鐵和鐵的化合物

1、鐵和鐵的化合物1復(fù)習(xí)重點1鐵單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)2鐵的重要化合物的氧化還原性；3Fe(）、Fe()的相互轉(zhuǎn)化是高考的熱點。2難點聚焦一、鐵的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.鐵是26號元素，位于第四周期第族，屬于過渡元素。原子結(jié)構(gòu)示意圖：主要化合價：+2，+32.鐵在金屬的分類中屬于黑色金屬，重金屬，常見金屬。純凈的鐵是光亮的銀白色金屬，密度為7.86g/3,熔沸點高，有較好的導(dǎo)電、傳熱性，能被磁鐵吸引，也能被磁化。還原鐵粉為黑色粉末。3.鐵是較活潑的金屬元素，在金屬活動性順序表中排在氫的前面。跟非金屬反應(yīng)：點燃點燃 3Fe+2O2= Fe3O4 2Fe+3Cl2=2FeCl3Fe+S= FeS Fe+I2= FeI2

2、跟水反應(yīng)： 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2跟酸作用：Fe+2H+=Fe2+H2(遇冷濃硝酸、濃硫酸鈍化；與氧化性酸反應(yīng)不產(chǎn)生H2，且氧化性酸過量時生成Fe3+)與部分鹽溶液反應(yīng)：Fe+Cu2+=Fe2+Cu Fe+2Fe3+=3Fe2+3.生鐵與鋼的比較鐵的合金生鐵鋼含碳量2%4.3%0.03%2%其它雜質(zhì)含硅、錳、硫、磷較多含硅、錳少量，硫和磷幾乎沒有機械性能硬而脆、無韌性硬而韌、有彈性機械加工可鑄不可鍛可鑄、可鍛、可壓延2煉鐵和煉鋼的比較煉鐵煉鋼原料鐵礦石、焦炭、石灰石、空氣生鐵、空氣（或純氧、氧化鐵）、生石灰、脫氧劑化學(xué)原理在高溫下用還原劑從鐵礦石里還原出來在高溫下用氧化劑把生鐵

3、里過多的碳和其它氧化為氣體或爐清除去主要反應(yīng)還原劑的生成C+O2CO2CO2+C2CO鐵的還原Fe2O3+3CO2Fe+3CO2爐渣的生成CaCO3CaO+CO2CaO+SiO2CaSiO3氧化：2Fe+O22FeOFeO氧化鐵水里的Si、Mn、C等。如C+FeOFe+CO造渣：生成的硅錳氧化物得鐵水里的硫、磷跟造渣材料反應(yīng)形成爐渣排出。脫氧，并調(diào)整Mn、Si含量2FeO+Si2Fe+SiO2主要設(shè)備高爐轉(zhuǎn)爐1.過渡元素位于周期表中中部從BB族十個縱行，分屬于第四周期至第七周期。過渡元素都是金屬，又叫過渡金屬。過渡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

4、的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能。過渡元素的原子最外層電子數(shù)不超過兩個，在化學(xué)反應(yīng)中，最外層和次外層都容易失去電子，因此過渡元素有可變化合價。所以當(dāng)Fe與弱氧化劑反應(yīng)時，只失去最外層上的2個電子，形成Fe2+；當(dāng)Fe與強氧化劑反應(yīng)時，還能進(jìn)一步失去次外層上的一個電子，形成Fe3+。這就是鐵在其化合物中通常顯+2價或+3價的原因。則Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)能得到+2價還是+3價，需看參加反應(yīng)的氧化劑的強弱，有時還要看反應(yīng)物的量之間的關(guān)系。例如：鐵在O2中燃燒的，一定要在集氣瓶低留有少量的水或一層沙子，防止瓶子被炸裂；Fe與S反應(yīng)中Fe只能失去其最外層的2個電子而變成+2價，反應(yīng)開始后撤去酒精燈，反應(yīng)可以繼續(xù)

5、進(jìn)行，說明反應(yīng)放熱；Fe在Cl2中燃燒時不但能失去最外層的2個電子，而且還可失去次外層的1個電子后成+3價，說明氧化性Cl2S；在高溫時能與C、P、Si等化合。2.鐵的合金一般地說，含碳量在2%4.3%的鐵的合金叫做生鐵。生鐵里除含碳外，還含有硅、錳以及少量的硫、磷等，它可鑄不可煅。根據(jù)碳的存在形式可分為煉鋼生鐵、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(xué)成分分類，鋼可以分為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(dāng)?shù)丶尤胍环N或幾種，如錳、鉻、鎳、鎢、

6、銅等合金元素而制成的。合金元素使合金鋼具有各種不同的特殊性能。3.煉鐵(1)反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用還原劑(主要是CO)把鐵從鐵礦石里還原出來。(2)原料：鐵礦石、焦炭、石灰石和空氣(3)設(shè)備：高爐(4)生產(chǎn)過程還原劑的生成C+O2CO2CO2+C2CO鐵礦石還原成鐵Fe2O3+3CO2Fe+3CO2除脈石、爐渣的形成CaCO3CaO+CO2SiO2+CaOCaSiO34.煉鋼(1)設(shè)備：氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐(2)主要原料：煉鋼生鐵、生石灰、氧氣。(3)反應(yīng)原理：利用氧化還原反應(yīng)，在高溫下，用氧化劑把生鐵中過多的碳和其它雜質(zhì)氧化為氣體或爐渣除去。(4)煉鋼時的主要反應(yīng)：氧化劑的生成，熱

7、能的來源 2Fe+O22FeO降低碳的含量 C+FeOCO+Fe除去S、P等雜質(zhì)加硅鐵、錳鐵、鋁除剩余FeO脫氧2FeO+Si2Fe+SiO2二、鐵的氧化物和氫氧化物1.鐵的氧化物的比較鐵的氧化物FeOFe2O3Fe3O4俗稱鐵紅磁性氧化鐵色、態(tài)黑色粉末黑色晶體紅棕色粉末鐵的價態(tài)+2+3+2、+3水溶性難溶于水穩(wěn)定性不穩(wěn)定性6FeO+O2=2Fe3O4穩(wěn)定穩(wěn)定與酸的反應(yīng)FeO+2H+=Fe2+H2OFe2O3+6H+=2Fe3+3H2OFe3O4+8H+=2Fe3+ Fe2+4H2O與CO的反應(yīng)FexOy+yCO=xFe+yCO2制取高溫熔融，過量的鐵與氧氣反應(yīng)2Fe+O2=2FeOFe(OH

8、)3的分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O鐵在氧氣中燃燒3Fe+2O2=Fe3O42.鐵的氫氧化物的比較Fe(OH)2Fe(OH)3物理性質(zhì)白色，難溶于水的固體紅褐色，難溶于水的固體化學(xué)性質(zhì)（1）與非氧化性強酸反應(yīng)Fe(OH)2+2H+=Fe2+2H2O(2)與氧化性酸反應(yīng)3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO+8H2O（3）空氣中放置被氧化4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（1）與酸反應(yīng)Fe(OH)3+3H+=Fe3+3H2O（2）受熱分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O制備煮沸蒸餾水，趕走溶解的氧氣煮沸NaOH溶液，趕走溶解的氧氣配制FeSO4

9、溶液，加少量的還原鐵粉用長滴管將NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下Fe2+2OH-=Fe(OH)2將NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中Fe3+3OH-=Fe(OH)31. Fe3O4是復(fù)雜的化合物，經(jīng)研究證明，在Fe3O4晶體中有1/3的Fe是+2價，有2/3的Fe是+3價，可看成FeOFe2O3，實際應(yīng)寫成Fe(FeO2)2,即鐵酸亞鐵鹽，不是一般的氧化物。2.Fe(OH)2和Fe(OH)3從溶液中析出的現(xiàn)象不同，前者是白色絮狀沉淀，后者是紅褐色沉淀。而Fe(OH)2極不穩(wěn)定，易被氧化成Fe(OH)3，反應(yīng)現(xiàn)象是：白色灰綠色紅褐色。若要觀察到白色的Fe(OH)2沉淀，需要創(chuàng)造以下條

10、件：（1）排除亞鐵鹽溶液里的Fe3+離子，以免Fe3+離子直接與OH-結(jié)合生成Fe(OH)3。（2）盡量排除溶液中溶解的氧氣（絕對排除是辦不到的），以減慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。反應(yīng)要用新制備的亞鐵鹽溶液，并放入少量的鐵以防止Fe3+離子產(chǎn)生。亞鐵鹽溶液與堿溶液在混合前分別加熱以排除溶有的空氣，然后，把堿溶液沿著試管壁加入盛亞鐵鹽溶液的試管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入堿溶液，可觀察到白色絮狀沉淀。三、Fe、Fe2+和Fe3+之間相互轉(zhuǎn)化及檢驗從Fe、Fe2+和Fe3+的結(jié)構(gòu)可知:Fe只有還原性，F(xiàn)e3+通常只有氧化性，F(xiàn)e2+既具有氧化性又具有還原性。上述微粒

11、通過跟一定的氧化劑或還原劑發(fā)生氧化還原反應(yīng)，才能實現(xiàn)不同價態(tài)的鐵相互轉(zhuǎn)化，如下圖（常稱為鐵三角）：1.學(xué)習(xí)鐵及其化合物的性質(zhì)要注意：(1)抓價態(tài)：從鐵元素三種價態(tài)的相互轉(zhuǎn)化(鐵三角關(guān)系)去認(rèn)識鐵及其化合物間的氧化還原反應(yīng)規(guī)律.(2)想屬類：如鐵是一種比較活潑的過渡金屬，氧化亞鐵、氧化鐵為堿性氧化物，氫氧化亞鐵、氫氧化鐵為不溶性弱堿，氯化鐵為強酸弱堿鹽，由此去分析理解它們各自所具有的性質(zhì).2.鐵元素的原子在化學(xué)反應(yīng)中，當(dāng)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，當(dāng)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

12、電子而生成+3價鐵的化合物.3.具體反應(yīng)有：（1）Fe2+Fe3+2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl-（在亞鐵鹽溶液中通入氯氣，溶液由淺綠色變?yōu)樽攸S色）。4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O（亞鐵鹽溶液在空氣中容易變質(zhì)，如綠礬露置于空氣中則是：12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3）3Fe2+NO3-+4H+=3Fe3+2H2O+NO5Fe2+MnO4-+8H+=5Fe3+4H2O+Mn2+如在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。2Fe2+H2O2+2H+=2Fe3+2H2O（2）Fe

13、3+Fe2+2Fe3+S2+=2Fe2+S,如在FeCl3溶液中滴加適量的Na2S溶液,溶液變渾濁，濾去沉淀則濾液為淺綠色；如加入過量的Na2S溶液，則又有黑色沉淀生成（FeS），向Fe3+溶液中通入H2S氣體的離子方程式為：2Fe2+H2S=2Fe3+2H+S。2Fe3+SO32+2H2O=2Fe2+SO42-+2H+2Fe3+Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加鐵的原因是可以防止Fe2+被氧化為Fe3+。2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+,電路板的制作是利用FeCl3溶液與裸露的銅反應(yīng)。2Fe3+2I=2Fe2+I24.Fe2+和Fe3+的檢驗（1）Fe2+的檢驗：方法一：滴加KS

14、CN溶液，無明顯現(xiàn)象，再滴加新制氯水，溶液立即變紅色。方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮狀沉淀，該沉淀迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色。（2）Fe3+的檢驗：方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即變?yōu)檠t色。方法二：滴加NaOH溶液,出現(xiàn)紅褐色沉淀。1.Fe2+和Fe3+的相互轉(zhuǎn)化Fe2+有還原性，高錳酸鉀、重鉻酸鉀、過氧化氫等氧化劑能把它氧化成Fe3+：MnO-4+5Fe2+8H+=Mn2+5Fe3+4H2O+6Fe2+14H+=2Cr3+6Fe3+7H2OH2O2+2Fe2+2H+=2F3+2H2O在酸性溶液中，空氣中的氧也能把Fe2+氧化：4Fe2+O2+4H+=4Fe3+

15、2H2O在堿性溶液中，F(xiàn)e2+的還原性更強，它能把NO-3和NO-2還原成NH3，能把Cu2+還原成金屬銅.Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成I2：2Fe3+2I-=2Fe2+I2在無線電工業(yè)上，常利用FeCl3溶液來刻蝕銅，制造印刷線路，它們反應(yīng)的化學(xué)方程式是：2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+因此，銅在氯化鐵溶液中能作還原劑，而FeCl3是氧化劑.Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等還原成Fe2+：2Fe3+H2S=2Fe2+S+2H+2F3+Sn2+=2Fe2+Sn4+Fe3+還能被金屬鐵還原：2Fe3+Fe=3Fe2+在亞鐵鹽溶液中加入鐵釘可防止Fe2+被氧化為Fe3+.2.Fe2+和Fe3+的顏色Fe2+在水溶液中通常以水合離子Fe(H2O)62+形式存在，呈淡綠色，并存在下列平衡：Fe(H2O)62+H2OFe(H2O)5OH+H2O+這個平衡的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)63+形式存在.三氯化鐵以及其他+3價鐵鹽溶于水后都發(fā)生顯著的水解，實質(zhì)是+3價水合鐵離子的水解.只有在PH=0左右時，才有Fe(H2O)63+存在(但由于有陰離子的存在，會生成其他的絡(luò)離子，影響