铁和铁化合物

铁和铁的化合物1．复习重点1．铁单质的化学性质2．铁的重要化合物的氧化还原性；3．Fe(Ⅱ）、Fe(Ⅲ)的相互转化是高考的热点。2．难点聚焦一、铁的结构和性质1.铁是26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，属于过渡元素。原子结构示意图：主要化合价：+2，+32.铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g/㎝3,熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。3.铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。①跟非金属反应：点燃点燃△3Fe+2O2==Fe3O42Fe+3Cl2==2FeCl3Fe+S=FeSFe+I2=FeI2②跟水反应：3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑③跟酸作用：Fe+2H+=Fe2++H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，且氧化性酸过量时生成Fe3+)④与部分盐溶液反应：Fe+Cu2+=Fe2++CuFe+2Fe3+=3Fe2+3.生铁与钢的比较铁的合金生铁钢含碳量2%～4.3%0.03%～2%其它杂质含硅、锰、硫、磷较多含硅、锰少量，硫和磷几乎没有机械性能硬而脆、无韧性硬而韧、有弹性机械加工可铸不可锻可铸、可锻、可压延4.炼铁和炼钢的比较炼铁炼钢原料铁矿石、焦炭、石灰石、空气生铁、空气（或纯氧、氧化铁）、生石灰、脱氧剂化学原理在高温下用还原剂从铁矿石里还原出来在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和其它氧化为气体或炉清除去主要反应①还原剂的生成C+O2CO2CO2+C高　温2CO②铁的还原Fe2O3+3CO高　温2Fe+3CO2③炉渣的生成CaCO3高　温CaO+CO2CaO+SiO2高　温CaSiO3①氧化：2Fe+O2高　温2FeOFeO氧化铁水里的Si、Mn、C等。如C+FeO高　温Fe+CO②造渣：生成的硅锰氧化物得铁水里的硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出。③脱氧，并调整Mn、Si含量2FeO+Si高　温2Fe+SiO2主要设备高炉转炉1.过渡元素位于周期表中中部从ⅢB～ⅡB族十个纵行，分属于第四周期至第七周期。过渡元素都是金属，又叫过渡金属。过渡金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性能，较好的导电、导热性能和耐腐蚀性能。过渡元素的原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，因此过渡元素有可变化合价。所以当Fe与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的2个电子，形成Fe2+；当Fe与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成Fe3+。这就是铁在其化合物中通常显+2价或+3价的原因。则Fe发生化学反应能得到+2价还是+3价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要看反应物的量之间的关系。例如：①铁在O2中燃烧的，一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂；②Fe与S反应中Fe只能失去其最外层的2个电子而变成+2价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明反应放热；③Fe在Cl2中燃烧时不但能失去最外层的2个电子，而且还可失去次外层的1个电子后成+3价，说明氧化性Cl2S；④在高温时能与C、P、Si等化合。2.铁的合金一般地说，含碳量在2%～4.3%的铁的合金叫做生铁。生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、磷等，它可铸不可煅。根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种。一般地说，含碳量在0.03%～2%的铁的合金叫做钢。钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以铸造。钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类。碳素钢就是普通的钢。合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制成的。合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能。3.炼铁(1)反应原理：利用氧化——还原反应，在高温下，用还原剂(主要是CO)把铁从铁矿石里还原出来。(2)原料：铁矿石、焦炭、石灰石和空气(3)设备：高炉(4)生产过程①还原剂的生成C+O2点　燃CO2CO2+C　　　2CO②铁矿石还原成铁Fe2O3+3CO　　　2Fe+3CO2↑③除脉石、炉渣的形成CaCO3高　温CaO+CO2↑SiO2+CaO高　温CaSiO34.炼钢(1)设备：氧气顶吹转炉(2)主要原料：炼钢生铁、生石灰、氧气。(3)反应原理：利用氧化还原反应，在高温下，用氧化剂把生铁中过多的碳和其它杂质氧化为气体或炉渣除去。(4)炼钢时的主要反应：①氧化剂的生成，热能的来源2Fe+O2高　温2FeO②降低碳的含量C+FeO高　温CO+Fe③除去S、P等杂质④加硅铁、锰铁、铝除剩余FeO——脱氧2FeO+Si高　温2Fe+SiO2二、铁的氧化物和氢氧化物1.铁的氧化物的比较铁的氧化物FeOFe2O3Fe3O4俗称铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末黑色晶体红棕色粉末铁的价态+2+3+2、+3水溶性难溶于水稳定性不稳定性6FeO+O2=2Fe3O4稳定稳定与酸的反应FeO+2H+=Fe2++H2OFe2O3+6H+=2Fe3++3H2OFe3O4+8H+=2Fe3++Fe2++4H2O与CO的反应FexOy+yCO=xFe+yCO2制取高温熔融，过量的铁与氧气反应2Fe+O2=2FeOFe(OH)3的分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O铁在氧气中燃烧3Fe+2O2=Fe3O42.铁的氢氧化物的比较Fe(OH)2Fe(OH)3物理性质白色，难溶于水的固体红褐色，难溶于水的固体化学性质（1）与非氧化性强酸反应Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O(2)与氧化性酸反应3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O（3）空气中放置被氧化4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（1）与酸反应Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O（2）受热分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O制备①煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气②煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气③配制FeSO4溶液，加少量的还原铁粉④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓1.Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在Fe3O4晶体中有1/3的Fe是+2价，有2/3的Fe是+3价，可看成FeO·Fe2O3，实际应写成Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。2.Fe(OH)2和Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀。而Fe(OH)2极不稳定，易被氧化成Fe(OH)3，反应现象是：白色→灰绿色→红褐色。若要观察到白色的Fe(OH)2沉淀，需要创造以下条件：（1）排除亚铁盐溶液里的Fe3+离子，以免Fe3+离子直接与OH-结合生成Fe(OH)3。（2）尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的Fe(OH)2被氧化成Fe(OH)3的速度。反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe3+离子产生。亚铁盐溶液与碱溶液在混合前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀。三、Fe、Fe2+和Fe3+之间相互转化及检验从Fe、Fe2+和Fe3+的结构可知:Fe只有还原性，Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化，如下图（常称为铁三角）：FeCl2COFe3+COO2ZnCu2+H2HNO3I-、I2、SAlKMnO4Cl2、O2、HNO3、KMnO4、H2O2Fe2+Fe、Cu、I-、S2-、H2SFe3+（溶液为绿色）（溶液为棕黄色）1.学习铁及其化合物的性质要注意：(1)抓价态：从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化—还原反应规律.(2)想属类：如铁是一种比较活泼的过渡金属，氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物，氢氧化亚铁、氢氧化铁为不溶性弱碱，氯化铁为强酸弱碱盐，由此去分析理解它们各自所具有的性质.2.铁元素的原子在化学反应中，当遇弱氧化剂(如S、H+、Cu2+、I2等)时，铁只能失去最外层的两个电子，而生成+2价铁的化合物，当遇到强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时，铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物.3.具体反应有：（1）Fe2+→Fe3+①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-（在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色）。②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是：12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3）③3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑④5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+如在FeCl2溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液由浅绿色变棕黄色，在酸性KMnO4溶液滴加FeCl2溶液，溶液由紫红变棕黄。⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O（2）Fe3+→Fe2+①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在FeCl3溶液中滴加适量的Na2S溶液,溶液变浑浊，滤去沉淀则滤液为浅绿色；如加入过量的Na2S溶液，，则又有黑色沉淀生成（FeS），向Fe3+溶液中通入H2S气体的离子方程式为：2Fe2++H2S=2Fe3++2H++S↓。②2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+③2Fe3++Fe=3Fe2+,在FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2+被氧化为Fe3+。④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用FeCl3溶液与裸露的铜反应。⑤2Fe3++2I－=2Fe2++I24.Fe2+和Fe3+的检验（1）Fe2+的检验：方法一：滴加KSCN溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色。方法二：滴加NaOH溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色。（2）Fe3+的检验：方法一：滴加KSCN溶液或NH4SCN溶液，溶液立即变为血红色。方法二：滴加NaOH溶液,出现红褐色沉淀。1.Fe2+和Fe3+的相互转化Fe2+有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3+：MnO-4+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O--272OCr+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2OH2O2+2Fe2++2H+=2F3++2H2O在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2+氧化：4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O在碱性溶液中，Fe2+的还原性更强，它能把NO-3和NO-2还原成NH3，能把Cu2+还原成金属铜.Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成I2：2Fe3++2I-=2Fe2++I2在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式是：2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而FeCl3是氧化剂.Fe3+在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe2+：2Fe3++H2S=2Fe2++S↓+2H+2F3++Sn2+=2Fe2++Sn4+Fe3+还能被金属铁还原：2Fe3++Fe=3Fe2+在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe2+被氧化为Fe3+.2.Fe2+和Fe3+的颜色Fe2+在水溶液中通常以水合离子［Fe(H2O)6］2+形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡：［Fe(H2O)6］2++H2O［Fe(H2O)5OH］++H2O+这个平衡的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)6］3+形式存在.三氯化铁以及其他+3价铁盐溶于水后都发生显著的水解，实质是+3价水合铁离子的水解.只有在PH=0左右时，才有［Fe(H2O)6］3+存在(但