一、铁Fe

古代社会铁器时代大约起始于前2000年，最早发现和使用的铁是来自外空的陨铁。铁是当今社会最重要的金属材料。

1、铁，银白色金属，质软。有磁性。

(1)与F₂、Cl₂、Br₂生成Fe(III)，与I₂、S生成Fe(II)，与O₂点燃生成Fe₃O₄。

(2)与高温水蒸气生成Fe₃O₄。

3Fe＋4H₂O(g)=高温= Fe₃O₄＋4H₂

(3)与稀HCl、稀H₂SO₄反应时，与不活泼金属离子置换时，生成Fe^2＋。

(4)与浓H₂SO₄、浓HNO₃在常温下钝化。

(5)与浓H₂SO₄、浓HNO₃在加热下，与过量稀硝酸下生成Fe^3＋。

(6)在电化学反应中，生成Fe^2＋。

2、铁的氧化物：FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄

(1)FeO，氧化亚铁，黑色固体，碱性氧化物，还原性较强。

FeO＋2HCl=FeCl₂＋H₂O

6FeO＋O₂=Δ=2Fe₃O₄

3FeO＋10HNO₃(稀)=Δ=3Fe(NO₃)₃＋NO↑＋5H₂O

用草酸亚铁热分解可制取。

FeC₂O₄═Δ═FeO＋CO↑＋CO₂↑

(2)Fe₂O₃，氧化铁，又叫铁红，红棕色固体，主要用作无机颜料，用于油漆、橡胶、塑料、玻璃、建筑等着色。是一种很好的催化剂。

碱性氧化物，氧化性较强。

Fe₂O₃＋6HCl=2FeCl₃＋3H₂O

Fe₂O₃＋6HI=2FeI₂＋I₂＋3H₂O

Fe₂O₃＋3H₂=Δ=2Fe＋3H₂O

(3)Fe₃O₄，又称为磁性氧化铁，黑色磁性氧化物，导体。磁性氧化铁粒子在巨磁电阻、磁性液体和磁记录、软磁、永磁、磁致冷、巨磁阻抗材料以及磁光器件、磁探测器等方面应用广泛。

可以近似看作是氧化亚铁与氧化铁组成的化合物(FeO·Fe₂O₃)。Fe₃O₄有抗腐蚀效果。

Fe₃O₄＋8HCl=FeCl₂＋2FeCl₃＋4H₂O

3、铁的氢氧化物：Fe(OH)₂、Fe(OH)₃。

(1)Fe(OH)₂，白色，中强碱。具有还原性。

Fe(OH)₂＋2HCl=FeCl₂＋2H₂O

3Fe(OH)₂＋10HNO₃=3Fe(NO₃)₃＋NO↑＋8H₂O

不稳定。在空气加热，会被氧气氧化。

4Fe(OH)₂＋O₂=Δ=2Fe₂O₃＋4H₂O

(2)Fe(OH)₃，红褐色，弱碱。具有氧化性。

Fe(OH)₃＋3HCl=FeCl₃＋3H₂O

2Fe(OH)₃＋6HI=2FeI₂＋I₂＋6H₂O

不稳定。

2Fe(OH)₃=Δ=Fe₂O₃＋3H₂O

4、铁的盐：Fe^2＋、Fe^3＋。绿矾FeSO₄·7H₂O，莫尔盐FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O。

(1)亚铁盐：Fe^2＋，有还原性。

①与强碱反应：Fe^2＋＋2OH^－=Fe(OH)₂↓

Fe(OH)₂在水中不稳定，很快被溶解的氧气氧化。先有白色的氢氧化亚铁沉淀生成，很快变为灰绿色，最后转化为红褐色的氢氧化铁沉淀。

4Fe(OH)₂＋O₂＋2H₂O=4Fe(OH)₃

②易被氧化剂氧化。注意I₂不能氧化。

2Fe^2＋＋Cl₂=2Fe^3＋＋2Cl^－

③检验Fe^2＋

先用KSCN，溶液颜色无变化，再通氯气，溶液变为血红色。

也可以用K₃[Fe(CN)₆](赤血盐)，生成蓝色沉淀。

2K₃[Fe(CN)₆]^＋3FeCl₂=Fe₃[Fe(CN)₆]₂↓(滕氏蓝)＋6KCl

或者形成蓝色溶液。

K₃[Fe(CN)₆]^＋FeCl₂=KFe[Fe(CN)₆](蓝色溶液)＋2KCl

(2)铁盐：Fe^3＋，有氧化性。

①与强碱反应

Fe^3＋＋3OH^－=Fe(OH)₃↓

生成红褐色沉淀。

②被金属、S^2－、I^－等还原。

2Fe^3＋＋Cu=2Fe^2＋＋Cu^2＋

2Fe^3＋＋S^2－=2Fe^2＋＋S↓

2Fe^3＋＋2I^－=2Fe^2＋＋I₂

③在水溶液中易水解，易形成胶体，有净水作用。在pH值为3左右，就已经完全水解。

Fe^3＋＋3H₂O=Fe(OH)₃＋3H^＋

④检验Fe^3＋

用KSCN，使溶液变为血红色。

也可以用NaOH，生成红褐色沉淀。

也可以用K₄[Fe(CN)₆](黄血盐)，生成蓝色沉淀。

3K₄[Fe(CN)₆]^＋4FeCl₃=Fe₄[Fe(CN)₆]₃↓(普鲁士蓝)＋12KCl

或者形成蓝色溶液。

K₄[Fe(CN)₆]^＋FeCl₃=KFe[Fe(CN)₆](蓝色溶液)＋3KCl

(3)高铁酸盐

K₂FeO₄：高铁酸钾，暗紫色粉末，水溶液为浅紫色。有强氧化性，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、灭菌、消毒、脱色、除臭等八大特点为一体，是新型非氯绿色高效多功能消毒剂。

制取反应为3KClO＋2Fe(OH)₃＋4KOH=2K₂FeO₄＋3KCl＋5H₂O。

5、制铁：

Fe₂O₃＋3CO=高温=2Fe＋3CO₂

3Fe₃O₄＋8Al=高温=9Fe＋4Al₂O₃

6、磷酸铁锂电池，也有钒酸电池的大型化效果。

Li＋FePO₄=LiFePO₄

二、钴Co

灰色金属，质地硬而脆。熔点在1500℃左右，在高温下能够保持较高的强度，有较强的铁磁性。

1、钴的化合价为＋2价和＋3价。＋2价较稳定。其化学性质与铁，镍相似。

在空气中加热至300℃以上时氧化生成灰色CoO(氧化钴)，在白热时燃烧成黑色Co₃O₄。

氟与钴反应可生成CoF₃，但其它卤素仅能生成Co(Ⅱ)卤化物。

钴可溶于稀酸中，在发烟硝酸中因生成一层氧化膜而被钝化。

Co＋2HCl=CoCl₂(氯化钴)＋H₂↑

2、制造电池设备正极材料LiCoO₂是钴最重要的用途。

钴常被添加到钢或者其他合金当中，明显提高合金的坚硬程度、耐磨程度、抗冲击性能和韧性。

钴蓝化学成分为铝酸钴Co(AlO₂)₂，表现为蓝色或蓝绿色调，作为陶瓷、玻璃的着色剂使用。

3、钴酸锂电池

负极是金属锂，正极是LiCoO₂。

Li＋LiCoO₂=Li₂CoO₂

成本高，经常被锂锰电池代替。

xLi＋MnO₂=Li_xMnO₂

三、镍Ni

银白色，硬而具有铁磁性的金属，它能够高度磨光和抗腐蚀。镍属于亲铁元素。地核主要由铁、镍元素组成。

1、镍化学性质较活泼，但比铁稳定。

在常温下在潮湿空气中表面形成致密的氧化膜，能阻止金属继续氧化。可以在纯氧中燃烧，发出耀眼白光。镍也可以在氯气和氟气中燃烧。

在稀酸中可缓慢溶解，释放出氢气而产生绿色的Ni^2＋。

Ni＋2HCl=NiCl₂(氯化镍)＋H₂↑

发烟硝酸能使镍表面钝化而具有抗腐蚀性。

Ni能吸收相当数量氢气。

2、镍的化合价为＋2价和＋3价。＋2价较稳定，＋3价有强氧化性。NiO(氧化镍)、Ni₂O₃(氧化高镍)。

NiO＋2HCl=NiCl₂＋H₂O

NiCl₂＋2NaOH=Ni(OH)₂↓＋2NaCl

4NiO＋O₂=2Ni₂O₃

Ni₂O₃＋6HCl=2NiCl₂＋Cl₂↑＋3H₂O

2Ni₂O₃＋4H₂SO₄=4NiSO₄＋O₂↑＋4H₂O

2Ni(OH)₂＋NaClO＋H₂O=2Ni(OH)₃＋NaCl

3、镍的抗腐蚀性佳，常被用在电镀上。镍镉电池、镍氢电池含有镍。

主要用于合金(如镍钢和镍银)及用作催化剂(如拉内镍，用作氢化的催化剂)

(1)镍氢电池

正极活性物质为NiOOH，负极活性物质为金属氢化物，也称储氢合金，电解液为6mol/L 氢氧化钾溶液。

MH＋NiOOH=放电/充电=M＋Ni(OH)₂

(2)镍镉电池

正极活性物质为NiOOH，负极活性物质为金属镉Cd。该电池的缺点是有记忆效应。

Cd＋2NiO(OH)＋2H₂O=放电/充电=2Ni(OH)₂＋Cd(OH)₂

四、铜Cu

铜在自然界中有单质存在。铜是人类最早使用的金属之一。史前时代，人们就开始采掘露天铜矿，并用获取的铜制造武器、工具和其他器皿。

铜矿石主要有孔雀石成Cu₂(OH)₂CO₃，赤铜矿Cu₂O，蓝铜矿Cu₃(OH)₂(CO₃)₂，黄铜矿CuFeS₂，辉铜矿Cu₂S。

主要有＋1、＋2价，高温下＋1价稳定，原因是Cu^＋是3d¹⁰全充满结构。水溶液中＋2价稳定，原因是Cu^2＋电荷高且半径小，水合热更大。

1、金属Cu，紫红色金属。

(1)2Cu＋O₂=Δ=2CuO

Cu＋Cl₂=点燃=CuCl₂

2Cu＋I₂=Δ=2CuI

2Cu＋S=Δ=Cu₂S

(2)铜在潮湿的空气中放久后，表面生成一层铜绿(碱式碳酸铜)，铜绿可防止金属进一步腐蚀。

2Cu＋O₂＋H₂O＋CO₂=Cu₂(OH)₂CO₃

(3)Cu与非氧化性稀酸不反应。与强氧化性的强酸反应。

2Cu＋8HCl(浓)=Δ=2H₃[CuCl₄]^＋ H₂↑

Cu＋2H₂SO₄(浓)=Δ=CuSO₄＋SO₂↑＋2H₂O

Cu＋4HNO₃(浓)=Cu(NO₃)₂＋2NO₂↑＋2H₂O

3Cu＋8HNO₃(稀)=3Cu(NO₃)₂＋2NO↑＋4H₂O

(4)Cu与非氧化性稀酸在有氧气存在的情况下反应。

2Cu＋O₂＋2H₂SO₄=2CuSO₄＋2H₂O

(5)在电子工业中，常用FeCl₃溶液来刻蚀铜，以制造印刷线路。

Cu＋2FeCl₃= CuCl₂＋2FeCl₂

(6)是导电能力非常好的常用金属。在电缆、电气、电子元件是最常用的材料。也可以制成多种合金，铜合金机械性能优异，其中最重要的数青铜(铜锡合金)、黄铜(铜锌合金)、白铜(铜镍合金)。铜是耐用的金属，多次回收无损其机械性能。

是常见重金属之一。

2、CuO，黑色固体。

(1)略显两性。

CuO＋H₂SO₄=CuSO₄＋H₂O

2NaOH(浓)＋CuO＋H₂O=Na₂[Cu(OH)₄](四羟基合铜酸钠)

四羟基合铜酸钠溶液

2NaOH(s)＋CuO =Δ=Na₂CuO₂＋H₂O(铜酸钠)

(2)对热稳定，但在高温下分解。

4CuO=高温=2Cu₂O＋O₂↑

(3)CuO＋H₂=Δ=Cu＋H₂O

(4)氧化铜主要用于制陶瓷、电池、催化剂、绿色玻璃等。

3、Cu₂O，呈鲜红色粉末状固体。

(1)在稀硫酸中歧化为二价铜和铜单质。

Cu₂O＋H₂SO₄=CuSO₄＋Cu＋H₂O

(2)在湿空气中逐渐氧化成黑色的氧化铜。

2Cu₂O＋O₂=4CuO

(3)氧化亚铜与氨水和氢卤酸反应，因生成Cu(I)络合物，不歧化成二价铜和铜。

Cu₂O＋4NH₃·H₂O=2[Cu(NH₃)₂](OH)＋3H₂O(无色溶液，但被氧气氧化很快变蓝)

Cu₂O＋4HCl=2H[CuCl₂]^＋H₂O

(4)被稀硝酸直接氧化。

3Cu₂O＋14HNO₃(稀)=6Cu(NO₃)₂＋2NO↑ ＋7H₂O

(5)氧化亚铜用于制船底防污漆(杀死低级海生动物)。用作杀菌剂、陶瓷和搪瓷的着色剂、红色玻璃染色剂，还用于制造各种铜盐、分析试剂及用于电器工业中的整流电镀、农作物的杀菌剂和整流器的材料等。氧化亚铜也常用于催化剂作用于有机物合成。

3、Cu(OH)₂，蓝色粉末。在水溶液中生成时，呈蓝色絮状沉淀。

(1)不稳定，受热易分解。固体状态下或在水中，都易分解。

Cu(OH)₂=Δ=CuO＋H₂O

(2)微显两性。

Cu(OH)₂＋H₂SO₄=CuSO₄＋2H₂O

2NaOH(浓)＋Cu(OH)₂=Na₂[Cu(OH)₄](四羟基合铜酸钠)

(3)与醛反应，生成Cu₂O。

CH₃CHO＋2Cu(OH)₂＋NaOH=Δ=Cu₂O＋CH₃COONa＋3H₂O

(4)制铜盐的原料。用于媒染剂、催化剂、杀菌剂和颜料，是船底防污漆的组分。

4、CuOH氢氧化亚铜，黄色固体。非常不稳定，室温即可分解。

2CuOH=Cu₂O＋H₂O

存在水、氧气时，氧化为氢氧化铜。

4CuOH＋O₂＋2H₂O = 4Cu(OH)₂

颜色变化为黄色变为绿色，最后变为蓝色。

(3)制取CuOH

用NaOH处理氯化亚铜CuCl在盐酸中的冷溶液。此时析出的是黄色的CuOH沉淀。

H[CuCl₂]＋NaOH=CuOH↓＋NaCl＋H₂O

5、铜盐

溶于水的盐在稀溶液时，呈现蓝色。在氨水溶液时，呈现深蓝色。在较浓的氯离子溶液中，呈现绿色。

Cu^2＋＋4H₂O=[Cu(H₂O)₄]^2＋

Cu^2＋＋4NH₃=[Cu(NH₃)₄]^2＋

Cu^2＋＋4Cl^－=[CuCl₄]^2－

与强碱反应，生成蓝色絮状沉淀。

Cu^2＋＋2OH^－=Cu(OH)₂↓

在更浓的强碱性溶液中，会生成铜酸盐[Cu(OH)₄]^2－。

遇H₂S或可溶性硫化物生成难溶黑色沉淀CuS。此反应用于除去废水中的重金属离子。Cu^2＋＋S^2－=CuS↓

遇活泼金属能发生置换反应。

(1)CuCl₂

氯化铜为黄棕色粉末，易溶于水、乙醇、丙酮。氯化铜是共价化合物，为平面链状。易从空气中吸湿而变成蓝绿色晶体二水合物CuCl₂·2H₂O。

浓溶液为绿色，原因是有黄色的[CuCl₄]^2－离子存在。

遇还原剂易生成CuCl或Cu。

CuCl₂＋Cu=2CuCl

2CuCl₂＋SO₂＋2H₂O=2CuCl↓＋2HCl＋H₂SO₄

CuCl₂＋H₂=Δ=Cu＋2HCl

(2)CuSO₄

无水硫酸铜为白色粉末，五水合硫酸铜为蓝色晶体。不溶于乙醇，几乎不溶于其他大多数有机溶剂。

①波尔多液：CuSO₄与Ca(OH)₂的混合浊液。能杀果树的病菌。

②硫酸铜，无色固体，可以检测气体中的水蒸气。从溶液中结晶出来时是CuSO₄·5H₂O。

(3)Cu(NO₃)₂，蓝色晶体状粉末。

受热易分解。

2Cu(NO₃)₂=Δ=2CuO＋4NO₂↑＋O₂↑

(4)CuCO₃，灰色固体。在水中不能产生。遇水立刻水解为Cu₂(OH)₂CO₃和Cu(OH)₂的混合物。

2CuCO₃＋H₂O=Cu₂(OH)₂CO₃＋CO₂↑

CuCO₃＋H₂O=Cu(OH)₂＋CO₂↑

受热易分解。

CuCO₃=Δ=CuO＋CO₂↑

(5)Cu₃(PO₄)₂，蓝色结晶性粉末。不溶于水，溶于酸、氨水。

3CuCl₂＋2H₃PO₄= Cu₃(PO₄)₂↓＋6HCl

(6)Cu₂(OH)₂CO₃碱性碳酸铜，又名铜锈、铜绿，颜色为蓝色。

Cu₂(OH)₂CO₃=Δ=2CuO＋H₂O＋CO₂↑

Cu₂(OH)₂CO₃＋2H₂SO₄=2CuSO₄＋3H₂O＋CO₂↑

6、亚铜盐

(1)CuCl，白色固体，难溶于水。

溶于浓盐酸。

CuCl＋HCl=H[CuCl₂]

(2)Cu₂SO₄，溶于水发生歧化反应。

Cu₂SO₄= CuSO₄＋Cu

浓硫酸与铜反应时，副反应生成灰黑色硫酸亚铜固体。

(3)CuNO₃，溶于水。

(4)Cu₂CO₃，难溶于水。

2CuCl＋Na₂CO₃=Cu₂CO₃＋2NaCl

7、铜酸钠，Na₂CuO₂。

四羟基铜酸钠，蓝色溶液，固体盐尚未制得。

2Na₂[Cu(OH)₄]＋Cl₂=2NaCuO₂↓＋2NaCl＋4H₂O

8、高铜酸钠

NaCuO₂，难溶于水，黑色固体。具有强氧化性。

9、制取铜

铜火法炼铜：Cu₂S＋O₂=高温=2Cu＋SO₂

湿法炼铜：Fe＋CuSO₄=Cu＋FeSO₄。

电解精炼铜。

五、锌Zn

主要含Zn矿物有闪锌矿Zns、菱锌矿ZnCO₃。

银白色略带淡蓝色金属，表面易形成致密氧化膜，而呈浅灰色。是第四常见的金属。化学性质与铝相似。

Zn比Cu活泼的原因是，能级4s²全充满，金属键较弱，原子化热低。(两者的两级电离能相近、水合热相近)

1、锌在空气中很难燃烧，在氧气中发出强烈白光，燃烧时冒白烟。

与卤素单质、S、N₂等反应。

易溶于酸，也易从溶液中置换金、银、铜等。

溶于强碱和氨水。

Zn＋2NaOH＋2H₂O=Na₂[Zn(OH)₄]＋H₂↑

Zn＋4NH₃＋2H₂O=[Zn(NH₃)₄](OH)₂＋H₂↑

2、ZnO和Zn(OH)₂，既可溶于酸，又可溶于碱。Zn(OH)₂不稳定。

ZnO＋2NaOH＋H₂O=Na₂[Zn(OH)₄]

Zn(OH)₂＋2NaOH=Na₂[Zn(OH)₄]

Zn(OH)₂=Δ=ZnO＋ H₂O

3、锌盐

(1)ZnS，白色固体，很难溶。

ZnSO₄＋H₂S=ZnS↓＋H₂SO₄

ZnS与BaSO₄共沉淀形成ZnS·BaSO₄，又称锌钡白，用作白色颜料。

ZnSO₄＋BaS=ZnS·BaSO₄↓

(2)ZnCl₂＋H₂O=H[ZnCl₂(OH)]

ZnCl₂·H₂O=Δ= Zn(OH)Cl＋HCl↑

ZnCl₂·H₂O＋SOCl₂=Δ=ZnCl₂＋SO₂↑＋2HCl↑

(3)将锌盐与铝盐分离的方法是用过量氨水处理。[Al(OH)₃和Zn(OH)₂都有两性]

AlCl₃＋3NH₃·H₂O=Al(OH)₃↓＋3NH₄Cl

ZnCl₂＋4NH₃·H₂O =[Zn(NH₃)₄]Cl₂＋4H₂O

过滤后将滤渣Al(OH)₃加盐酸再处理。

将滤液加盐酸调pH得到Zn(OH)₂沉淀，过滤得滤渣Zn(OH)₂加盐酸再处理。

4、制造Zn金属

ZnO＋CO=加热=Zn＋CO₂

5、应用

(1)用于镀锌，在铁表面镀锌。

(2)用于制造黄铜(铜锌合金)和青铜。

(3)用于制造锌基合金

(4)用于制造干电池。

碱性锌锰干电池反应为：

Zn＋MnO₂＋2H₂O＋4OH^－=Mn(OH)₄^2－＋Zn(OH)₄^2－

酸性锌锰干电池反应为：

2Zn＋4MnO₂＋4NH₄^＋=4MnOOH＋Zn(NH₃)₄^2＋＋Zn^2＋

(5)用于医药、农业、颜料等。人体必需的微量元素之一。