高一化学铁及其化合物的思维导图

I. 铁 (Fe)

A. 物理性质

1. 颜色：银白色（纯净）/ 生铁：灰黑色
   2. 状态：固体
   3. 熔点：较高 (1538℃)
   4. 延展性：良好
   5. 导电导热性：良好
   6. 密度：较大
   7. 磁性：有铁磁性，能被磁铁吸引。

B. 化学性质

1. 与非金属反应
   • 与氧气 (O₂)
     • 加热：3Fe + 2O₂ 点燃 Fe₃O₄ (四氧化三铁，混合价态+2,+3价)
     • 常温：钝化（在铁表面形成致密氧化膜，阻止继续反应）
   • 与氯气 (Cl₂)
     • 3Fe + 3Cl₂ 点燃 2FeCl₃ (氯化铁，+3价)
   • 与硫 (S)
     • Fe + S △ FeS (硫化亚铁，+2价)
       2. 与酸反应
   • 与稀盐酸/稀硫酸 (HCl/H₂SO₄)
     • Fe + 2HCl == FeCl₂ + H₂↑ (亚铁盐，+2价)
     • Fe + H₂SO₄ == FeSO₄ + H₂↑ (亚铁盐，+2价)
     • 注意：铁与浓硫酸/浓硝酸常温下钝化
   • 与浓硫酸/浓硝酸 (H₂SO₄/HNO₃)
     • 常温下：钝化
     • 加热：与浓硫酸反应生成二氧化硫、硫酸铁、水等复杂产物。与浓硝酸反应生成二氧化氮、硝酸铁、水等复杂产物。反应因条件不同产物不同。
     • 本质：氧化还原反应，体现铁的还原性。
       3. 与盐溶液反应
   • 与铜盐溶液 (CuSO₄)
     • Fe + CuSO₄ == FeSO₄ + Cu (置换反应，铁比铜活泼)
   • 与银盐溶液 (AgNO₃)
     • Fe + 2AgNO₃ == Fe(NO₃)₂ + 2Ag (置换反应，铁比银活泼)
     • 注意：少量Fe与硝酸铁溶液反应可能生成亚铁，多量Fe与硝酸铁溶液反应才能完全转化为铁单质。

C. 重要用途

1. 制造钢铁
   2. 制造磁性材料
   3. 催化剂（哈伯法合成氨）

II. 铁的氧化物

A. 氧化亚铁 (FeO)

1. 颜色：黑色固体
   2. 化合价：+2
   3. 与酸反应：FeO + 2HCl == FeCl₂ + H₂O
   4. 氧化性：不稳定，易被空气氧化成Fe₂O₃

B. 氧化铁 (Fe₂O₃)

1. 俗称：铁锈 (hydrated form is rust)
   2. 颜色：红棕色固体
   3. 化合价：+3
   4. 与酸反应：Fe₂O₃ + 6HCl == 2FeCl₃ + 3H₂O
   5. 用途：炼铁原料、颜料
   6. 反应：与CO高温反应：Fe₂O₃ + 3CO 高温 2Fe + 3CO₂ (炼铁原理)

C. 四氧化三铁 (Fe₃O₄)

1. 颜色：黑色晶体
   2. 化合价：可看作FeO·Fe₂O₃，铁既有+2价又有+3价
   3. 磁性：具有磁性
   4. 与酸反应：Fe₃O₄ + 8HCl == 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O
   5. 反应：与CO高温反应：Fe₃O₄ + 4CO 高温 3Fe + 4CO₂

III. 铁的氢氧化物

A. 氢氧化亚铁 (Fe(OH)₂)

1. 颜色：白色固体 (但极易被氧化为氢氧化铁，实际通常看到的是灰绿色或棕色)
   2. 制备：Fe²⁺ + 2OH⁻ == Fe(OH)₂↓
      • 现象：白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色
   3. 性质：不稳定，易被空气氧化成氢氧化铁
      • 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O == 4Fe(OH)₃

B. 氢氧化铁 (Fe(OH)₃)

1. 颜色：红褐色固体
   2. 制备：Fe³⁺ + 3OH⁻ == Fe(OH)₃↓
   3. 性质：
      • 不溶于水，不溶于碱
      • 与酸反应：Fe(OH)₃ + 3HCl == FeCl₃ + 3H₂O
      • 受热分解：2Fe(OH)₃ △ Fe₂O₃ + 3H₂O
   4. 用途：净水 (胶体吸附)

IV. 铁的盐

A. 亚铁盐 (Fe²⁺)

1. 颜色：浅绿色溶液
   2. 还原性：易被氧化剂氧化为Fe³⁺
      • 2Fe²⁺ + Cl₂ == 2Fe³⁺ + 2Cl⁻
      • 2Fe²⁺ + H₂O₂ + 2H⁺ == 2Fe³⁺ + 2H₂O
   3. 检验：加入硫氰化钾溶液无明显现象，再滴加氯水，溶液变为血红色。 (先将亚铁离子氧化为铁离子)
   4. 制备：铁与酸反应
      • Fe + 2HCl == FeCl₂ + H₂↑

B. 铁盐 (Fe³⁺)

1. 颜色：棕黄色溶液
   2. 氧化性：能氧化某些金属，自身被还原为Fe²⁺
      • 2Fe³⁺ + Cu == 2Fe²⁺ + Cu²⁺
   3. 检验：
      • 加入硫氰化钾溶液，溶液变为血红色
      • Fe³⁺ + 3SCN⁻ == Fe(SCN)₃ (红色络合物)
   4. 制备：
      • 氧化亚铁盐：2FeCl₂ + Cl₂ == 2FeCl₃
      • 铁与过量氯气反应：2Fe + 3Cl₂ == 2FeCl₃

C. 铁盐的特殊性质

1. 铁离子水解：Fe³⁺ + 3H₂O ⇌ Fe(OH)₃ + 3H⁺ (水解呈酸性，高温促进水解，可用于制备氢氧化铁胶体)
   2. 明矾净水：KAl(SO₄)₂·12H₂O，铝离子水解生成氢氧化铝胶体，吸附水中杂质。

V. 相互转化

A. 铁单质 ⇄ 亚铁盐

• Fe + 酸/盐 → Fe²⁺
  • Fe²⁺ + 活泼金属 → Fe

    B. 亚铁盐 ⇄ 铁盐

• Fe²⁺ + 氧化剂 → Fe³⁺
  • Fe³⁺ + 还原剂 → Fe²⁺

    C. 铁盐 ⇄ 氢氧化铁

• Fe³⁺ + 碱 → Fe(OH)₃
  • Fe(OH)₃ + 酸 → Fe³⁺

    D. 亚铁盐 ⇄ 氢氧化亚铁

• Fe²⁺ + 碱 → Fe(OH)₂
  • Fe(OH)₂ + 酸 → Fe²⁺

    E. 氧化物 ⇄ 铁单质

• 氧化物 + 还原剂(C, CO, H₂) → Fe
  • Fe + O₂ → 氧化物

VI. 易错易混点

• 铁与氯气反应只能生成氯化铁，不能生成氯化亚铁。
• 铁与硫反应生成硫化亚铁，而不是硫化铁。
• 铁在常温下遇浓硫酸/浓硝酸钝化，但加热时可以反应，且生成物复杂。
• 氢氧化亚铁极易被氧化，制备时注意隔绝空气。
• 亚铁离子具有还原性，容易被氧化为铁离子。
• 铁离子具有氧化性，容易被还原为亚铁离子。
• 铁盐水解呈酸性，高温促进水解。
• 明矾净水的原理是铝离子的水解，而不是钾离子或硫酸根离子。