单质
物理性质
- 银白色金属光泽
- 导电导热
- 延展性
- 熔点高( $\pu{1535 ^\circ C}$ )
- 易被磁铁吸引
化学性质
铁的化学性质比较活泼，自然界中铁元素主要以 $+2$ 和 $+3$ 价态存在于矿石中，但是可以以单质形式存在，如太空的陨铁。
- 非金属单质
| $\ce{3Fe + 2O2 \overset{点燃}{=} Fe3O4}$ |
| $\ce{2Fe + 3Cl3 \overset{点燃}{=} 2FeCl3}$ |
| $\ce{Fe + S \triangleq FeS}$ |
- 酸
| 少量 |
$\ce{Fe + NO3- + 4H+ = Fe^{3+} + NO ^ + 4H2O}$ |
| 大量 |
$\ce{3Fe + 2NO^-_3 + 8H+ = 3Fe^{2+} + 2NO ^ + 4H2O}$ |
注：硝酸均为稀硝酸。
- 盐溶液
| $\ce{Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu}$ |
|
| $\ce{Fe + 2Fe^{3+} = 3Fe^{2+}}$ |
$\ce{Fe + 2Fe(NO3)3 = 3Fe(NO3)2}$ 、$\ce{Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2}$ |
- 水蒸气
| $\ce{3Fe + 4H2O_{(g)}\overset{高温}{=}Fe3O4 + 4H2}$ |
先有爆鸣声(氢气不纯净)，后安静燃烧(氢气纯净)。 |
铁是还原剂，与氧化性较弱的物质(非氧化性酸，硫酸铜等)反应，生成 $\ce{+2}$ 价铁；与氧化性较强的物质(氧化性的酸，氯气等)反应，生成 $+3$ 价的铁。
- 氧化性粒子顺序：$\ce{Ag+}$ > $\ce{Fe^3+}$ > $\ce{Cu^2+}$
- 还原性：$\ce{Fe}$ > $\ce{Cu}$
氧化物
| 名称 |
化学式 |
俗称 |
铁的化合价 |
颜色状态 |
备注 |
| 氧化亚铁 |
$\ce{FeO}$ |
|
$+2$ |
黑色粉末 |
不稳定，$\ce{6FeO + O2 \triangleq 2Fe3O4}$ |
| 氧化铁 |
$\ce{Fe2O3}$ |
铁红 |
$+3$ |
红棕色粉末 |
常用于油漆、涂料、油墨和橡胶的红色染料 |
| 四氧化三铁 |
$\ce{Fe3O4}$ |
磁性氧化铁 |
$\frac{+2}{+3}=\frac{1}{2}$ |
黑色晶体 |
|
铁的氧化物均不溶于水或与水反应。
|
$\ce{FeO}$ |
$\ce{Fe2O3}$ |
$\ce{Fe3O4}$ |
| $\ce{HCl}$ (非氧化性酸) |
$\ce{FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O}$ |
$\ce{Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O}$ |
$\ce{Fe3O4 + 8HCl = FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O}$ |
| $\ce{HNO3}$ (氧化性酸) |
$\ce{3FeO + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO ^ + 5H2O}$ |
$\ce{Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O}$ |
$\ce{3Fe3O4 + 28HNO3 = 9Fe(NO3)3 + NO ^ + 14H2O}$ |
| $\ce{HI}$ (还原性酸) |
$\ce{FeO + 2HI = FeI2 + H2O}$ |
$\ce{Fe2O3 + 6HI = 2FeI2 + I2 v + 3H2O}$ |
$\ce{Fe3O4 + 8HI = 3FeI2 + I2 v + 4H2O}$ |
氢氧化物
| 名称 |
化学式 |
铁的化合价 |
颜色状态 |
稳定性 |
| 氢氧化亚铁 |
$\ce{Fe(OH)2}$ |
$+2$ |
白色固体 |
不稳定 $\ce{4Fe(OH)2 + O2 + H2O = 4Fe(OH)3}$ $\ce{白色 -> 灰绿色 -> 红褐色}$ |
| 氢氧化铁 |
$\ce{Fe(OH)3}$ |
$+3$ |
红褐色固体 |
常温稳定，加热分解 $\ce{2Fe(OH)3 \triangleq Fe2O3 + 3H2O}$ |
铁的氢氧化物均难溶于水。
|
$\ce{Fe(OH)2}$ |
$\ce{Fe(OH)3}$ |
| $\ce{}$$\ce{HCl}$ (非氧化性酸) |
$\ce{Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O}$ |
$\ce{Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O}$ |
| $\ce{HNO3}$ (氧化性酸) |
$\ce{3Fe(OH)2 + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO ^ + 6H2O}$ |
$\ce{Fe(OH)3 + 3HNO3 = Fe(NO3)3 + 3H2O}$ |
| $\ce{HI}$ (还原性酸) |
$\ce{Fe(OH)2 + 2HI = FeI2 + 2H2O}$ |
$\ce{2Fe(OH)3 + 6HI = 2FeI2 + 2I2 +6H2O}$ |
亚铁盐
| 亚铁离子 |
水溶液 |
常见亚铁盐 |
| $\ce{Fe^{2+}}$ |
浅绿色 |
$\ce{FeSO4}$ 、$\ce{FeCl2}$ 等 |
化学性质：
- 复分解反应
- 与碱反应
- $\ce{Fe + 2OH- = Fe(OH)2 v}$
- $\ce{Fe^2+ + 2NH3*H2O = FE(OH)2 v + 2NH+_4}$
- 与 $\ce{Na2S}$ 反应
- $\ce{Fe^2+ + S^2- = FeS v}$ 注意：$\ce{Fe^2+}$ 与 $\ce{H2S}$ 不反应，弱酸不能制强酸。
- 弱氧化性(置换反应)
- $\ce{Zn + Fe^{2+} = Zn^{2+} + Fe}$
- $\ce{Mg + Fe^{2+} = Mg^{2+} + Fe}$
- 强还原性
- 与非金属单质反应
- $\ce{2Fe^2+ + Cl2 = 2Fe^3+ + 2Cl-}$
- $\ce{4Fe^2+ + O2 + 4H+ = 4Fe^3+ + 2H2O}$
- $\ce{Cl2}$ > $\ce{Br2}$ > $\ce{Fe^3+}$ > $\ce{I2}$
- 与化合物反应
- $\ce{2Fe^2+ + H2O2 +2H+ = 2Fe^3+ + 2H2O}$
- $\ce{3Fe^2+ NO^-3 + 4H+ = 3Fe^3+ + NO ^ + 2H2O}$
- $\ce{5Fe^2+ + MnO^-4 + 8H+ = 5Fe^3+ + Mn^2+ + 4H2O}$
- 络合反应
- $\ce{3Fe^2+ + 2[Fe(CN)6]^3- = Fe3[Fe(CN)6]2 v}$ 蓝色沉淀 (常见 六氰合铁酸钾 $\ce{K3Fe(CN)6}$)
铁盐
| 铁离子 |
水溶液 |
常见铁盐 |
| $\ce{Fe^3+}$ |
黄色 |
$\ce{Fe2(SO4)3}$ 、$\ce{FeCl3}$ 等 |
化学性质：
- 复分解反应
- 与碱反应
- $\ce{Fe^3+ + 3OH- = Fe(OH)3 v}$
- 强氧化性
- 与金属单质反应
- $\ce{2Fe^3+ + Fe = 3Fe^2+}$
- $\ce{2Fe^3+ + Cu = 2Fe^2+}$
- 与还原性化合物反应
- 与 $\ce{Na2S}$ 反应
- $\ce{S^2-}$ 少量：$\ce{2Fe^3+ + S^2- = 2Fe^2+ + S v}$
- $\ce{S^2-}$ 过量：$\ce{2Fe^3+ + 3S^2- = 2FeS v + S v}$
- 与 $\ce{H2S}$ 反应
- $\ce{2Fe^3+ + H2S = 2Fe^2+ + S v}$
- 与 $+4$ 价 $\ce{S}$ 反应
- $\ce{2Fe^3+ + SO^2-_3 + H2O = 2Fe^2+ SO^2-_4 + 2H+}$
- $\ce{2Fe^3+ + SO2 + 2H2O = 2Fe^2+ + SO^2-_4 + 4H+}$
- 与 $\ce{I-}$ 反应
- $\ce{2Fe^3+ 2I- = 2Fe^2+ + I2}$
- 络合反应
- $\ce{Fe^3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3}$ 红色溶液