第六章 铁
# 第一节 铁的性质
教学重点：铁的化学性质
教学难点：
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。
实验器材： 试管、铁丝、稀硫酸、稀盐酸、硫酸铜溶液
---
一、启发提问，提出课题
在本节课中，我们将深入探讨铁的各种性质。为了更好地理解这些性质，我们首先通过几个问题来激发大家的兴趣和思考：
1. 列举几件常见的铁制品：
- 我们周围有许多铁制品，例如自行车、锅碗瓢盆、建筑材料等。这些物品的主要成分都是铁。为什么铁被广泛应用于这些领域？这与铁的物理和化学性质密切相关。
2. 引导学生分析铁的各种物理性质：
- 铁是一种银白色金属，具有良好的延展性和导电性。它还具备较高的硬度和密度，熔点和沸点也较高。这些物理性质使得铁在工业和日常生活中有着广泛的应用。
3. 教师归纳铁的物理性质的提纲：
- 色：银白色
- 态：固态
- 延展性：良好
- 传导性：良好（热和电）
- 硬度：较高
- 密度：较高
- 熔点：1538°C
- 沸点：2862°C
通过这些问题，我们可以更全面地了解铁的基本属性。接下来，我们将重点讨论铁的化学性质。
---
二、引导分析 认识铁的化学性质
铁的化学性质相对较为活泼，能够与多种物质发生反应。下面我们从两个方面来详细分析铁的化学性质：
1. 回忆铁在氧气中燃烧的实验：
- 在学习置换反应时，我们了解到铁能置换酸中的氢，这说明铁能跟很多物质发生化学反应。具体来说，铁可以在氧气中剧烈燃烧，生成四氧化三铁（FeO）。这个反应不仅展示了铁的化学活性，还揭示了其在高温下与氧气的反应特性。
\[3\text{Fe} + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4\]
2. 指出铁还可以跟硫酸铜溶液发生反应：
- 除了与氧气反应，铁还能与某些溶液发生化学反应。例如，铁可以与硫酸铜溶液发生置换反应，生成硫酸亚铁和金属铜。这种反应不仅展示了铁的化学活性，还帮助我们进一步理解置换反应的概念。
---
三、铁钉生锈实验探究
为了更直观地理解铁的化学性质，我们可以通过一个简单的实验——铁钉生锈实验。这个实验由学生提前进行，并在课堂上进行讨论和总结。以下是实验的三个主要结论：
1. 常温下，在干燥环境中，铁很难跟氧气反应：
- 这表明铁在干燥环境下相对稳定，不容易发生氧化反应。因此，铁制品在干燥环境中保存得当，可以延长使用寿命。
2. 在隔绝空气情况下，铁不与水反应：
- 这个结论告诉我们，铁在没有氧气的情况下不会与水发生反应。这也解释了为什么一些铁制品在密封条件下不易生锈。
3. 在含水分的空气中铁与水和氧气发生反应，生成铁锈：
- 当铁暴露在潮湿空气中时，它会与水和氧气共同作用，形成复杂的含水氧化物，即铁锈。铁锈不仅会影响铁制品的外观，还会逐渐侵蚀材料，导致其结构强度下降。
铁锈的成分：复杂的多种含水氧化物。
---
四、常用的防锈方法和钢铁防锈意义
由于铁锈对铁制品的破坏性较大，采取有效的防锈措施非常重要。常用的防锈方法包括：
- 涂漆或喷漆：通过在铁表面形成一层保护膜，阻止氧气和水分接触铁表面。
- 镀锌：在铁表面镀上一层锌，利用锌的活性比铁高，优先与氧气反应，从而保护铁不受腐蚀。
- 使用防锈剂：在铁制品表面涂抹防锈油或其他化学试剂，形成保护层。
防锈的意义在于延长铁制品的使用寿命，减少资源浪费，确保其功能和安全性。
---
五、学生实验：铁钉与酸及硫酸铜溶液的反应
为了进一步验证铁的化学性质，我们将进行两个实验：
1. 铁钉跟盐酸（稀硫酸）反应：
- 实验步骤：
- 取一支试管，加入适量稀盐酸或稀硫酸。
- 将一根铁钉放入试管中，观察现象。
- 引导观察：
- 铁钉表面会产生气泡，这是氢气逸出的现象。
- 溶液颜色逐渐变为淡绿色，这是因为生成了硫酸亚铁（FeSO）。
- 结论：
- 发生了置换反应，铁将酸中的氢元素置换出来，生成氢气和相应的盐类。
\[\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2↑\]
\[\text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2↑\]
2. 铁钉跟硫酸铜溶液反应：
- 实验步骤：
- 取一支试管，加入适量硫酸铜溶液。
- 将一根铁钉放入试管中，观察现象。
- 引导观察：
- 铁钉表面会有红色固体析出，附着在其表面。这是因为生成了金属铜。
- 结论：
- 发生了置换反应，铁将硫酸铜中的铜元素置换出来，生成金属铜和硫酸亚铁。
\[\text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}\]
---
六、进一步认识置换反应
通过上述实验，我们可以更深入地理解置换反应的特点：
1. 不同的金属（如铁、锌）可以把同种酸中的氢元素置换出来，成为氢气。
2. 同一种金属（如铁）也可以将不同的酸（如盐酸、稀硫酸）中的氢元素置换出来，成为氢气。
3. 金属铁还可以从硫酸铜溶液中置换出金属铜。
---
七、小结
通过对铁的化学性质的学习，我们了解到：
1. 铁的化学性质：铁的化学性质比较活泼，能跟氧气、酸、硫酸铜溶液反应。
2. 铁的物理性质：铁是银白色金属，具有良好的延展性和导电性，硬度较高，密度较大，熔点和沸点较高。
3. 铁锈的形成与防锈措施：铁在潮湿空气中容易生锈，形成复杂的含水氧化物。常用防锈方法包括涂漆、镀锌和使用防锈剂。
---
练习题
1. 下列关于铁的性质的叙述中，属于化学性质的是（ ）
- A. 铁是银白色金属
- B. 铁易传热导电
- C. 铁有良好延展性
- D. 铁在潮湿的空气中易生锈
2. 能否用铁制容器盛稀硫酸？为什么？（追问后果如何？）
3. 将一铁棒放入稀硫酸的试管中，反应后取出铁棒，则反应前后：
- (1) 铁棒的质量是否改变？为什么？又如何变化？
- (2) 试管中溶液质量改变吗？如果把硫酸换成硫酸铜溶液又如何改变？
---
作业
完成课后习题第2、3、4题。
---
通过本次课程的学习，希望同学们能够全面掌握铁的物理和化学性质，并理解其在实际生活中的应用和重要性。同时，希望大家能够在课后继续思考和探索相关问题，提高自己的化学素养。