本次将给同学们复习整理铁及其化合物，由于涉及铁元素的多种价态物质，内容较为丰富。并且，价态间的物质变化涉及氧化还原反应，所以有关铁元素的物质间的相互转化也很重要。还有一点，氧化还原反应又与电化学紧密联系，包括铁的电化学腐蚀与防护，故同学们应当努力完成本次学习任务，将铁及其化合物的相关知识点掌握并加以运用。

就高考备考中，尤其关于铁的知识给同学们列出以下复习提纲：

1、概括为四大部分：

(1)铁的游离态——即铁单质

(2)铁的化合态——即铁的化合物(包括含铁元素的盐、碱、氧化物)

(3)铁在电化学中的考查

2、铁单质的五个方面：

(1)铁原子结构、基态铁原子、Fe^2＋、Fe^3＋价电子排布、晶体铁结构

(2)铁在周期表中的位置

(3)金属铁物理性质(色、态、密度、熔沸点、硬度、导热、导电)

(4)金属铁化学性质(金属性很强、失电子能力很强、还原性很强)

(5)金属铁的制备与用途

3、含铁元素的氧化物——氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁

4、含铁元素的碱——氢氧化亚铁、氢氧化铁

5、含铁元素的盐——亚铁盐(Fe^2＋)、铁盐(Fe^3＋)

6、钢铁的吸氧腐蚀与析氢腐蚀(电化学中另做文章，暂不提及)

7、延伸自学：晶体场理论与常见的含铁配合物

古代社会的铁器时代大约起始于公元前2000年，但最早发现和使用铁是来自外太空的陨铁。陨铁是铁和、钴等金属的混合物，含铁量较高。在埃及等一些文明古国所发现的最早的铁器都是由陨铁加工而成的，所以古埃及人把铁叫做“天石”。

铁是地壳中含量仅次于氧、硅和铝，排第四。在地壳中存在的单质铁是极为少见的，广泛以化合态出现，许多矿物由于含有铁化合物而呈现特有的颜色。铁的最重要矿物是氧化物和碳酸盐。其中铁含量最高的矿物是磁铁矿(Fe₃O₄)，它是一种黑色有铁磁性的矿物，另外赤铁矿(Fe₂O₃)、菱铁矿(FeCO₃)、黄铁矿(FeS₂)等都是常见的含铁矿石。

单质Fe溶于一般的无机酸，在冷的浓硫酸、浓硝酸中钝化，非氧化性酸中得到Fe(II)。在酸性和中性条件下Fe^2＋不水解，但极易被氧化，需强酸性或加入单质Fe抗氧化。Fe(III)极易水解呈黄色，在pH=3左右沉淀完全。碱性条件用次氯酸钠等氧化剂氧化得到Fe(VI)，高铁酸钾常用作净水剂。Fe(III)可以被很多还原剂还原，如Sn(II)、Ti(III)、Zn等；在冰醋酸中，FeCl₃氧化苯偶姻得到二苯乙二酮。

在铁的配合物中，Fe(III)与硫氰根离子形成血红色络合物、与酚类形成蓝紫色或橙色络合物。赤血盐、黄血盐、滕氏蓝、普鲁士蓝四者的转化关系也是极为重要的，普鲁士蓝的结构与显色原因是此处的重中之重。

在工业上，铁是用铁矿石、焦炭和石灰石等在高炉中冶炼得到的。这样得到的铁叫做生铁。热分解五羰基合铁，用H₂还原纯氧化铁，或电解纯铁盐水溶液可制得纯铁。(纯铁没有工业用途)。

铁是一种重要的黑色金属，人体必需的微量元素，科学家们早已发现铁是造血元素，是构成血肌红蛋白、红蛋白、细胞色素的主要成分。多吃猪肝等含铁食物可以补铁，另外告诉你，绿色蔬菜的铁含量较其他蔬菜高。

其实有些微量元素甚至对头发也有影响，如缺碘会使头发稀疏，却锌会产生掉发，缺铁会使毛发生长受阻，严重时会引起斑秃及大面积脱发。

自1889年蒙德(Ludwig Mond)和兰格尔(Carl Langer)发现了羰基镍，引起了科学家们的浓厚兴趣，1891年在实验室发明了羰基铁制备技术，1924年实现了工业化生产。羰基铁粉是目前能够采用工业化技术生产的粒度最细、纯度最高、球形外观最好的铁粉，属于高新技术产品，德国BASF拥有世界最大、最先进的羰基铁粉生产线，具有标准制定权和定价权，处于全球羰基铁粉市场垄断地位。

羰基铁粉是通过CO和铁在高温高压下反应，生成五羰基油状物Fe(CO)₅，再热分解后得到的超细粉末。羰基铁粉呈洋葱球层状独特结构，具有良好的磁性能，用于制造导磁介电铁芯、高频磁芯和多种软磁材料元件。农业上，生产羰基铁爆硅藻土，用以改善酸性土壤。工业上羰基铁用作抗磨剂，添加小于0.1%的Fe(CO)₅合成汽油，辛烷值从61提高到96，比苯增加了350倍，加入有机酸等用来降低Fe(CO)₅添加剂对发动机汽缸的磨损，与四乙基铅汽油比较具有优势。另外，20世纪90年代以后对羰基铁粉微波吸收材料的研究非常迅速，目前，已大量使用于隐形飞机、隐形舰艇、导弹等军用产品的外表吸波涂层，是军事国防领域中的重要隐身材料。

今天我们就来好好认识一下铁及其化合物。

第一部分：金属铁

一、铁原子结构、基态铁原子、Fe^2＋、Fe^3＋价电子排布、晶体铁结构

1、基态铁原子核外电子排布

2、基态铁原子、Fe^2＋、Fe^3＋价电子排布

基态Fe：1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²，简写为[Ar]3d⁶4s²

价电子排布为3d⁶4s²。

价电子数：8

但是它没有相应的失去所有的价电子(8个)的最高氧化态，它的最高氧化态为＋6。在通常条件下，铁主要以＋2、＋3氧化态存在。

3、金属铁晶体结构：体心立方与面心立方两种

二、铁在周期表中的位置、同位素、存在

1、铁在周期表中的位置

第四周期Ⅷ族，属d区元素，与CO、Ni称为铁系元素。

2、同位素

铁的天然同位素有⁵⁴Fe、⁵⁶Fe、⁵⁷Fe、⁵⁸Fe。其中丰度最高的是⁵⁶Fe(91.66%)；另外还有⁵²Fe、⁵⁵Fe、⁵⁹Fe、⁶⁰Fe、⁶¹Fe等一些人工合成的同位素。

3、存在

在自然界中，游离态的铁只能从陨石中找到，分布在地壳中的铁都以化合物的状态存在。

三、金属铁物理性质(色、态、密度、熔沸点、硬度、导热、导电)

银白色具有金属光泽的固体，熔、沸点高，密度7.8g/cm³，有良好的导热、导电和延展性，能被磁铁吸引。

四、金属铁化学性质

铁是一种黑色金属，主要的化学性质如下：

1、与非金属单质(如O₂、Cl₂、S)的反应

(1)与O₂常温下在空气中发生缓慢氧化生成铁锈

(2)与O₂点燃时：3Fe＋2O₂Fe₃O₄

(3)与Cl₂点燃时：2Fe＋3Cl₂2FeCl₃剧烈燃烧，生成大量红棕色的烟

(4)与S点燃时：Fe＋SFeS

①铁分别与氯气和盐酸反应所得的产物中铁元素的价态不同，Fe与Cl₂反应生成FeCl₃，而Fe与盐酸反应生成FeCl₂。

②铁在潮湿的空气中生成的铁锈的主要成分是Fe₂O₃，而铁在纯氧中燃烧的产物是Fe₃O₄。

③铁与硫蒸气反应生成的是FeS而不是Fe₂S₃；铁与碘蒸气反应生成的是FeI₂而不是FeI₃。

2、与水反应

常温下铁与水不反应，在高温条件下与水蒸气反应：

3Fe＋4H₂O(g)Fe₃O₄＋4H₂

3、与酸反应

(1)与非氧化性的酸(稀盐酸)：Fe＋2H^＋===Fe^2＋＋H₂↑

(2)与氧化性酸(稀硝酸)：Fe＋NO₃^－＋4H^＋=== Fe^3＋＋NO↑＋2H₂O

(3)常温下，遇冷的浓硫酸、浓硝酸钝化

①常温下，能用铁制容器盛放浓硫酸、浓硝酸的原因是二者能使铁发生“钝化”，而不是铁与浓硫酸、浓硝酸不反应。利用这一性质常用铁桶装运浓H₂SO₄、浓HNO₃等化学试剂。

②铁可以溶于热的浓硫酸中：2Fe＋6H₂SO₄(浓、热)===Fe₂(SO₄)₃＋3SO₂↑＋6H₂O。

4、与某些盐反应

与CuSO₄溶液反应：Fe＋Cu^2＋=== Fe^2＋＋Cu

与FeCl₃溶液反应：Fe＋2Fe^3＋=== 3Fe^2＋

五、工业炼铁

(1)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石。

(2)设备：炼铁高炉。

(3)主要反应

①还原剂的生成：C＋O₂ CO₂，CO₂＋C 2CO；

②铁的还原：Fe₂O₃＋3CO 2Fe＋3CO₂；

③造渣反应：CaCO₃ CaO＋CO₂↑，CaO＋SiO₂ CaSiO₃。

六、金属铁的用途

1、冶炼钢等合金；

2、铝合金广泛应用于电讯器材、建筑设备以及汽车、飞机、宇航飞行器及生活用品的制造。

3、炼钢厂利用铝的亲氧性作脱氧剂。

第二部分：铁的化合物

一、铁的氧化物

说明：

(1)FeO属NaCl型晶胞，但铁原子应占的位置没有占满，所以氧化亚铁有时写成Fe₀·95O；

(2)天然Fe₃O₄有磁性，不溶于酸和碱，是电的良导体；

(3)经x射线结构研究证明：Fe₃O₄是一种铁酸盐。

二、铁的氢氧化物

①FeO和Fe₃O₄与足量HNO₃反应时，发生氧化还原反应，Fe^2＋被HNO₃氧化生成Fe^3＋。

②Fe₂O₃和Fe₃O₄与足量HI反应时，发生氧化还原反应，Fe^3＋被I^－还原生成Fe^2＋。

防止Fe(OH)₂氧化的方法

(1)将配制溶液的蒸馏水煮沸，驱除溶液中的氧气。

(2)将盛有NaOH溶液的胶头滴管尖端插入试管的亚铁盐溶液底部，并慢慢挤出NaOH溶液。

(3)在亚铁盐溶液上面充入保护气，如H₂、N₂、稀有气体等。

(4)在亚铁盐溶液上面加保护层，如苯、植物油等。

(5)用Fe作阳极，石墨作阴极，电解NaCl溶液，利用新产生的Fe^2＋与OH^－反应制取。

三、含铁元素的盐——亚铁盐(Fe^2＋)与铁盐(Fe^3＋)

1、亚铁盐(Fe^2＋)

(1)Fe^2＋的氧化性和还原性

含有Fe^2＋的溶液呈浅绿色，Fe^2＋处于铁的中间价态，既有氧化性，又有还原性，其中以还原性为主，如：遇Br₂、Cl₂、H₂O₂、NO₃^－(H^＋)等均表现为还原性。

Fe^2＋的酸性溶液与H₂O₂反应的离子方程式：2Fe^2＋＋H₂O₂＋2H^＋===2Fe^3＋＋2H₂O。

(2)可水解

Fe(OH)₂是弱碱，含Fe^2＋的盐(如硫酸亚铁)溶液呈酸性。配制硫酸亚铁溶液时常加少量硫酸抑制Fe^2＋的水解，加少量铁屑防止Fe^2＋被氧化。

2、铁盐(Fe^3＋)的性质及应用

(1)氧化性

含有Fe^3＋的溶液呈棕黄色，Fe^3＋处于铁的高价态，遇Fe、Cu、HI、H₂S等均表现为氧化性。

①Fe^3＋与S^2－、I^－、HS^－、SO₃^2－等具有较强还原性离子不能大量共存。

②Fe^3＋可腐蚀印刷电路板上的铜箔，反应的离子方程式为

2Fe^3＋＋Cu===Cu^2＋＋2Fe^2＋。

(2)可水解

Fe(OH)₃是很弱的碱，且溶度积很小，因而Fe^3＋极易水解，只能存在于酸性较强的溶液中。

①利用Fe^3＋易水解的性质，实验室可用FeCl₃滴入沸水中制取氢氧化铁胶体，反应的化学方程式：FeCl₃＋3H₂OFe(OH)₃(胶体)＋3HCl。

②利用Fe^3＋易水解的性质，工业上常用调节pH方法除去溶液中的铁离子。

③利用Fe^3＋易水解的性质，实验室配制氯化铁溶液，通常将氯化铁固体先溶于较浓的盐酸中，然后再稀释至所需浓度。

④Fe^3＋与HCO₃^－、AlO₂^－、CO₃^2－、ClO^－等水解呈碱性的离子不能大量共存。

3、含Fe^2＋、Fe^3＋的混合溶液中Fe^3＋、Fe^2＋的检验。

(1)Fe^3＋的检验

方法一：混合溶液溶液变红色，说明含有Fe^3＋；

方法二：混合溶液试纸变蓝色，说明含有Fe^3＋。

(2)Fe^2＋的检验

方法一：混合溶液酸性KMnO₄溶液紫红色褪去，说明含有Fe^2＋；

方法二：混合溶液溴水褪色，说明含有Fe^2＋；

方法三：混合溶液生成蓝色沉淀，说明含有Fe^2＋。

4、Fe^2＋、Fe^3＋检验时两大注意点

(1)检验Fe^2＋时不能先加氯水后加KSCN溶液，也不能将加KSCN后的混合溶液加入到足量的新制氯水中(新制氯水可能氧化SCN^－)。

(2)Fe^3＋、Fe^2＋、Cl^－同时存在时不能用酸性KMnO₄溶液检验Fe^2＋(Cl^－能还原酸性KMnO₄，有干扰)。

5、混合液中Fe^2＋、Fe^3＋的除去方法

(1)除去Mg^2＋中混有的Fe^3＋的方法

向混合溶液中加入Mg、MgO、MgCO₃、Mg(OH)₂其中之一，与Fe^3＋水解产生的H^＋反应，促进Fe^3＋的水解，将Fe^3＋转化为Fe(OH)₃沉淀而除去。

(2)除去Mg^2＋中混有的Fe^2＋的方法

先加入氧化剂(如H₂O₂)将溶液中的Fe^2＋氧化成Fe^3＋，然后再按(1)的方法除去溶液中的Fe^3＋。

四、“铁三角”转化

上述转化关系中标号反应的离子方程式：

①2Fe^3＋＋Fe===3Fe^2＋；

②2Fe^3＋＋H₂S===2Fe^2＋＋S↓＋2H^＋

③2Fe^2＋＋H₂O₂＋2H^＋===2Fe^3＋＋2H₂O；

④3Fe^2＋＋NO＋4H^＋===3Fe^3＋＋NO↑＋2H₂O

第三部分：重要化合物

一、三氯化铁

在＋3氧化态的盐中，最重要的是FeCl₃·6H₂O。它具有低熔、沸点，易挥发，易溶于乙醇、甘油、乙醚、丙酮等有机溶剂的特点，明显地具有共价性，可以使蛋白质聚沉，故可作为止血剂。

三氯化铁在酸性溶液中具有一定的氧化性，属中强氧化剂，例如印刷电路的制版过程中，将粘有铜箔的胶木板先制成薄膜线路，再将其浸入FeCl₃(aq)中进行腐蚀得到。Fe^3＋还能把I^－、Sn^2＋、H₂S和SO₂分别氧化成I₂、Sn^4＋、S、SO₄^2－。

二、黄血盐与赤血盐

小科普：亚铁氰化钾别名黄血盐(Potassium Ferrocyanide)，为鲜黄色单斜体晶体或粉末，无臭，略有咸味，具有抗结性能，可用于防止细粉、结晶性食品板结。例如，食盐长久堆放易发生板结，加入亚铁氰化钾后食盐的正六面体结晶转变为星状结晶，从而不易发生结块。

我国的盐中多数盐品都未添加亚铁氰化钾，只有井矿盐等容易结块的盐添加了亚铁氰化钾作为抗结剂！K₄[Fe(CN)₆]里面的氰根(CN^－)和铁是牢牢结合在一起的(形成配位键)，所以它的急性毒性比氰化钾(KCN)差了几百倍，所以亚铁氰化钾是合法的食品添加剂，用作抗结剂。

另外亚铁氰化钾在高温下可以分解产生氰化钾，但这个温度至少要400℃，我们平时的烹饪根本达不到这个温度(不粘锅越330℃时其涂层就开始熔化了)，最后再告诉你一点，假设亚铁氰化钾全部诡异般的分解，那也需要一次性吃几十斤的食盐才会致命。

所以亚铁氰化钾的安全性是有保障的，适当吃盐根本不用担心。

三、血红蛋白

微量元素在人体内含量极少，但具有重要的生理功能。如铁与血有密切关系，铁在人体内的主要功能是以血红蛋白的形式参加氧的转运、交换和组织呼吸过程，此外，铁还与许多酶的合成有关，如果体内缺铁，会造成缺铁性或营养性贫血。

铁的供给量标准：成年男性每日12mg，成年女子18 mg，孕妇和乳母28 mg，青少年15～20mg，儿童10～12mg。

含铁质丰富的食物：动物肝脏、蛋黄、豆类和一些蔬菜(如紫菜、黄花菜和黑木耳)等。

下面给诸位补一补生物，呵呵呵~~~~

为什么血液是红色的？因为血液里含有红细胞，红细胞是红色的。

红细胞为什么是红色的？因为红细胞中有一种蛋白质——血红蛋白，它是红色的。

血红蛋白为什么是红色的？因为血红蛋白里含有铁元素，易被氧化形成红色的氧化铁，所以我们的血液才是红色的。

现在你能理解铁是血液的核心元素了吧。

四、二茂铁

铁的一个重要配位化合物是环戊二烯基配位化合物Fe(C₅H₅)₂，称为二(环戊二烯基)合铁(Ⅱ)，俗称二茂铁，橙黄色固体，不溶于水，易溶于乙醚、苯、乙醇等有机溶剂。熔点为446K，但在373即发生升华，是典型的共价化合物。

二茂铁中铁的氧化态为＋2，Fe^2＋具有空轨道，与C₅H₅－形成的多中心π键配合物。

二茂铁是燃料油的添加剂，用以提高燃烧的效率和去烟，它还可以做导弹和卫星的涂料及高温润滑剂等。

可以说，二茂铁是有机金属化学发展的一个里程碑。1950年两个研究小组几乎同时用不同的方法合成出二茂铁。二茂铁的出现立即引起了人们的广泛关注，这类化合物的合成及表征立即成为化学研究的热点，各种金属的夹心化合物及其衍生物层出不穷。由于对这个夹心结构的表征及其后来在这个领域研究的杰出贡献，Wilkinson和Fischer共享了1973年的诺贝尔化学奖。

五、羰基铁 Fe(CO)₅

1824年，巴斯夫发明了用于电话感应线圈和超细羰基铁粉末，并且成功地将这种电磁性优异的材料用于后来风靡全球的录音磁带，极大程度地丰富了家庭晚间娱乐生活。

来自巴斯夫存储媒体时代的一种产品，至今仍活跃在消费电子产品领域——羟基铁粉。它能保护手机等设备的敏感电子元件，在变化的磁场和温度下持续可靠地提供稳定的直流电。

在羰基铁中，Fe的氧化态为0，价电子构型3d⁶4s²，价电子数为8。