(七)铁及其化合物
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1、铁
( 1)过渡元素位于周期表中中部从Ⅲ B~Ⅱ B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。
当 Fe与弱氧化剂反应时,只失去最外层上的 2个电子,形成 Fe 2+;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 Fe 3+。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。
( 2)铁的性质:
原子结构示意图:
物理性质:
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 7.86 g/㎝ 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。
化学性质:
①与非金属反应: 3 Fe+ 2 O 2 Fe 3 O 4; 2 Fe+ 3 C 1 2 2 FeCl 3(铁丝在氯气中燃烧时,生成棕黄色的烟,加水振荡后,溶液显黄色) Fe+ S FeS。
说明:铁跟氯气、硫反应时,分别生成+ 2价和+ 3价的铁,说明氧化性:氯气>硫。
②与水反应:
在常温下,在空气中的水和 O 2等的共同作用下, Fe易被腐蚀(铁生锈)。
在高温下,铁能与水蒸气反应生成 H 2: 3 Fe+ 4 H 2 O (g) Fe 3 O 4+ 4 H 2。
③与酸反应:与非氧化性酸的反应: Fe+ 2 H+ = Fe 2+ + H 2↑。
与氧化性酸: a. HNO 3(稀)过量时生成 Fe 3+: Fe+ 4 HNO 3(稀)= Fe( NO 3) 3+ NO↑+ 2 H 2 O;
b.铁粉过量时生成 Fe: 3 Fe+ 8 HNO 3(稀)= 3 Fe( NO 3) 2+ 2 NO↑+ 4 H 2 O;
c.铁遇到冷的浓 H 2 SO 4、浓 HNO 3时,产生钝化现象,因此金属铁难溶于冷的浓 H 2 SO 4或浓 HNO 3中。
④铁与盐溶液的反应
铁能与比它活动性弱的金属的盐溶液反应,置换出这种金属: Fe+ CuSO 4= Cu+ FeSO 4。
铁能与 FeCl 3溶液反应生成 FeCl 2: 2 Fe 3++ Fe= 3 Fe 2+。
2、铁的氧化物
( 1)各化合价铁对应氧化物、氢氧化物及盐:
( 2)铁的氧化物的性质
注意: Fe 3 O 4是复杂的化合物,经研究证明,在 Fe 3 O 4晶体中有 1/3的 Fe是+ 2价,有 2/3的 Fe是+ 3价,可看成 FeO· Fe 2 O 3,实际应写成 Fe( FeO 2) 2,即铁酸亚铁盐,不是一般的氧化物。
3、铁的氢氧化物
注意: 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 Fe 3+离子,以免 Fe 3+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 Fe 3+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。
4、 Fe 2+和 Fe 3+的检验及溶液配制
( 1)离子性质
( 2)检验方法:
①用 KSCN溶液和氯水
相关离子方程式: 2 Fe 2+ + Cl 2= 2 Fe 3+ + 2 Cl-; Fe 3+ + 3 SCN- = Fe (SCN) 3;
②用 NaOH溶液或氨水
相关反应方程式: Fe 2++ 2 OH—= Fe (OH) 2↓; 4 Fe (OH) 2+ O 2+ 2 H 2 O= 4 Fe (OH) 3。
( 3)在配制含有 Fe 2+的溶液时要加入少量铁粉防止其被氧化,加入对应酸抑制水解;在配制含有 F e 3+的溶液时,为了抑制水解,一般将盐溶入对应酸里,再加水稀释。例如:配置 FeCl 3溶液时,将 FeCl 3溶解在浓盐酸里在加水稀释。
注意: FeCl 3溶液在与许多试剂反应时会出现特殊现象,可作为鉴别 Fe 3+的依据。
①向 FeCl 3溶液中加几滴 KSCN溶液呈红色;
② FeCl 3与 NaOH溶液反应,生成红褐色沉淀;
③向 FeCl 3溶液中加入过量 Fe粉,溶液变浅绿色;
④向 FeCl 3溶液中加入过量 Cu粉,溶液变蓝绿色;
⑤将 FeCl 3溶液滴入到淀粉碘化钾溶液中,溶液变蓝色;
⑥将饱和 FeCl 3溶液滴入沸水中,生成红褐色 Fe (OH) 3胶体;
⑦加入苯酚显紫色(即显色反应)。