铁的性质

北 京 四 中

撰　　稿：广　毅　　　编　　审：林丽娟　　　责　　编：张 立

铁的性质

　　知识要点：
　　1、了解铁的重要的物理性质。

　　2、掌握铁跟氧气、酸及硫酸铜溶液发生反应的化学现象和相应的化学方程式，对铁是一种化学性质比较活泼的金属有一个概括的认识。

　　3、对铁及铁制品锈蚀的原理和一般防锈方法有一些常识性的认识。

　　知识重点：
　　铁的化学性质

　　知识难点：
　　1、对铁的“化学性质比较活泼”的理解

　　2、建立反应条件对化学反应的结果有很大影响的观点。

　　知识详解：
　　一、铁的物理性质
　　纯铁是一种具有银白色金属光泽，质软，有良好的延展性，是电和热的良导体。日常生活中常见的铁锅是黑色的，是因为其中含有杂质。铁的密度是7.86克/厘米³，熔点是1535℃，沸点2750℃。

　　二、铁的化学性质
　　铁的化学性质比较活泼，在一定条件下，可以跟多种非金属及某些化合物发生化学反应。
　　1、铁跟氧气的反应
　　①铁丝在氧气中点燃：3Fe+2O₂Fe₃O₄
　　现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体。

　　②铁的生锈
　　下列实验分别静置一周
　　

　　现象：①、②号试管中的铁钉未生锈；③号试管中铁钉生锈，且在水与空气的交界面处，铁锈最多。

　　结论：铁在干燥的空气中不易生锈，在潮湿的空气中易生锈。

　　铁生锈的过程是铁与氧气和水发生的一系列的复杂的化学反应，在此我们不做过多的讨论，只需知道，铁生锈是自发的氧化反应，条件是与O₂和H₂O接触，铁锈的主要成分是Fe₂O₃。

　　讨论：知道了铁生锈的条件，想一想如何防锈？生活中常用的防锈手段有哪些？比如，自行车的防锈。

　　2、铁与酸的反应
　　铁与稀H₂SO₄或稀HCl都能发生反应生成H₂。
　　Fe+H₂SO₄ ＝FeSO₄ +H₂↑
　　　　　　　硫酸亚铁
　　Fe+2HCl＝FeCl₂+H₂↑
　　　　　　　氯化亚铁
　　（FeSO₄和FeCl₂溶液均为浅绿色）
　　应用：使用铁器时应尽量避免跟酸接触。

　　3、铁与硫酸铜的反应
　　
　　现象：浸没在CuSO₄溶液中的铁丝表面有一层红色物质生成。蓝色的硫酸铜溶液颜色变浅。

　　结论：Fe+ CuSO₄＝FeSO₄+Cu

　　我们的祖先早在西汉时期，就已经将这种方法应用在冶金领域，由于是从溶液中提炼金属，所以称为“湿法冶金”。

　　三、小结：
　　1、从铁被氧化的两种情况来看，反应条件对生成物的成分起了很重要的作用，如点燃则生成Fe₃O₄，若缓慢氧化则生成Fe₂O₃。

　　2、从铁的化学性质来看，即使在通常条件下，铁也可以与很多物质发生反应，所以我们说铁是一种化学性质比较活泼的金属。

　　注意：
　　一方面在相同条件下，铁在空气中不能燃烧，它只能在纯氧中燃烧生成Fe₃O₄，而镁在空气中可剧烈燃烧生成MgO、说明铁的活泼性不如镁；另一方面，把铁、锌、铜放入等量稀H₂SO₄中，铁、锌能反应而铜不能，这说明锌、铁的活泼性比铜强，从反应生成氢气的速率来看，锌比铁活泼，当把铁投入盛硫酸铜溶液的容器时，在铁的表面有红色物质附着，说明铁置换了铜，铁的活泼性比铜强。通过以上的比较得出：Fe是一种化学性质比较活泼的金属。

　　3、铁是一种有变价的元素，其化合价有+2价和+3价。

　　当铁与盐酸、硫酸溶液、硫酸铜溶液反应时，均得到+2价化合物。

　　当铁与Cl₂、O₂等强氧化剂反应时显+3价，铁在铁锈中是+3价，即 ，但在Fe3O4中其中 是Fe²⁺， 是Fe³⁺，即Fe₃O₄看成是FeO和Fe₂O₃组成的化合物。

　　[典型例题剖析]

　　[例1]下列有关化学方程式正确的是( )
　　
　　B．Fe+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂↑
　　C．2Fe+6HCl＝2FeCl₃+3H₂↑
　　D．2Fe+3CuSO₄=Fe₂(SO₄)₃+3Cu

　　分析：
　　铁与氧气在点燃的条件下反应生成四氧化三铁、而不是三氧化二铁。铁具有可变化合价＋2价和＋3价，但铁在参加溶液中发生的置换反应时，通常生成＋2价的化合物，而不是生成＋3价化合物。因此A、C、D三个化学方程式都不正确。

　　答案：B

　　[例2] 5.6g不纯的铁片与足量的稀硫酸完全反应，放出0.18g氢气。铁片中所含的杂质是( )
　　A．镁 　　　B．铝 　　　C．锌 　　　D．铜

　　分析：
　　假设5.6g固体全部是铁，不含杂质，与稀H₂SO₄反应时产生的氢气质量为x。 则
　　Fe+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂↑
　　56 　　　　　　　2
　　5.6g 　　　　　　x
　　56：2=5.6g：x x=0.2g(0.18g<0.2g)

　　如果铁块中含镁，则相同质量的镁和铁分别和稀H₂SO₄反应时产生的氢气质量是镁多，并且大于0.2g。同理可求出铝反应时产生的氢气多，且大于0.2g；锌反应时产生的氢气比相同质量的铁反应时产生的氢气少，且质量小于0.18g，故锌与铁混合时与稀H₂SO₄反应放出的氢气的质量有可能是0.18g。如果铁块中含有铜，则铜与稀H₂SO₄不反应，没有氢气放出，即铁铜混合物5.6g与稀H₂SO₄作用放出的氢气质量也是小于0.2g，所以此选项也应入选。

　　答案：C、D

　　[例3] 将铁放入下列溶液中，溶液的质量会减少的是( )
　　A．HCl 　　B．H₂SO₄　　C．CuSO₄ 　　D．NaCl
　　
　　分析：
　　铁片投入某溶液中有下列几种情况：
　　(1)若铁不与该溶液反应，则溶液质量不变。

　　(2)若与酸反应，放出气体，参加反应的铁的质量大于生成氢气的质量，溶液质量增加，铁片质量减少。

　　(3)若铁与某盐溶液反应，则比较参加反应的铁的质量与生成金属的质量大小关系。若参加反应的铁的质量大于生成金属的质量，则溶液质量增加；反之则减少。

　　此题中D不反应，排除。A、B项中Fe+2HCl＝FeCl₂+H₂↑，Fe+H₂SO₄＝FeSO₄+H₂↑。若有56份质量的铁参加反应，只放出2份质量H₂，溶液质量增重。C中Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu。若有56份质量的铁参加反应，则析出64份质量的铜，溶液质量减轻。

　　答案：C

　　[例4] 根据如图单质与化合物相互转化的关系回答：
　　
　　(1)若乙的溶液颜色为浅绿色，y是红色固体，那么x是_____________。
　　(2)在常温下，若乙是液体则x是___________。

　　分析：
　　本题是考查化学反应的基本类型，具有创新性地把铁、氢气等物质的性质以及相关的化学方程式和实验现象相联系的综合题，根据题意可知题目所给单质与化合物的相互关系是置换反应中反应物之间的关系。

　　(1)生成物乙的溶液为浅绿色，即氯化亚铁或硫酸亚铁溶液的颜色，y为红色固体，又是单质，故y应为铜，x为铁。

　　(2)常温下有液态化合物生成的置换反应有氢气还原CuO，故乙为水，x为氢气。

　　答案：(1)铁 　(2)氢气

　　[例5] 在杠杆的两端分别挂着质量和体积都相同的铝球和铁球，这时杠杆平衡，然后将两个球分别浸没在稀硫酸和硫酸铜溶液中片刻，如图所示，下列说法中正确的是( )
　　
　　A．铝球一定是空心的
　　B．左边烧杯中的溶液质量减少了
　　C．去掉两烧杯后杠杆仍平衡
　　D．右边铁球出现红色

　　分析：
　　由于m铝＝m铁，ρ铝＜ρ铁，所以若两球均为实心的。则由m=ρV可知应是V铝＞V铁而可见，铁球一定是空心的，而铝球则不一定空心，A不正确；左边烧杯中，铝与稀硫酸发生化学反应，反应方程式为：
2Al+3H₂SO₄=Al₂(SO₄)₃+3H₂↑，对溶液来讲，虽然所含氢元素的质量减少了，但是增加了铝元素，而且增加铝元素的质量比减小的氢元素的质量大，所以，溶液的总质量是增大了，而不是减小；由题意可知此杠杆是等臂杠杆，左边铝球由于与稀硫酸发生了化学反应而使其质量减少了，右边的铁球也要与硫酸铜溶液发生化学反应，反应方程式为：Fe+CuSO₄=FeSO₄+Cu，但生成的铜比反应掉铁的质量大，故C也不正确，由上面的分析可知铁球表面由于附着反应生成的铜而出现红色。

　　答案：D

　　[练一练]
　　1、现在国内外很多人都喜欢用中国铁制品来烧菜做饭，用化学原理来解释一下，其中正确的是( )
　　A．铁是银白色的，质软，卫生 　B．铁在火上不易发生任何化学反应
　　C．使吃的食物中，增加铁元素 　D．铁资源丰富，价格便宜

　　2、我国的很多地方，都使用输油管道，在下列各种情况下埋在地下的输油铸铁管道被腐蚀的速度最慢的是( )
　　A．在潮湿、疏松、透气的土壤中
　　B．在含铁元素较多，疏松的碱性土壤中
　　C．在干燥、致密、不透气的土壤中
　　D．在含砂粒较多、干燥透气的酸性土壤中

　　3、国际互联网上报道："目前世界上有很多人患有缺铁性贫血。"这里的"铁"是指( )
　　A．铁元素 　　 　　B．铁单质 　　C．四氧化三铁　　 D．三氧化二铁

　　4、下列物质能由金属和酸直接反应制得的是（ ）
　　A、Fe₂(SO₄)₃　　　B、FeCl₃ 　　　C、FeSO₄ 　　　　D、FeCl₂

　　5、将一块表面生锈的铁片经打磨除锈后分别放入下列溶液中充分反应，反应后溶液质量增加且有气体放出的是（ ）
　　A、FeSO₄ 　　　　 B、CuCl₂ 　　　C、H₂SO₄　　　　D、HCl

　　[参考答案]
　　1、
　　答案：C

　　分析：
　　从实际生活出发，使用铁锅人们并不是因铁有银白色金属光泽，而是用铁锅烧菜，菜肴中铁元素含量会提高，有利于身体健康。

　　2、
　　答案：C

　　分析：
　　使输油管道被腐蚀最快，也就是在什么环境条件下、最先使铁生锈，生锈的条件是①水分②氧气。要防止铁生锈就需要使输油管道尽量少得与空气或水接触。

　　3、
　　答案：A

　　分析：
　　这里的"铁"指铁元素。

　　4、
　　答案：C和D

　　分析：
　　铁与盐酸或稀硫酸直接反应，在生成物中铁的化合价只能是+2价，故选C和D。

　　5、
　　答案：C和D

　　分析：
　　A铁跟硫酸亚铁不反应，溶液质量不变。B铁跟氯化铜溶液反应：Fe+CuCl₂=FeCl₂+Cu，每溶解56份质量的铁，从溶液中析出64份质量的铜，反应后溶液的质量减轻。C铁跟硫酸的反应：Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂↑，每溶解56份质量的铁，从溶液中放出2份质量的气体，反应后溶液的质量增加。D的情况和C相似。