初中铁的思维导图
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# 《初中铁的思维导图》
## 中心主题：铁 (Fe)
### 一、铁的物理性质
* **颜色和状态:**
* 银白色金属 (纯铁)
* 固体 (常温常压)
* **密度:**
* 7.86 g/cm³ (较大)
* **熔点:**
* 1535℃ (较高)
* **沸点:**
* 2750℃ (很高)
* **硬度:**
* 较硬 (纯铁较软，加入杂质后硬度增加)
* **导电性:**
* 良导体
* **导热性:**
* 良导体
* **磁性:**
* 能被磁铁吸引
* 可以被磁化
* **延展性:**
* 具有良好的延展性，可拉成丝，轧成片。
* **其他:**
* 金属光泽
* 不透明
### 二、铁的化学性质
* **与氧气反应:**
* **常温:** 缓慢氧化，表面生成氧化铁，铁锈(Fe₂O₃·xH₂O)，疏松多孔，加速腐蚀。
* 实验：铁钉生锈实验
* 影响因素：水、氧气 (二者缺一不可)
* **点燃:** 剧烈燃烧，火星四射，生成四氧化三铁 (Fe₃O₄)。
* 化学方程式：3Fe + 2O₂ 点燃→ Fe₃O₄
* 现象：剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体。
* **与水反应:**
* **高温:** 铁与水蒸气在高温下反应，生成四氧化三铁和氢气。
* 化学方程式：3Fe + 4H₂O (g) 高温→ Fe₃O₄ + 4H₂
* **与酸反应:**
* **盐酸/稀硫酸:** 铁与稀盐酸或稀硫酸反应，生成亚铁盐和氢气。
* 化学方程式：Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑
* 化学方程式：Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑
* 现象：有气泡产生，溶液由无色变为浅绿色。
* 注意：铁与浓硫酸、浓硝酸常温下发生钝化。
* **铁与酸反应的特点:** 生成亚铁盐，而不是铁盐。
* **与盐溶液反应:**
* **活动性较弱金属的盐溶液:** 铁与活动性比铁弱的金属盐溶液反应，置换出金属。
* 化学方程式：Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
* 化学方程式：Fe + AgNO₃ → FeNO₃ + Ag (实际上反应较复杂，产物可能不唯一)
* 现象：铁钉表面覆盖一层红色物质 (铜)，溶液由蓝色变为浅绿色。
* **金属性:**
* 铁是一种比较活泼的金属，但不如钾、钙、钠活泼。
### 三、铁的冶炼
* **原理:** 利用还原剂将铁从铁矿石中还原出来。
* 常用还原剂：一氧化碳 (CO)
* **原料:** 铁矿石 (赤铁矿、磁铁矿等)、焦炭、石灰石、空气。
* **主要设备:** 高炉
* **主要反应:**
* C + O₂ → CO₂
* CO₂ + C 高温→ 2CO
* Fe₂O₃ + 3CO 高温→ 2Fe + 3CO₂ (以赤铁矿为例)
* CaCO₃ 高温→ CaO + CO₂
* CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (造渣，除去杂质)
* **产物:** 生铁、炉渣
* **铁矿石种类:**
* 赤铁矿 (主要成分：Fe₂O₃)
* 磁铁矿 (主要成分：Fe₃O₄)
* 菱铁矿 (主要成分：FeCO₃)
* 黄铁矿 (主要成分：FeS₂)
### 四、铁的用途
* **制造钢铁:** 最主要的用途。
* 钢铁的分类：
* 钢：含碳量0.03%-2%的铁合金，硬度较高，韧性较好。
* 生铁：含碳量2%-4.3%的铁合金，硬而脆。
* 钢铁的性能：强度高、韧性好、耐腐蚀性好。
* **制造机器、车辆、船舶、桥梁等:** 利用钢铁的强度和韧性。
* **制造工具、仪器:** 利用钢铁的硬度和强度。
* **其他:**
* 催化剂 (如合成氨工业)
* 化学试剂
### 五、铁的化合物
* **氧化物:**
* 氧化铁 (Fe₂O₃)：红色粉末，又称铁红，不溶于水，是铁锈的主要成分。可作颜料，也用于冶铁。
* 四氧化三铁 (Fe₃O₄)：黑色晶体，具有磁性，俗称磁性氧化铁。
* 氧化亚铁 (FeO)：黑色粉末，不稳定，易被氧化。
* **氢氧化物:**
* 氢氧化亚铁 [Fe(OH)₂]：白色固体，难溶于水，极易被空气中的氧气氧化成氢氧化铁，变成红褐色。
* 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃
* 氢氧化铁 [Fe(OH)₃]：红褐色固体，难溶于水，是一种胶体。
* **盐:**
* 亚铁盐 (Fe²⁺)：浅绿色溶液，具有还原性，易被氧化为铁盐。
* 如：氯化亚铁 (FeCl₂)、硫酸亚铁 (FeSO₄)
* 硫酸亚铁的用途：治疗缺铁性贫血、用作媒染剂、净水剂。
* 铁盐 (Fe³⁺)：黄色或棕色溶液，具有氧化性。
* 如：氯化铁 (FeCl₃)、硫酸铁 [Fe₂(SO₄)₃]
* 三价铁离子的检验：向溶液中滴加硫氰化钾溶液，溶液变红色。
* Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃
### 六、铁的腐蚀与防护
* **腐蚀类型:**
* 化学腐蚀：金属与非电解质直接发生化学反应而引起的腐蚀。
* 电化学腐蚀：金属与电解质溶液接触，因发生电化学反应而引起的腐蚀。（更普遍）
* 析氢腐蚀：酸性较强的条件下发生。
* 吸氧腐蚀：酸性较弱或中性条件下发生。（更常见）
* **电化学腐蚀原理:** 形成原电池。
* 负极：铁失去电子，被氧化。
* 正极：氧气得电子，被还原。
* **影响因素:** 金属的性质、电解质溶液的成分、温度、湿度等。
* **防护方法:**
* **改变金属的内部结构:** 制成合金，如不锈钢。
* **覆盖保护层:**
* 油漆
* 电镀
* 喷镀
* 搪瓷
* 在金属表面形成致密的氧化膜 (如铝)
* **电化学保护法:**
* 外加电流的阴极保护法
* 牺牲阳极的阴极保护法
### 七、与铁相关的实验
* **铁丝在氧气中燃烧**
* **铁与稀盐酸/稀硫酸反应**
* **铁与硫酸铜溶液反应**
* **氢氧化亚铁的制备及观察其被氧化**
* **三价铁离子的检验**
* **铁钉生锈实验**
* **工业炼铁** (原理性实验)
### 八、铁的相关计算
* **根据化学方程式计算:**
* 铁与氧气、酸、盐溶液反应的计算
* 高炉炼铁的计算
* **根据质量分数计算:**
* 铁矿石中铁的质量分数计算
* 钢铁中碳的质量分数计算
* **混合物计算:**
* 铁与其他金属混合物的反应计算
### 九、易错点
* 铁与酸反应一定生成亚铁盐。
* 铁生锈的条件是铁与氧气和水同时接触。
* 三价铁离子可以使硫氰化钾溶液变红色，这是检验三价铁离子的常用方法。
* 区分铁盐和亚铁盐：观察溶液颜色、加入氢氧化钠溶液观察现象、加入硫氰化钾溶液观察现象。
* 注意钝化现象：铁在浓硫酸或浓硝酸中常温下发生钝化，阻止进一步反应。
* 掌握铁及其重要化合物的颜色和状态。
