第三章：铁 金属材料
变价金属铁 & 两性金属铝
一、变价金属——铁 (Fe)
1. “铁三角”转化关系
Fe ⎯(Cl₂)→ Fe³⁺
Fe ⎯(HCl)→ Fe²⁺
Fe²⁺ ⎯(Cl₂/H₂O₂)→ Fe³⁺
Fe³⁺ ⎯(Fe/Cu)→ Fe²⁺
- **氧化性强弱：**Cl₂ (强) 把Fe氧化成 +3价；S、I₂、HCl (弱) 把Fe氧化成 +2价。
2. 离子的检验 (必考)
- 💛 Fe³⁺ (黄色)：
方法：滴加 KSCN (硫氰化钾) 溶液，变为血红色。 - 💚 Fe²⁺ (浅绿色)：
方法：先加 KSCN 无现象，再滴加氯水(强氧化剂)，溶液变红。
3. 氢氧化物沉淀
- **Fe(OH)₃：**红褐色沉淀。
- **Fe(OH)₂：**白色沉淀。
极不稳定，在空气中迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。
方程式：4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃
二、两性金属——铝 (Al)
1. 铝的两性 (既是酸又是碱)
- **Al₂O₃ (氧化铝)：**两性氧化物。
溶于强酸：Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O
溶于强碱：Al₂O₃ + 2OH⁻ = 2AlO₂⁻ + H₂O - **Al(OH)₃ (氢氧化铝)：**两性氢氧化物，医用胃酸中和剂。
2. 铝盐的重要反应
- **Al(OH)₃ 制备：**用铝盐 + 弱碱(氨水)。
Al³⁺ + 3NH₃·H₂O = Al(OH)₃↓ + 3NH₄⁺
注：不用NaOH，因为Al(OH)₃溶于过量NaOH。
三、实验与计算难点
1. Fe(OH)₂ 的制备细节 (防氧化)
- ① **煮沸：**加热NaOH溶液，赶走溶解的氧气。
- ② **长滴管：**胶头滴管伸入液面以下。
- ③ **液封：**液面上覆盖一层植物油或苯，隔绝空气。
2. 铝的图像题 (滴加顺序不同，现象不同)
- **向 AlCl₃ 中滴加 NaOH：**先产生白色沉淀，后沉淀溶解。
- **向 NaOH 中滴加 AlCl₃：**开始无沉淀 (生成AlO₂⁻)，后产生白色沉淀。
四、典型题实战 (扩充版)
【题型一】Fe²⁺ 与 Fe³⁺ 的鉴别逻辑
要证明某溶液中不含 Fe³⁺ 而可能含有 Fe²⁺，最佳操作顺序是（ ）
A. 先加氯水，再加 KSCN 溶液 B. 先加 KSCN 溶液，再加氯水 C. 滴加 NaOH 溶液 D. 滴加紫色石蕊试液
查看答案与解析
正确答案：B
❌ **A项：**先加氯水会把 Fe²⁺ 氧化成 Fe³⁺，此时加 KSCN 变红，无法判断原溶液是本来就有 Fe³⁺ 还是氧化出来的。
✅ **B项：**先加 KSCN，不变红（证明无 Fe³⁺）；再加氯水，变红（证明有 Fe²⁺ 被氧化）。这是严谨的标准操作。
【题型二】铁的氧化剂选择
将铁屑溶于过量稀盐酸后，再加入下列物质，会有 Fe³⁺ 生成的是（ ）
A. 硫酸 B. 氯水 C. 硝酸锌 D. 氯化铜
查看答案与解析
正确答案：B （注：C在酸性条件下亦可）
🔍 **分析：**反应第一步：Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑。溶液中存在 Fe²⁺。需找氧化剂。
✅ **B项：**氯水含 Cl₂，强氧化剂，2Fe²⁺ + Cl₂ = 2Fe³⁺ + 2Cl⁻。
❓ **C项：**在酸性环境（过量盐酸）下，NO₃⁻ 具有强氧化性，也能氧化 Fe²⁺。但在单选题中，B项氯水是更为直接和典型的氧化剂考点。
❌ **D项：**Cu²⁺ 氧化性弱于 Fe³⁺，反应为 Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu，无法生成 Fe³⁺。
【题型三】除杂与铝的两性
除去 Mg 粉中混有的少量 Al 粉，可选用的试剂是（ ）
A. 稀盐酸 B. 稀硫酸 C. 氢氧化钠溶液 D. 氨水
查看答案与解析
正确答案：C
❌ **A、B项：**Mg 和 Al 都是活泼金属，都能与酸反应，会把主要物质 Mg 也除掉。
✅ **C项：**利用铝的两性。Al 能与强碱 NaOH 反应溶解 (2Al + 2NaOH + 2H₂O = 2NaAlO₂ + 3H₂↑)，而 Mg 不与碱反应。过滤即可得到纯净 Mg。
❌ **D项：**氨水是弱碱，Al 不能溶解在弱碱中。
【题型四】铁的氧化物性质对比
下列关于铁的氧化物的说法，正确的是（ ）
A. 赤铁矿的主要成分是 Fe₃O₄，磁铁矿的主要成分是 Fe₂O₃ B. FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄ 均为黑色固体 C. FeO 和 Fe₂O₃ 都不溶于水，但都能和盐酸反应 D. Fe₃O₄ 中铁元素的化合价为 +2 和 +3 价，化学式可写为 FeO·Fe₂O₃，属于混合物
查看答案与解析
正确答案：C
❌ **A项：**说反了。赤铁矿是红色的，成分是 Fe₂O₃；磁铁矿有磁性，成分是 Fe₃O₄。
❌ **B项：**Fe₂O₃ 是红棕色粉末（铁红，做颜料）。FeO和Fe₃O₄是黑色。
✅ **C项：**金属氧化物大多不溶于水，且它们都是碱性氧化物（广义上），能与酸反应生成盐和水。
❌ **D项：**Fe₃O₄ 是纯净物（化合物），不是混合物。
【题型五】离子方程式的书写
下列离子方程式书写正确的是（ ）
A. 铁与稀盐酸反应：2Fe + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂↑ B. 氯化铝溶液中加入过量氨水：Al³⁺ + 4NH₃·H₂O = AlO₂⁻ + 4NH₄⁺ + 2H₂O C. 氧化铁溶于稀盐酸：Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O D. 氯化铁溶液腐蚀铜板：Fe³⁺ + Cu = Fe²⁺ + Cu²⁺
查看答案与解析
正确答案：C
❌ **A项：**铁与非氧化性酸（盐酸、稀硫酸）反应只能生成 Fe²⁺。
❌ **B项：**氨水是弱碱，不能溶解 Al(OH)₃。应生成 Al(OH)₃ 沉淀。
✅ **C项：**氧化物保留化学式，产物电荷守恒，正确。
❌ **D项：**电荷不守恒。应为：2Fe³⁺ + Cu = 2Fe²⁺ + Cu²⁺。
【题型六】合金的性质
关于合金的说法错误的是（ ）
A. 合金的硬度一般比其成分金属大 B. 合金的熔点一般比其成分金属低 C. 不锈钢含有铬、镍等元素，抗腐蚀能力强 D. 铜合金（如黄铜、青铜）的导电性比纯铜强
查看答案与解析
正确答案：D
✅ **A、B项：**这是合金的通性：硬度大、熔点低。
✅ **C项：**不锈钢是铁合金，加入Cr、Ni改变了内部结构，防锈。
❌ **D项：**纯金属的导电性通常优于其合金。纯铜（紫铜）导电性极好，黄铜（铜锌合金）导电性不如纯铜。
【题型七】有关反应后离子成分的计算
向含有 1 mol FeCl₃ 的溶液中加入 a mol Cu 和 b mol Fe，充分反应后，固体残渣为 Fe。则溶液中存在的阳离子主要是（ ）
A. Fe²⁺, Cu²⁺ B. Fe²⁺, Fe³⁺ C. Fe²⁺ D. Fe³⁺, Cu²⁺
查看答案与解析
正确答案：C
🔍 **核心逻辑：**氧化性：Fe³⁺ > Cu²⁺ > Fe²⁺。
1. 反应顺序：Fe³⁺ 会优先氧化 Fe（因为Fe还原性强），再氧化 Cu。
2. 关键信息：“固体残渣为 Fe”。说明 Fe 过量。
3. 推断：既然 Fe 都有剩余，说明氧化性比 Fe²⁺ 强的离子（Fe³⁺ 和 Cu²⁺）都已经被消耗完了。如果溶液里还有 Cu²⁺，它会和 Fe 反应 (Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu) 生成铜附着在铁表面。
4. 结论：溶液中只剩下反应生成的 Fe²⁺。