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第三章 铁金属材料
第一节 铁及其化合物
第一课时　铁的单质
知识点铁
1.铁的性质
(1)物理性质
色泽 导电性 导热性 延展性 特性
银白色，有金属光泽 良好 良好 良好 能被磁铁吸引
(2)化学性质
Fe只有还原性，可以被氧化成Fe2＋或Fe3＋。
①FeFe2＋
②Fe―→Fe3O4
③FeFe3＋
2Fe＋3X22FeX3(X代表F、Cl、Br)
Fe常温下被浓H2SO4、浓硝酸钝化，但加热条件下可被氧化为Fe3＋。
2．铁的冶炼
(1)设备：炼铁高炉。
(2)原料：铁矿石、焦炭、空气、石灰石等。
(3)主要反应
①还原剂的生成。
a．生成CO2：C＋O2CO2，
b．生成CO：CO2＋C2CO。
②铁的生成：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。
③炉渣的形成：a.CaCO3CaO＋CO2↑，
b．CaO＋SiO2CaSiO3。
【典例】　某学习小组进行了下图所示的实验，实验后组员之间的交流不合理的是(　　)
A．甲同学认为试管b中收集到的气体可点燃，且产生淡蓝色火焰
B．乙同学认为试管a中生成的黑色固体可能为四氧化三铁
C．丙同学认为将少量还原性铁粉放入试管中，加适量的水，加热也可实现该反应
D．丁同学认为用盐酸溶解固体生成所得溶液有颜色
[思路启迪]　解决铁与水蒸气反应时要准确把握铁的典型性质，铁不与冷、热水反应，铁只能与水蒸气在高温条件下反应生成Fe3O4和H2。
[解析]　铁与H2O(g)在高温条件下反应生成Fe3O4和H2；Fe3O4与HCl反应生成FeCl3(棕黄色)和FeCl2(浅绿色)。
[答案]　C
规律总结
Fe与H2O的反应规律
(1)Fe不与冷水、热水反应，在常温下Fe暴露在空气中产生铁锈(Fe2O3·xH2O)。
(2)Fe与水蒸气在高温时发生反应3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
第二课时　铁的重要化合物
知识点一铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物
(1)Fe的常见化合价只有＋2价和＋3价，Fe3O4是黑色具有磁性的晶体，可以看成由FeO和Fe2O3按物质的量之比1∶1组合而成的复杂氧化物，通常也可写成FeO·Fe2O3的形式。
(2)FeO、Fe2O3属于碱性氧化物，Fe3O4不属于碱性氧化物，均不溶于水。
(3)Fe3O4与盐酸反应可分别看作Fe2O3、FeO与盐酸反应，然后把两个反应式相加。
Fe3O4＋8HCl===2FeCl3＋FeCl2＋4H2O
(4)从价态分析，FeO有还原性，Fe2O3有氧化性，Fe3O4既有氧化性又有还原性。但FeO与Fe2O3中Fe元素价态相邻，两者不会反应。FeO、Fe3O4遇氧化性酸(如HNO3)发生氧化还原反应，＋2价的铁均被氧化成＋3价。
2．氢氧化物
(1)Fe(OH)3红褐色，Fe(OH)2白色，均不溶于水。
(2)Fe(OH)2具有强还原性，易被空气中的O2氧化生成Fe(OH)3。
①转化过程中的特殊现象是：白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。
②转化方程式：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3
反应类型属于化合反应。
(3)Fe(OH)2、Fe(OH)3受热均分解生成同价态的氧化物。
【典例1】　用足量的CO还原32.0 g某种氧化物，将生成的气体通入足量的澄清石灰水中，得到60 g沉淀，则该氧化物是(　　)
A．FeO　　　　　　　　 B．Fe2O3
C．CuO D．Fe3O4
[思路启迪]　解决本题的关键是准确把握氧化还原反应过程的元素守恒，并灵活运用n1/n2＝N1/N2确定化学式。
[解析]　由生成CaCO360 g可得反应掉CO为0.6 mol，即32 g金属氧化物中含氧原子为0.6 mol，铁原子：＝0.4 mol，N(Fe)∶N(O)＝0.4∶0.6＝2∶3，即氧化物为Fe2O3。
[答案]　B
规律总结
灵活运用守恒思想：
由COCO2CaCO3
可知n(CaCO3)＝n(氧化物中氧原子)。
知识点二Fe(OH)2的制备
1.操作
将吸有NaOH溶液的胶头滴管插入新制备的亚铁盐(以FeSO4为例)溶液的液面以下，缓慢挤出NaOH溶液。
2．原理：Fe2＋＋2OH－===Fe(OH)2↓
3．注意事项
(1)Fe2＋必须是新制的并加入Fe粉，以防Fe2＋被氧化成Fe3＋；(2)除去溶液中溶解的O2，其方法是加热煮沸NaOH溶液；(3)滴管末端插入试管内的液面以下；(4)必要时可在液面上加植物油或苯进行液封。
4．改进方法
为了防止Fe(OH)2被O2氧化，在制备Fe(OH)2时，一般从两个角度考虑，一是反应试剂，二是反应环境。
(1)反应试剂
取用最新配制的FeSO4溶液；NaOH溶液加热煮沸并冷却后使用，以驱除溶液中溶解的O2。
(2)反应环境
方法1：装置如图所示。在试管中加入适量的5% FeSO4溶液，并覆盖一层苯，再用长滴管注入不含O2的1 mol·L－1NaOH溶液。由于苯的液封作用，防止了生成的Fe(OH)2被氧化，因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。
方法2：装置如下图所示。实验时，先打开弹簧夹K，再将分液漏斗的旋塞打开，使稀硫酸与铁粉作用，用产生的H2排出装置中的空气；然后关闭K，使生成的H2将试管中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中，则可较长时间观察到生成的白色Fe(OH)2沉淀。若拔去广口瓶上的橡皮塞，则白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。
【典例2】　下列各图中能较长时间看到Fe(OH)2白色沉淀的是(　　)
A．①③ B．①②
C．①②③ D．②③
[思路启迪]　制备纯净的Fe(OH)2的关键点就是给反应体系制造一个无氧气的环境，从而防止Fe(OH)2被O2氧化为Fe(OH)3，另外为保证实验成功，Fe2＋不能长时间放置，而应随时制备。
[解析]　要较长时间看到Fe(OH)2沉淀，必须在制取过程中尽可能减少和空气接触。对比3个实验可以发现：①中盛有氢氧化钠溶液的滴管伸入放有还原性铁粉的硫酸亚铁溶液中，可以较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀；②中生成的氢氧化亚铁能够与空气中氧气发生反应：4Fe(OH)2＋O2＋2H2O===4Fe(OH)3，导致不能长时间观察到氢氧化亚铁白色沉淀。③中加入有机物作隔离层，和空气接触少，能较长时间观察到Fe(OH)2白色沉淀。
[答案]　A
规律总结
制备纯净的Fe(OH)2时制造无氧气的环境可采用以下几种方法：
(1)加热煮沸NaOH溶液；
(2)长胶头滴管末端插入试管内的液面以下；
(3)在FeSO4溶液液面上加植物油或苯进行液封；
(4)改进实验装置，排尽装置内空气。
知识点三铁盐和亚铁盐
1.“铁三角”
铁元素有三种价态：0价、＋2价和＋3价，这三种价态的铁在一定条件下可相互转化，我们称之为“铁三角”。
(1)Fe只有还原性，可以被氧化成＋2价或＋3价的铁
Fe—
如：Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋，
2Fe＋3Cl22FeCl3，
3Fe＋4H2O(g)Fe3O4＋4H2。
(2)Fe2＋既有氧化性又有还原性
Fe2＋—
如：2Fe2＋＋Cl2===2Fe3＋＋2Cl－，
Zn＋Fe2＋===Fe＋Zn2＋。
(3)Fe3＋具有较强的氧化性，可被还原为＋2价或0价的铁
Fe3＋—
如：2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋，
3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。
注：“铁三角”转化关系的两个应用
(1)判断离子共存
Fe2＋NO(H＋)、ClO－(次氯酸根)、MnO(H＋)；
Fe3＋S2－、I－、SO。
(2)除杂
溶液 杂质 除杂方法
FeCl2 FeCl3 加过量铁粉后过滤
FeCl3 FeCl2 通Cl2或加氯水或加H2O2
FeCl2 CuCl2 加过量铁粉后过滤
2.Fe3＋和Fe2＋的检验
(1)Fe3＋的检验方法
—
(2)Fe2＋的检验方法
—
【典例3】　欲证明某溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋，进行如下实验操作时最佳顺序为(　　)
①加入少量氯水　②加入少量KMnO4溶液　③加入少量KSCN溶液
A．①③　　B．③②　　C．③①　　D．①②③
[思路启迪]　在分析Fe2＋、Fe3＋检验题型时，既要熟悉各自的检验方法，又要注意二者因性质差异而导致的相互干扰，结合题干信息选择正确的试剂。
[解析]　Fe3＋与KSCN溶液反应变红色，Fe2＋与KSCN溶液不反应，但加入氧化剂后Fe2＋被氧化成Fe3＋，使KSCN变红色。所以，应先加入KSCN，如果溶液不变色，再加入氯水，溶液变成红色，则可证明溶液中含有Fe2＋不含Fe3＋。
[答案]　C
规律总结
(1)Fe2＋既有氧化性又有还原性。可被强氧化剂[Cl2、KMnO4(H＋)等]氧化为Fe3＋。
(2)Fe3＋只具有氧化性，可被弱还原剂(Fe、Cu等)还原为Fe2＋。
(3)只有Fe3＋能与SCN－结合形成血红色物质，Fe2＋遇到SCN－不会产生血红色物质。
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