过渡元素概述¶
铁单质¶
铁单质的物理性质¶
固体，铁块为银白色，铁粉为黑色。
常见形式为化合态，游离态存在于陨铁中。
有矿石：黄铁矿（\(\ce{FeS2}\)）、赤铁矿（\(\ce{Fe2O3}\)）、磁铁矿（\(\ce{Fe3O4}\)）、黄铜矿（\(\ce{FeCuS2}\)）。
铁单质的化学性质¶
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与氧气反应：
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常温：\(\ce{Fe + O2 + H2O -> Fe2O3*xH2O}\)。
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点燃：\(\ce{3Fe + 2O2 ->[点燃] Fe3O4}\)，火星四射。
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与酸反应：
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与非氧化性酸反应：\(\ce{Fe + 2H+ -> Fe^2+ + H2 ^}\)。
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与浓硫酸、浓硝酸：钝化（迅速生成 \(\ce{Fe3O4}\) 致密氧化膜，阻止反应继续进行）。
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和水反应：
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\(\ce{3Fe + 4H2O(g) ->[高温] Fe3O4 + 4H2}\)。
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现象：点燃肥皂泡，发出爆鸣声。
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铁的氧化物¶
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与酸反应。
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铝热反应：详见铝部分。
| \(\ce{FeO}\) | \(\ce{Fe2O3}\) | \(\ce{Fe3O4}\) | |
|---|---|---|---|
| 名称 | 铁红 | 磁性氧化铁 | |
| 状态 | 黑色粉末 | 红棕色粉末 | 黑色晶体 |
| 用途 | 色素，使陶釉呈绿色 | 色素、染料，粉刷墙壁 | 磁性材料，激光打印机墨粉 |
氧化亚铁：
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碱性氧化物：\(\ce{FeO + 2H+ -> Fe^2+ + H2O}\)。
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还原性：\(\ce{6FeO + O2 ->[高温] 2Fe3O4}\)。
氧化铁：
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碱性氧化物：\(\ce{Fe2O3 + 6H+ -> 2Fe^3+ + 3H2O}\)。
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氧化性：\(\ce{2Al + Fe2O3 ->[高温] 2Fe + Al2O3}\)。
四氧化三铁：
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特殊氧化物：\(\ce{Fe3O4 + 8H+ -> Fe^2+ + 2Fe^3+ + 4H2O}\)。
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氧化性：\(\ce{8Al + 3Fe3O4 ->[高温] 9Fe + 4Al2O3}\)。
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还原性。
高炉炼铁¶
碳、铁矿石、空气、碳酸钙。
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碳提供还原性，同时燃烧提供热量。
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空气用于支持燃烧。
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碳酸钙用于除去铁矿石中的二氧化硅。
铁盐和亚铁盐¶
铁盐的物理性质¶
- \(\ce{FeCl3*6H2O}\)：黄色。
- \(\ce{FeSO4*7H2O}\)（绿矾）：浅绿色。
铁盐的化学性质¶
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与碱反应：
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\(\ce{Fe^3+ + 3OH- -> Fe(OH)3}\)。
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迅速产生红褐色沉淀，可用于检验铁离子。
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氧化性：
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\(\ce{2Fe^3+ + Fe -> 3Fe^2+}\)。
加入 \(\ce{KSCN}\) 后，溶液呈血红色。
加入足量铁粉后，溶液褪色。
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\(\ce{2Fe^3+ + Cu -> 2Fe^2+ + Cu^2+}\)。
溶液由黄变蓝。
应用：蚀刻铜电路板。
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\(\ce{2Fe^3+ + 2I- -> 2Fe^2+ + I2}\)。
溶液由黄变棕黄。
加入淀粉后溶液变蓝。
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亚铁盐的化学性质¶
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与碱反应：详见亚铁的氢氧化物。
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氧化性：\(\ce{Zh + Fe^2+ -> Fe + Zn^2+}\)。
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还原性：
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\(\ce{2Fe^2+ + H2O2 + 2H+ -> 2Fe^3+ + 2H2O}\)。
加入 \(\ce{KSCN}\) 无色。
逐滴加入酸性 \(\ce{H2O2}\)，呈血红色。
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被 \(\ce{Cl2,O2,KMnO4}\) 等氧化。
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亚铁盐的保存：（以硫酸亚铁为例）加入铁粉防氧化，加入适量稀硫酸防水解。
铁盐和亚铁盐的检验和除杂¶
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硫氰化钾 \(\ce{KSCN}\) 法：
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检验亚铁离子：加入 \(\ce{KSCN}\) 无明显现象，加入适量氧化剂（\(\ce{Cl2}\)）变血红色。
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检验铁离子：加入 \(\ce{KSCN}\) 变血红色，加入适量还原剂（\(\ce{Fe}\)）变无色。
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注意：\(\ce{Fe^3+ + 3SCN- -> Fe(SCN)3}\) 为配合反应，故即使 \(\ce{Fe(SCN)3}\) 不是沉淀也不能大量共存。
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铁氰化钾（\(\ce{K3[Fe(CN)6]}\)）、亚铁氰化钾（\(\ce{K4[Fe(CN)6]}\)）法：
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检验亚铁离子：加入铁氰化钾，产生蓝色沉淀（铁氰化亚铁）。
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检验铁离子：加入亚铁氰化钾，产生蓝色沉淀（亚铁氰化铁）。
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除杂：
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\(\ce{FeCl2(FeCl3)}\)：\(\ce{2Fe^3+ + Fe -> 3Fe^2+}\)。
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\(\ce{FeCl3(FeCl2)}\)：\(\ce{Cl2,H2O2(H+),KMnO4}\)。
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碳酸亚铁的制备¶
如果用铁离子和碳酸根制备的话，会因为碳酸根碱性过强导致生成氢氧化亚铁沉淀杂质。
因此，需要用碱性更弱的碳酸氢根来制备硫酸亚铁，同时需要向碳酸氢根溶液中逐滴滴加亚铁离子溶液。如果反过来也会导致碳酸氢根碱性强生成氢氧化亚铁沉淀。
补充：高铁酸¶
制备原理：\(\ce{Fe^3+ + OH- + Cl2 / ClO- -> FeO4^2-}\)。
正六价的铁是铁的最高价态，而高铁酸钾 \(\ce{K2FeO4}\) 也只在碱性环境中稳定存在。
高铁酸钾在受潮、受热，酸性、中性环境中会分解产生氧气。
因为其强氧化性，且还原产物三价铁离子可以起到吸附的作用，常用作杀菌净水剂。
铁和亚铁的氢氧化物¶
氢氧化物的物理性质¶
| \(\ce{Fe(OH)3}\) | \(\ce{Fe(OH)2}\) | |
|---|---|---|
| 颜色 | 红褐色 | 白色 |
| 溶解性 | 难溶 | 难溶 |
氢氧化物的化学性质¶
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碱性（弱碱性）：
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\(\ce{Fe(OH)3 + 3H+ -> Fe^3+ + 3H2O}\)。
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\(\ce{Fe(OH)2 + 2H+ -> Fe^2+ + 2H2O}\)。
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不稳定性（易氧化）：
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生成白色絮状沉淀：\(\ce{Fe^2+ + 2OH- -> Fe(OH)2}\)。
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迅速变为灰绿色：不稳定，易被氧化。
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最终变为红褐色：\(\ce{4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O -> 4Fe(OH)3}\)。
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三价铁离子的水解：
\[ \ce{Fe^3+ + 3H2O <=> Fe(OH)3 + 3H+} \] -
热稳定性：受热产生三氧化二铁，以及水。
氢氧化物的制备¶
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氢氧化铁胶体的制备：
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向沸腾的水中逐滴滴加饱和 \(\ce{FeCl3}\) 溶液。
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\(\ce{FeCl3 + 3H2O ->[\triangle] Fe(OH)3(胶体) + 3HCl}\)。
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待溶液呈红褐色，停止加热。
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氢氧化亚铁固体的制备：
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液面用煤油或苯液封，不能用 \(\ce{CCl4}\) 因为其密度大于水。
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胶头滴管伸入液面以下。
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