元素及其化合物 · 二 · 「铁 $(Fe)$ 及其化合物」

铁单质

物理性质

银白色固体，有金属性光泽
容易被磁铁吸引
地壳中居第四位

化学性质

铁元素性质活泼，有较强的还原性，主要化合价为+2 价和+3 价

与非金属单质反应
- $3 Fe + 2 O_{2} \overset{点燃}{=} Fe_{3} O_{4}$
- $2 Fe + 3 Cl_{2} \overset{点燃}{=} 2 FeCl_{3}$
- $Fe + S \overset{Δ}{=} FeS$
与水反应
- 铁在高温下与水蒸气反应： $3 Fe + 4 H_{2} O (g) \overset{高温}{=} Fe_{3} O_{4} + 4 H_{2}$
与酸反应
- 与非还原性酸： $Fe + 2 H^{+} \overset{}{=} Fe^{2 +} + H_{2} ↑$
- 与少量稀硝酸： $3 Fe + 8 H^{+} + 2 NO_{3}^{-} \overset{}{=} 3 Fe^{2 +} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O$
- 与过量稀硝酸： $Fe + 4 H^{+} + NO_{3}^{-} \overset{}{=} Fe^{3 +} + NO ↑ + 2 H_{2} O$
- 铁遇到冷的浓硫酸或浓硝酸会钝化
  常考：对于特定比例的 $Fe$ 与 $HNO_{3}$ 进行反应的方程式
  1. 当比例大于等于 $3 : 8$ ，此时铁过量，生成物全部都是亚铁
    $3 Fe (过量) + 8 HNO_{3} (稀) \overset{}{=} 3 Fe (NO_{3})_{2} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O$
  2. 比例介于 $3 : 8$ 和 $1 : 4$ 之间，则会有部分二价铁继续被硝酸氧化成三价铁
    $3 Fe (NO_{3})_{2} + 4 HNO_{3} (稀) \overset{}{=} 3 Fe (NO_{3})_{3} + NO ↑ + 2 H_{2} O$
  3. 比例小于等于 $1 : 4$ ，此时稀硝酸足量，铁单质全都被氧化成三价铁
    $Fe + 4 HNO_{3} (稀) \overset{}{=} Fe (NO_{3})_{3} + NO ↑ + 2 H_{2} O$
与盐溶液反应
- 置换反应： $Fe + Cu^{2 +} \overset{}{=} Fe^{2 +} + Cu$
- 与氯化铁溶液： $Fe + 2 Fe^{3 +} \overset{}{=} 3 Fe^{2 +}$

铁的氧化物

物理性质

名称	氧化亚铁 $FeO$	氧化铁 $Fe_{2} O_{3}$	四氧化三铁 $Fe_{3} O_{4}$
俗称	-	铁红	磁性氧化铁
化合价	$+ 2$	$+ 3$	两个 $+ 2$ 、一个 $+ 3$
物理性质	黑色粉末	红褐色粉末	黑色粉末
用途	-	炼铁、铝热剂、油漆、涂料	炼铁

化学性质

与非氧化性酸（盐酸 $HCl$ ）反应：
- 氧化亚铁 $FeO$ ： $FeO + 2 H^{+} \overset{}{=} Fe^{2 +} + H_{2} O$
- 氧化铁 $Fe_{2} O_{3}$ ： $Fe_{2} O_{3} + 6 H^{+} \overset{}{=} 2 Fe^{3 +} + 3 H_{2} O$
- 四氧化三铁 $Fe_{3} O_{4}$ ： $Fe_{3} O_{4} + 8 H^{+} \overset{}{=} Fe^{2 +} + 2 Fe^{3 +} + 4 H_{2} O$
与氧化性酸（过量稀硝酸 $HNO_{3}$ ）反应：
- 氧化亚铁 $FeO$ ： $3 FeO + 10 H^{+} + NO_{3}^{-} \overset{}{=} 3 Fe^{3 +} + NO ↑ + 5 H_{2} O$
- 氧化铁 $Fe_{2} O_{3}$ ： $Fe_{2} O_{3} + 6 H^{+} \overset{}{=} 2 Fe^{3 +} + 3 H_{2} O$
- 四氧化三铁 $Fe_{3} O_{4}$ ： $3 Fe_{3} O_{4} + 28 H^{+} + NO_{3}^{-} \overset{}{=} 9 Fe^{3 +} + NO ↑ + 14 H_{2} O$
与氧化性酸（少量稀硝酸 $HNO_{3}$ ）反应：
- 氧化亚铁 $FeO$ ： $FeO + 2 HNO_{3} \overset{}{=} Fe (NO_{3})_{2} + H_{2} O$
- 氧化铁 $Fe_{2} O_{3}$ ： $Fe_{2} O_{3} + 6 HNO_{3} \overset{}{=} 2 Fe (NO_{3})_{3} + 3 H_{2} O$
- 四氧化三铁 $Fe_{3} O_{4}$ ： $Fe_{3} O_{4} + 8 HNO_{3} \overset{}{=} 3 Fe (NO_{3})_{3} + 2 H_{2} O$
与还原性酸（氢碘酸 $HI$ ）反应：
- 氧化亚铁 $FeO$ ： $FeO + 2 H^{+} \overset{}{=} Fe^{2 +} + H_{2} O$
- 氧化铁 $Fe_{2} O_{3}$ ： $Fe_{2} O_{3} + 6 H^{+} + 2 I^{-} \overset{}{=} 2 Fe^{2 +} + I_{2} + 3 H_{2} O$
- 四氧化三铁 $Fe_{3} O_{4}$ ： $Fe_{3} O_{4} + 8 H^{+} + 2 I^{-} \overset{}{=} 3 Fe^{2 +} + I_{2} + 4 H_{2} O$
与还原性物质（ $CO$ ）反应：
- 氧化亚铁 $FeO$ ： $FeO + CO \overset{}{=} Fe + CO_{2}$
- 氧化铁 $Fe_{2} O_{3}$ ： $Fe_{2} O_{3} + 3 CO \overset{}{=} 2 Fe + 3 CO_{2}$
- 四氧化三铁 $Fe_{3} O_{4}$ ： $Fe_{3} O_{4} + 4 CO \overset{}{=} 3 Fe + 4 CO_{2}$

铁的氢氧化物

物理性质

名称	氢氧化亚铁 $Fe (OH)_{2}$	氢氧化铁 $Fe (OH)_{3}$
颜色状态	白色固体	红褐色固体
水溶性	难溶	难溶

化学性质

与非氧化性酸（盐酸 $HCl$ ）反应：
- 氢氧化亚铁 $Fe (OH)_{2}$ ： $Fe (OH)_{2} + 2 HCl \overset{}{=} FeCl_{2} + 2 H_{2} O$
- 氢氧化铁 $Fe (OH)_{3}$ ： $Fe (OH)_{3} + 3 HCl \overset{}{=} FeCl_{3} + 3 H_{2} O$
与氧化性酸（稀硝酸 $HNO_{3}$ ）反应：
- 氢氧化亚铁 $Fe (OH)_{2}$ ： $Fe (OH)_{2} + 2 HNO_{3} (少量) \overset{}{=} Fe (NO_{3})_{2} + 2 H_{2} O 3 Fe (OH)_{2} + 10 HNO_{3} (过量) \overset{}{=} 3 Fe (NO_{3})_{3} + NO ↑ + 8 H_{2} O$
- 氢氧化铁 $Fe (OH)_{3}$ ： $Fe (OH)_{3} + 3 HNO_{3} \overset{}{=} Fe (NO_{3})_{3} + 3 H_{2} O$
与还原性酸（氢碘酸 $HI$ ）反应：
- 氢氧化亚铁 $Fe (OH)_{2}$ ： $Fe (OH)_{2} + 2 HI \overset{}{=} FeI_{2} + 2 H_{2} O$
- 氢氧化铁 $Fe (OH)_{3}$ ： $Fe (OH)_{3} + 3 HI \overset{}{=} FeI_{3} + 3 H_{2} O$
稳定性
- $Fe (OH)_{2}$ 不稳定，在空气中易被氧化
  $4 Fe (OH)_{2} + O_{2} + 2 H_{2} O \overset{}{=} 4 Fe (OH)_{2}$
- $Fe (OH)_{3}$ 不稳定（但较 $Fe (OH)_{2}$ 稳定），受热分解
  $2 Fe (OH)_{3} \overset{Δ}{=} Fe_{2} O_{3} + 3 H_{2} O$
制备
- $Fe (OH)_{2}$ ： $Fe^{2 +} + 2 OH^{-} \overset{}{=} Fe (OH)_{2} ↓$
  （将含有 $NaOH$ 的滴管插入到含 $Fe^{2 +}$ 的溶液中，防止被空气中的 $O_{2}$ 氧化）
- $Fe (OH)_{3}$ ： $Fe^{2 +} + 3 OH^{-} \overset{}{=} Fe (OH)_{3} ↓$
转化
$4 Fe (OH)_{2} + O_{2} + 2 H_{2} O \overset{}{=} 4 Fe (OH)_{3}$

铁盐与亚铁盐

$Fe^{2 +}$

含有 $Fe^{2 +}$ 的溶液呈浅绿色，既有氧化性又有还原性

氧化性： $Zn + Fe^{2 +} \overset{}{=} Fe + Zn^{2 +}$
还原性： $Cl_{2} + 2 Fe^{2 +} \overset{}{=} 2 Fe^{3 +} + 2 Cl^{-}$
特性：含有 $Fe^{2 +}$ 的盐溶液遇铁氰化钾 $K_{3} [Fe (CN)_{6}]$ 生成蓝色沉淀

$Fe^{3 +}$

含有 $Fe^{3 +}$ 的溶液呈黄色，有较强的氧化性

氧化性
1. 铁离子与铜（ $Cu$ ）的反应： $Fe^{3 +} + Cu \overset{}{=} Fe^{2 +} + Cu^{2 +}$
2. 铁离子与碘离子（ $I^{-}$ ）的反应： $2 Fe^{3 +} + 2 I^{-} \overset{}{=} 2 Fe^{2 +} + I_{2}$
3. 铁离子与硫离子（ $S^{2 -}$ ）的反应： $2 Fe^{3 +} + 3 S^{2 -} \overset{}{=} Fe_{2} S_{3}$
特性：含有 $Fe^{3 +}$ 的盐溶液遇 $KSCN$ 溶液变成红色

常见的铁盐与亚铁盐

三氯化铁 $FeCl_{3}$ ：棕黄色固体，一种常见的氧化剂，能与多种还原剂发生氧化还原反应，能回收废铜，刻制印刷电路板时作腐蚀液，其反应的离子方程式为 $2 Fe^{3 +} + Cu \overset{}{=} 2 Fe^{2 +} + Cu^{2 +}$
- 制备无水 $FeCl_{3}$ ：在 $HCl$ 气氛中加热蒸干 $FeCl_{3}$ 溶液，抑制 $FeCl_{3} + 3 H_{2} O \overset{- ⇀}{↽ -} Fe (OH)_{3} + 3 HCl$ 正移
- 制备 $Fe (OH)_{3}$ 胶体：向沸水中滴入饱和 $FeCl_{3}$ 溶液并煮沸至溶液呈红褐色为止
绿矾 $FeSO_{4} \cdot 7 H_{2} O$ ：一种重要的还原剂，可用作补血剂及植物的补铁剂
高铁酸钾 $K_{2} FeO_{4}$ ：深紫色晶体，具有强氧化性，可用作水处理剂和高能电池
铁铵矾 $NH_{4} Fe (SO_{4})_{2} \cdot 12 H_{2} O$ ：无色晶体，易溶于水，常用作化学分析试剂药物和织物媒染剂
赤血盐 $K_{3} [Fe (CN)_{6}]$ ：红色晶体，易溶于水，常用于检验 $Fe^{2 +}$ ，生成蓝色沉淀

盐溶液保存

$Fe^{2 +}$ 的盐溶液：加入少量铁粉，防止 $Fe^{2 +}$ 被氧化；加入少量对应的酸，抑制 $Fe^{2 +}$ 水解
$Fe^{3 +}$ 的盐溶液：加入少量对应的酸，抑制 $Fe^{3 +}$ 水解

$Fe^{2 +}$ 与 $Fe^{3 +}$ 的检验

直接观察颜色
- 含有 $Fe^{2 +}$ 的溶液呈浅绿色
- 含有 $Fe^{3 +}$ 的溶液呈黄色
利用显色反应
- $KSCN$ 溶液
  - 溶液变红色： $Fe^{3 +}$
  - 溶液不变色，加入 $HCl$ / 氯水，变红色： $Fe^{2 +}$
- 苯酚
  - 溶液呈紫色： $Fe^{2 +}$
利用 $Fe (OH)_{3}$ 沉淀的颜色
- $NaOH$ 溶液
  - 红褐色沉淀： $Fe^{3 +}$
  - 生成白色絮状沉淀，白色沉淀变为灰绿色，最后变为红褐色： $Fe^{2 +}$
利用 $Fe^{3 +}$ 的氧化性
- $Cu$ 片
  - 铜被腐蚀，溶液变为蓝绿色： $Fe^{3 +}$
- 淀粉 $- KI$ 试纸
  - 变蓝： $Fe^{3 +}$
- $H_{2} S$ 水溶液
  - 产生淡黄色沉淀： $Fe^{3 +}$
利用 $Fe^{2 +}$ 的还原性
- 溴水
  - 溴水褪色： $Fe^{2 +}$
- $KMnO_{4}$ 溶液
  - 紫色褪去： $Fe^{2 +}$
利用 $Fe^{2 +}$ 的特殊反应
- $K_{3} [Fe (CN)_{6}]$
  - 蓝色沉淀 $KFe [Fe (CN)_{6}]$ : $Fe^{2 +}$

元素及其化合物 · 二 · 「铁 (Fe) 及其化合物」 ​

铁单质 ​

物理性质 ​

化学性质 ​

铁的氧化物 ​

物理性质 ​

化学性质 ​

铁的氢氧化物 ​

物理性质 ​

化学性质 ​

铁盐与亚铁盐 ​

FeA2+ ​

FeA3+ ​

常见的铁盐与亚铁盐 ​

盐溶液保存 ​

FeA2+ 与 FeA3+ 的检验 ​

铁及其重要化合物的转化 ​

元素及其化合物 · 二 · 「铁 $(Fe)$ 及其化合物」

铁单质

物理性质

化学性质

铁的氧化物

物理性质

化学性质

铁的氢氧化物

物理性质

化学性质

铁盐与亚铁盐

$Fe^{2 +}$

$Fe^{3 +}$

常见的铁盐与亚铁盐

盐溶液保存

$Fe^{2 +}$ 与 $Fe^{3 +}$ 的检验

铁及其重要化合物的转化