高中化学/目录/铁及其重要化合物

铁元素在地壳中的含量排在第四位，次于氧、硅、铝。铁及其氧化物、盐在生活中有着广泛的应用。

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质的化学性质

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质和水（$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$）

$\mathrm{F}\mathrm{e}$在常温和无水条件较稳定,但可以和水蒸气[$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})$]在高温条件下氧化生成四氧化三铁($\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$)；相应地，$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$还原为氢气($\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$)。

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)}$$⟶$(高温)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质和非金属单质

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质在点燃条件下可与纯净的氧气(${\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$)反应，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$。反应时铁单质在氧气中剧烈燃烧，火星四溅，放出大量的热，生成黑色固体，即$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$。

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$$⟶$(点燃)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质在高温的低氧条件下可与氧气反应，氧化生成氧化亚铁($\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$)。

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$$⟶$(高温)$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质在加热的条件下能够与硫($\mathrm{S}$)反应，氧化生成硫化亚铁($\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}$)。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{S}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}$

它的热化学方程式是：

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}$;$\mathrm{\Delta }H=-95.04\text{kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质在加热的条件下能够和卤素反应。与氯气($\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$)、溴水($\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}$)反应，氧化生成卤化铁($\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}\mathrm{X}$)；与碘单质(${\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$)反应，氧化生成碘化亚铁($\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$)。

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$$⟶$($△$)$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}$$⟶$($△$)$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质和酸

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质与非还原性酸反应，氧化生成亚铁(II)离子($\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$)。相应地，使氢离子(${\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$)还原为${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$$⟶$$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质可以和极稀的硝酸[$\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$(极稀)]直接反应，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$。相应地，硝酸还原生成铵根离子($\mathrm{N}{H}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}$)，同时生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。

$\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{1}\mathrm{0}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{N}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$$\mathrm{4}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}{H}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质可以和较稀的硝酸[$\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$(稀)]直接反应，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$（铁单质过量，硝酸不足时）或铁(III)离子($\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$)（铁单质不足，硝酸过量时）。相应地，稀硝酸还原生成一氧化氮($\mathrm{N}\mathrm{O}$)，同时生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}$(过量)$\mathrm{+}\mathrm{8}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(不足)$\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{N}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质可以和浓还原性酸加热反应，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$（铁单质过量，硝酸不足时）或$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$（铁单质不足，硝酸过量时）。相应地，浓还原性酸还原生成相应地二氧化物，同时生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(过量)$\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(过量)$\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(不足)$\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{O}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}$(不足)$\mathrm{+}\mathrm{1}\mathrm{2}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{S}{O}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$和碱

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质可以和熔融的$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$直接反应，氧化生成$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$。相应地，熔融的$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$还原生成$\mathrm{N}\mathrm{a}$和${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$。这个反应可以用来制备$\mathrm{N}\mathrm{a}$单质。

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$(熔融)$⟶$$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质和盐

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质可以直接和比它活动性弱的金属盐溶液反应，置换出该金属并氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$。

$\frac{n}{2}$$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{M}$${n+}^{}$$⟶$$\mathrm{M}\mathrm{+}$$\frac{n}{2}$$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质可以直接与含$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$的盐溶液反应，生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$$⟶$$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质可以和$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$反应，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$；相应地，$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$还原生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。这个反应的实质是水溶液中$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$电离出的${\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$与$\mathrm{F}\mathrm{e}$单质反应。类似地，强酸的酸式盐均可发生相似的反应。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$$⟶$$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

铁的氧化物

铁有三种氧化物，分别为FeO，Fe₂O₃，Fe₃O₄。

氧化亚铁

FeO是在低氧分压下加热铁，或在隔绝空气的条件下加热草酸亚铁制得的：

FeC₂O₄=Δ=FeO+CO↑+CO₂↑

用上述方法制得的FeO是一种能自燃的黑色细粉。它在低于848K时不稳定，发生歧化反应生成Fe和Fe₃O₄。FeO呈碱性，易溶于非氧化性酸形成亚铁盐。

氧化铁

氧化铁是一种红棕色粉末，俗称铁红，常用作红色油漆和涂料。赤铁矿（主要成分是Fe₂O₃）是炼铁原料。

氧化铁溶于非氧化性酸能生成铁盐。

四氧化三铁

四氧化三铁俗称磁性氧化铁，是磁铁矿的主要成分，具有磁性。四氧化三铁可表示为FeO•Fe₂O₃。

四氧化三铁溶于非氧化性酸能生成亚铁盐和铁盐：Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O

铁的酸及其对应的盐

高铁酸盐

高铁酸盐是一种新型杀菌灭藻剂，具有优良的氧化菌消毒性能，生成的Fe(OH)3对各种阴阳离子有吸附作用，无毒，无污染。适用于饮水消毒，循环冷却水系统的杀菌灭毒。而且还适用于含CN-废水的治理。

铁的盐

铁盐

铁离子在水中显黄色，高浓度的铁离子则为棕黄色。

不过，真实情况下，六水合铁离子是浅紫色的，黄色来源于铁离子的水解产物。但在高中阶段的一切考试中（学习选修六实验化学的地区除外）均认为铁离子是黄色的，请读者注意区分。

向可溶性铁盐溶液中滴加硫氰化钾溶液，溶液变红。

亚铁盐

亚铁离子在水中为浅绿色。亚铁离子在溶液中易被氧化生成铁离子，因此常在盛装有亚铁离子的溶液的试剂瓶中放入几根铁钉或滴入几滴稀硫酸。

七水合硫酸亚铁俗称绿矾。

铁的碱

氢氧化亚铁

氢氧化亚铁是一种白色沉淀。

制取方法：向隔绝氧气的亚铁盐溶液中滴入氢氧化钠。

若不隔绝氧气，白色沉淀会迅速变为灰绿色，最终呈现出红褐色。这是因为氢氧化亚铁暴露在空气中会被氧化为氢氧化铁：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃

加热Fe(OH)₃生成红棕色的Fe₂O₃粉末。

氢氧化铁

氢氧化铁是一种红褐色沉淀，可由可溶性铁盐与碱反应得到。

氢氧化铁（胶体）

制取方法：向沸腾的蒸馏水中滴加几滴饱和FeCl₃溶液，继续加热至溶液变为红褐色，停止加热，制得氢氧化铁胶体。

参见[[../胶体|胶体]]。

其他

血红蛋白中含有二价铁。