铁和铁的化合物知识拾萃

铁是一种常见的过渡金属元素，位于元素周期表的第四周期第Ⅷ副族，通常有+2、+3两种化合价。金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性能，较好的导电、导热性能和耐腐蚀性能。

铁是地球中分布最广、最常用的金属之一，约占地壳总质量的5.1%，在地壳中的含量仅次于氧、硅和铝，居第四位。铁在自然界通常以化合物的形式存在，只有从太空中掉下来的陨石中才能发现单质铁。它是一种历史悠久、应用最广泛、用量最大的金属。

学习铁及其化合物的性质要注意：

⑴ 抓价态：从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化还原反应规律。

⑵ 想属类：如铁是一种比较活泼的过渡金属，氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物，氢氧化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱，氯化铁为强酸弱碱盐，由此去分析理解它们各自所具有的性质。

一、金属铁

⒈ 铁片是银白色的，铁粉呈黑色，熔沸点高。

⒉ 铁有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。

⒊ 铁丝在纯氧中燃烧生成四氧化三铁，红热的铁丝在氯气中反应生成氯化铁，铁粉与硫粉混合加热时反应生成硫化亚铁；

3Fe+2O2=点燃=Fe3O4

现象：剧烈燃烧,火星四射，放出热量，生成一种黑色固体。

2Fe+3Cl2=点燃=2FeCl3

现象：铁丝在氯气中燃烧,火星四射，生成棕黄色的烟。

S+Fe=加热=FeS

现象：开始无现象，加热到一定温度时，反应开始，混合物开始变红，放热，反应之后，反应物逐渐变黑。

⒋ 铁发生置换反应，往往生成亚铁盐；铁与非氧化性酸(盐酸、稀硫酸、醋酸等)反应生成氢气和亚铁盐；

Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑

⒌ 铁与浓硫酸或浓硝酸在常温下发生“钝化”现象，即生成致密氧化膜使得反应停止。

⒍ 铁与过量稀硝酸反应生成一氧化氮和硝酸铁，铁与不足量稀硝酸反应可能生成一氧化氮和硝酸亚铁

Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O

⒎ 与部分盐溶液反应生成亚铁盐；

Fe＋Cu2+=Fe2+＋Cu

Fe＋2Fe3+=3Fe2+

⒏ 红热的铁与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气；

3Fe+4H2O(g)=高温=Fe3O4+4H2

⒐ 纯铁不易生锈，但生铁（含碳杂质的铁）在潮湿的空气中易生锈。

（原因：形成了铁碳原电池。）。

⒑ 铁发生电化学腐蚀，电极反应方程式为：Fe-2e¯=Fe2+

二、钢铁的冶炼

⒈铁矿石的俗名和成分

⑴铁丹、铁红、赭石、赤铁矿，主要化学成分：Fe2O3

⑵铁黄、铁锈，主要化学成分：Fe2O3·nH2O

⑶铁黑、磁铁矿，主要化学成分：Fe3O4

⑷褐铁矿，主要化学成分：2Fe2O3·3H2O

⑸菱铁矿，主要化学成分：FeCO3

⑹黄铁矿、硫铁矿、愚人金，主要化学成分：FeS2

⑺绿矾、黑矾，主要化学成分：FeSO4·7H2O

⒉ 炼铁

(1)反应原理：利用氧化——还原反应，在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。

(2)原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气

(3)设备：高炉

(4)生产过程

①还原剂的生成

C+O2=点燃=CO2

CO2+C=△=2CO

②铁矿石还原成铁

Fe2O3+3CO=△=2Fe+3CO2↑

③除脉石、炉渣的形成

CaCO3=高温=CaO+CO2↑

SiO2+CaO=高温=CaSiO3

⒊ 炼钢

(1)设备：氧气顶吹转炉

(2)主要原料：炼钢生铁、生石灰、氧气。

(3)反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去。

(4)炼钢时的主要反应：

①氧化剂的生成，热能的来源 2Fe+O=高温=2FeO

②降低碳的含量 C+FeO=高温=CO+Fe

③除去S、P等杂质

④加硅铁、锰铁、铝除剩余FeO——脱氧

2FeO+Si=高温=2Fe+SiO2

⒋ 铁的合金

一般地说，含碳量在2%～4.3%的铁的合金叫做生铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。

一般地说，含碳量在0.03%～2%的铁的合金叫做钢。钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以铸造。

钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢就是普通的钢。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能。

三、铁的氧化物

⒈ 种类：

氧化亚铁，黑色，不稳定；

氧化铁，红色(红色颜料--铁红，铁锈的主要成分)；

四氧化三铁，黑色（磁性氧化铁）

⒉ Fe3O4是复杂化合物，在晶体中有1/3的Fe是+2价，2/3的Fe是+3价，可看成FeO·Fe2O3，不是一般的氧化物。

⒊ 跟盐酸反应，生成氯化物，铁的价态不变；

FeO+2HCl==FeCl2+H2O

Fe2O3+6HCl==2FeCl2+3H2O

Fe3O4+8HCl==FeCl2+2FeCl3+4H2O

⒋ 跟硝酸反应，四氧化三铁和氧化亚铁可被氧化为三价铁。

FeO+2HNO3==Fe(NO3)3+H2O

Fe2O3+6HNO3==2Fe(NO3)3+3H2O

Fe3O4+8HNO3==Fe(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O

注：铁的氧化物与硝酸反应的定量规律：生成的H2O的物质的量等于H2HNO3物质的量的一半。

⒌ 铁的氧化物跟CO高温反应，被还原成铁(工业炼铁反应)；

Fe3O4+4CO=高温=3Fe+4CO2
Fe2O3+3CO=高温=3Fe+3CO2

FeO+CO=高温=Fe+CO2

⒍ 铁的氧化物跟氢气高温反应，被还原成铁。

FeO+H2=高温=Fe+H2O

Fe2O3+3H2=高温=2Fe+3H2O

Fe3O4+4H2=高温=3Fe+4H2O

注：

⑴ 铁的氧化物与CO在高温下反应的定量规律：生成的二氧化碳的物质的量等于氧化物中的氧元素的原子数。

⑵ 铁的氧化物与氢气在高温下反应的定量规律：生成的H2O的物质的量等于H2的物质的量。

⒎ 铁的氧化物跟铝在高温下发生铝热反应，被还原成铁(野外炼铁反应)；

Fe2O3+2Al=高温=2Fe+Al2O3

3Fe3O4+8Al=高温=9Fe+4Al2O3

四、铁的氢氧化物

⒈ 种类：

氢氧化亚铁，白色，不稳定；

氢氧化铁，红褐色；

⒉ 氢氧化铁属于弱碱，加热生成氧化铁和水。

2Fe(OH)3==Fe3O3+3H2O

⒊ 氢氧化亚铁具有还原性，能和水以及空气中的氧气反应生成氢氧化铁。

现象：白色沉淀→灰绿色→红褐色

⒋ 氢氧化亚铁与氢氧化铁能与较强的酸发生中和反应

Fe(OH)2+2HCl==FeCl2+2H2O
Fe(OH)3+3HCl==FeCl3+3H2O
Fe(OH)2+H2SO4==FeSO4+2H2O
2Fe(OH)3+3H2SO4==Fe2(SO4)3+6H2O
离子方程式：
Fe(OH)2＋2H+=Fe2+＋2H2O
Fe(OH)3＋3H+=Fe3+＋3H2O

⒌ 氢氧化铁与还原性较强的酸除了发生中和反应，还得到氧化产物，如：2Fe(OH)3+6HI=2FeI2+I2+H2O。

⒍ 氢氧化亚铁与氧化性较强的酸除了发生中和反应，还得到还原产物，如：

10HNO3+3Fe(OH)2=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O。

五、铁离子的性质

⒈ Fe3+在水溶液中显棕黄色

⒉ Fe3+为最高价，具有氧化性。

⒊ 三价铁盐溶液中加入碱溶液，生成红褐色沉淀。

⒋ 三价铁盐溶液中滴加KSCN或NH₄SCN溶液，溶液变血红色（检验Fe3+的特征反应）。

⒌ 三价铁离子与酚类作用显示特殊颜色，如遇苯酚显紫色。

⒍ 苯与卤素(Cl2，Br2)反应时加铁屑催化，实质是铁盐起催化作用。

⒎ 铁离子具有很强的水解能力，只存在于酸性溶液中。

六、亚铁离子的性质

⒈ Fe2+在水溶液中显浅绿色。

⒉ Fe2+处于中间价态，既具有还原性，又具有一定的氧化性。

⒊ 亚铁盐溶液中加入碱溶液生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。

⒋ 二价铁盐溶液滴加KSCN溶液不变红色，如果再加氯水，变红色(检验Fe2+)。

⒌ 二价铁盐溶液滴加K3[Fe(CN)6]溶液，生成蓝色沉淀(检验Fe2+的特征反应)。

⒍ 在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2+被氧化为Fe3+。

七、铁离子和亚铁离子的转化

从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知：Fe只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化。

㈠ Fe→Fe2+

铁在化学反应中，当遇弱氧化剂(如S、H+、Cu2+、I2等)时，铁只能失去最外层的两个电子，而生成+2价铁的化合物。

S+Fe=加热=FeS

Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑

Fe＋Cu2+=Fe2+＋Cu

Fe+I2=加热=FeI2

㈡ Fe→Fe3+

当遇到强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时，铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物。

2Fe+3Cl2=点燃=2FeCl3

Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2

㈢ Fe2+→Fe3+

⒈ 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。

⒉ 在酸性溶液中，Fe2+易被空气中的氧氧化：

4Fe2+＋O2＋4H+=4Fe3+＋2H₂O

亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是：12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3

⒊ 在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把NO-3还原成NO或NH3；

3Fe2+＋NO3-＋4H+=3Fe3+＋NO↑＋2H2O

8Fe2+＋NO3-＋10H+=8Fe3+＋NH4+＋H2O

⒋ 5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+

在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液由浅绿色变棕黄色，在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液，溶液由紫红变棕黄。

⒌ 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O

㈣ Fe3+→Fe2+

⒈ 在FeCl3溶液中滴加适量的Na2S溶液,溶液变浑浊，滤去沉淀则滤液为浅绿色；如加入过量的Na2S溶液，则又有黑色沉淀生成（FeS）

2Fe3++S2+=2Fe2++S

向Fe3+溶液中通入H2S气体的离子方程式为：

2Fe3+＋H2S=2Fe2+＋S↓＋2H+

⒉ Fe3+能被SO32－还原成Fe2+

2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+

⒊ Fe3+能被I-还原成Fe2+：

2Fe3++2I－=2Fe2++I2

⒌ Fe3+在酸性溶液中容易被SnCl2等还原成Fe2+：

2Fe3+＋Sn2+=2Fe2＋Sn4+

⒍ Fe3+还能被金属铁还原：

2Fe3+＋Fe=3Fe2+

⒎ 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。

㈤ Fe3+→Fe

Fe2O3+3H2=高温=2Fe+3H2O

Fe2O3+3CO=高温=3Fe+3CO2

Fe2O3+2Al=高温=2Fe+Al2O3

㈥ Fe2+→Fe

FeO+H2=高温=Fe+H2O

FeO+CO=高温=Fe+CO2

八、Fe2+与Fe3+的颜色变化

㈠ Fe2+的颜色变化

⒈ Fe2+通常表现还原性（还原性弱于Fe、Cu、KI等），加入氧化剂，将其氧化转化为Fe3+，溶液颜色由浅绿色变为棕黄色。

2Fe2+＋Cl2=2Fe3+＋2Cl-

⒉ 亚铁盐溶液中加入碱溶液生成白色沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。

（加氨水）Fe2+＋2NH3·H2O=Fe(OH)2↓＋2NH4+白至绿

（加强碱）Fe2+＋2OH-=Fe(OH)2↓白至绿

4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3↓红褐

㈡ Fe3+的颜色变化

⒈向FeCl3溶液中加几滴KSCN溶液呈红色。

Fe3+＋SCN−==［Fe(SCN)］2+

⒉加碱法：FeCl3溶液与NaOH溶液反应，生成红褐色沉淀。

（加氨水）Fe3+＋3NH3·H2O=Fe(OH)3↓＋3NH4+红褐

（加强碱）Fe3+＋3OH‾==Fe(OH)3↓红褐

⒊向FeCl3溶液溶液中通入H2S气体，生成淡黄色沉淀。

2Fe3+＋H2S=2Fe2+＋2H+＋S↓

⒋向FeCl3溶液中加入几滴Na2S溶液，生成淡黄色沉淀；当加入的Na2S溶液过量时，又生成黑色沉淀。

2Fe3+＋S2-=2Fe2+＋S↓

Fe2+＋S2-=FeS↓(黑)

⒌向FeCl3溶液中加入过量Fe粉时，溶液变浅绿色。

2Fe3+＋Fe=3Fe2+

⒍向FeCl3溶液中加入过量Cu粉，溶液变蓝绿色。

2Fe3+＋Cu=2Fe2+＋Cu2+

⒎将FeCl3溶液滴入淀粉KI溶液中，溶液变蓝色。

2Fe3+＋2I‾=2Fe2+＋I2

碘遇淀粉变蓝。

⒏ 向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液，溶液变紫色。

Fe3+＋6C6H5OH→［Fe(C6H5O)6］3−＋6H+（了解）

九、Fe2+与Fe3+的鉴别方法

Fe2+与Fe3+的性质不同而又可以相互转化，中学化学中可用以下几种方法加以鉴别：

⒈观察法

其溶液呈棕黄色者是Fe3+溶液，呈浅绿色者是Fe2+溶液。

⒉ H2S法

用2支试管分取两种溶液各少量，分别通入H2S气体或加入氢硫酸，有浅黄色沉淀析出者是Fe3+溶液，而Fe2+溶液不反应。

2Fe3+＋H2S=2Fe2+＋2H+＋S↓

⒊可溶性硫氰化物法

用2支试管分取两种溶液各少量，分别滴入可溶性硫氰化物(如 KSCN、NaSCN、NH4SCN)等溶液，呈血红色者是Fe3+溶液，这是鉴别鉴别Fe3+与Fe2+最常用、最灵敏的方法。

Fe3+＋SCN−==［Fe(SCN)］2+

不变血红色的是Fe2+的溶液，因为Fe2+与SCN-生成的络合物 Fe(SCN)2为无色的。

Fe2+＋2SCN-=Fe(SCN)2

再滴加新制氯水，溶液立即变红色。

2Fe2+＋Cl2=2Fe3+＋2Cl-

⒋苯酚法

在盛苯酚溶液的2支试管中分别滴入几滴二溶液，显透明紫色的是Fe3+溶液，（苯酚与 Fe3+生成紫色的络离子），无此现象的是Fe2+的溶液。

Fe3+＋6C6H5OH→［Fe(C6H5O)6］3−＋6H+

⒌碱液法

用2支试管分别取两种溶液，分别通入氨气或碱液，生成红褐色沉淀的是Fe3+溶液，生成白色沉淀并迅速变为灰绿色、最终变成红褐色的是Fe2+溶液。

Fe3+＋3NH3·H2O==Fe(OH)3↓＋3NH4+；

Fe3+＋3OH‾==Fe(OH)3↓

Fe2+＋2NH3·H2O==Fe(OH)2↓＋2NH4+；

4Fe(OH)2＋2H2O＋O2==4Fe(OH)3

⒍淀粉碘化钾试纸法

用2支试管分取两种溶液各少量，分别将碘化钾淀粉试纸浸入两种溶液中，能使淀粉KI试纸变蓝的是Fe3+溶液，

2Fe3+＋2I‾=2Fe2+＋I2

不能使试纸变蓝的是Fe2+的溶液。

⒎铜片法

在铜片的两个位置上分别滴上二溶液，过一段时间后铜片腐蚀且溶液渐渐变为蓝色的是Fe3+溶液，无明显现象的是Fe2+溶液。

2Fe3+＋Cu=2Fe2+＋Cu2+

⒏高锰酸钾法

分取二溶液分别加入酸性高锰酸钾溶液中，振荡，能使高锰酸钾溶液的紫红色变浅的是Fe2+溶液，

5Fe2+＋MnO4−＋8H+=5Fe3+＋Mn2+＋4H2O

不能使酸性高锰酸钾溶液褪色的是 Fe3+的溶液。

⒐黄血盐法

取二溶液分别滴入黄血盐溶液，出现普鲁士蓝沉淀的是Fe3+的溶液，无普鲁士蓝沉淀生成的是Fe2+的溶液。

4Fe3+＋3Fe(CN)64-=Fe4[Fe(CN)6]3↓普鲁士蓝

⒑赤血盐法

取二溶液分别滴入赤血盐溶液，出现滕氏蓝沉淀的是Fe2+的溶液，无滕氏蓝沉淀生成的是Fe3+的溶液

3Fe2+＋2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓滕氏蓝

⒒纯碱法

取二溶液分别滴入纯碱溶液，产生灰色沉淀的是含Fe2+的溶液。

Fe2+＋CO32-=FeCO3↓灰色

生成红褐色沉淀的是Fe3+的溶液：

2Fe3+＋3CO32-＋3H2O=3CO2↑＋2Fe(OH)3↓红褐色

⒓双氧水法

取二溶液，分别滴入双氧水和氰化钾溶液，产生红褐色沉淀的是Fe2+的溶液

6FeSO4＋12KCN＋3H2O2=4Fe(CN)3＋6K2SO4＋2Fe(OH)3↓红褐色

⒔铬酸钾法

分取二溶液，分别加入铬酸钾和硫酸的混合液，有深绿色沉淀生成的是Fe2+的溶液：

6Fe2+＋2CrO42-＋10H+=6Fe3+＋5H2O＋Cr2O3↓深绿色

无深绿色沉淀生成的是Fe3+的溶液。

⒕溴水法

在分别盛有用硫酸酸化的溴水的2支试管中，分别滴入二溶液，振荡，能使溴水褪色的是Fe2+的溶液：

2Fe2+＋Br2=2Fe3+＋2Br-

不能使溴水褪色的是Fe3+溶液。