铁及其化合物

9．4 铁及其化合物

【教学目标】

1．知道铁元素在周期表中的位置和铁的原子结构特点。知道铁的物理性质和主要用途。

2．掌握铁跟非金属、水、酸和盐反应的化学性质。知道铁的氧化物和一些铁盐的用途。

3．知道生铁和钢的区别，理解炼铁和炼钢的化学原理。

4．对学生进行关于炼钢生产中三废处理的环境教育，介绍我国钢铁工业的发展和上海宝钢工业的生产，对学生进行爱国主义思想教育。

【重点和难点】

1．重点铁的化学性质；炼铁和炼钢的化学原理。

2．难点铁合金；生铁和钢的区别。

【教学建议】

1．通过系统学习铁的基础知识，使学生对元素周期表有完整的概念。通过铁的原子结构特点分析，了解过渡元素的原子结构与主族元素的原子结构的区别，引出过渡元素的概念。

学生在初中和前面几章的学习中已学过铁及其化合物的一些性质，本节教学要注意联系学生已有的理论和元素化合物的知识，进行系统归纳和概括，将知识结构化、网络化。

铁在国民经济建设中具有重要的作用，介绍我国钢铁工业的发展，对学生进行爱国主义思想教育。炼铁和炼钢教学时，要运用氧化一还原理论知识分析反应的原理，同时对学生进行炼铁炼钢工业中关于三废处理的环境教育。

2．教学的引入可以通过冶铁史的介绍，使学生了解生产力的发展与铁的冶炼史有关。通过介绍我国冶铁始于公元前700年，我国的冶铁约比欧洲早一千几百多年，从而激起学生民族自豪感。

3．铁的物理性质教学时，以联系工农业生产和日常生活中铁的应用为先导，介绍用途与其相应的物理性质。关于铁的磁性，可演示磁铁吸引铁的实验，说明铁能磁化的性质。关于铁的颜色，要指出纯铁具有银白色光泽，但通常用的铁器一般都含有碳和其他金属元素，因而颜色改变了。

4．铁的化学性质教学时，应建立在学生已有的知识基础上。例如，根据铁在金属活动顺序表中的位置，判断铁是一种比较活泼的金属。通过回忆铁在氧气中燃烧、铁在氯气中燃烧的实验，得出铁是比较活泼的性质。在学生已有的感性认识和理性认识上，介绍铁在周期表中的位置，画出铁的原子结构简图，分析铁的原子结构跟主族元素的原子结构的区别，使学生认识到铁原子的次外层电子还没有达到18个电子的饱和状态，引出铁是过渡元素的概念。

然后引导学生从铁的原子结构特点，分析铁在化学反应中可以失去最外层的两个电子变成带两个正电荷的阳离子，铁原子也可能同时失去最外层的两个电子和次外层的一个电子，变成带三个正电荷的阳离子，因此铁的化合价表现为＋2价或＋3价。教学时教师可演示有关实验或引导学生回忆旧知识，通过学生讨论，归纳出铁能跟非金属(O2、Cl2、S)发生化合反应，放出大量热；铁能跟水、酸、盐发生置换反应。最后教师引导学生进行小结，指出铁在反应中化合价确定的依据是反应条件和反应物的性质。例如铁在氧气中燃烧、红热的铁跟水蒸气反应时生成Fe3O4；铁在氯气中燃烧显示＋3价，铁跟硫化合，铁跟酸、盐的置换反应显示＋2价。

5.铁的化合物教学时，先介绍铁的化合物，分析铁的化合价，铁显示＋3价或＋2价。介绍铁的化合物，有铁的氧化物、氢氧化物、盐类。然后从化学组成、性质、用途上进行分析。由于铁的化合物都显示不同的颜色，教学时可通过实物或样品介绍，以增强学生的感性认识。例如，展示各种铁的氧化物样本，区分它们的颜色。展示铁盐、绿矾(FeSO4·7H2O)和氯化铁试剂，区分二价铁盐和三价铁盐的颜色。

在教学时，要联系铁的化合物在日常生活和生产上的用途。例如，介绍Fe3O4作磁性材料，Fe2O3作颜料，FeCl3作净水剂，铁元素在人体生命活动中的重要作用，以增强学生学习兴趣。

6．炼铁和炼钢是化学知识联系生产实际的重要内容。学生在初中阶段已初步学过铁合金的知识，教学要考虑学生已有的知识基础。指出在工农业生产和日常生活中广泛使用的不是纯铁而是铁的合金，即钢和生铁。由于钢和生铁具有不同的性能，它们具有不同的广泛用途，指出炼铁和炼钢在国民经济建设中具有重要的地位和作用。

炼铁和炼钢的主要化学反应原理都是利用氧化－还原反应，但特点不同，炼铁主要是利用还原反应把铁矿石里的铁还原出来，而炼钢则是利用氧化反应除去生铁中过多的碳，以及硫、磷等杂质。通过炼铁和炼钢化学反应原理的学习，使学生具体地认识到钢铁工业是以化学反应原理的应用为基础的，从而加深理解化学，激发学生努力学好化学的长远性动机。

从炼铁过渡到炼钢教学时，可介绍生铁和钢的不同性能，引导学生阅读下表，分析生铁和钢的组成有什么区别。

表9．6 生铁和钢的区别

引导学生思考把生铁冶炼成钢要除去哪些杂质?如何除去?然后揭示炼钢的反应原理。

7．在炼铁炼钢教学时，要理论联系实际，对学生进行观点教育。由于炼铁炼钢过程中要消耗大量能源和水，生产过程中不断产生废气、废水和废渣等污染环境的物质，因此在发展经济时，必须考虑到能量的充分利用、环境保护和原料的利用率等问题，生产中要节约能源，进行三废处理，提高原料利用率。例如，从高炉气中回收CO作气体燃料，从废气中回收Fe2O3,作铁红颜料，用炼钢废渣制水泥渣砖。

8．炼铁、炼钢教学时，介绍我国钢铁工业的迅速发展，新中国成立后钢产量逐年递增。可以联系上海地区钢铁工业的发展，介绍上海宝山钢铁企业的发展，对学生进行爱国主义思想教育。

9．本节教材可使用录象、投影等电教手段，介绍上海宝钢的发展。

【参考资料】

1．铁的发现和存在

人类使用铁至少有5000多年历史。人类最早发现和使用的铁是陨铁(含铁量较高的铁、钴、镍等金属的混合物)。在约公元前1500年左右，埃及和美索不达米亚开始有炼铁业。至公元前1000年左右，铁器才基本上从日常用具中排挤了铜器而占统治地位。中国商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国在公元前1000多年就熟悉了铁的锻造性能。化学符号Fe来自铁的拉丁文名。

铁在地壳中的含量约为5％，占第四位；在金属中仅次于铝，占第二位。地球岩心主要由铁组成，因此在整个地球中铁是丰度最高的元素。在地壳中铁通常以化合物状态存在。含铁的矿物有几百种，主要的有赤铁矿(Fe2O3)、褐铁矿(Fe2O3·3H2O)、磁铁矿(Fe3O4)和菱铁矿(FeCO3)，它们多是容易还原的氧化物矿。其他如黄铁矿(FeS2)、钛铁矿(FeTiO8)和铬铁矿[Fe(CrO2)2]则是同时提取铁和硫、钛、铬的矿物。生物体中也含铁，每人平均含铁量为4．5g左右，地下水中也含铁。

1972年，在河北商城县台西村商代一座奴隶主的墓葬里发现了一件铁刃铜钺。墓葬的年代相当于公元前14世纪至前13世纪，说明早在3000多年以前，我国劳动人民就开始使用铁来制造工具。

中国铁矿资源比较丰富，1982年末，已探明的储量为443亿吨，其中工业储量占总储量的54％，居于世界前列。中国铁矿资源主要分布在辽宁、河北、四川、山西、内蒙古、甘肃。

表9．7列出了各种铁矿石中的含铁量。

含铁量是评价铁矿石质量最重要的指标。含铁量高，则焦炭及熔剂消耗低，高炉产量高。

2．人体中的铁元素

铁是人体中必须的微量元素，铁元素约占人体总重的0．0057％。人体中铁元素起着重要的生理作用，是血红蛋白中氧的载体，是多种酶的活性部分，参与人体的氧化－还原反应。人体缺少铁，将引起贫血，易引起心肌梗塞、肝硬化。但铁的摄入不能超过一定的范围，人体中铁元素过多易患骨癌。生活饮用水水质标准中铁元素含量小于0．3mg／L。

3．铁氧体

又称铁淦氧或磁性瓷，为一类非金属磁性材料，是磁性的三氧化二铁与其他一种或多种金属氧化物的复合氧化物(或

表9．7 铁矿石的矿物组成分类