16．4 铁
铁位于周期表中ⅧB族，与钴和镍性质相似，合称为铁系元素。其主要矿物有磁铁矿
Fe3O4、赤铁矿Fe2O3、褐铁矿FeO等。
铁的价层电子构型为3d64s2。氧化态有 Ⅱ、 Ⅲ、 ( Ⅵ)。
铁有生铁和熟铁之分，生铁含碳量在1．7％一4．5％，熟铁含碳量在0．1％以下。而钢含碳量为0．1％～1．7％。
16．4、1、铁的单质
铁是白色而有光泽的金属，略带灰色。有很好的延展性和和铁磁性。
纯金属铁块在空气中较稳定。但含有杂质的铁在潮湿空气中容易生锈，锈层疏松多孔，不能起保护作用。
铁属于中等活泼金属。高温时能与02，S，C12，Br2等非金属单质化合。赤热的铁能与水蒸气反应生成FeaO4，并放出H2。铁能溶于盐酸、稀硫酸和稀硝酸，但冷的浓硫酸、浓硝酸会使其钝化。铁能被浓碱溶液缓慢腐蚀，而钴、镍在碱性溶液中的稳定性比铁高，故熔碱时最好使用镍制坩埚。
铁能与一氧化碳形成羰基化合物。这些羰基化合物稳定性差，利用它们的热分解反应可以制的高纯度金属。
16、4、2 、铁的化合物
1、铁的氧化物和氢氧化物
（1）氧化物
铁有三种氧化物：FeO （黑色）、 Fe 3 O 4（黑色） 、 Fe 2 O 3（红色）
FeO是碱性氧化物，不溶于水，能溶于强酸而不溶于碱。
Fe 2 O 3俗称铁红，可作红色颜料、磨光粉、催化剂等。不溶于水。它是两性氧化物，但碱性强于酸性。与酸作用生成Fe (Ⅲ)盐，与NaOH，Na2C03，Na20等碱性物质共熔生成铁酸盐。
Fe 2 O 3 6HCI→2FeCl3 3H20
Fe 2 O 3 2NaOH →2NaFe02 H20
灼烧后的Fe 2 O 3不溶于酸。
Fe3O4 ，又称磁性氧化铁，黑色晶体，可作黑色颜料。不溶于水。经证明，Fe3O4是一种铁酸盐。
从溶液中析出的Fe(Ⅲ)或Fe(Ⅱ)的含氧酸盐都带有结晶水。它们受强热时分解为Fe(Ⅲ)或Fe(Ⅱ)的氧化物，例如：582。
实验室常用上述反应制取Fe20，或FeO。
（2）氢氧化物
铁有两种氢氧化物：Fe(OH)2(白色)和Fe(OH)3(棕红色)。它们都是难溶于水的弱碱。
在亚铁盐(除尽空气)、铁盐溶液中加碱，即有氢氧化物沉淀生成。
Fe3 30H—→Fe(OH)3(s)
Fe2 20H—→Fe(OH)2(s)
Fe(OH)2极不稳定，在空气中易被氧化，白色的Fe(OH)：先变成灰绿色，最后成为棕红色的Fe(OH)3。
4Fe(OH)2 02 2H20→4Fe(OH)3
只有在完全清除掉溶液中的氧时，才有可能得到白色的Fe(OH)2。
新沉淀的Fe(OH)3具有微弱的两性，但碱性强于酸性。溶于酸生成Fe (Ⅲ)盐，溶于浓的强碱溶液，生成铁酸盐。例如能溶于热的浓KOH溶液，生成KFeO2或K3[Fe(OH)6]。
Fe(OH)3 3H →Fe3 3H20
Fe(OH)3 OH—→FeO2- 2H20
经放置的Fe(OH)3沉淀则难以显示酸性，只能与酸反应。
2、铁盐
（1）铁（Ⅱ）盐
铁(Ⅱ)盐有强的还原性，在空气中不稳定，易被氧化成铁(Ⅲ)盐。
在溶液中，铁(Ⅱ)盐的氧化还原稳定性随介质不同而异。在酸性介质中，Fe2 比较稳定，有显著的还原性，能被强氧化剂如KMn04，K2Cr2O7，Cl2，H2O，HN03氧化成Fe3 。
2Fe2 C12→2Fe3 2C1-
2Fe2 H202 2H →2Fe3 2H20
Fe2 HN03 H →Fe3 N02↑ H2O
在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2 氧化为Fe3 。
在碱性介质中，Fe2 还原性更强，极易被氧化。因此，制备和保存铁(Ⅱ)盐溶液时，必须加入足够浓度的酸，始终保持溶液的酸性，并加几颗铁钉防止氧化。
2Fe3 Fe→3Fe2
铁(Ⅱ)盐溶液显浅绿色，稀溶液几乎无色。
Fe2 的强酸盐几乎都溶于水，如硫酸盐、硝酸盐、卤化物等。由于水解呈酸性，所以Fe2 的弱酸盐大都难溶于水而溶于酸，如碳酸盐、磷酸盐、硫化物等。
常见的铁(Ⅱ)盐是FeS04•7H2O，俗称绿矾，为蓝绿色晶体，易风化。其无水盐是白色粉末，不稳定，特别是溶液，易被氧化为Fe(Ⅲ)盐。
4FeS04 02 2H20→4Fe(OH)S04
棕色
FeSO 4可以用作媒染剂、鞣革剂、木材防腐剂、种子杀虫剂及准备蓝黑墨水。
亚铁盐在分析化学中是常用的还原剂，通常使用比绿矾稳定的摩尔盐硫酸亚铁铵，即(NH4)2S04•FeS04•6H2O，在分析化学中用于标定KMnO 4、K2Cr2O7等溶液的浓度。例如
KMnO 4 10FeSO 4 8H 2 SO4→ K2 SO4 2MnSO4 5 Fe2（SO 4）3 6H2O
（2）铁（Ⅲ）盐
由于Fe(OH)3的碱性比Fe(OH)2更弱，所以Fe(Ⅲ)盐较铁(Ⅱ)盐易于水解，这是Fe(Ⅲ)盐的重要性质，其水解产物近似地认为是Fe(OH)3。
Fe 3 3H2O→ Fe(OH)3↓ 3H
在强酸性(pH≈0)溶液中，Fe3 以水合离子[Fe(H2O)6]3 的形式存在，显黄色。随着酸性减弱，水解、缩合逐级进行，很快就形成胶体溶液，最后形成Fe(OH)3沉淀。溶液颜色由黄色加深至棕色。加酸能抑制[Fe(H2O)6]3 水解，故配制Fe (Ⅲ)盐溶液时，需加入一定的酸。
Fe C13或Fe2(S04)3常用作净水剂，是因为其胶状水解产物能凝聚水中的悬浮物，并一起沉降。
3价铁的硝酸盐、硫酸盐、氯化物和高氯酸盐等都易溶于水，并且在水中容易水解使溶液显酸性。Fe(Ⅲ)盐的另一重要性质是氧化性。Fe 3 的氧化能力相对较弱，但在酸性溶液中属于中强氧化剂，能氧化SnCl2，Cu ，KI和H2S等，还原产物是Fe3 。例如
2Fe 3 I-→2Fe 2 I2
2Fe 3 H2S→2Fe 2 S 2H
2Fe 3 Fe→3Fe 2
2Fe 3 Cu→2Fe 2 Cu2
氯化铁是重要的Fe(Ⅲ)盐。无水三氯化铁是用氯气和铁粉在高温下直接合成的。将铁屑溶于盐酸所得的氯化亚铁溶液通入氯气，再经浓缩、冷却、结晶得到黄棕色的六水氯化铁晶体。
三氯化铁主要用于有机染料的生产上。在印刷制版中，它可用作铜版的腐蚀剂。即把铜版上需要去掉的部分和三氯化铁作用，使Cu变成CuCl2而溶解。
Cu 2FeCl3 →CuCl2 2FeCl2
此外，三氯化铁能引起蛋白质的迅速凝聚，所以在医疗上用作伤口的止血剂。
硫酸铁也是重要的Fe(Ⅲ)盐，易形成矾，如蓝紫色硫酸铁铵晶体NH4Fe(S04)2•12H20。
(3)铁的配合物
①亚铁氰化钾 Fe2 与KCN溶液作用，首先生成白色氰化亚铁沉淀，KCN过量，沉淀溶解而形成六氰合铁(Ⅱ)酸钾K4[Fe(CN)6]，简称亚铁氰化钾，俗名黄血盐，为柠檬黄色晶体。
在黄血盐溶液中通人氯气或加入高锰酸钾溶液，可把[Fe(CN)6]4-氧化为K3[Fe(CN)6]。
2 K4[Fe(CN)6] C12 →2 K3[Fe(CN)6] 2KCl
3K4[Fe(CN)6] KMnO4 2H20→3 K3[Fe(CN)6] Mn02↓ 4KOH
②铁氰化钾 六氰合铁(Ⅲ)酸钾K3[Fe(CN)6]，简称铁氰化钾，俗名赤血盐，为深红色晶体。
在Fe2 溶液中加入赤血盐，或在Fe3 溶液中加入黄血盐，都有蓝色沉淀生成。
3Fe2 2[Fe(CN)6]3- →Fe3 [Fe(CN)6]2↓
滕氏蓝
4Fe3 3[Fe(CN)6]4- →Fe 4[Fe(CN)6]3↓
普鲁士蓝
以上两反应用来鉴定Fe2 和Fe3 的存在。经研究表明，两种蓝色物质具有相同的晶体结构，实际是同一种物质，其化学式是Fe4Ⅲ[FeⅡ(CN)6]3。
在放有Fe 2 （FeSO4）和硝酸盐的试管中，小心的加入浓硫酸，在浓硫酸与溶液的界面处出现“棕色环”。这是由于生成了配合物[Fe（NO）（H2O）]2 而呈现的颜色。这一反应用来鉴定NO3-的存在。
③硫氰化铁 在Fe(Ⅲ)盐溶液中加入KSCN时，能形成血红色的异硫氰酸根合铁(Ⅱ)离子[Fe(SCN)n]3-n 离子。
Fe3 nSCN—→[Fe(SCN)n ] 3-n (n＝1～6)
这一反应非常灵敏，常用以检出Fe 3 和比色测定Fe 3 离子。反应须在酸性环境中进行，因为溶液酸度小时，Fe 3 发生水解生成氢氧化铁，破坏了硫氰配合物而得不到血红色溶液。加人NaF，血红色消失。
[Fe(SCN)n ] 3-n 6F—→[FeF6]3- nSCN-
④五羰基铁 铁粉与羰基在150～200℃和101．3kPa下反应，生成黄色液体五羰基铁[Fe (CO)5)。五羰基铁不溶于水而溶于苯和乙醚中，易挥发。热稳定性差，加热至140℃时分解，析出单质铁。利用此性质可以提纯铁。
Fe （Ⅲ）的配合物比Fe（Ⅱ）的配合物稳定。
