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。
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。
