同學們 在日常生活中常用的鍋碗瓢盆、交通工具 建築材料及工業用金屬中 普遍含有一種金屬：鐵 鐵在地殼中所有元素含量排名第四名 金屬含量排名第二名 僅次於鋁 鐵也是構成地核的主要元素！ 地殼中的鐵 大多以氧化物形式存在 常見礦物為赤鐵礦、磁鐵礦及褐鐵礦 元素型態的鐵 大多只在隕石中發現 鐵為銀灰色金屬 原子序為26 位在週期表第四週期第一列過渡元素的中央 屬第8族元素 鐵的電子組態為1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s² 常見氧化數為+2及+3 具有鐵磁性可以被磁鐵吸引 鐵在潮濕的空氣中容易生鏽 鐵生鏽體積比原體積大 質地疏鬆 容易碎裂剝落 使內部繼續鏽蝕 和與其他金屬表面氧化物能保護內部不受氧化不同 鐵與鹽酸反應可生成氫氣及亞鐵離子 遇濃硝酸則會在表面生成鈍化層保護內部不反應 由於鐵礦含量多 冶煉成本較低 鐵的機械性質 可塑性、導熱性佳 早在西元前便成為人們可冶煉使用的金屬 博物館中常見到青銅器 但古代流傳至今的鐵器很少 你認為是什麼原因造成的呢？ 鋼鐵工業利用高爐煉鐵 使用鼓風爐進行鐵的冶煉 赤鐵礦及磁鐵礦為適合煉鐵的原料 其餘種類的鐵礦需先去除多餘雜質 部分雜質去除不易 故很少使用 從鼓風爐上方加入鐵礦、煤焦和灰石 煤焦可做為燃料 也可用來做為還原劑 在高溫的條件下 與氧氣反應生成二氧化碳和一氧化碳 反應式如畫面所示 一氧化碳做為還原劑效率較煤焦高 鐵礦中鐵的氧化物被一氧化碳還原生成元素鐵 一氧化碳還原氧化鐵的反應式 如畫面所示 可以細分為下列幾步驟： 氧化鐵與一氧化碳反應生成四氧化三鐵和二氧化碳 再繼續與一氧化碳反應生成氧化亞鐵和二氧化碳 最後則還原生成元素鐵 灰石為助熔劑 受熱分解為氧化鈣及二氧化碳 反應式如畫面所示 氧化鈣可和鐵礦中的雜質（如二氧化矽）作用 形成熔渣 反應式如畫面所示 熔渣密度比鐵小 會浮在冶煉出的熔融態鐵上 隔絕空氣 避免煉出的鐵再被空氣氧化 冶煉後熔融態的鐵 會從鼓風爐下方流出 工業上多使用鼓風爐煉鐵 先前我們學過的鈉、鎂、鋁 則需使用電解法才能提煉出元素 鐵也能用電解法煉製嗎？ 用電解法和鼓風爐煉製的差異是什麼呢？ 鼓風爐冶煉出的鐵中 會含有較高比例的碳 質地較硬 適合鑄造 稱為生鐵 生鐵經過冶煉 使含鐵量達99.7% 稱為熟鐵 質地較生鐵軟 若含碳量為2%以下 稱為鋼 在鋼中添加其他金屬形成合金 可使強度和耐腐蝕性大幅提升 應用很廣 在日常生活中我們常使用的不鏽鋼 便是在鋼中添加鎳、鉻、錳、鉬等金屬形成 隨著用途不同 添加的金屬種類和比例各有差異 鐵在生活中應用極廣 是最常見的工業金屬 除了先前說過的各種器具 建築材料、交通工具、機械應用……等等 人體中攜帶氧氣的血紅蛋白也含有鐵離子 哈柏法製氨則使用鐵粉做為催化劑 有機鐵化合物在許多有機反應當中扮演重要催化劑的角色 先前我們提到 在西元前數千年 人們便會用鐵器製作工具和武器 但流傳下來的鐵器數量極少 原因是什麼呢？ 答對了！ 因為鐵容易鏽蝕而毀損 鐵在潮濕的空氣中容易生鏽 生鏽的過程為鐵氧化失去兩個電子 形成亞鐵離子 其氧化半反應如畫面所示 電子由金屬表面傳遞 與空氣中的氧氣及水結合 發生還原反應 其還原半反應如畫面所示 陽極產生的Fe²⁺與陰極反應產物結合 形成鐵繡 其完整反應如畫面所示 式中的Fe₂O₃‧nH₂O便是鐵鏽 鐵鏽會造成鋼鐵表面凹凸不平 氧化剝落 氧化剝落 呈現黃褐、紅褐或黑褐色 造成結構損壞 在含鹽的潮濕空氣中 會使生鏽的速率更快 在鋼鐵材料使用上 防鏽一直是一項重要的工作 表面鍍膜、油漆、陰極保護法等等都是常用的防鏽方式 直至今日 科學家仍在研究更佳的防鏽方式 常見含鐵的化合物有以下幾種： 一、鐵氰化鉀：俗稱赤血鹽 化學式為K₃ 紅色晶體 與鐵離子（即亞鐵離子）反應 可生成深藍色普魯士藍沉澱 普魯士藍是我們常用的藍色顏料 也是藍曬圖中的深藍色物質 亞鐵氰化鉀：俗稱黃血鹽 化學式為K₄ 與鐵離子（即鐵離子）反應 可生成深藍色普魯士藍沉澱 亞鐵氰化鐵：俗稱普魯士藍 化學式為Fe₄₃ 是一種深藍色顏料 是一種深藍色顏料 藍曬圖的藍色成分 醫學上可治療鉈中毒 生成普魯士藍的反應式如畫面所示 是常用來鑑別鐵離子與鐵離子的方法 磷酸鋰鐵：化學式為LiFePO₄ 磷酸鋰鐵是目前市面上電動車常用電池的正極材料 製造出的電池電容量大 循環使用壽命長 充電較快 也較安全 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 鐵元素符號為Fe 原子序26 為銀灰色金屬 工業上以高爐煉鐵、鼓風爐冶煉製鐵 生活中有許多含鐵物質 例如鍋碗瓢盆、交通工具等 常見鐵的化合物有鐵氰化鉀 亞鐵氰化鉀、亞鐵氰化鐵、磷酸鋰鐵 學過了上面的課程 大家對鐵是否有更多認識了呢？ 大家可以回想一下 在我們學過的高中化學課程中 有哪些方法可以區分鐵離子與鐵離子？ 試著寫下你的答案 也歡迎分享你的學習心得喔！