【干货】铁及其化合物思维导图
铁及其化合物总图预览
一、铁的结构和性质
1. 铁的结构
铁是26号元素，位于第四周期第Ⅷ族，属于过渡元素。
原子结构示意图：
主要化合价：+2，+3
Fe2+结构示意图：
Fe3+结构示意图：
2．铁的性质
（1）物理性质
铁在金属的分类中属于黑色金属，重金属，常见金属。纯净的铁是光亮的银白色金属，密度为7.86g·cm3，熔沸点高，有较好的导电、传热性，能被磁铁吸引，也能被磁化。还原铁粉为黑色粉末。
（2）化学性质
铁是较活泼的金属元素，在金属活动性顺序表中排在氢的前面。
①跟非金属反应：
3Fe+2O2 =（点燃）Fe3O4
2Fe+3Cl2=（点燃）2FeCl3 棕黄色烟
Fe+S=FeS
Fe+I2= FeI2
②跟水蒸气反应：
3Fe+4H2O（g）＝（△）Fe3O4+4H2
③跟酸作用：
Fe+2H+=Fe2++H2↑
(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，且氧化性酸过量时生成Fe3+)
④与部分盐溶液反应：
Fe+Cu2+=Fe2++Cu
Fe+2Fe3+=3Fe2+
二、铁的氧化物
FeO | Fe2O3 | Fe3O4 | |
俗名 | 铁红 | 磁性氧化铁 | |
色、态 | 黑色粉末 | 红棕色粉末 | 黑色晶体 |
铁的价态 | +2 | +3 | +2、+3 |
水溶性 | 难溶于水 | 难溶于水 | 难溶于水 |
稳定性 | 不稳定性 6FeO+O2=2Fe3O4 | 稳定 | 稳定 |
与酸的反应 | FeO+2H+=Fe2++H2O | Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O | Fe3O4+8H+=2Fe3++ Fe2++4H2O |
与CO的反应 | FexOy+yCO＝xFe+yCO2 | ||
制取 | 高温熔融，过量的铁与氧气反应2Fe+O2=2FeO | Fe(OH)3的分解 | 铁在氧气中燃烧3Fe+2O2=Fe3O4 |
三、铁的氢氧化物
Fe(OH)2 | Fe(OH)3 | |
物理 性质 | 白色，难溶于水的固体 | 红褐色，难溶于水的固体 |
化学 性质 | (1)与非氧化性强酸反应 Fe(OH)2+2H+=Fe2++2H2O 白 → 灰绿 → 红褐色 | (1)与酸反应 Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O
(2)受热分解 |
制备 | 用可溶性碱分别与Fe2+、Fe3+反应可制得Fe(OH)2和Fe(OH)3 | |
驱氧法： ①煮沸蒸馏水，赶走溶解的氧气 ②煮沸NaOH溶液，赶走溶解的氧气 隔氧法： ④用长滴管将NaOH溶液送入FeSO4溶液液面以下，或在液面上加某些合适的有机溶剂液封 还原法： ③配制FeSO4溶液，加少量的还原铁粉，或用Fe与稀H2SO4反应新制的FeSO4溶液，生成的H2又可驱赶O2 | 将NaOH溶液滴入Fe2(SO4)3溶液中 Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓ |
四、Fe2+和Fe3+的相互转化
从Fe2+和Fe3+的结构可知：Fe3+通常只有氧化性，Fe2+既具有氧化性又具有还原性。上述微粒通过跟一定的氧化剂或还原剂发生氧化还原反应，才能实现不同价态的铁相互转化。
当铁遇弱氧化剂(如S、H+、Cu2+、I2等)时，铁只能失去最外层的两个电子，而生成+2价铁的化合物，当遇到强氧化剂(如Cl2、Br2、HNO3等)时，铁原子可以再失去次外层上的一个电子而生成+3价铁的化合物。
(1) Fe→Fe2+ 需要较弱的氧化剂，如Cu2+(CuSO4)、H+(稀H2SO4、盐酸) 、S等。
Fe+2H+=Fe2++H2↑
Fe+Cu2+=Fe2++Cu
Fe+2Fe3+=3Fe2+
Fe+S=(△)FeS
Fe+I2= FeI2
(2) Fe2+→Fe在金属活动性顺序表中排在Fe前的金属，如Mg、Al、Zn等，可以将Fe2+还原成Fe。
Zn+Fe2+=Fe+ Zn2+
注意：K、Ca、Na等活泼金属，由于它们在水溶液中不能存在，所以不能作为还原剂来完成Fe2+→Fe的转化。
C+2FeO=(加热)2Fe+CO2
CO+FeO=(加热)Fe+CO2
H2+FeO=(加热)Fe+H2O
(3) Fe→Fe3+ 需要强的氧化剂。如O2、Cl2、Br2、HNO3(浓、稀)、H2SO4(浓)、KMnO4(H+)溶液等。
2Fe+3Cl2=（点燃）2FeCl3
2Fe+3Br2=（点燃）2FeBr3
Fe+6HNO3（浓） =(△)Fe(NO3)3+3NO2↑+3H2O
Fe+4HNO3(稀)=Fe(NO3)3+NO↑+2H2O （如果铁过量，则生成Fe2+）
3Fe＋8HNO3(稀)＝3Fe(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
2Fe+6H2SO4（浓）=(△)Fe2(SO4)3+6H2O+3SO2↑
注意：Al、Fe遇冷浓HNO3、浓硫酸钝化（常温）
(4)Fe3+→Fe常发生在金属的热还原反应中。如高温下用CO还原铁矿石中的铁。
3Zn+2Fe3+=3Zn2++2Fe
Fe2O3+2Al＝(高温)2Fe+ Al2O3
Fe2O3+3CO＝(高温)2Fe+3CO2
3C+2Fe2O3=4Fe+3CO2
3H2+Fe2O3=2Fe+3H2O
(5) Fe2+→Fe3+需要强的氧化剂。如O2、Cl2、Br2、HNO3(浓、稀)、H2SO4(浓)、KMnO4(H+)溶液等。
Fe2+有还原性，高锰酸钾、重铬酸钾、过氧化氢等氧化剂能把它氧化成Fe3+：
①2Fe2++Cl2=2Fe3++2Cl-(在亚铁盐溶液中通入氯气，溶液由浅绿色变为棕黄色)。
②2Fe2++Br2= 2Fe3++2Br-
③在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe2+氧化：
4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O
12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3(亚铁盐溶液在空气中容易变质，绿矾露置于空气中)
④3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑
⑤5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+
⑥2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O
⑦Cr2O72-+6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O
(6)Fe3+→Fe2+ 需要较强的还原剂。如Fe、Zn、H2S(S2-)、KI(I-)、Na2SO3(SO32-)等，Cu虽不是强的还原剂，但因Fe3+具有较强的氧化性，可被Cu还原成Fe2+。
①Fe3+还能被金属铁还原：
2Fe3++Fe=3Fe2+,在FeSO4溶液中往往要加铁的原因是可以防止Fe2+被氧化为Fe3+。
②在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路。
2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+
③2Fe3++2I-=2Fe2++I2,Fe3+具有氧化性，它能把I-氧化成I2
④在FeCl3溶液中滴加适量的Na2S溶液,溶液变浑浊，滤去沉淀则滤液为浅绿色
2Fe3++S2-=2Fe2++S↓
如加入过量的Na2S溶液，则又有黑色沉淀生成(FeS)；
向Fe3+溶液中通入H2S气体的离子方程式为：2Fe3++H2S=2Fe2++2H++S↓。
⑤2Fe3++SO2+2H2O=2Fe2++SO42-+4H+
⑥2Fe3++Sn2+=2Fe2++Sn4+
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