2eq\o(=,\s\up7(△))FeO＋H2O(隔绝空气)2Fe(OH)3eq\o(=,\s\up7(△))Fe2O3＋3H2O三、铁盐、亚铁盐的性质与检验1．铁盐与亚铁盐亚铁盐(Fe2＋)铁盐(Fe3＋)颜色浅绿色(溶液)黄色(溶液)氧化性与还原性既有氧化性，又有还原性，以还原性为主，如在酸性条件下能被H2O2、NOeq\o\al(－,3)氧化，反应的离子方程式分别为2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O、3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O一般表现为氧化性，如能溶解铜，反应的离子方程式为2Fe3＋＋Cu=Cu2＋＋2Fe2＋水解性水解呈酸性极易水解，只存在于酸性较强的溶液中2.其他常见铁盐（1）绿矾(FeSO4·7H2O)：一种重要的还原剂，可用作补血剂及植物的补铁剂。（2）铁铵矾[NH4Fe(SO4)2·12H2O]：无色晶体，易溶于水，常用作化学分析试剂、药物和织物媒染剂。（3）赤血盐{K3[Fe(CN)6]}：红色晶体，能溶于水，常用于检验Fe2＋，生成沉淀。（4）高铁酸钾(K2FeO4)：暗紫色晶体，具有强氧化性，可用作水体的杀菌、消毒剂或高容量电池材料。3．Fe2＋和Fe3＋的检验Fe2＋Fe3＋溶液的颜色色色滴加KSCN溶液无明显现象溶液变色反应原理不反应Fe3＋＋3SCN－=Fe(SCN)3结论利用含有Fe3＋的盐溶液遇到KSCN溶液变成红色，检验Fe3＋的存在4．只含Fe2＋或Fe3＋（1）加NaOH溶液沉淀法（2）加KSCN溶液显示法5．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，不能采用先氧化再加KSCN溶液检验Fe2＋，通常向溶液中滴加适量酸性KMnO4溶液，溶液紫红色褪去说明含有Fe2＋。四、Fe2＋、Fe3＋、Fe之间的相互转化关系1．Fe只具有性。可被弱氧化剂(H＋、S等)和Fe3＋氧化成Fe2＋，被强氧化剂(Cl2等)氧化成Fe3＋。举例：Fe＋2H＋=Fe2＋＋H2↑；2Fe＋3Cl2eq\o(=,\s\up7(△))2FeCl3。2．Fe2＋既有性又有性。可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋；可被还原剂(CO、C等)还原为Fe。举例：2Fe2＋＋Cl2=2Fe3＋＋2Cl－；FeO＋COeq\o(=,\s\up7(高温))Fe＋CO2。3．Fe3＋只具有性，可被弱还原剂(Cu等)和Fe还原为Fe2＋，被强还原剂(Al、Zn、CO等)还原为Fe。举例：2Fe3＋＋Fe=3Fe2＋；Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。五、铁合金1．合金概念由两种或两种以上的(或)熔合而成的具有特性的物质性能硬度硬度一般它的成分金属熔点熔点一般它的成分金属与纯金属材料相比，合金具有优良的物理、化学或机械性能【特别提醒】合金的性能①合金属于混合物而非纯净物，具有金属的特性。②合金一定含有金属元素，也可能含有非金属元素。③合金中各成分金属的化学性质不变。④合金具有许多优良的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。⑤并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点高于另一金属的沸点，则二者不能形成合金。2.铁合金不锈钢是一种重要的合金钢，合金元素主要是铬和镍，在大气中比较稳定，不易生锈，抗腐蚀能力强，常用于制造医疗器材、厨房用具和餐具，以及地铁列车的车体等。六、铝和铝合金1．物理性质银白色固体，ρ=2.7g/cm3，熔点660.4℃，沸点2467℃，导电热性，轻金属。2．化学性质（1）与非金属单质反应常温下Al的表面生成一层致密的氧化膜Al2O3，抗腐蚀能力加强对Al起到保护作用可做炊具，Al2O3熔点较高，灼烧Al熔化成铝滴却不滴落。4Al+3O2=2Al2O3(抗腐蚀性)   4Al+3O22Al2O3(白色粉末)   （2）与沸水几乎不反应原因：铝表面有一层致密氧化铝薄膜阻止铝与沸水的反应。（3）与非氧化性酸反应（H+）：2Al+6H+=2Al3++3H2↑（4）与氧化性酸（浓H2SO4、浓HNO3）反应：常温下Al和Fe二者若遇到浓HNO3、浓H2SO4则发生反应，生成一层致密的氧化膜，该氧化膜阻碍了单质与氧化性酸的反应，使反应难以继续进行，是化学变化，称为钝化现象。钝化现象说明铁、铝是因生成致密的氧化膜而不能继续反应，可以利用这个性质将铝铁制成铝铁槽车来运输浓HNO3和浓H2SO4，洗刷车时注意防火和中毒现象，如破坏钝化现象只需加热。2Al+6H2SO4eq\o(=,\s\up7(△))Al2(SO4)3+3SO2↑+6H2O     Al+6HNO3eq\o(=,\s\up7(△))Al(NO3)3+3NO2↑+3H2O（5）Al与强碱反应，与弱碱溶液几乎不反应2Al+2NaOH+6H2O=2NaAlO2+3H2↑溶液呈碱性（NaOH既不是氧化剂也不是还原剂，实质NaAlO2呈碱性的原因NaAlO2+2H2O=2NaOH+Al(OH)3↓) 2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2↑2Al(OH)3+2NaOH=2NaAlO2+4H2O 2Al+6H2O=2NaAlO2+4H2O+3H2↑Al是还原剂，H2O是氧化剂，NaOH既不是氧化剂也不是还原剂。（6）Al与金属氧化物（铝热反应）混合：铝热剂铝热反应：此反应可以应用于2Al+Fe2O3Al2O3现象：放出大量热，生成金属单质Fe；8Al+3Fe3O492O34Al+3MnO22Al2O3+3Mn23（8）Al2O3=4Al+3O2↑3．铝合金铝合金是目前用途广泛的合金之一，硬铝是在铝中添加了一定比例的Cu、Mg、Mn、Si，密度小，强度高，具有较强抗腐蚀能力，是制造飞机和宇宙飞船的理想材料。七、新型合金1.储氢合金：一类能够大量吸收H2，并与H2结合成金属氢化物的材料。如Ti­Fe合金、La­Ni合金，为氢气作为能源的实际应用起到重要的推动作用。2.其他新型合金：钛合金、耐热合金和形状记忆合金等新型合金广泛应用于航空航天、生物工程和电子工业等领域。3.用途广泛的稀土金属（1）镧系元素(57～71号元素)及钇和钪，共17种元素为稀土元素。我国拥有丰富的稀土资源，现已查明的世界稀土资源中，80%分布在我国，并且品种齐全。（2）稀土金属有着广泛的用途，它既可以单独使用，也可用于生产合金。在合金中加入适量稀土金属，能大大改善合金的性能。因而，稀土元素又被称为“冶金工业的维生素”。（3）稀土金属可用于制造引火合金、永磁材料、超导材料和发光材料等。稀土金属除广泛应用在冶金、石油化工、材料工业、医药及农业领域外，还逐渐深入到许多现代科技领域。强化点一基于Fe2＋、Fe3＋相互转化的实验探究Fe2＋既有氧化性又有还原性，Fe3＋一般只表现氧化性，其转化关系为写出下列转化的离子方程式，体会Fe2＋与Fe3＋的转化条件。（1）将H2S气体通入FeCl3溶液中产生淡黄色沉淀：2Fe3＋＋H2S=S↓＋2Fe2＋＋2H＋。（2）将FeCl3溶液滴入淀粉-KI溶液中，溶液变蓝：2Fe3＋＋2I－=I2＋2Fe2＋。（3）用FeCl3溶液腐蚀废旧线路板上的铜箔：Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋。（4）将H2O2滴入酸性FeCl2溶液中：2Fe2＋＋H2O2＋2H＋=2Fe3＋＋2H2O。（5）将FeCl2溶液滴入HNO3溶液中，有无色气体放出：3Fe2＋＋4H＋＋NOeq\o\al(－,3)=3Fe3＋＋NO↑＋2H2O。强化点二铝与盐酸、NaOH溶液反应的应用与定量关系2Al＋6H＋=2Al3＋＋3H2↑2Al＋2OH－＋2H2O=2AlOeq\o\al(－,2)＋3H2↑（1）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，消耗HCl和NaOH的物质的量之比为3∶1。（2）等量的铝分别与足量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶1。（3）足量的铝分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为VHCl(H2)∶VNaOH(H2)＝1∶3。（4）一定量的铝分别与一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为1∶3<VHCl(H2)∶VNaOH(H2)<1∶1，则必定是①铝与盐酸反应，铝过量而盐酸不足；②铝与氢氧化钠溶液反应，铝不足而氢氧化钠溶液过量。（5）铝既能与非氧化性酸反应产生氢气，也能与碱反应产生氢气，前者是置换反应，后者不是置换反应。（6）铝与盐酸、氢氧化钠的反应中，还原剂都是铝，还原产物都是氢气，故铝与产生氢气的关系式是相同的。1．（2023上·黑龙江七台河·高一校考期末）为了防止食品变质，常在食品袋中放入小袋的铁粉，这是利用铁的A．还原性 B．氧化性 C．酸性 D．碱性2．（2023下·上海浦东·高一校考期中）铁和铁合金是生活中常见的材料，下列说法正确的是A．纯铁的熔点低于铁合金 B．纯铁和铁合金都能导电、传热C．纯铁的硬度和强度都高于铁合金 D．生铁是铁合金，只含金属元素3．（2023·河北衡水·高一联考学业考试）2022年10月，长征五号B运载火箭成功将“梦天”实验舱送入预定轨道。该火箭用到大量铝合金材料，下列性质与铝合金材料的航天应用无关的是A．低密度 B．耐酸蚀 C．耐磨损 D．强韧性4．（2023上·广东汕头·高一校考期中）潮汕中秋拜月娘，月饼必不可少。每个月饼的包装盒里往往有两包化学试剂，生石灰和铁粉，它们的作用分别是A．干燥剂、脱氧剂（还原剂）B．脱氧剂（还原剂）、干燥剂C．与CO2反应、干燥剂D．都做干燥剂，干燥更充分5．（2023上·四川成都·高一校考期中）某化学兴趣小组利用如图装置进行“铁与水蒸气反应”的实验，并检验产物的性质，下列说法正确的是A．实验时，应先点燃处的酒精喷灯，再点燃处的酒精灯B．装置中发生反应的化学方程式为C．装置中的现象是红色粉末变黑D．因为铁与水蒸气反应，所以炽热的铁水注入模具之前，模具不需干燥处理6．（2023上·广东东莞·高一校考期中）下列有关物质的用途不正确的是A．过氧化钠可用于潜水艇和呼吸面具的供氧剂B．某些酱油中加入铁强化剂，可以减少缺铁性贫血问题的发生C．可用作食用碱，也可用于治疗胃酸过多D．氧化铁可用作油漆和涂料的红色颜料7．（2023上·浙江温州·高一联考期中）下列变化，能通过加盐酸一步反应实现的是①Fe2O3→FeCl2

②Cu→CuCl2

③Cu(OH)2→CuCl2

④Fe→FeCl3A．① B．② C．③ D．④8．（2023下·江苏泰州·高一校考期中）下列有关铝及其化合物的性质与用途具有对应关系的是A．铝的导热性强，可用作铝热剂 B．铝密度小，可制作储运浓硫酸的铝罐C．明矾水解生成胶体，可用作净水剂 D．氢氧化铝具有弱酸性，可用于治疗胃酸过多9．（2023上·江苏南通·高一校考期中）室温下，下列各组离子在指定溶液中能大量共存的是A．澄清透明的溶液中：B．能使酚酞变红的溶液：C．溶液：D．溶液：10．（2023上·浙江杭州·高一校联考期中）下列关于金属铁及其化合物的说法不正确的是A．能与反应生成，故钢瓶不能用于保存液氯B．氯化铁溶液可腐蚀覆铜板，可用于印刷电路板C．在碱性环境易被氧化，在空气中较难保存D．不稳定，在空气中受热迅速转化为11．（2022上·安徽合肥·高一校考期中）有人设计出一种在隔绝空气条件下让钠与溶液反应，观察颜色的实验。实验时，往的大试管中先加煤油，取粒米粒大小的金属钠放入大试管后塞上橡皮塞，通过长颈漏斗加入溶液不含使煤油的液面至橡胶塞，并夹紧弹簧夹如图所示。下列说法错误的是A．长颈漏斗中的液面上升B．大试管下层溶液出现白色沉淀，并可持续较长时间C．用过氧化钠代替钠也可以观察到此现象D．该反应同时也能说明钠不能与硫酸亚铁溶液发生置换反应12．（2023下·江苏扬州·高一校考期中）根据下列实验操作和现象所得到的结论不正确的是选项实验操作和现象结论A向沸水中滴加少量饱和FeCl3溶液，得到红褐色液体，用激光笔照射可观察到光亮的“通路”所得红褐色液体是胶体B向FeCl3溶液中滴加KI溶液，再滴加淀粉溶液，溶液显蓝色氧化性：Fe3+>I2C向酸性KMnO4溶液中加入Fe3O4粉末，紫色褪去Fe3O4中含Fe(Ⅱ)D向Fe(NO3)2溶液中滴加几滴稀硫酸，再滴加几滴KSCN溶液，溶液显红色Fe2+被完全氧化为Fe3+13．（2023上·广东东莞·高一校考期中）除去下列物质中的杂质，所用试剂和方法正确的是选项物质杂质除杂质所用试剂和方法A溶液溶液，过滤B碱石灰，干燥CNaOH溶液，过滤D溶液铁屑，过滤14．（2023上·北京东城·高一校考期末）下列物质不属于既能和盐酸反应又能和氢氧化钠溶液反应的物质是A．NaHCO3 B．FeO C．Al2O3 D．Al15．（2023下·江苏镇江·高一校联考期中）下列指定反应的离子方程式正确的是A．向铜粉加入氯化铁溶液：3Cu+2Fe3+=3Cu2++2FeB．在强碱溶液中NaClO与FeCl3反应生成Na2FeO4：3ClO-+2Fe3++5H2O=2FeO+3Cl-+10H+C．NaHCO3与过量Ba(OH)2浴液反应：HCO+Ba2++OH-=BaCO3↓+H2OD．向氯化铝溶液中滴加过量氨水：Al3++4NH3•H2O=AlO+4NH+2H2O16．（2023上·江苏·高一统考期中）下列物质的性质与用途具有对应关系的是A．具有氧化性，其溶液可用于蚀刻铜制印刷电路板B．可溶于水，可用作食品抗氧化剂C．是淡黄色固体；可用作呼吸面具中的供氧剂D．受热易分解，可用于制胃酸中和剂17．（2023下·河北衡水·高一校考期中）向2L的H2SO4和Fe(NO3)3的混合稀溶液中逐渐加入铁粉，产生无色气体，该气体遇到空气变为红棕色，溶液中Fe2+的物质的量和加入Fe粉的物质的量之间的关系如图所示，下列叙述错误的是A．开始时加入铁粉反应的离子方程式为B．加入4mol铁粉时，溶液中有3molFe3+，2molFe2+C．加入5mol铁粉后的溶液中加入盐酸，不会有NO气体产生D．原溶液中H2SO4和Fe(NO3)3的物质的量分别为6mol和1mol18．（2023下·上海·高一复旦附中校考）铁与不同浓度硝酸反应时各种还原产物的相对含量与硝酸溶液浓度的关系如图所示(反应后铁在化合物中的化合价为+3)，下列说法错误的是A．硝酸的浓度越小，其还原产物氮的价态越低的成分越多B．硝酸与铁反应往往同时生成多种还原产物C．当硝酸浓度为9.75mol·L-1时，氧化剂与还原剂的物质的量之比可为15：13D．一定量的铁粉与12.2mol·L-1硝酸溶液完全反应，得到标况下的气体2.24L，则参加反应的硝酸的物质的量为0