杰哥 | 铁及其化合物

1️⃣铁单质+铁的氧化物+铁的氢氧化物

铁单质

物理性质：

纯铁具有金属光泽的银白色金属，粉末为黑色；有良好的导电导热性、延展性；铁能被磁体吸引。

自然界存在：

铁在自然中有游离态（陨铁），但主要以+2价和+3价化合物的形态存在于矿石中。铁元素在地壳中的含量低于氧、硅和铝，居于第四位。

铁单质的化学性质

1. 与O₂：

（1）常温：铁锈（成分为Fe₂O₃·xH₂O）

（2）点燃：3Fe + 2O₂ =点燃= Fe₃O₄

2. 与非金属反应：

• 2Fe + 3Cl₂ =点燃= 2FeCl₃
• 2Fe + 3Br₂ = 2FeBr₃
• Fe + I₂ =△= FeI₂
• Fe + S =△= FeS

3. 与水反应：

3Fe + 4H₂O(g) =高温= Fe₃O₄ + 4H₂

4.与盐反应：

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

• Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu

Fe + 2Fe³⁺ = 3Fe²⁺

铁单质与酸的反应

（1）稀盐酸、稀硫酸：Fe + 2H⁺ + Fe²⁺ + H₂

（2）稀HNO₃（过量）：Fe + 4HNO₃（稀）= Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

• Fe + NO₃⁻ + 4H⁺ = Fe³⁺ + NO + 2H₂O

稀HNO₃（少量）∶3Fe + 8HNO₃（稀） = 3Fe(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

• 3Fe + 2NO₃⁻ +8H⁺ = 3Fe²⁺ + 2NO + 4H₂O

（3）浓H₂SO₄、浓HNO₃

a. 冷、常温：钝化

b. 加热不钝化：Fe + 6HNO₃（浓）=△= Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

2Fe + 6H₂SO₄（浓）=△= Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ +6H₂O

铁的氧化物

FeO

• 色态：黑色粉末
• Fe的价态：+2
• 与H₂：FeO + H₂ =高温= Fe + H₂O
• 不稳定：6FeO + O₂ =△= 2Fe₃O₄
• 与HCl或稀H₂SO₄反应：FeO +2H⁺ =Fe²⁺ +H₂O
• 与硝酸反应：3FeO +NO₃⁻ +10H⁺ =3Fe³⁺ + NO +5H₂O

Fe₂O₃

• 俗名：铁红（赤铁矿）
• 色态：红棕色粉末
• Fe的价态：+3
• 与H₂：Fe₂O₃ +3H₂ =高温= 2Fe +3H₂O
• 稳定性
• 与酸反应：Fe₂O₃ +6H⁺ =2Fe³⁺ +3H₂O

Fe₃O₄

• 俗名：磁性氧化铁
• 色态：黑色粉末
• Fe的价态：+2、+3、+3
• 与H₂：Fe₃O₄ +4H₂ =高温= 3Fe +4H₂O
• 稳定
• 与HCl或稀H₂SO₄反应：Fe₃O₄ +8H⁺ =Fe²⁺ +2Fe³⁺ +4H₂O
• 与硝酸反应：3Fe₃O₄ + 28HNO₃ = 9Fe(NO₃)₃ +NO +14H₂O

铁的氢氧化物

氢氧化亚铁 Fe(OH)₂

• 物理性质：白色固体、不溶于水
• 与HCl：Fe(OH)₂ + 2H⁺ =Fe²⁺ +2H₂O
• 与稀HNO₃：3Fe(OH)₂ + 10HNO₃ = 3Fe(NO₃)₃ +NO +8H₂O
• 加热（没有O₂）：Fe(OH)₂ =△= FeO + H₂O

氢氧化铁 Fe(OH)₃

• 物理性质：红褐色固体，不溶于水
• 与酸反应：Fe(OH)₃ +3H⁺ =Fe³⁺ +3H₂O
• 加热：2Fe(OH)₃ =△= Fe₂O₃ +3H₂O

转化

在空气中，Fe(OH)₂能够非常迅速地被氧气氧化成Fe(OH)₃

• 反应方程式：4Fe(OH)₂ + O₂ +2H₂O =4Fe(OH)₃
• 现象：白色固体，迅速灰绿，最终变成红褐色

2️⃣铁三角

Fe—→Fe²⁺

Fe +2H⁺ =Fe²⁺ +H₂

Fe +I₂ =△= FeI₂

Fe +S =△= FeS

Fe +Cu²⁺ =Fe²⁺ +Cu

Fe +2Fe³⁺ =3Fe²⁺

Fe—→Fe³⁺

2Fe +3Cl₂ =点燃= 2FeCl₃

2Fe +3Br₂ =2FeBr₃

Fe + 4HNO₃（稀）= Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

Fe + 6HNO₃（浓）=△= Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

2Fe + 6H₂SO₄（浓）=△= Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ +6H₂O

Fe²⁺—→Fe³⁺

4Fe(OH)₂ + O₂ +2H₂O =4Fe(OH)₃

2Fe²⁺ +Cl₂ =2Fe³⁺ +2Cl⁻

2Fe²⁺ +Br₂ =2Fe³⁺ +2Br⁻

Fe²⁺ +MnO₄⁻ +8H⁺ = Fe³⁺ +Mn²⁺ +4H₂O

Fe²⁺ +Cr₂O₇²⁻ +14H⁺ = Fe³⁺ +Cr³⁺ +7H₂O

Fe²⁺ +H₂O₂ +2H⁺=Fe³⁺ +2H₂O

3Fe²⁺ +NO₃⁻ +4H⁺（稀）=3Fe³⁺ +NO +2H₂O

2FeSO₄ +2H₂SO₄（浓）=△= Fe₂ (SO₄)₃ +SO₂ +2H₂O

Fe³⁺—→Fe

Fe₂O₃ +3CO =高温= 2Fe +3CO₂

Fe₂O₃ +2Al =高温= 2Fe +Al₂O₃

注：Zn是阶段性，需要加“过量”

Fe³⁺—→Fe²⁺

Fe +2Fe³⁺ = 3Fe²⁺

2Fe³⁺ +Cu = 2Fe²⁺ +Cu²⁺

• 用氯化铁溶液来腐蚀铜制的印刷电路板

2Fe³⁺ +H₂S = 2Fe²⁺ +S +2H⁺

2Fe³⁺ +SO₂ +2H₂O = 2Fe²⁺ +SO₄²⁻ +4H⁺

2Fe³⁺ +2I⁻ =2Fe²⁺ +I₂

3️⃣教材中铁的重要实验

重点实验1：氢氧化亚铁的制备

制备原理：FeSO₄ +2NaOH =Fe(OH)₂ +Na₂SO₄

成功关键：

1. 溶液中不含Fe³⁺和O₂等物质，具体措施如下：

（1）新配制FeSO₄，溶液且加入少量铁粉（防止Fe²⁺被氧化）

（2）配制FeSO₄溶液的蒸馏水、NaOH溶液均需煮沸（以除去O₂）

2. 在制备过程中要保证生成的Fe(OH)₂处在隔绝空气的体系中

方法1：有机物覆盖层法

苯或者正己烷

与H₂O互不相溶

ρ苯<ρ水

NaOH深入到FeSO₄中

方法2：还原性气体保护法

止水夹a打开

关闭止水夹a

重点实验2：Fe²⁺与Fe³⁺的检验

Fe²⁺

• 直接观色：浅绿色
• 与酸性KMnO₄溶液：紫色褪色
• 与NaOH溶液：白色沉淀，迅速灰绿，最终变成红褐色
• 与K₃[Fe(CN)₆]：蓝色沉淀
• 验证有Fe²⁺且无Fe³⁺：先加入KSCN不变红，再加H₂O₂（Cl₂水）溶液变红

Fe³⁺

• 直接观色：（棕）黄色
• 与KSCN溶液：（血）红色
• 与KI淀粉溶液：变蓝
• 与NaOH溶液：红褐色沉淀

4️⃣Fe的重要性质之高考20问

1. 过量铁粉加入稀硝酸中：Fe +4H⁺ +NO₃⁻ =Fe³⁺ +NO +2H₂O（x）
2. 向酸性KMnO₄溶液中加入Fe₃O₄粉末，紫色褪去，证明Fe₃O₄中含Fe(II)（✓）
3. FeO粉末在空气中受热，迅速被氧化成Fe₃O₄（✓）
4. 实验目的：检验溶液中FeSO₄是否被氧化；实验设计：取少量待测液，滴加KSCN溶液，观察溶液颜色变化（✓）【要检验是否全部被氧化，还需要加K₃[Fe(CN)₆]】
5. H₂O(g)通过灼热铁粉：3H₂O +2Fe = Fe₂O₃ +3H₂（x）【3Fe +4H₂O(g) =高温= Fe₃O₄ +4H₂】
6. 向H₂O₂溶液中滴加少量FeCl₃：2Fe³⁺ +H₂O₂ = O₂ +2H⁺ +2Fe²⁺（x）【2Fe²⁺ +H₂O₂ +2H⁺ =2Fe³⁺ +2H₂O】【Fe³⁺可以催化H₂O₂分解】
7. 室温下，Fe与浓H₂SO₄反应生成FeSO₄（x）【钝化，浓H₂SO₄还得是Fe³⁺】
8. NaFe(SO₄)₂·6H₂O、KAl(SO₄)₂·12H₂O可作为絮凝剂，有助于去除工业和生活废水中的悬浮物（✓）
9. 某溶液中滴加K₃[Fe(CN)₆]溶液，出现蓝色沉淀，则原溶液有Fe²⁺无Fe³⁺（x）
10. 硫化亚铁与浓硫酸混合加热：2H⁺ +FeS = H₂S +Fe²⁺（x）【变价】
11. 实验：向2mL 0.1 mol·L⁻¹的FeCl₃溶液中加足量铁粉，振荡，加1滴KSCN溶液；现象：黄色逐渐消失，加KSCN溶液颜色不变，结论：还原性：Fe > Fe²⁺（✓）
12. 常温下，将铁片浸入足量浓硫酸中，铁片不溶解，常温下，铁与浓硫酸一定没有发生化学反应（x）【钝化：不连续反应】
13. 1 mol Fe溶于过量硝酸，电子转移数为2NA（x）【3NA】
14. 56g 铁片投入足量浓H₂SO₄中生成NA个SO₂分子（x）【钝化，题目没说温度默认常温】
15. 向氢氧化亚铁中加入足量的稀硝酸：Fe(OH)₂ +2H⁺ = Fe²⁺ +2H₂O （x）【Fe³⁺ +NO】
16. FeCl₃溶液用于铜质印刷线路板制作，因为FeCl₃能从含Cu²⁺的溶液中置换出铜（x）
17. 室温下，不能将浓H₂SO₄盛放在铁桶中（x）
18. 向某溶液中滴加氯水后再加入KSCN溶液，溶液呈红色溶液中一定含有Fe²⁺（x）【有Fe²⁺无Fe³⁺，先加KSCN不变红（排除掉Fe³⁺），再加Cl₂水变红】
19. 将NaOH浓溶液滴加到饱和FeCl₃溶液中，制备Fe(OH)₃胶体（x）【沉淀】
20. Fe分别与氯气和稀盐酸反应所得氯化物相同（x）【氯气：FeCl₃；稀盐酸：FeCl₂】

无论Fe是否过量，Fe与Cl₂点燃，反应只生产FeCl₃，因为这个反应不在水溶液中

5️⃣Fe、Cu与FeCl₃、CuCl₂溶液的反应问题

1. 原理

Fe +2Fe³⁺ =3Fe²⁺

Fe +Cu²⁺ =Fe²⁺ +Cu

Cu +2Fe³⁺ =2Fe²⁺ +Cu²⁺

氧化性：Fe³⁺ >Cu²⁺ >Fe²⁺

还原性：Fe >Cu >Fe²⁺

2. 反应先后顺序【强者先行】

（1）Fe、Cu混合物+FeCl₃溶液

• 先：Fe +2Fe³⁺ =3Fe²⁺
• 后：Cu +2Fe³⁺ =2Fe²⁺ +Cu²⁺

（2）Fe粉加入FeCl₃、CuCl₂溶液

• 先：Fe +2Fe³⁺ =3Fe²⁺
• 后：Fe +Cu²⁺ =Fe²⁺ +Cu

3. 互斥性

①Fe固体：Fe³⁺、Cu²⁺不存在

②Cu固体：Fe³⁺不存在

③有Fe³⁺：Fe、Cu不存在（没有固体）

④有Cu²⁺：Fe不存在

将一铜、铁混合粉末加入到盛有FeCl₃溶液的烧杯中，充分反应后烧杯中仍有少量固体，关于烧杯中物质组成的说法正确的是

A. 溶液中一定含FeCl₂，固体一定含铜✓

B. 溶液中一定含FeCl₂，固体一定是铁和铜

C. 溶液中一定含FeCl₂、CuCl₂，固体一定含铜

D. 溶液中一定含FeCl₃，固体一定是铁和铜

• 只有Cu：
• Fe³⁺不存在
• Cu²⁺可能有、可能没有
• 必有Fe²⁺
• Fe +Cu
• Fe³⁺、Cu²⁺不存在
• 必有Fe²⁺

用FeCl₃溶液腐蚀印刷电路板上的铜，所得的溶液中加入铁粉。对加入铁粉充分反应后的溶液分析合理的是

A. 若无固体剩余，则溶液中—定有Fe³⁺

B. 若有固体存在，则溶液中—定有Fe²⁺✓

C. 若溶液中有Cu²⁺，则—定没有固体析出

D. 若溶液中有Fe²⁺，则—定有Cu析出

• Cu²⁺ + Fe²⁺
• Fe不存在
• Cu可能有，可能没有
• Fe³⁺ + Cu²⁺ + Fe²⁺
• Fe、Cu不存在

6️⃣三招搞定铁与酸的计算题型

招法1：年轻人别激动先观察有没有捷径！

向一定量的Fe、FeO、Fe₂O₃的混合物中加入120 mL 4 mol/L的稀硝酸（0.48mol HNO₃），恰好使混合物完全溶解，放出1.344 L NO（标准状况）（0.06mol NO），往所得溶液中加入KSCN溶液，无红色出现（Fe(NO₃)₂）。若用足量的CO在加热下还原相同质量的混合物，能得到铁的物质的量为

HNO₃进入0.48mol，出去0.06molNO。溶液中还剩下0.42mol NO₃⁻。

溶液中溶质为Fe(NO₃)₂，1Fe²⁺：2NO₃⁻

所以Fe²⁺是0.21mol，还原后得到Fe就是0.21mol

A. 0.24 mol

B. 0.21 mol✓

C. 0.16 mol

D. 0.14 mol

Fe和Fe₂O₃的混合物共13.6g，加入150mL稀H₂SO₄，在标准状况下收集到1.12L H₂，Fe和Fe₂O₃均无剩余。为中和过量的H₂SO₄，并使FeSO₄全部转化为Fe(OH)₂沉淀，消耗了200mL 3molL的NaOH溶液（0.6mol Na⁺），则该H₂SO₄的物质的量浓度为

Na₂SO₄：2Na⁺：SO₄²⁻，得出0.3mol SO₄²⁻

c=n/v =2mol/L

A. 2.25mol/L

B. 2mol/L✓

C. 0.3mol/L

D. 0.6mol/L

招法2：判断发生什么反应？确认反应方程式！

最高境界：不但要知道什么反应，还要知道先后顺序！

Fe + Fe₂O₃ + H₂SO₄（稀），溶液中加KSCN不变红，没有Fe³⁺

第一步：

• Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂
• Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O

第二步：

• Fe + 2Fe³⁺ = 3Fe²⁺

招法3：知道先后顺序，就得留意是否过量！

计算要领：第一步「剩余」的再第二步继续反应

氧化铁和铁粉的混合物19.2g，恰好溶于150 mL某浓度的稀硫酸，并收集到3.36L（标准状况下）（0.15mol）的气体。向反应后的溶液中滴加硫氰化钾溶液，不显血红色。求：

（1）与稀硫酸反应的铁的物质的量：0.15mol

根据反应比，第一步Fe：8.4g（0.15mol）

第二步中，剩余的Fe和第一步反应中的Fe₂O₃比例为1:1【Fe + 2Fe³⁺（Fe₂O₃） = 3Fe²⁺】

第二步总反应：Fe + Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = 3FeSO₄ + 3H₂O

因为氧化铁和铁粉的混合物19.2g，减去第一步Fe跟H₂SO₄的反应，所以现在混合物有10.8g

1molFe 56g，1molFe₂O₃ 160g，加起来总共216g。m/M =0.05mol，0.05mol的（Fe+Fe₂O₃），因此各0.05mol

第二步根据反应式，0.15mol H₂SO₄

再加上第一步的0.15mol H₂SO₄。是0.3mol

c=n/v 0.3/0.15 =2mol/L

（2）稀硫酸的物质的量浓度：2mol/L

某稀溶液中含有5mol KNO₃和 2.5mol H₂SO₄，向其中加入1.5mol Fe，充分反应（已知NO₃⁻被还原为NO），最终溶液体积为1L。

下列说法正确的是

A. 所得溶液中c(NO₃⁻) =2.75mol·L⁻¹【3.75】

B. 所得溶液中c(Fe²⁺)：c(Fe³⁺)=1: 1✓

C. 反应后生成NO的体积为33.6L（标准状况下）【28L】

D. 所得溶液中的溶质只有FeSO₄【Fe³⁺、K⁺】