高中化學/目錄/鐵及其重要化合物

鐵元素在地殼中的含量排在第四位，次於氧、矽、鋁。鐵及其氧化物、鹽在生活中有著廣泛的應用。

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質的化學性質

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質和水（$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$）

$\mathrm{F}\mathrm{e}$在常溫和無水條件較穩定,但可以和水蒸氣[$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}(\mathrm{g})$]在高溫條件下氧化生成四氧化三鐵($\mathrm{F}\mathrm{e}{\phantom{A}}_3\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$)；相應地，$\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$還原為氫氣($\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$)。

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{(}\mathrm{g}\mathrm{)}$$⟶$(高溫)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質和非金屬單質

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質在點燃條件下可與純淨的氧氣(${\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$)反應，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$。反應時鐵單質在氧氣中劇烈燃燒，火星四濺，放出大量的熱，生成黑色固體，即$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$。

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$$⟶$(點燃)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質在高溫的低氧條件下可與氧氣反應，氧化生成氧化亞鐵($\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$)。

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$$⟶$(高溫)$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質在加熱的條件下能夠與硫($\mathrm{S}$)反應，氧化生成硫化亞鐵($\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}$)。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{S}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}$

它的熱化學方程式是：

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}\mathrm{+}\mathrm{S}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}$;$\mathrm{\Delta }H=-95.04\text{kJ}\cdot {\text{mol}}^{-1}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質在加熱的條件下能夠和鹵素反應。與氯氣($\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$)、溴水($\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}$)反應，氧化生成鹵化鐵($\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}\mathrm{X}$)；與碘單質(${\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$)反應，氧化生成碘化亞鐵($\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$)。

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$$⟶$($△$)$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}$$⟶$($△$)$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}\mathrm{e}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質和酸

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質與非還原性酸反應，氧化生成亞鐵(II)離子($\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$)。相應地，使氫離子(${\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$)還原為${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$$⟶$$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質可以和極稀的硝酸[$\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$(極稀)]直接反應，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$。相應地，硝酸還原生成銨根離子($\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}$)，同時生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。

$\mathrm{4}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{10}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$$\mathrm{4}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{+}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質可以和較稀的硝酸[$\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$(稀)]直接反應，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$（鐵單質過量，硝酸不足時）或鐵(III)離子($\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$)（鐵單質不足，硝酸過量時）。相應地，稀硝酸還原生成一氧化氮($\mathrm{N}\mathrm{O}$)，同時生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}$(過量)$\mathrm{+}\mathrm{8}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(不足)$\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質可以和濃還原性酸加熱反應，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$（鐵單質過量，硝酸不足時）或$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$（鐵單質不足，硝酸過量時）。相應地，濃還原性酸還原生成相應地二氧化物，同時生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(過量)$\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(過量)$\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$(不足)$\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}^{\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}$(不足)$\mathrm{+}\mathrm{12}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}$$⟶$($△$)$\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$和鹼

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質可以和熔融的$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$直接反應，氧化生成$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}$。相應地，熔融的$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$還原生成$\mathrm{N}\mathrm{a}$和${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$。這個反應可以用來製備$\mathrm{N}\mathrm{a}$單質。

$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$(熔融)$⟶$$\mathrm{2}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質和鹽

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質可以直接和比它活動性弱的金屬鹽溶液反應，置換出該金屬並氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$。

$\frac{n}{2}$$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{M}$${}^{n+}$$⟶$$\mathrm{M}\mathrm{+}$$\frac{n}{2}$$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質可以直接與含$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$的鹽溶液反應，生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{3}\mathrm{+}}$$⟶$$\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$

$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質可以和$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$反應，氧化生成$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}$；相應地，$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$還原生成${\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$。這個反應的實質是水溶液中$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$電離出的${\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$與$\mathrm{F}\mathrm{e}$單質反應。類似地，強酸的酸式鹽均可發生相似的反應。

$\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}$$⟶$$\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

鐵的氧化物

鐵有三種氧化物，分別為FeO，Fe₂O₃，Fe₃O₄。

氧化亞鐵

FeO是在低氧分壓下加熱鐵，或在隔絕空氣的條件下加熱草酸亞鐵製得的：

FeC₂O₄=Δ=FeO+CO↑+CO₂↑

用上述方法製得的FeO是一種能自燃的黑色細粉。它在低於848K時不穩定，發生歧化反應生成Fe和Fe₃O₄。FeO呈鹼性，易溶於非氧化性酸形成亞鐵鹽。

氧化鐵

氧化鐵是一種紅棕色粉末，俗稱鐵紅，常用作紅色油漆和塗料。赤鐵礦（主要成分是Fe₂O₃）是煉鐵原料。

氧化鐵溶於非氧化性酸能生成鐵鹽。

四氧化三鐵

四氧化三鐵俗稱磁性氧化鐵，是磁鐵礦的主要成分，具有磁性。四氧化三鐵可表示為FeO•Fe₂O₃。

四氧化三鐵溶於非氧化性酸能生成亞鐵鹽和鐵鹽：Fe₃O₄+8H⁺=Fe²⁺+2Fe³⁺+4H₂O

鐵的酸及其對應的鹽

高鐵酸鹽

高鐵酸鹽是一種新型殺菌滅藻劑，具有優良的氧化菌消毒性能，生成的Fe(OH)3對各種陰陽離子有吸附作用，無毒，無污染。適用於飲水消毒，循環冷卻水系統的殺菌滅毒。而且還適用於含CN-廢水的治理。

鐵的鹽

鐵鹽

鐵離子在水中顯黃色，高濃度的鐵離子則為棕黃色。

不過，真實情況下，六水合鐵離子是淺紫色的，黃色來源於鐵離子的水解產物。但在高中階段的一切考試中（學習選修六實驗化學的地區除外）均認為鐵離子是黃色的，請讀者注意區分。

向可溶性鐵鹽溶液中滴加硫氰化鉀溶液，溶液變紅。

亞鐵鹽

亞鐵離子在水中為淺綠色。亞鐵離子在溶液中易被氧化生成鐵離子，因此常在盛裝有亞鐵離子的溶液的試劑瓶中放入幾根鐵釘或滴入幾滴稀硫酸。

七水合硫酸亞鐵俗稱綠礬。

鐵的鹼

氫氧化亞鐵

氫氧化亞鐵是一種白色沉澱。

製取方法：向隔絕氧氣的亞鐵鹽溶液中滴入氫氧化鈉。

若不隔絕氧氣，白色沉澱會迅速變為灰綠色，最終呈現出紅褐色。這是因為氫氧化亞鐵暴露在空氣中會被氧化為氫氧化鐵：4Fe(OH)₂+O₂+2H₂O=4Fe(OH)₃

加熱Fe(OH)₃生成紅棕色的Fe₂O₃粉末。

氫氧化鐵

氫氧化鐵是一種紅褐色沉澱，可由可溶性鐵鹽與鹼反應得到。

氫氧化鐵（膠體）

製取方法：向沸騰的蒸餾水中滴加幾滴飽和FeCl₃溶液，繼續加熱至溶液變為紅褐色，停止加熱，製得氫氧化鐵膠體。

參見膠體。

其他

血紅蛋白中含有二價鐵。

參考資料

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