铁的思维导图高中化学

# 《铁的思维导图高中化学》

## 一、铁的物理性质

*   **颜色和状态：** 银白色金属，有金属光泽，固态。
*   **密度：** 7.86 g/cm³ (相对较高)。
*   **熔点：** 1538℃ (较高)。
*   **沸点：** 2862℃ (较高)。
*   **导电性/导热性：** 良好的导电性和导热性。
*   **延展性/展性：** 具有良好的延展性和展性，易于加工成各种形状。
*   **磁性：** 能被磁铁吸引，是磁性材料。
    *   **应用：** 电磁铁、磁记录材料。

## 二、铁的化学性质

### 1. 与非金属反应

*   **与氧气反应：**
    *   **常温：** 在干燥空气中不易被氧化，但表面会形成一层薄的氧化膜 (钝化)，阻止进一步氧化。
    *   **点燃：** 在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成四氧化三铁 (Fe₃O₄)。
        *   **方程式：** 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ (点燃)
    *   **潮湿空气：** 在潮湿空气中易生锈，生成铁锈 (主要成分为 Fe₂O₃·xH₂O)。
        *   **原理：** 电化学腐蚀 (原电池原理)。
        *   **防护：** 表面覆盖保护层 (如油漆、镀锌等)，保持干燥，加入合金元素等。
*   **与氯气反应：**
    *   **条件：** 加热。
    *   **产物：** 生成氯化铁 (FeCl₃)。
        *   **方程式：** 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ (加热)
        *   **特点：** 铁在氯气中燃烧只生成三价铁盐。
*   **与硫反应：**
    *   **条件：** 加热。
    *   **产物：** 生成硫化亚铁 (FeS)。
        *   **方程式：** Fe + S → FeS (加热)
        *   **特点：** 铁与硫反应只生成二价铁盐。
*   **与水反应：**
    *   **高温：** 在高温下与水蒸气反应，生成四氧化三铁和氢气。
        *   **方程式：** 3Fe + 4H₂O(g) → Fe₃O₄ + 4H₂ (高温)

### 2. 与酸反应

*   **与非氧化性酸反应 (如稀盐酸、稀硫酸)：**
    *   **产物：** 生成亚铁盐和氢气。
        *   **方程式：**
            *   Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑
            *   Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑
        *   **注意：** 产生的亚铁盐溶液容易被空气氧化，应避免长时间暴露在空气中。
*   **与氧化性酸反应 (如浓硫酸、硝酸)：**
    *   **常温：** 铁在浓硝酸或浓硫酸中会发生钝化。
    *   **加热：**
        *   **与浓硫酸：** 反应比较复杂，生成硫酸铁、二氧化硫和水。
        *   **与硝酸：** 反应比较复杂，最终生成硝酸铁、氮氧化物 (NO或NO₂) 和水。
        *   **注意：** 反应的产物随酸的浓度和反应条件的变化而变化。
        *   **钝化原因：** 强氧化性酸使铁表面形成致密的氧化膜，阻止进一步反应。

### 3. 与盐溶液反应

*   **与某些盐溶液反应 (置换反应)：**
    *   **条件：** 铁必须位于盐中金属的前面 (活动性顺序表)。
    *   **例子：**
        *   Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu
        *   Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag
    *   **注意：** 当盐溶液中含有多种金属离子时，铁优先置换活动性较弱的金属离子。

### 4. 铁的氧化还原性

*   **还原性：** 铁具有一定的还原性，能被氧化剂氧化。
    *   **氧化剂：** 氧气、氯气、浓硫酸、硝酸、金属阳离子等。
*   **变价性：** 铁既可以表现出+2价，也可以表现出+3价。
    *   **+2价：** 亚铁离子 (Fe²⁺)，具有较强的还原性，容易被氧化剂氧化成铁离子。
    *   **+3价：** 铁离子 (Fe³⁺)，具有一定的氧化性，可以氧化某些还原剂。

## 三、铁的重要化合物

### 1. 氧化物

*   **氧化亚铁 (FeO)：** 黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化成三氧化二铁。
*   **三氧化二铁 (Fe₂O₃)：** 红色固体，俗称铁红，是铁锈的主要成分，可以作为颜料。
*   **四氧化三铁 (Fe₃O₄)：** 黑色晶体，具有磁性，俗称磁性氧化铁或磁铁矿。

### 2. 氢氧化物

*   **氢氧化亚铁 (Fe(OH)₂)：** 白色固体，极易被空气氧化成氢氧化铁。
        * **方程式：**4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ → 4Fe(OH)₃
*   **氢氧化铁 (Fe(OH)₃)：** 红褐色固体，不溶于水，溶于酸，是制取铁盐的重要原料。
        * **制备：** 向铁盐溶液中加入强碱。
        * **方程式：**Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓
        * **性质：** 受热分解成三氧化二铁和水。
        * **方程式：**2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O (加热)

### 3. 盐

*   **亚铁盐 (Fe²⁺)：**
    *   **特点：** 溶液呈浅绿色，具有还原性，易被氧化成铁盐。
    *   **检验：** 可以用K₃[Fe(CN)₆] 溶液检验，产生蓝色沉淀。
*   **铁盐 (Fe³⁺)：**
    *   **特点：** 溶液呈黄色，具有氧化性。
    *   **检验：** 可以用硫氰化钾溶液 (KSCN) 检验，溶液变血红色。
        *   **方程式：** Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃

## 四、铁的冶炼

*   **原理：** 利用还原剂 (如焦炭、一氧化碳、氢气等) 将铁矿石中的铁氧化物还原成铁。
*   **高炉炼铁：**
    *   **原料：** 铁矿石 (如赤铁矿、磁铁矿)、焦炭、石灰石、空气。
    *   **反应过程：**
        *   焦炭燃烧：C + O₂ → CO₂ (放出大量热)
        *   CO₂与焦炭反应：CO₂ + C → 2CO
        *   CO还原铁矿石：3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂
        *   石灰石分解：CaCO₃ → CaO + CO₂ (高温)
        *   CaO与SiO₂反应：CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (形成炉渣)
    *   **产物：** 生铁、炉渣。

## 五、铁的保护

*   **防止铁生锈：**
    *   **原理：** 阻止铁与氧气和水的接触。
    *   **方法：**
        *   表面覆盖保护层：油漆、镀锌、搪瓷等。
        *   保持干燥：避免铁制品在潮湿环境中暴露。
        *   加入合金元素：制成不锈钢。
        *   电化学保护：牺牲阳极法 (例如：将锌块连接在钢铁结构上)，外加电流的阴极保护法。

## 六、铁离子的检验与转化

*   **亚铁离子(Fe²⁺)的检验:**
    *   加入氢氧化钠溶液，生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。
    *   先加入硫氰化钾溶液，无现象；再滴加氯水，溶液变血红色。
*   **铁离子(Fe³⁺)的检验:**
    *   加入氢氧化钠溶液，生成红褐色沉淀。
    *   加入硫氰化钾溶液，溶液立即变血红色。
*   **亚铁离子和铁离子的转化:**
    *   Fe²⁺ → Fe³⁺ (氧化)：加入氧化剂，如氯水、硝酸等。
    *   Fe³⁺ → Fe²⁺ (还原)：加入还原剂，如铁粉、亚硫酸钠等。

# 《铁的思维导图高中化学》 ## 一、铁的物理性质 * **颜色和状态：** 银白色金属，有金属光泽，固态。 * **密度：** 7.86 g/cm³ (相对较高)。 * **熔点：** 1538℃ (较高)。 * **沸点：** 2862℃ (较高)。 * **导电性/导热性：** 良好的导电性和导热性。 * **延展性/展性：** 具有良好的延展性和展性，易于加工成各种形状。 * **磁性：** 能被磁铁吸引，是磁性材料。 * **应用：** 电磁铁、磁记录材料。 ## 二、铁的化学性质 ### 1. 与非金属反应 * **与氧气反应：** * **常温：** 在干燥空气中不易被氧化，但表面会形成一层薄的氧化膜 (钝化)，阻止进一步氧化。 * **点燃：** 在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成四氧化三铁 (Fe₃O₄)。 * **方程式：** 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ (点燃) * **潮湿空气：** 在潮湿空气中易生锈，生成铁锈 (主要成分为 Fe₂O₃·xH₂O)。 * **原理：** 电化学腐蚀 (原电池原理)。 * **防护：** 表面覆盖保护层 (如油漆、镀锌等)，保持干燥，加入合金元素等。 * **与氯气反应：** * **条件：** 加热。 * **产物：** 生成氯化铁 (FeCl₃)。 * **方程式：** 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ (加热) * **特点：** 铁在氯气中燃烧只生成三价铁盐。 * **与硫反应：** * **条件：** 加热。 * **产物：** 生成硫化亚铁 (FeS)。 * **方程式：** Fe + S → FeS (加热) * **特点：** 铁与硫反应只生成二价铁盐。 * **与水反应：** * **高温：** 在高温下与水蒸气反应，生成四氧化三铁和氢气。 * **方程式：** 3Fe + 4H₂O(g) → Fe₃O₄ + 4H₂ (高温) ### 2. 与酸反应 * **与非氧化性酸反应 (如稀盐酸、稀硫酸)：** * **产物：** 生成亚铁盐和氢气。 * **方程式：** * Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ * Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑ * **注意：** 产生的亚铁盐溶液容易被空气氧化，应避免长时间暴露在空气中。 * **与氧化性酸反应 (如浓硫酸、硝酸)：** * **常温：** 铁在浓硝酸或浓硫酸中会发生钝化。 * **加热：** * **与浓硫酸：** 反应比较复杂，生成硫酸铁、二氧化硫和水。 * **与硝酸：** 反应比较复杂，最终生成硝酸铁、氮氧化物 (NO或NO₂) 和水。 * **注意：** 反应的产物随酸的浓度和反应条件的变化而变化。 * **钝化原因：** 强氧化性酸使铁表面形成致密的氧化膜，阻止进一步反应。 ### 3. 与盐溶液反应 * **与某些盐溶液反应 (置换反应)：** * **条件：** 铁必须位于盐中金属的前面 (活动性顺序表)。 * **例子：** * Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu * Fe + 2AgNO₃ → Fe(NO₃)₂ + 2Ag * **注意：** 当盐溶液中含有多种金属离子时，铁优先置换活动性较弱的金属离子。 ### 4. 铁的氧化还原性 * **还原性：** 铁具有一定的还原性，能被氧化剂氧化。 * **氧化剂：** 氧气、氯气、浓硫酸、硝酸、金属阳离子等。 * **变价性：** 铁既可以表现出+2价，也可以表现出+3价。 * **+2价：** 亚铁离子 (Fe²⁺)，具有较强的还原性，容易被氧化剂氧化成铁离子。 * **+3价：** 铁离子 (Fe³⁺)，具有一定的氧化性，可以氧化某些还原剂。 ## 三、铁的重要化合物 ### 1. 氧化物 * **氧化亚铁 (FeO)：** 黑色固体，不稳定，在空气中易被氧化成三氧化二铁。 * **三氧化二铁 (Fe₂O₃)：** 红色固体，俗称铁红，是铁锈的主要成分，可以作为颜料。 * **四氧化三铁 (Fe₃O₄)：** 黑色晶体，具有磁性，俗称磁性氧化铁或磁铁矿。 ### 2. 氢氧化物 * **氢氧化亚铁 (Fe(OH)₂)：** 白色固体，极易被空气氧化成氢氧化铁。 * **方程式：**4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ → 4Fe(OH)₃ * **氢氧化铁 (Fe(OH)₃)：** 红褐色固体，不溶于水，溶于酸，是制取铁盐的重要原料。 * **制备：** 向铁盐溶液中加入强碱。 * **方程式：**Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓ * **性质：** 受热分解成三氧化二铁和水。 * **方程式：**2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O (加热) ### 3. 盐 * **亚铁盐 (Fe²⁺)：** * **特点：** 溶液呈浅绿色，具有还原性，易被氧化成铁盐。 * **检验：** 可以用K₃[Fe(CN)₆] 溶液检验，产生蓝色沉淀。 * **铁盐 (Fe³⁺)：** * **特点：** 溶液呈黄色，具有氧化性。 * **检验：** 可以用硫氰化钾溶液 (KSCN) 检验，溶液变血红色。 * **方程式：** Fe³⁺ + 3SCN⁻ ⇌ Fe(SCN)₃ ## 四、铁的冶炼 * **原理：** 利用还原剂 (如焦炭、一氧化碳、氢气等) 将铁矿石中的铁氧化物还原成铁。 * **高炉炼铁：** * **原料：** 铁矿石 (如赤铁矿、磁铁矿)、焦炭、石灰石、空气。 * **反应过程：** * 焦炭燃烧：C + O₂ → CO₂ (放出大量热) * CO₂与焦炭反应：CO₂ + C → 2CO * CO还原铁矿石：3CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂ * 石灰石分解：CaCO₃ → CaO + CO₂ (高温) * CaO与SiO₂反应：CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (形成炉渣) * **产物：** 生铁、炉渣。 ## 五、铁的保护 * **防止铁生锈：** * **原理：** 阻止铁与氧气和水的接触。 * **方法：** * 表面覆盖保护层：油漆、镀锌、搪瓷等。 * 保持干燥：避免铁制品在潮湿环境中暴露。 * 加入合金元素：制成不锈钢。 * 电化学保护：牺牲阳极法 (例如：将锌块连接在钢铁结构上)，外加电流的阴极保护法。 ## 六、铁离子的检验与转化 * **亚铁离子(Fe²⁺)的检验:** * 加入氢氧化钠溶液，生成白色沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。 * 先加入硫氰化钾溶液，无现象；再滴加氯水，溶液变血红色。 * **铁离子(Fe³⁺)的检验:** * 加入氢氧化钠溶液，生成红褐色沉淀。 * 加入硫氰化钾溶液，溶液立即变血红色。 * **亚铁离子和铁离子的转化:** * Fe²⁺ → Fe³⁺ (氧化)：加入氧化剂，如氯水、硝酸等。 * Fe³⁺ → Fe²⁺ (还原)：加入还原剂，如铁粉、亚硫酸钠等。

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