🔬 故事：中国古代冶铁技术
中国在春秋晚期（约公元前 6 世纪）就已掌握生铁冶炼技术，比欧洲早约两千年——秘诀是高大的竖炉与鼓风技术使炉温足够高，铁矿石完全液化（"液态冶炼"），可以批量浇铸。汉代发明炒钢、灌钢法后，铁农具全面普及，支撑起整个农耕文明。今天中国粗钢年产量超过 10 亿吨，占全球一半以上。
第 三 章 · 必修第一册
铁 金属材料
铁是人类使用最广泛的金属——从战国铁犁到高铁钢轨。铁最迷人的是它的"铁三角"：Fe、Fe²⁺、Fe³⁺ 三种价态相互转化，每条边都对应一类重要的氧化剂或还原剂。
3.1 铁的单质与氧化物
要点变价金属
铁与水蒸气：3Fe + 4H₂O(g) →(高温) Fe₃O₄ + 4H₂（铁在水中不反应，高温才反应）。
与弱氧化剂（S、I₂、稀盐酸）→ Fe²⁺：Fe + S → FeS；Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑；
与强氧化剂（Cl₂、过量稀硝酸）→ Fe³⁺：2Fe + 3Cl₂ →(点燃) 2FeCl₃。
氧化物：FeO（黑色）、Fe₂O₃（红棕色，铁锈主成分）、Fe₃O₄（黑色磁性氧化物，与盐酸生成两种盐：Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O）。
与弱氧化剂（S、I₂、稀盐酸）→ Fe²⁺：Fe + S → FeS；Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑；
与强氧化剂（Cl₂、过量稀硝酸）→ Fe³⁺：2Fe + 3Cl₂ →(点燃) 2FeCl₃。
氧化物：FeO（黑色）、Fe₂O₃（红棕色，铁锈主成分）、Fe₃O₄（黑色磁性氧化物，与盐酸生成两种盐：Fe₃O₄ + 8HCl → FeCl₂ + 2FeCl₃ + 4H₂O）。
3.2 铁的氢氧化物
实验白色沉淀"闪现变灰绿再变红褐"
FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓（白色）+ 2NaCl
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃（红褐色）——白色→灰绿→红褐
FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓（红褐色）+ 3NaCl 2Fe(OH)₃ →(Δ) Fe₂O₃ + 3H₂O
实验关键：观察 Fe(OH)₂ 白色沉淀必须排除氧气——滴管插入液面下加 NaOH，或用新制 FeSO₄ 溶液 + 煮沸除氧的 NaOH。暴露在空气中白色沉淀迅速变灰绿最终红褐。
3.3 Fe²⁺ / Fe³⁺ 的转化（铁三角）
要点氧化还原的网络
Fe²⁺ → Fe³⁺（加入氧化剂）：Cl₂、Br₂、H₂O₂、稀 HNO₃、KMnO₄：
2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃ （离子式：2Fe²⁺ + Cl₂ → 2Fe³⁺ + 2Cl⁻） Fe³⁺ → Fe²⁺（加入还原剂）：Fe、Cu、KI、Na₂SO₃：
2FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂ 2FeCl₃ + Cu → 2FeCl₂ + CuCl₂（电路板蚀刻原理） 检验：KSCN 遇 Fe³⁺ 变红色（Fe²⁺ 不变色）；再加氯水变红则原为 Fe²⁺。
除杂：FeCl₂ 溶液中混有 FeCl₃ → 加过量铁粉后过滤；FeCl₃ 中混有 FeCl₂ → 加氯水或 H₂O₂。
2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃ （离子式：2Fe²⁺ + Cl₂ → 2Fe³⁺ + 2Cl⁻） Fe³⁺ → Fe²⁺（加入还原剂）：Fe、Cu、KI、Na₂SO₃：
2FeCl₃ + Fe → 3FeCl₂ 2FeCl₃ + Cu → 2FeCl₂ + CuCl₂（电路板蚀刻原理） 检验：KSCN 遇 Fe³⁺ 变红色（Fe²⁺ 不变色）；再加氯水变红则原为 Fe²⁺。
除杂：FeCl₂ 溶液中混有 FeCl₃ → 加过量铁粉后过滤；FeCl₃ 中混有 FeCl₂ → 加氯水或 H₂O₂。
随堂检测铁三角
3.4 金属材料与合金
概念合金性能更优
合金：两种或以上金属（或金属与非金属）熔合的混合物。
合金特点：硬度一般大于纯金属、熔点一般低于纯金属、性能可设计。
常见合金：铁碳合金（生铁含碳 2%~4.3%、钢含碳 0.03%~2%）、铝合金（轻、耐蚀）、钛合金（航天）、不锈钢（含 Cr、Ni，耐腐蚀）。
炼铁：Fe₂O₃ + 3CO →(高温) 2Fe + 3CO₂（高炉，CO 来自焦炭燃烧与 C + CO₂ → 2CO）。
合金特点：硬度一般大于纯金属、熔点一般低于纯金属、性能可设计。
常见合金：铁碳合金（生铁含碳 2%~4.3%、钢含碳 0.03%~2%）、铝合金（轻、耐蚀）、钛合金（航天）、不锈钢（含 Cr、Ni，耐腐蚀）。
炼铁：Fe₂O₃ + 3CO →(高温) 2Fe + 3CO₂（高炉，CO 来自焦炭燃烧与 C + CO₂ → 2CO）。