铁及其重要化合物

（一）铁的存在与性质

1．铁元素的存在形式

[注意]　Fe₃O₄有磁性，能被磁铁吸引，又称磁性氧化铁。

2．铁的物理性质

3．铁的化学性质

铁元素性质活泼，单质有较强的还原性，主要化合价为＋2价和＋3价。

(1)与非金属单质的反应

①与O₂的反应：

常温下：铁被腐蚀生成铁锈，其主要成分为Fe₂O₃。

点燃时：3Fe＋2O₂$ \stackrel {点燃} {=} $Fe₃O₄。

②与Cl₂的反应：2Fe＋3Cl₂$ \stackrel {点燃} {=} $2FeCl₃。

③与S的反应：Fe＋S$ \stackrel {\Delta} {=} $FeS。

④与I₂的反应：Fe＋I₂$ \stackrel {\Delta} {=} $FeI₂。           

(2)与水的反应

常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：3Fe＋4H₂O(g)$ \stackrel {高温} {=} $Fe₃O₄＋4H₂。

（3）与酸的反应

(4)与某些盐溶液的反应

①与CuSO₄溶液反应的离子方程式：Fe＋Cu^2＋=Fe^2＋＋Cu。

②与FeCl₃溶液反应的离子方程式：2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋。

[注意]　

(1)Fe与Cl₂反应生成FeCl₃，Fe与盐酸反应生成FeCl₂。

(2)铁在潮湿的空气中生成铁锈的主要成分是Fe₂O₃，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe₃O₄。

(3)铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe₂S₃；铁与碘蒸气反应生成的是FeI₂而不是FeI₃。

4．生铁的冶炼

(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。

(2)设备：高炉。

(3)主要反应

①还原剂的生成：C＋O₂$ \stackrel {高温} {=} $CO₂，CO₂＋C$ \stackrel {高温} {=} $2CO；

②铁的还原：Fe₂O₃＋3CO$ \stackrel {高温} {=} $2Fe＋3CO₂；

③造渣反应：CaCO₃$ \stackrel {高温} {=} $CaO＋CO₂↑，CaO＋SiO₂$ \stackrel {高温} {=} $CaSiO₃。

铁的氧化物与氢氧化物

1．铁的氧化物

(1)物理性质

(2)化学性质

FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄分别与盐酸反应的离子方程式为

FeO＋2H^＋=Fe^2＋＋H₂O，

Fe₂O₃＋6H^＋=2Fe^3＋＋3H₂O，

Fe₃O₄＋8H^＋=2Fe^3＋＋Fe^2＋＋4H₂O。

2．铁的氢氧化物

[注意]　

(1)Fe₃O₄的组成可用氧化物的形式表示为FeO·Fe₂O₃，即有$\frac{1}{3}$的铁显＋2价，$\frac{2}{3}$的铁显＋3价。

(2) Fe(NO₃)₂溶液酸化后，H^＋、NO₃^－具有强氧化性，会将Fe^2＋氧化成Fe^3＋。

铁的化合物的相关计算与制备

1.铁的氧化物组成的判断方法

设铁的氧化物中铁元素与氧元素的质量比为m∶n，

则氧化物中n( Fe)∶n(O)＝$\frac{m}{56}$∶$\frac{n}{16}$＝a∶b，

若a∶b＝1∶1，则铁的氧化物为FeO； 

若a∶b＝2∶3，则铁的氧化物为Fe₂O₃；

若a∶b＝3∶4，则铁的氧化物是Fe₃O₄，或FeO与Fe₂O₃按物质的量比1∶1的混合物，或FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄的混合物(其中FeO、Fe₂O₃物质的量之比为1∶1，Fe₃O₄为任意值)。

2.制备Fe(OH)₂常用的三种方法

方法一：有机覆盖层法

将吸有NaOH溶液的胶头滴管插到液面以下，并在液面上覆盖一层苯或煤油(不能用CCl₄)，以防止空气与Fe(OH)₂接触发生反应，如图1所示。

方法二：还原性气体保护法

用H₂将装置内的空气排尽后，再将亚铁盐与NaOH溶液混合，这样可长时间观察到白色沉淀，如图2所示。

方法三：电解法

用铁作阳极，电解NaCl(或NaOH)溶液，并在液面上覆盖苯(或煤油)，如图3所示。

铁盐和亚铁盐

 （一）掌握亚铁盐、铁盐的化学性质

1．亚铁盐

含有Fe^2＋的溶液呈浅绿色，既有氧化性，又有还原性。

(1)氧化性：Fe^2＋与Zn反应的离子方程式：Zn＋Fe^2＋=Fe＋Zn^2＋。

(2)还原性

①向FeCl₂溶液中滴入几滴KSCN溶液，再加入氯水(或通入Cl₂)，若溶液变红色，证明Fe^2＋具有还原性。反应原理：2Fe^2＋＋Cl₂=2Fe^3＋＋2Cl^－。

②向少量酸性KMnO₄溶液中加入FeCl₂溶液，若溶液紫红色褪去，证明Fe^2＋具有还原性。反应原理：MnO₄^－＋5Fe^2＋＋8H^＋=5Fe^3＋＋Mn^2＋＋4H₂O。

2．铁盐

(1)氧化性：含Fe^3＋的溶液呈黄色，Fe^3＋具有较强的氧化性。

①向FeCl₃溶液中滴入几滴KSCN溶液，再加入过量活泼金属(如Fe)，若溶液红色褪去，证明Fe^3＋具有氧化性。反应原理：2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋。

②向FeCl₃溶液中加入淀粉­KI溶液，若溶液变成蓝色，证明Fe^3＋具有氧化性。反应原理：

2Fe^3＋＋2I^－=I₂＋2Fe^2＋。

③向FeCl₃溶液中通入H₂S气体，若出现黄色浑浊，证明Fe^3＋具有氧化性。反应原理：2Fe^3＋＋H₂S=2Fe^2＋＋S↓＋2H^＋。

(2)特性：含有Fe^3＋的盐溶液遇到 KSCN时变成红色。

(3)FeCl₃易水解：将其饱和溶液滴入沸水中制备胶体的化学方程式为 FeCl₃＋3H₂O$ \stackrel {\Delta} {=} $Fe(OH)₃(胶体)＋3HCl。

（二）明晰Fe^2＋、Fe^3＋的检验方法

1．Fe^2＋的检验

（三）“铁三角”的转化

1．“铁三角”转化关系

写出上面反应的化学方程式：

(1)将H₂S气体通入FeCl₃溶液中产生淡黄色沉淀：

H₂S＋2Fe^3＋=S↓＋2Fe^2＋＋2H^＋。

(2)将FeCl₃溶液滴入KI­淀粉溶液，溶液变蓝：

2I^－＋2Fe^3＋=I₂＋2Fe^2＋。

(3)FeCl₃可溶解铁片：

2Fe^3＋＋Fe=3Fe^2＋。

(4)FeSO₄可使酸性KMnO₄溶液褪色：

5Fe^2＋＋MnO₄^－＋8H^＋=5Fe^3＋＋Mn^2＋＋4H₂O。

(5)将FeCl₂溶液滴入HNO₃溶液中，有无色气体放出：

3Fe^2＋＋NO₃^－＋4H^＋=3Fe^3＋＋NO↑＋2H₂O。

2．具体应用

（四）混合溶液中Fe^3＋、Fe^2＋的除去方法

(1)除去Mg^2＋中混有的Fe^3＋的方法

向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO₃、Mg(OH)₂其中之一，与Fe^3＋水解产生的H^＋反应，促进Fe^3＋的水解，将Fe^3＋转化为Fe(OH)₃沉淀而除去。

(2)除去Cu^2＋中混有的Fe^3＋的方法

向混合溶液中加入CuO、CuCO₃、Cu(OH)₂、Cu₂(OH)₂CO₃其中之一，与Fe^3＋水解产生的H^＋反应，促进Fe^3＋的水解，将Fe^3＋转化为Fe(OH)₃沉淀而除去。

(3)除去Mg^2＋中混有的Fe^2＋的方法

先加入氧化剂(如H₂O₂)将溶液中的Fe^2＋氧化成Fe^3＋，然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe^3＋。

(4)除去Cu^2＋中混有的Fe^2＋的方法

先加入氧化剂(如H₂O₂)将溶液中的Fe^2＋氧化成Fe^3＋，然后再按(2)的方法除去溶液中的Fe^3＋。