鐵和鐵的化合物知識拾萃

鐵是一種常見的過渡金屬元素，位於元素週期表的第四周期第Ⅷ副族，通常有+2、+3兩種化合價。金屬的密度一般比較大，熔沸點較高，有較高的硬度、較好的延展性和機械加工性能，較好的導電、導熱性能和耐腐蝕性能。

鐵是地球中分佈最廣、最常用的金屬之一，約佔地殼總質量的5.1%，在地殼中的含量僅次於氧、硅和鋁，居第四位。鐵在自然界通常以化合物的形式存在，只有從太空中掉下來的隕石中才能發現單質鐵。它是一種歷史悠久、應用最廣泛、用量最大的金屬。

學習鐵及其化合物的性質要注意：

⑴ 抓價態：從鐵元素三種價態的相互轉化(鐵三角關係)去認識鐵及其化合物間的氧化還原反應規律。

⑵ 想屬類：如鐵是一種比較活潑的過渡金屬，氧化亞鐵、氧化鐵爲鹼性氧化物，氫氧化亞鐵、氫氧化鐵爲不溶性弱鹼，氯化鐵爲強酸弱鹼鹽，由此去分析理解它們各自所具有的性質。

一、金屬鐵

⒈ 鐵片是銀白色的，鐵粉呈黑色，熔沸點高。

⒉ 鐵有較好的導電、傳熱性，能被磁鐵吸引，也能被磁化。

⒊ 鐵絲在純氧中燃燒生成四氧化三鐵，紅熱的鐵絲在氯氣中反應生成氯化鐵，鐵粉與硫粉混合加熱時反應生成硫化亞鐵；

3Fe+2O2=點燃=Fe3O4

現象：劇烈燃燒,火星四射，放出熱量，生成一種黑色固體。

2Fe+3Cl2=點燃=2FeCl3

現象：鐵絲在氯氣中燃燒,火星四射，生成棕黃色的煙。

S+Fe=加熱=FeS

現象：開始無現象，加熱到一定溫度時，反應開始，混合物開始變紅，放熱，反應之後，反應物逐漸變黑。

⒋ 鐵發生置換反應，往往生成亞鐵鹽；鐵與非氧化性酸(鹽酸、稀硫酸、醋酸等)反應生成氫氣和亞鐵鹽；

Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑

⒌ 鐵與濃硫酸或濃硝酸在常溫下發生“鈍化”現象，即生成緻密氧化膜使得反應停止。

⒍ 鐵與過量稀硝酸反應生成一氧化氮和硝酸鐵，鐵與不足量稀硝酸反應可能生成一氧化氮和硝酸亞鐵

Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O

3Fe+8HNO3(稀)=3Fe(NO3)2+2NO↑+4H2O

⒎ 與部分鹽溶液反應生成亞鐵鹽；

Fe＋Cu2+=Fe2+＋Cu

Fe＋2Fe3+=3Fe2+

⒏ 紅熱的鐵與水蒸氣反應生成四氧化三鐵和氫氣；

3Fe+4H2O(g)=高溫=Fe3O4+4H2

⒐ 純鐵不易生鏽，但生鐵（含碳雜質的鐵）在潮溼的空氣中易生鏽。

（原因：形成了鐵碳原電池。）。

⒑ 鐵發生電化學腐蝕，電極反應方程式爲：Fe-2e¯=Fe2+

二、鋼鐵的冶煉

⒈鐵礦石的俗名和成分

⑴鐵丹、鐵紅、赭石、赤鐵礦，主要化學成分：Fe2O3

⑵鐵黃、鐵鏽，主要化學成分：Fe2O3·nH2O

⑶鐵黑、磁鐵礦，主要化學成分：Fe3O4

⑷褐鐵礦，主要化學成分：2Fe2O3·3H2O

⑸菱鐵礦，主要化學成分：FeCO3

⑹黃鐵礦、硫鐵礦、愚人金，主要化學成分：FeS2

⑺綠礬、黑礬，主要化學成分：FeSO4·7H2O

⒉ 鍊鐵

(1)反應原理：利用氧化——還原反應，在高溫下，用還原劑(主要是CO)把鐵從鐵礦石裡還原出來。

(2)原料：鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣

(3)設備：高爐

(4)生產過程

①還原劑的生成

C+O2=點燃=CO2

CO2+C=△=2CO

②鐵礦石還原成鐵

Fe2O3+3CO=△=2Fe+3CO2↑

③除脈石、爐渣的形成

CaCO3=高溫=CaO+CO2↑

SiO2+CaO=高溫=CaSiO3

⒊ 鍊鋼

(1)設備：氧氣頂吹轉爐

(2)主要原料：鍊鋼生鐵、生石灰、氧氣。

(3)反應原理：利用氧化還原反應，在高溫下，用氧化劑把生鐵中過多的碳和其它雜質氧化爲氣體或爐渣除去。

(4)鍊鋼時的主要反應：

①氧化劑的生成，熱能的來源 2Fe+O=高溫=2FeO

②降低碳的含量 C+FeO=高溫=CO+Fe

③除去S、P等雜質

④加硅鐵、錳鐵、鋁除剩餘FeO——脫氧

2FeO+Si=高溫=2Fe+SiO2

⒋ 鐵的合金

一般地說，含碳量在2%～4.3%的鐵的合金叫做生鐵。生鐵裡除含碳外，還含有硅、錳以及少量的硫、磷等，它可鑄不可煅。根據碳的存在形式可分爲鍊鋼生鐵、鑄造生鐵和球墨鑄鐵等幾種。

一般地說，含碳量在0.03%～2%的鐵的合金叫做鋼。鋼堅硬有韌性、彈性，可以鍛打、壓延，也可以鑄造。

鋼的分類方法很多，如果按化學成分分類，鋼可以分爲碳素鋼和合金鋼兩大類。碳素鋼就是普通的鋼。合金鋼也叫特種鋼，是在碳素鋼是適當地加入一種或幾種，如錳、鉻、鎳、鎢、銅等合金元素而製成的。合金元素使合金鋼具有各種不同的特殊性能。

三、鐵的氧化物

⒈ 種類：

氧化亞鐵，黑色，不穩定；

氧化鐵，紅色(紅色顏料--鐵紅，鐵鏽的主要成分)；

四氧化三鐵，黑色（磁性氧化鐵）

⒉ Fe3O4是複雜化合物，在晶體中有1/3的Fe是+2價，2/3的Fe是+3價，可看成FeO·Fe2O3，不是一般的氧化物。

⒊ 跟鹽酸反應，生成氯化物，鐵的價態不變；

FeO+2HCl==FeCl2+H2O

Fe2O3+6HCl==2FeCl2+3H2O

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

⒋ 跟硝酸反應，四氧化三鐵和氧化亞鐵可被氧化爲三價鐵。

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

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

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

注：鐵的氧化物與硝酸反應的定量規律：生成的H2O的物質的量等於H2HNO3物質的量的一半。

⒌ 鐵的氧化物跟CO高溫反應，被還原成鐵(工業鍊鐵反應)；

Fe3O4+4CO=高溫=3Fe+4CO2Fe2O3+3CO=高溫=3Fe+3CO2

FeO+CO=高溫=Fe+CO2

⒍ 鐵的氧化物跟氫氣高溫反應，被還原成鐵。

FeO+H2=高溫=Fe+H2O

Fe2O3+3H2=高溫=2Fe+3H2O

Fe3O4+4H2=高溫=3Fe+4H2O

注：

⑴ 鐵的氧化物與CO在高溫下反應的定量規律：生成的二氧化碳的物質的量等於氧化物中的氧元素的原子數。

⑵ 鐵的氧化物與氫氣在高溫下反應的定量規律：生成的H2O的物質的量等於H2的物質的量。

⒎ 鐵的氧化物跟鋁在高溫下發生鋁熱反應，被還原成鐵(野外鍊鐵反應)；

Fe2O3+2Al=高溫=2Fe+Al2O3

3Fe3O4+8Al=高溫=9Fe+4Al2O3

四、鐵的氫氧化物

⒈ 種類：

氫氧化亞鐵，白色，不穩定；

氫氧化鐵，紅褐色；

⒉ 氫氧化鐵屬於弱鹼，加熱生成氧化鐵和水。

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

⒊ 氫氧化亞鐵具有還原性，能和水以及空氣中的氧氣反應生成氫氧化鐵。

現象：白色沉澱→灰綠色→紅褐色

⒋ 氫氧化亞鐵與氫氧化鐵能與較強的酸發生中和反應

Fe(OH)2+2HCl==FeCl2+2H2OFe(OH)3+3HCl==FeCl3+3H2OFe(OH)2+H2SO4==FeSO4+2H2O2Fe(OH)3+3H2SO4==Fe2(SO4)3+6H2O離子方程式：Fe(OH)2＋2H+=Fe2+＋2H2OFe(OH)3＋3H+=Fe3+＋3H2O

⒌ 氫氧化鐵與還原性較強的酸除了發生中和反應，還得到氧化產物，如：2Fe(OH)3+6HI=2FeI2+I2+H2O。

⒍ 氫氧化亞鐵與氧化性較強的酸除了發生中和反應，還得到還原產物，如：

10HNO3+3Fe(OH)2=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O。

五、鐵離子的性質

⒈ Fe3+在水溶液中顯棕黃色

⒉ Fe3+爲最高價，具有氧化性。

⒊ 三價鐵鹽溶液中加入鹼溶液，生成紅褐色沉澱。

⒋ 三價鐵鹽溶液中滴加KSCN或NH₄SCN溶液，溶液變血紅色（檢驗Fe3+的特徵反應）。

⒌ 三價鐵離子與酚類作用顯示特殊顏色，如遇苯酚顯紫色。

⒍ 苯與鹵素(Cl2，Br2)反應時加鐵屑催化，實質是鐵鹽起催化作用。

⒎ 鐵離子具有很強的水解能力，只存在於酸性溶液中。

六、亞鐵離子的性質

⒈ Fe2+在水溶液中顯淺綠色。

⒉ Fe2+處於中間價態，既具有還原性，又具有一定的氧化性。

⒊ 亞鐵鹽溶液中加入鹼溶液生成白色沉澱，迅速變成灰綠色，最後變成紅褐色。

⒋ 二價鐵鹽溶液滴加KSCN溶液不變紅色，如果再加氯水，變紅色(檢驗Fe2+)。

⒌ 二價鐵鹽溶液滴加K3[Fe(CN)6]溶液，生成藍色沉澱(檢驗Fe2+的特徵反應)。

⒍ 在亞鐵鹽溶液中加入鐵釘可防止Fe2+被氧化爲Fe3+。

七、鐵離子和亞鐵離子的轉化

從Fe、Fe2+和Fe3+的結構可知：Fe只有還原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有還原性。上述微粒通過跟一定的氧化劑或還原劑發生氧化還原反應，才能實現不同價態的鐵相互轉化。

㈠ Fe→Fe2+

鐵在化學反應中，當遇弱氧化劑(如S、H+、Cu2+、I2等)時，鐵只能失去最外層的兩個電子，而生成+2價鐵的化合物。

S+Fe=加熱=FeS

Fe＋2H+=Fe2+＋H2↑

Fe＋Cu2+=Fe2+＋Cu

Fe+I2=加熱=FeI2

㈡ Fe→Fe3+

當遇到強氧化劑(如Cl2、Br2、HNO3等)時，鐵原子可以再失去次外層上的一個電子而生成+3價鐵的化合物。

2Fe+3Cl2=點燃=2FeCl3

Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+2H2

㈢ Fe2+→Fe3+

⒈ 2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-（在亞鐵鹽溶液中通入氯氣，溶液由淺綠色變爲棕黃色）。

⒉ 在酸性溶液中，Fe2+易被空氣中的氧氧化：

4Fe2+＋O2＋4H+=4Fe3+＋2H₂O

亞鐵鹽溶液在空氣中容易變質，如綠礬露置於空氣中則是：12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3

⒊ 在鹼性溶液中，Fe2+的還原性更強，它能把NO-3還原成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，溶液由淺綠色變棕黃色，在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液，溶液由紫紅變棕黃。

⒌ 2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O

㈣ Fe3+→Fe2+

⒈ 在FeCl3溶液中滴加適量的Na2S溶液,溶液變渾濁，濾去沉澱則濾液爲淺綠色；如加入過量的Na2S溶液，則又有黑色沉澱生成（FeS）

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

向Fe3+溶液中通入H2S氣體的離子方程式爲：

2Fe3+＋H2S=2Fe2+＋S↓＋2H+

⒉ Fe3+能被SO32－還原成Fe2+

2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+

⒊ Fe3+能被I-還原成Fe2+：

2Fe3++2I－=2Fe2++I2

⒌ Fe3+在酸性溶液中容易被SnCl2等還原成Fe2+：

2Fe3+＋Sn2+=2Fe2＋Sn4+

⒍ Fe3+還能被金屬鐵還原：

2Fe3+＋Fe=3Fe2+

⒎ 2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,電路板的製作是利用FeCl3溶液與裸露的銅反應。

㈤ Fe3+→Fe

Fe2O3+3H2=高溫=2Fe+3H2O

Fe2O3+3CO=高溫=3Fe+3CO2

Fe2O3+2Al=高溫=2Fe+Al2O3

㈥ Fe2+→Fe

FeO+H2=高溫=Fe+H2O

FeO+CO=高溫=Fe+CO2

八、Fe2+與Fe3+的顏色變化

㈠ Fe2+的顏色變化

⒈ Fe2+通常表現還原性（還原性弱於Fe、Cu、KI等），加入氧化劑，將其氧化轉化爲Fe3+，溶液顏色由淺綠色變爲棕黃色。

2Fe2+＋Cl2=2Fe3+＋2Cl-

⒉ 亞鐵鹽溶液中加入鹼溶液生成白色沉澱，迅速變成灰綠色，最後變成紅褐色。

（加氨水）Fe2+＋2NH3·H2O=Fe(OH)2↓＋2NH4+白至綠

（加強鹼）Fe2+＋2OH-=Fe(OH)2↓白至綠

4Fe(OH)2＋2H2O＋O2=4Fe(OH)3↓紅褐

㈡ Fe3+的顏色變化

⒈向FeCl3溶液中加幾滴KSCN溶液呈紅色。

Fe3+＋SCN−==［Fe(SCN)］2+

⒉加鹼法：FeCl3溶液與NaOH溶液反應，生成紅褐色沉澱。

（加氨水）Fe3+＋3NH3·H2O=Fe(OH)3↓＋3NH4+紅褐

（加強鹼）Fe3+＋3OH‾==Fe(OH)3↓紅褐

⒊向FeCl3溶液溶液中通入H2S氣體，生成淡黃色沉澱。

2Fe3+＋H2S=2Fe2+＋2H+＋S↓

⒋向FeCl3溶液中加入幾滴Na2S溶液，生成淡黃色沉澱；當加入的Na2S溶液過量時，又生成黑色沉澱。

2Fe3+＋S2-=2Fe2+＋S↓

Fe2+＋S2-=FeS↓(黑)

⒌向FeCl3溶液中加入過量Fe粉時，溶液變淺綠色。

2Fe3+＋Fe=3Fe2+

⒍向FeCl3溶液中加入過量Cu粉，溶液變藍綠色。

2Fe3+＋Cu=2Fe2+＋Cu2+

⒎將FeCl3溶液滴入澱粉KI溶液中，溶液變藍色。

2Fe3+＋2I‾=2Fe2+＋I2

碘遇澱粉變藍。

⒏ 向FeCl3溶液中滴入苯酚溶液，溶液變紫色。

Fe3+＋6C6H5OH→［Fe(C6H5O)6］3−＋6H+（瞭解）

九、Fe2+與Fe3+的鑑別方法

Fe2+與Fe3+的性質不同而又可以相互轉化，中學化學中可用以下幾種方法加以鑑別：

⒈觀察法

其溶液呈棕黃色者是Fe3+溶液，呈淺綠色者是Fe2+溶液。

⒉ H2S法

用2支試管分取兩種溶液各少量，分別通入H2S氣體或加入氫硫酸，有淺黃色沉澱析出者是Fe3+溶液，而Fe2+溶液不反應。

2Fe3+＋H2S=2Fe2+＋2H+＋S↓

⒊可溶性硫氰化物法

用2支試管分取兩種溶液各少量，分別滴入可溶性硫氰化物(如 KSCN、NaSCN、NH4SCN)等溶液，呈血紅色者是Fe3+溶液，這是鑑別鑑別Fe3+與Fe2+最常用、最靈敏的方法。

Fe3+＋SCN−==［Fe(SCN)］2+

不變血紅色的是Fe2+的溶液，因爲Fe2+與SCN-生成的絡合物 Fe(SCN)2爲無色的。

Fe2+＋2SCN-=Fe(SCN)2

再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。

2Fe2+＋Cl2=2Fe3+＋2Cl-

⒋苯酚法

在盛苯酚溶液的2支試管中分別滴入幾滴二溶液，顯透明紫色的是Fe3+溶液，（苯酚與 Fe3+生成紫色的絡離子），無此現象的是Fe2+的溶液。

Fe3+＋6C6H5OH→［Fe(C6H5O)6］3−＋6H+

⒌鹼液法

用2支試管分別取兩種溶液，分別通入氨氣或鹼液，生成紅褐色沉澱的是Fe3+溶液，生成白色沉澱並迅速變爲灰綠色、最終變成紅褐色的是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澱粉碘化鉀試紙法

用2支試管分取兩種溶液各少量，分別將碘化鉀澱粉試紙浸入兩種溶液中，能使澱粉KI試紙變藍的是Fe3+溶液，

2Fe3+＋2I‾=2Fe2+＋I2

不能使試紙變藍的是Fe2+的溶液。

⒎銅片法

在銅片的兩個位置上分別滴上二溶液，過一段時間後銅片腐蝕且溶液漸漸變爲藍色的是Fe3+溶液，無明顯現象的是Fe2+溶液。

2Fe3+＋Cu=2Fe2+＋Cu2+

⒏高錳酸鉀法

分取二溶液分別加入酸性高錳酸鉀溶液中，振盪，能使高錳酸鉀溶液的紫紅色變淺的是Fe2+溶液，

5Fe2+＋MnO4−＋8H+=5Fe3+＋Mn2+＋4H2O

不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色的是 Fe3+的溶液。

⒐黃血鹽法

取二溶液分別滴入黃血鹽溶液，出現普魯士藍沉澱的是Fe3+的溶液，無普魯士藍沉澱生成的是Fe2+的溶液。

4Fe3+＋3Fe(CN)64-=Fe4[Fe(CN)6]3↓普魯士藍

⒑赤血鹽法

取二溶液分別滴入赤血鹽溶液，出現滕氏藍沉澱的是Fe2+的溶液，無滕氏藍沉澱生成的是Fe3+的溶液

3Fe2+＋2[Fe(CN)6]3-=Fe3[Fe(CN)6]2↓滕氏藍

⒒純鹼法

取二溶液分別滴入純鹼溶液，產生灰色沉澱的是含Fe2+的溶液。

Fe2+＋CO32-=FeCO3↓灰色

生成紅褐色沉澱的是Fe3+的溶液：

2Fe3+＋3CO32-＋3H2O=3CO2↑＋2Fe(OH)3↓紅褐色

⒓雙氧水法

取二溶液，分別滴入雙氧水和氰化鉀溶液，產生紅褐色沉澱的是Fe2+的溶液

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

⒔鉻酸鉀法

分取二溶液，分別加入鉻酸鉀和硫酸的混合液，有深綠色沉澱生成的是Fe2+的溶液：

6Fe2+＋2CrO42-＋10H+=6Fe3+＋5H2O＋Cr2O3↓深綠色

無深綠色沉澱生成的是Fe3+的溶液。

⒕溴水法

在分別盛有用硫酸酸化的溴水的2支試管中，分別滴入二溶液，振盪，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。