铁和铁的化合物
1．复习重点
1．铁单质的化学性质
2．铁的重要化合物的氧化还原性；
3．Fe(Ⅱ）、Fe(Ⅲ)的相互转化是高考的热点。
2．难点聚焦
一、铁的结构和性质
1. 铁是26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，属于过渡元素。
原子结构示意图：
主要化合价： 2， 3
2.铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g/㎝3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。
3.铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。
①跟非金属反应： 点燃 点燃 △
3Fe 2O2 == Fe3O4 2Fe 3Cl2 ==2FeCl3 Fe S= FeS
Fe I2= FeI2
②跟水反应： 3Fe 4H2O= Fe3O4 4H2↑
③跟酸作用：Fe 2H =Fe2 H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，且氧化性酸过量时生成Fe3 )
④与部分盐溶液反应：Fe Cu2 =Fe2 Cu Fe 2Fe3 =3Fe2
3.生铁与钢的比较
铁的合金
生铁
钢
含碳量
2%～4.3%
0.03%～2%
其它杂质
含硅、锰、硫、磷较多
含硅、锰少量，硫和磷几乎没有
机械性能
硬而脆、无韧性
硬而韧、有弹性
机械加工
可铸不可锻
可铸、可锻、可压延
4.炼铁和炼钢的比较
炼铁
炼钢
原料
铁矿石、焦炭、石灰石、空气
生铁、空气（或纯氧、氧化铁）、生石灰、脱氧剂
化学原理
在高温下用还原剂从铁矿石里还原出来
在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它氧化为气体或炉清除去
主
要
反
应
①还原剂的生成
C O2CO2
CO2 C2CO
②铁的还原
Fe2O3 3CO2Fe 3CO2
③炉渣的生成
CaCO3CaO CO2
CaO SiO2CaSiO3
①氧化：2Fe O22FeO
FeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。如C FeO
Fe CO
②造渣：生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。
③脱氧，并调整Mn、Si含量
2FeO Si2Fe SiO2
主要设备
高炉
转炉
1.过渡元素位于周期表中中部从ⅢB～ⅡB族十个纵行，分属于第四周期至第七周期。过渡元素都是金属，又叫过渡金属。
过渡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。
过渡元素的原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，因此过渡元素有可变化合价。所以当Fe与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2 ；当Fe与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3 。这就是铁在其化合物中通常显 2价或 3价的原因。则Fe发生化学反应能得到 2价还是 3价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要看反应物的量之间的关系。
例如：①铁在O2中燃烧的，一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂；②Fe与S反应中Fe只能失去其最外层的2个电子而变成 2价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明反应放热；③Fe在Cl2中燃烧时不但能失去最外层的2个电子，而且还可失去次外层的1个电子后成 3价，说明氧化性Cl2>S；④在高温时能与C、P、Si等化合。
2.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。
3.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 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
CaCO3CaO CO2↑
SiO2 CaOCaSiO3
4.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 O22FeO
②降低碳的含量 C FeOCO Fe
③除去S、P等杂质
④加硅铁、锰铁、铝除剩余FeO--脱氧
2FeO Si2Fe SiO2
二、铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物的比较
铁的氧
化物
FeO
Fe2O3
Fe3O4
俗称
铁红
磁性氧化铁
色、态
黑色粉末
黑色晶体
红棕色粉末
铁的价态
2
3
2、 3
水溶性
难溶于水
稳定性
不稳定性
6FeO O2=2Fe3O4
稳定
稳定
与酸的反应
FeO 2H =Fe2 H2O
Fe2O3 6H =2Fe3
3H2O
Fe3O4 8H =2Fe3 Fe2 4H2O
与CO的反应
FexOy yCO=xFe yCO2
制取
高温熔融，过量的铁与氧气反应
2Fe O2=2FeO
Fe(OH)3的分解
2Fe(OH)3=Fe2O3
3H2O
铁在氧气中燃烧
3Fe 2O2=Fe3O4
2.铁的氢氧化物的比较
Fe(OH)2
Fe(OH)3
物理性质
白色，难溶于水的固体
红褐色，难溶于水的固体
化学性质
（1）与非氧化性强酸反应
Fe(OH)2 2H =Fe2 2H2O
(2)与氧化性酸反应
3Fe(OH)2 10HNO3=3Fe(NO3)3 NO↑ 8H2O
（3）空气中放置被氧化
4Fe(OH)2 2H2O O2=4Fe(OH)3
（1）与酸反应
Fe(OH)3 3H =Fe3 3H2O
（2）受热分解
2Fe(OH)3=Fe2O3 3H2O
制备
①煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气②煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气③配制FeSO4溶液，加少量的还原铁粉④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下
Fe2 2OH-=Fe(OH)2↓
将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中
Fe3 3OH-=Fe(OH)3↓ 1. Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是 2价，有2/3的Fe是 3价，可看成FeO·Fe2O3，实际应写成Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。
2.Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。而Fe(OH)2极不稳定，易被氧化成Fe(OH)3，反应现象是：白色→灰绿色→红褐色。
若要观察到白色的Fe(OH)2沉淀，需要创造以下条件：
（1）排除亚铁盐溶液里的Fe3 离子，以免Fe3 离子直接与OH-结合生成Fe(OH)3。
（2）尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。
反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe3 离子产生。亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。
三、Fe、Fe2 和Fe3 之间相互转化及检验
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，如下图（常称为铁三角）：
Fe
Cl2
CO Fe3 CO O2
Zn Cu2 H2 HNO3
I-、I2、S Al KMnO4
Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2
Fe2 Fe、Cu、I-、S2-、H2S Fe3
（溶液为绿色） （溶液为棕黄色）
1.学习铁及其化合物的性质要注意：
(1)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.
(2)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.
2.铁元素的原子在化学反应中，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，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.
3.具体反应有：
（1）Fe2 →Fe3
①2Fe2 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）。
②4Fe2 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）
③3Fe2 NO3- 4H =3Fe3 2H2O NO↑
④5Fe2 MnO4- 8H =5Fe3 4H2O Mn2
如在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。
⑤2Fe2 H2O2 2H =2Fe3 2H2O
（2）Fe3 →Fe2
①2Fe3 S2 =2Fe2 S,如在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），向Fe3 溶液中通入H2S气体的离子方程式为：2Fe2 H2S=2Fe3 2H S↓。
②2Fe3 SO32－ 2H2O=2Fe2 SO42- 2H
③2Fe3 Fe=3Fe2 ,在FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2 被氧化为Fe3 。
④2Fe3 Cu=2Fe2 Cu2 ,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。
⑤2Fe3 2I－=2Fe2 I2
4.Fe2 和Fe3 的检验
（1）Fe2 的检验：
方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。
方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。
（2）Fe3 的检验：
方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。
方法二：滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。
1.Fe2 和Fe3 的相互转化
Fe2 有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3 ：
MnO-4 5Fe2 8H =Mn2 5Fe3 4H2O
6Fe2 14H =2Cr3 6Fe3 7H2O
H2O2 2Fe2 2H =2F3 2H2O
在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2 氧化：
4Fe2 O2 4H =4Fe3 2H2O
在碱性溶液中，Fe2 的还原性更强，它能把NO-3和NO-2还原成NH3，能把Cu2 还原成金属铜.Fe3 具有氧化性，它能把I-氧化成I2：
2Fe3 2I-=2Fe2 I2
在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式是：
2Fe3 Cu=2Fe2 Cu2
因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而FeCl3是氧化剂.
Fe3 在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2 ：
2Fe3 H2S=2Fe2 S↓ 2H
2F3 Sn2 =2Fe2 Sn4
Fe3 还能被金属铁还原：
2Fe3 Fe=3Fe2
在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2 被氧化为Fe3 .
2.Fe2 和Fe3 的颜色
Fe2 在水溶液中通常以水合离子［Fe(H2O)6］2 形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡：
［Fe(H2O)6］2 H2O［Fe(H2O)5OH］ H2O
这个平衡的pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性.
Fe3 在酸性溶液中，通常以淡紫色的［Fe(H2O)6］3 形式存在.三氯化铁以及其他 3价铁盐溶于水后都发生显著的水解，实质是 3价水合铁离子的水解.只有在PH=0左右时，才有［Fe(H2O)6］3 存在(但由于有阴离子的存在，会生成其他的络离子，影响淡紫色的观察).当PH为2～3时，水解趋势很明显.它们的水解平衡如下：
［Fe(H2O)6］3 H2O［Fe(H2O)5(OH)］2 H3O
K=10-3.05
［Fe(H2O)5(OH)］2 H2O［Fe(H2O)4(OH)2］ H3O
K=10-3.26
生成的碱式离子呈黄色，它可聚合成二聚体：
2［Fe(H2O)6］3 ［Fe2(H2O)8(OH) 2］4 2H3O
K=10-2.91
二聚体是借OH-为桥把2个Fe3 连结起来形成的多核络离子.溶液的PH越高，水解聚合的倾向越大，最后逐渐形成胶体，析出红综色水合氧化铁沉淀。
