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title: 铁及其化合物
description: "介绍铁单质的物理和化学性质、与氧、酸的反应，以及铁的化合物的性质和应用。"
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## 铁单质

### 物理性质

- 银白色固体(铁粉为黑色)，有金属性光泽

- 容易被磁铁吸引

- 地壳中含量居第四位

### 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

1. - $\ce{3Fe + 2O2 \xlongequal{点燃} Fe3O4}$
   - $\ce{2Fe + 3Cl2 \xlongequal{△} 2FeCl3}$
   - $\ce{Fe + S \xlongequal{\Delta} FeS}$

2. 与水反应
   - 铁在高温下与水蒸气反应：$\ce{3Fe + 4H2O(g) \xlongequal{高温} Fe3O4 + 4H2}$

3. 与酸反应
   - 与非还原性酸：$\ce{Fe + 2H+ \xlongequal{} Fe^2+ + H2 ^}$
   - 与少量稀硝酸：$\ce{3Fe + 8H+ + 2NO^-_3 \xlongequal{} 3Fe^2+ + 2NO ^ + 4H2O}$
   - 与过量稀硝酸：$\ce{Fe + 4H+ + NO^-_3 \xlongequal{} Fe^3+ + NO ^ + 2H2O}$
   - 铁遇到冷的浓硫酸或浓硝酸会钝化

     > 常考：对于特定比例的 $\ce{Fe}$ 与 $\ce{HNO3}$ 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
     >
     >    $\ce{3Fe(过量) +8HNO3(稀) \xlongequal{} 3Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O}$
     >
     > 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
     >
     >    $\ce{3Fe(NO3)2 +4HNO3(稀) \xlongequal{} 3Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O}$
     >
     > 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
     >
     >    $\ce{Fe +4HNO3(稀) \xlongequal{} Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O}$

4. 与盐溶液反应
   - 置换反应：$\ce{Fe + Cu^2+ \xlongequal{} Fe^2+ + Cu}$
   - 与氯化铁溶液：$\ce{Fe + 2Fe^3+ \xlongequal{} 3Fe^2+}$

## 铁的氧化物

### 物理性质

| 名称     | 氧化亚铁 $\ce{FeO}$ | 氧化铁 $\ce{Fe2O3}$              | 四氧化三铁 $\ce{Fe3O4}$ |
| -------- | ------------------- | -------------------------------- | ----------------------- |
| 俗称     | -                   | 铁红                             | 磁性氧化铁              |
| 化合价   | $+2$                | $+3$                             | 一个 $+2$、两个 $+3$    |
| 物理性质 | 黑色粉末            | 红褐色粉末                       | 黑色磁性晶体            |
| 用途     | 制青砖              | 制红砖、炼铁、铝热剂、油漆、涂料 | 炼铁、作纳米材料        |

### 化学性质

1. 与非氧化性酸（盐酸 $\ce{HCl}$ ）反应：
   - 氧化亚铁 $\ce{FeO}$：$\ce{FeO + 2H+} \xlongequal{} \ce{Fe^2+ + H2O}$
   - 氧化铁 $\ce{Fe2O3}$：$\ce{Fe2O3 + 6H+} \xlongequal{} \ce{2Fe^3+ + 3H2O}$
   - 四氧化三铁 $\ce{Fe3O4}$：$\ce{Fe3O4 + 8H+} \xlongequal{} \ce{Fe^2+ + 2Fe^3+ + 4H2O}$

2. 与氧化性酸（过量稀硝酸 $\ce{HNO3}$ ）反应：
   - 氧化亚铁 $\ce{FeO}$：$\ce{3FeO + 10H+ +NO^-_3} \xlongequal{} \ce{3Fe^3+ +NO ^ + 5H2O}$
   - 氧化铁 $\ce{Fe2O3}$：$\ce{Fe2O3 + 6H+} \xlongequal{} \ce{2Fe^3+ + 3H2O}$
   - 四氧化三铁 $\ce{Fe3O4}$：$\ce{3Fe3O4 + 28H^+ +NO^-_3} \xlongequal{} \ce{9Fe^3+ +NO ^ + 14H2O}$

3. 与氧化性酸（少量稀硝酸 $\ce{HNO3}$ ）反应：
   - 氧化亚铁 $\ce{FeO}$：$\ce{FeO + 2HNO3 \xlongequal{} Fe(NO3)2 + H2O}$
   - 氧化铁 $\ce{Fe2O3}$：$\ce{Fe2O3 + 6HNO3 \xlongequal{} 2Fe(NO3)3 + 3H2O}$
   - 四氧化三铁 $\ce{Fe3O4}$：$3Fe_3O_4 + 28HNO_3 = 9Fe(NO_3)_3 + NO\uparrow + 14H_2O$

4. 与还原性酸（ 氢碘酸 $\ce{HI}$ ） 反应：
   - 氧化亚铁 $\ce{FeO}$：$\ce{FeO + 2H+} \xlongequal{} \ce{Fe^2+ + H2O}$
   - 氧化铁 $\ce{Fe2O3}$：$\ce{Fe2O3 + 6H+ +2I-} \xlongequal{} \ce{2Fe^2+ +I2 + 3H2O}$
   - 四氧化三铁 $\ce{Fe3O4}$：$\ce{Fe3O4 + 8H+ +2I-} \xlongequal{} \ce{3Fe^2+ +I2 + 4H2O}$

5. 与还原性物质（ $\ce{CO}$ ）反应：
   - 氧化亚铁 $\ce{FeO}$：$\ce{FeO + CO} \xlongequal{高温} \ce{Fe + CO2}$
   - 氧化铁 $\ce{Fe2O3}$：$\ce{Fe2O3 + 3CO} \xlongequal{高温} \ce{2Fe + 3CO2}$
   - 四氧化三铁 $\ce{Fe3O4}$：$\ce{Fe3O4 + 4CO} \xlongequal{高温} \ce{3Fe + 4CO2}$

## 铁的氢氧化物

### 物理性质

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

### 化学性质

1. 与非氧化性酸（盐酸 $\ce{HCl}$ ）反应：
   - 氢氧化亚铁 $\ce{Fe(OH)2}$ ：$\ce{Fe(OH)2 + 2HCl} \xlongequal{} \ce{FeCl2 + 2H2O}$
   - 氢氧化铁 $\ce{Fe(OH)3}$ ：$\ce{Fe(OH)3 + 3HCl} \xlongequal{} \ce{FeCl3 + 3H2O}$

2. 与氧化性酸（稀硝酸 $\ce{HNO3}$ ）反应：
   - 氢氧化亚铁 $\ce{Fe(OH)2}$ ：$\ce{Fe(OH)2 + 2HNO3(少量) \xlongequal{} Fe(NO3)2 + 2H2O}$

     $\ce{3Fe(OH)2 + 10HNO3(过量) \xlongequal{} 3Fe(NO3)3 + NO ↑+ 8H2O}$

   - 氢氧化铁 $\ce{Fe(OH)3}$ ：$\ce{Fe(OH)3 + 3HNO3} \xlongequal{} \ce{Fe(NO3)3 + 3H2O}$

3. 与还原性酸（ 氢碘酸 $\ce{HI}$） 反应：
   - 氢氧化亚铁 $\ce{Fe(OH)2}$ ：$\ce{Fe(OH)2 + 2HI} \xlongequal{} \ce{FeI2 + 2H2O}$
   - 氢氧化铁 $2\ce{Fe(OH)3 + 6HI \xlongequal{} 2FeI2 + I2 + 6H2O}$

4. 稳定性
   - $\ce{Fe(OH)2}$ 不稳定，在空气中易被氧化

     $\ce{4Fe(OH)2 +O2 +2H2O \xlongequal{} 4Fe(OH)3}$

   - $\ce{Fe(OH)3}$ 不稳定（但较 $\ce{Fe(OH)2}$ 稳定），受热脱去结晶水分解

     $\ce{2Fe(OH)3 \xlongequal{\Delta} Fe2O3 +3H2O}$

5. 制备
   - $\ce{Fe(OH)2}$ ：$\ce{Fe^2+ + 2OH- \xlongequal{} Fe(OH)2 v}$

     （将含有除去氧气的吸有 $\ce{NaOH}$ 溶液的滴管插入到含 $\ce{Fe^2+}$ 的溶液中，防止被空气中的 $\ce{O2}$ 氧化）

   - $\ce{Fe(OH)3}$ ：$\ce{Fe^3+ + 3OH- \xlongequal{} Fe(OH)3 v}$

6. 转化

   $\ce{4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O \xlongequal{} 4Fe(OH)3}$

## 铁盐与亚铁盐

### $\ce{Fe^2+}$

含有 $\ce{Fe^2+}$ 的溶液呈浅绿色，既有氧化性又有还原性

1. 氧化性：$\ce{Zn + Fe^2+ \xlongequal{} Fe + Zn^2+}$

2. 还原性：$\ce{Cl2 + 2Fe^2+ \xlongequal{} 2Fe^3+ + 2Cl^-}$

3. 特性：含有 $\ce{Fe^2+}$ 的盐溶液遇铁氰化钾 $\ce{K3[Fe(CN)6]}$ 生成蓝色沉淀

### $\ce{Fe^3+}$

含有 $\ce{Fe^3+}$ 的溶液呈黄色，有较强的氧化性

1. 氧化性
   1. 铁离子与铜（$\ce{Cu}$）的反应：$2 \ce{Fe^3+ + Cu \xlongequal{} 2 Fe^2+ + Cu^2+}$
   2. 铁离子与碘离子（$\ce{I^-}$）的反应：$\ce{2Fe^3+ + 2I^- \xlongequal{} 2Fe^2+ + I2}$
   3. 铁离子与硫离子（$\ce{S^2-}$）的反应：$\ce{2Fe^3+ + 3S^2- \xlongequal{} 2FeS + S v}$ ($\ce{Fe2S3}$很不稳定，会分解成FeS与S)

2. 特性：含有 $\ce{Fe^3+}$ 的盐溶液遇 $\ce{KSCN}$ 溶液 变成红色

### 常见的铁盐与亚铁盐

1. 三氯化铁 $\ce{FeCl3}$：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 $\ce{2Fe^3+ + Cu \xlongequal{} 2Fe^2+ + Cu^2+}$

   > - 制备无水 $\ce{FeCl3}$：在 $\ce{HCl}$ 气氛中加热蒸干 $\ce{FeCl3}$ 溶液，抑制 $\ce{FeCl3 +3H2O<=>Fe(OH)3 +3HCl}$ 正移
   > - 制备 $\ce{Fe(OH)3}$ 胶体：向沸蒸馏水中滴入饱和 $\ce{FeCl3}$ 溶液并煮沸至溶液呈红褐色为止

2. 绿矾 $\ce{FeSO4\cdot 7H2O}$：一种重要的还原剂，可用作补血剂及植物的补铁剂

3. 高铁酸钾 $\ce{K2FeO4}$ ：暗紫色晶体，具有强氧化性，极易溶于水呈浅紫红色溶液，与水反应生成的$\ce{Fe(OH)3}$胶体有吸附作用，可用作水处理剂 其也可作高能电池

4. 铁铵矾 $\ce{NH4Fe(SO4)2·12H2O}$ ：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

5. 赤血盐（铁氰化钾，三价铁检验二价铁） $\ce{K3[Fe(CN)6]}$ ：红色晶体，易溶于水，常用于检验 $\ce{Fe^2+}$ ，生成蓝色沉淀（滕氏蓝）

6. 拓展：黄血盐（亚铁氰化钾，与上方相反） $\ce{K4[Fe(CN)6]}$ ：柠檬黄色晶体，易溶于水，常用于检验 $\ce{Fe^3+}$ ，生成蓝色沉淀（普鲁士蓝，实际上与滕氏蓝化学组成相同，晶型不同使得颜色略有差异）

### 盐溶液保存

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

- $\ce{Fe^3+}$ 的盐溶液：加入少量对应的酸，抑制 $\ce{Fe^3+}$ 水解

## $\ce{Fe^2+}$ 与 $\ce{Fe^3+}$ 的检验

1. 直接观察颜色
   - 含有 $\ce{Fe^2+}$ 的溶液呈浅绿色
   - 含有 $\ce{Fe^3+}$ 的溶液呈黄色

2. 利用显色反应
   - $\ce{KSCN}$ 溶液
     - 溶液变红色：$\ce{Fe^3+}$
     - 溶液不变色，加入 $\ce{HCl}$ / 氯水，变红色：$\ce{Fe^2+}$

   - 苯酚
     - 溶液呈紫色：$\ce{Fe^2+}$

3. 利用 $\ce{Fe(OH)3}$ 沉淀的颜色
   - $\ce{NaOH}$ 溶液
     - 红褐色沉淀：$\ce{Fe^3+}$
     - 生成白色絮状沉淀，白色沉淀变为灰绿色，最后变为红褐色：$\ce{Fe^2+}$

4. 利用 $\ce{Fe^3+}$ 的氧化性
   - $\ce{Cu}$ 片
     - 铜被腐蚀，溶液变为蓝(若为盐酸盐，会稍显绿色)色：$\ce{Fe^3+}$

   - 淀粉$\ce{-KI}$ 试纸
     - 变蓝：$\ce{Fe^3+}$

   - $\ce{H2S}$ 水溶液
     - 产生淡黄色沉淀：$\ce{Fe^3+}$

5. 利用 $\ce{Fe^2+}$ 的还原性
   - 溴水
     - 溴水褪色： $\ce{Fe^2+}$

   - $\ce{KMnO4}$ 溶液
     - 紫色褪去：$\ce{Fe^2+}$

6. 利用 $\ce{Fe^2+}$ 的特殊反应
   - $\ce{K3[Fe(CN)6]}$
     - 蓝色沉淀 $\ce{KFe[Fe(CN)6]}$ : $\ce{Fe^2+}$

## 铁及其重要化合物的转化

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