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（ ）

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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（ ）

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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（ ）

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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（ ）

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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（ ）

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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（ ）

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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（ ）

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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⁺。
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