第四讲 2.3 氧化剂和还原剂（课时 2：铁及其化合物） 8 月 15 日 新高一 【教学目标】掌握铁及其化合物的主要性质及其应用 【教学重难点】Fe2+与 Fe3+的相互转化 【教学内容】 一、铁的结构和性质一、铁的结构和性质 1.1. 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备注：过渡元素位于周期表中中部从ⅢB～ⅡB 族十个纵行，分属于第四周期至第七周期过渡元素都 是金属，又叫过渡金属 过渡金属的密度一般比较大，熔沸点较高，有较高的硬度、较好的延展性和机械加工性能，较好的 导电、导热性能和耐腐蚀性能 过渡元素的原子最外层电子数不超过两个，在化学反应中，最外层和次外层都容易失去电子，因此 过渡元素有可变化合价所以当 Fe 与弱氧化剂反应时，只失去最外层上的 2 个电子，形成 Fe2+；当 Fe 与强氧化剂反应时，还能进一步失去次外层上的一个电子，形成 Fe3+这就是铁在其化合物中通常显+2 价或+3 价的原因则 Fe 发生化学反应能得到+2 价还是+3 价，需看参加反应的氧化剂的强弱，有时还要 看反应物的量之间的关系 2.2.物理性质：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/㎝3,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 3.3.化学性质化学性质：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： 点燃 点燃 △3Fe+2O2 == Fe3O4 2Fe+3Cl2 ==2FeCl3 Fe+S= FeS Fe+I2= FeI2 ②跟水反应：（高温水蒸汽） 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2 ③跟酸作用：与盐酸、稀硫酸：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+ 【注意】①铁在 O2中燃烧的，一定要在集气瓶低留有少量的水或一层沙子，防止瓶子被炸裂；②Fe 与 S 反应中 Fe 只能失去其最外层的 2 个电子而变成+2 价，反应开始后撤去酒精灯，反应可以继续进行，说明 反应放热；③Fe 在 Cl2中燃烧时不但能失去最外层的 2 个电子，而且还可失去次外层的 1 个电子后成+3 价，说明氧化性 Cl2>S；④在高温时能与 C、P、Si 等化合。
4.4.铁的合金铁的合金 一般地说，含碳量在 2%～4.3%的铁的合金叫做生铁生铁里除含碳外，还含有硅、锰以及少量的硫、 磷等，它可铸不可煅根据碳的存在形式可分为炼钢生铁、铸造生铁和球墨铸铁等几种 一般地说，含碳量在 0.03%～2%的铁的合金叫做钢钢坚硬有韧性、弹性，可以锻打、压延，也可以 铸造 钢的分类方法很多，如果按化学成分分类，钢可以分为碳素钢和合金钢两大类碳素钢就是普通的 钢合金钢也叫特种钢，是在碳素钢是适当地加入一种或几种，如锰、铬、镍、钨、铜等合金元素而制 成的合金元素使合金钢具有各种不同的特殊性能1）生铁与钢的比较：铁的合金生铁钢含碳量2%～4.3%0.03%～2%其它杂质含硅、锰、硫、磷较 多含硅、锰少量，硫和磷 几乎没有机械性能硬而脆、无韧性硬而韧、有弹性机械加工可铸不可锻可铸、可锻、可压延(2)炼铁和炼钢的比较炼铁炼钢原料铁矿石、焦炭、石灰石、空 气生铁、空气（或纯氧、氧化铁）、生石 灰、脱氧剂化学 原理在高温下用还原剂从铁矿石 里还原出来在高温下用氧化剂把生铁里过多的碳和 其它氧化为气体或炉清除去主 要 反 应①还原剂的生成C+O2CO2CO2+C2CO高 温②铁的还原Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高 温③炉渣的生成CaCO3CaO+CO2高 温CaO+SiO2CaSiO3高 温①氧化：2Fe+O22FeO高 温FeO 氧化铁水里的 Si、Mn、C 等。
如C+FeOFe+CO高 温②造渣：生成的硅锰氧化物得铁水里的 硫、磷跟造渣材料反应形成炉渣排出 ③脱氧，并调整 Mn、Si 含量2FeO+Si2Fe+SiO2高 温主要 设备高炉转炉二、铁的氧化物和氢氧化物二、铁的氧化物和氢氧化物 1.铁的氧化物的比较铁的氧 化物FeOFe2O3Fe3O4俗称铁红磁性氧化铁色、态黑色粉末黑色晶体红棕色粉末铁的价态+2+3+2、+3水溶性难溶于水稳定性不稳定性6FeO+O2=2Fe3O4稳定稳定与非氧化 性酸反应FeO+2H+=Fe2++H2OFe2O3+6H+=2Fe3++3H2OFe3O4+8H+=2Fe3++ Fe2++4H2O与氧化性 酸反应3FeO+10HNO3（稀） =3Fe（NO3）3+NO↑ +5H2OFe2O3+6H+=2Fe3++3H2O生成 Fe3+共性高温时，都能被 C、CO、H2、Al 等还原剂还原，最终都生成铁单质FexOy+yCO=xFe+yCO2制取高温熔融，过量的 铁与氧气反应Fe(OH)3的分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O铁在氧气中燃烧3Fe+2O2=Fe3O4 2.铁的氢氧化物的比较Fe(OH)2Fe(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 (2)与氧化性酸反应3Fe(OH)2+10HNO3=3Fe(NO3)3+NO↑+8H2O （3）空气中放置被氧化4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3（1）与酸反应Fe(OH)3+3H+=Fe3++3H2O （2）受热分解2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O制备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③配 制 FeSO4溶液，加少量的还原铁粉④ 用长滴管将 NaOH 溶液送入 FeSO4溶 液液面以下：Fe2++2OH-=Fe(OH)2↓将 NaOH 溶液滴入 Fe2(SO4)3溶液中：Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓注： 1. Fe3O4是复杂的化合物，经研究证明，在 Fe3O4晶体中有 1/3 的 Fe 是+2 价，有 2/3 的 Fe 是+3 价， 可看成 FeO·Fe2O3，实际应写成 Fe(FeO2)2,即铁酸亚铁盐，不是一般的氧化物。
2. Fe(OH)3与还原性酸 HI 反应时，要考虑发生氧化还原反应：2Fe（OH）3+6H++2I-=2Fe2+ + I2 +6H2O 3.Fe(OH)2和 Fe(OH)3从溶液中析出的现象不同，前者是白色絮状沉淀，后者是红褐色沉淀而 Fe(OH)2极不稳定，易被氧化成 Fe(OH)3，反应现象是：白色→灰绿色→红褐色 若要观察到白色的 Fe(OH)2沉淀，需要创造以下条件： （1）排除亚铁盐溶液里的 Fe3+离子，以免 Fe3+离子直接与 OH-结合生成 Fe(OH)3 （2）尽量排除溶液中溶解的氧气（绝对排除是办不到的），以减慢生成的 Fe(OH)2被氧化成 Fe(OH)3的速度 反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止 Fe3+离子产生亚铁盐溶液与碱溶液在混合 前分别加热以排除溶有的空气，然后，把碱溶液沿着试管壁加入盛亚铁盐溶液的试管中，或把滴管尖嘴 直接插入液面下再加入碱溶液，可观察到白色絮状沉淀 三、三、FeFe、、FeFe2+2+和和 FeFe3+3+之间相互转化及检验之间相互转化及检验 从 Fe、Fe2+和 Fe3+的结构可知:Fe 只有还原性，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，如下 图（常称为铁三角）：FeFe Cl2 CO Fe3+ CO O2 Zn Cu2+ H2 HNO3 I-、I2、S Al KMnO4 ClCl2 2、、O O2 2、、HNOHNO3 3、、KMnOKMnO4 4、、H H2 2O O2 2 FeFe2+2+ FeFe3+3+ Fe、Cu、I-、S2-、H2S （溶液为绿色） （溶液为棕黄色） 1.学习铁及其化合物的性质要注意：(1)抓价态：从铁元素三种价态的相互转化(铁三角关系)去认识铁及其化合物间的氧化—还原反应规 律. (2)想属类：如铁是一种比较活泼的过渡金属，氧化亚铁、氧化铁为碱性氧化物，氢氧化亚铁、氢氧 化铁为不溶性弱碱，氯化铁为强酸弱碱盐，由此去分析理解它们各自所具有的性质. 2.铁元素的原子在化学反应中，当遇弱氧化剂(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.3.具体反应有：（1）Fe2+→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）。
②4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O（亚铁盐溶液在空气中容易变质，如绿矾露置于空气中则是： 12FeSO4+3O2=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3）③3Fe2++NO3-+4H+=3Fe3++2H2O+NO↑ ④5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++4H2O+Mn2+ 如在 FeCl2溶液中滴加酸性 KMnO4溶液，溶液由浅绿色变棕黄色，在酸性 KMnO4溶液滴加 FeCl2溶液， 溶液由紫红变棕黄⑤2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O （2）Fe3+→Fe2+ ①2Fe3++S2+=2Fe2++S,如在 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； 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： 2Fe2++H2S=2Fe3++2H++S↓ ②2Fe3++SO32－+2H2O=2Fe2++SO42-+2H+ ③2Fe3++Fe=3Fe2+,在 FeSO3溶液中往往要加铁的原因是可以防止 Fe2+被氧化为 Fe3+ ④2Fe3++Cu=2Fe2++Cu2+,电路板的制作是利用 FeCl3溶液与裸露的铜反应。
⑤2Fe3++2I－=2Fe2++I2 4.Fe2+和 Fe3+的检验 （1）Fe2+的检验： 方法一：滴加 KSCN 溶液，无明显现象，再滴加新制氯水，溶液立即变红色 方法二：滴加 NaOH 溶液,生成白色絮状沉淀，该沉淀迅速变为灰绿色，最后变为红褐色 （2）Fe3+的检验： 方法一：滴加 KSCN 溶液或 NH4SCN 溶液，溶液立即变为血红色 方法二：滴加 NaOH 溶液,出现红褐色沉淀 1.FeFe2+2+和和 FeFe3+3+的相互转化的相互转化 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+：MnO-4+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O +6Fe2++14H+=2Cr3++6Fe3++7H2O - -2 72OCrH2O2+2Fe2++2H+=2F3++2H2O 在酸性溶液中，空气中的氧也能把 F。