常见题型:选择题、综合题-离子检验、综合题-方程式书写
铁(Fe)是第四周期第Ⅷ族过渡金属元素,常见化合价+2和+3。铁单质具有还原性,与氧化剂反应可生成Fe²⁺或Fe³⁺(取决于氧化剂强弱)。Fe²⁺具有还原性(易被氧化为Fe³⁺),Fe³⁺具有氧化性(可被还原为Fe²⁺或Fe)。
【铁与水蒸气反应】3Fe + 4H₂O(g) →高温→ Fe₃O₄ + 4H₂。此反应是工业制氢气的方法之一。实验装置需注意:铁粉加热至红热状态,水蒸气通过还原铁粉,产生的氢气用排水法收集。
【铁的氧化物比较】FeO(黑色、碱性氧化物、不稳定)、Fe₂O₃(红棕色、碱性氧化物、铁锈主要成分)、Fe₃O₄(黑色、可视为FeO·Fe₂O₃、具有磁性)。FeO和Fe₂O₃能与酸反应但不与碱反应。Fe₃O₄与酸反应:Fe₃O₄ + 8H⁺ = Fe²⁺ + 2Fe³⁺ + 4H₂O。
【Fe²⁺与Fe³⁺的检验】
方法1(NaOH法):加NaOH溶液,白色沉淀→灰绿→红褐为Fe²⁺;直接生成红褐色沉淀为Fe³⁺。
方法2(KSCN法):加KSCN溶液,无明显变化→再加氯水变红色为Fe²⁺;直接变红色(血红色)为Fe³⁺(Fe³⁺+3SCN⁻⇌Fe(SCN)₃血红色溶液)。
方法3(苯酚法):Fe³⁺遇苯酚显紫色,Fe²⁺不显色。
方法4(KMnO₄法):酸化的KMnO₄溶液——Fe²⁺使其褪色,Fe³⁺不能。
【铁的冶炼】高炉炼铁:Fe₂O₃ + 3CO →高温→ 2Fe + 3CO₂。炼钢:降低含碳量并除去S、P等杂质。
⚠️易错:(1)Fe与Cl₂一定生成FeCl₃(无论Cl₂多少),但Fe与HCl只生成FeCl₂。(2)Fe(OH)₂在空气中颜色变化是上海等级考经典辨析题。(3)Fe²⁺检验中加入KSCN后不变红不等于不含Fe³⁺——可能是Fe³⁺浓度太低。
铁的变价原理:Fe的价电子构型为3d⁶4s²,可失去2个电子(4s²)形成Fe²⁺(3d⁶),再失去1个3d电子形成Fe³⁺(3d⁵,半充满,较稳定)。氧化剂强弱决定了Fe失电子数的多少。电极电势:Fe²⁺/Fe=-0.44V,Fe³⁺/Fe²⁺=+0.77V,介于两者之间的氧化剂得Fe²⁺,高于+0.77V的得Fe³⁺。