第一节铁及其化合物

本节学习目标

能从物质类别和元素价态两个视角认识铁及其化合物的性质和转化。
掌握铁与非金属、酸、盐溶液和水蒸气反应的条件、产物与现象。
掌握 $F e O$ 、 $F e_{2} O_{3}$ 、 $F e_{3} O_{4}$ 、 $F e (O H)_{2}$ 、 $F e (O H)_{3}$ 的颜色、类别和主要性质。
理解 $F e$ 、 $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 的氧化性或还原性，能设计相互转化与除杂方案。
掌握 $F e^{3 +}$ 的检验方法，能综合实验现象判断 $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 。
能解释铁盐在印刷电路板蚀刻、食品铁元素检验等实际情境中的应用。

核心知识点讲解

一、知识对象与物质情境

铁在地壳中的含量居金属元素第二位，主要以 $+ 2$ 、 $+ 3$ 价化合物存在。铁是典型变价金属，学习主线是：先依据物质类别预测通性，再依据铁元素价态判断氧化性、还原性和转化方向，最后用实验现象与方程式验证。

铁是人体必需的微量元素，含铁化合物参与氧运输等生命活动。补铁剂中常含 $F e^{2 +}$ ，保存和检验时需考虑其易被氧化的性质。

二、核心概念与物质分类

物质或微粒	类别	颜色、状态或特征	主要性质
$F e$	金属单质	银白色，有磁性	还原性，可生成 $F e^{2 +}$ 或 $F e^{3 +}$
$F e O$	碱性氧化物	黑色粉末，不稳定	与酸生成亚铁盐
$F e_{2} O_{3}$	碱性氧化物	红棕色粉末，俗称铁红	与酸生成铁盐，可作颜料
$F e_{3} O_{4}$	复杂氧化物	黑色晶体，有磁性	可看作 $F e O \cdot F e_{2} O_{3}$
$F e (O H)_{2}$	不溶性碱	白色絮状沉淀，易变灰绿	易被 $O_{2}$ 氧化
$F e (O H)_{3}$	不溶性碱	红褐色沉淀	与酸反应，受热分解
$F e^{2 +}$	亚铁离子	浅绿色溶液	中间价态，常表现还原性，也可表现氧化性
$F e^{3 +}$	铁离子	棕黄色溶液	较强氧化性，遇 $K S C N$ 显红色

三、关键规律、反应原理与方程式

1. 铁单质的还原性

铁与较弱氧化剂反应时通常生成 $F e^{2 +}$ ：

F e + 2 H^{+} = F e^{2 +} + H_{2} ↑

F e + C u^{2 +} = F e^{2 +} + C u

铁与强氧化性的 $C l_{2}$ 反应，生成 $F e^{3 +}$ ：

2 F e + 3 C l_{2} Δ 2 F e C l_{3}

红热的铁与水蒸气反应，生成 $F e_{3} O_{4}$ 和 $H_{2}$ ：

3 F e + 4 H_{2} O (g) 高温 F e_{3} O_{4} + 4 H_{2}

铁水或钢水遇水会剧烈产生高温气体，模具必须充分干燥。

2. 铁的氧化物

铁的氧化物均不溶于水，也不与水直接反应。 $F e O$ 、 $F e_{2} O_{3}$ 具有碱性氧化物通性：

F e O + 2 H^{+} = F e^{2 +} + H_{2} O

F e_{2} O_{3} + 6 H^{+} = 2 F e^{3 +} + 3 H_{2} O

$F e_{3} O_{4}$ 中同时含 $F e^{2 +}$ 和 $F e^{3 +}$ ，铁的平均价态为 $+ \frac{8}{3}$ ，不能把它简单写成某一种整数价氧化物。

3. 铁的氢氧化物

制备 $F e (O H)_{3}$ ：

F e^{3 +} + 3 O H^{-} = F e (O H)_{3} ↓

制备 $F e (O H)_{2}$ ：

F e^{2 +} + 2 O H^{-} = F e (O H)_{2} ↓

新生成的 $F e (O H)_{2}$ 是白色絮状沉淀，因迅速吸附杂质并被氧化，常观察到灰绿色，最终变为红褐色 $F e (O H)_{3}$ ：

4 F e (O H)_{2} + O_{2} + 2 H_{2} O = 4 F e (O H)_{3}

$F e (O H)_{3}$ 受热分解：

2 F e (O H)_{3} Δ F e_{2} O_{3} + 3 H_{2} O

两种氢氧化物都能与酸发生中和反应，如：

F e (O H)_{3} + 3 H^{+} = F e^{3 +} + 3 H_{2} O

4. 亚铁盐和铁盐

$F e^{3 +}$ 能被铁、铜、碘离子等还原：

2 F e^{3 +} + F e = 3 F e^{2 +}

2 F e^{3 +} + C u = 2 F e^{2 +} + C u^{2 +}

2 F e^{3 +} + 2 I^{-} = 2 F e^{2 +} + I_{2}

$F e^{2 +}$ 能被 $C l_{2}$ 、酸性 $K M n O_{4}$ 、 $H_{2} O_{2}$ 等氧化：

2 F e^{2 +} + C l_{2} = 2 F e^{3 +} + 2 C l^{-}

5 F e^{2 +} + M n O_{4}^{-} + 8 H^{+} = 5 F e^{3 +} + M n^{2 +} + 4 H_{2} O

$F e^{2 +}$ 也能被更强的还原剂还原为铁，如：

Z n + F e^{2 +} = Z n^{2 +} + F e

所以 $F e^{2 +}$ 处于中间价态，既有氧化性又有还原性，通常还原性更常见。

5. $F e^{3 +}$ 的检验

向待测液中滴加 $K S C N$ 溶液，若溶液显红色，说明含有 $F e^{3 +}$ 。这是溶液颜色变化，不是生成红色沉淀。若原样品可能只含 $F e^{2 +}$ ，可先确认加 $K S C N$ 不显红色，再加入合适氧化剂，若随后显红色，则说明原有 $F e^{2 +}$ 。

四、典型转化模型与分析方法

1. 价态转化网络

F e (0) 弱氧化剂 F e^{2 +} 氧化剂 F e^{3 +}

F e^{3 +} F e, C u, I^{-} F e^{2 +} Z n 等 F e

处理铁元素推断题：标出每种物质中铁的价态；确定目标是升价还是降价；选择氧化剂或还原剂；检查是否引入难除杂质；用现象验证转化。

2. 类别转化网络

F e^{2 +} ⇌ F e (O H)_{2} \to F e (O H)_{3} Δ F e_{2} O_{3} ⇌ F e^{3 +}

物质类别决定“盐与碱生成沉淀、碱与酸反应、氢氧化物受热生成氧化物”等通性；元素价态决定氧化还原转化。两种视角要同时使用。

五、实验现象、装置与证据

操作	主要现象	结论
铁丝浸入 $C u S O_{4}$ 溶液	铁丝表面有红色固体，蓝色变浅	$F e$ 还原 $C u^{2 +}$
$F e C l_{3}$ 溶液加 $K S C N$	溶液显红色	存在 $F e^{3 +}$
$F e C l_{3}$ 加过量铁粉后再加 $K S C N$	棕黄色变浅，通常不显红色	$F e^{3 +}$ 被还原为 $F e^{2 +}$
上述清液再加氯水和 $K S C N$	溶液显红色	$F e^{2 +}$ 被氧化为 $F e^{3 +}$
$F e C l_{3}$ 加铜片	铜片溶解，溶液颜色变化	$F e^{3 +}$ 有氧化性
$F e C l_{3}$ 加 $K I$ 、淀粉	生成碘，淀粉显蓝色	$I^{-}$ 被氧化

覆铜板蚀刻利用：

2 F e^{3 +} + C u = 2 F e^{2 +} + C u^{2 +}

油性图案覆盖的铜不接触腐蚀液而被保留。处理废腐蚀液时可回收铜、再生 $F e^{3 +}$ ，并避免含金属离子废液直接排放。

食品样品中的铁可先经酸处理并用氧化剂把 $F e^{2 +}$ 转为 $F e^{3 +}$ ，再用 $K S C N$ 检验。对有颜色或浑浊的样品，要设置空白对照并先过滤，避免本底颜色干扰。

六、题型应用与迁移

性质预测：先按氧化物、碱、盐判断通性，再按铁价态判断氧化还原性。
检验与鉴别： $K S C N$ 直接检验 $F e^{3 +}$ ；检验 $F e^{2 +}$ 需先排除 $F e^{3 +}$ 再氧化验证。
除杂： $F e C l_{2}$ 中少量 $F e C l_{3}$ 可加足量铁粉后过滤； $F e C l_{3}$ 中少量 $F e C l_{2}$ 可加适量氯水或 $H_{2} O_{2}$ 。
保存： $F e S O_{4}$ 溶液常加入少量铁粉，消耗可能生成的 $F e^{3 +}$ 。
工艺应用：印刷电路板蚀刻、废液回收、补铁剂检验都围绕 $F e^{2 +} / F e^{3 +}$ 转化。

重点梳理

1. 氧化剂强弱决定铁的价态

稀盐酸、 $C u^{2 +}$ 等通常使铁生成 $F e^{2 +}$ ； $C l_{2}$ 等较强氧化剂可生成 $F e^{3 +}$ 。看到反应物和条件后再写产物，不能固定认为铁只显某一种价态。

2. 三种氧化物的颜色与价态

$F e O$ 黑色且含 $F e^{2 +}$ ； $F e_{2} O_{3}$ 红棕色且含 $F e^{3 +}$ ； $F e_{3} O_{4}$ 黑色、有磁性且含两种价态。颜色、磁性和与酸反应的产物常用于推断。

3. $F e (O H)_{2}$ 的快速氧化

题目出现白色、灰绿色、红褐色连续变化，核心是 $F e^{2 +}$ 被空气中的 $O_{2}$ 氧化为 $F e^{3 +}$ 。制备白色沉淀时要减少溶液和装置中的氧气。

4. $F e^{3 +}$ 检验与价态转化

$K S C N$ 只直接检验 $F e^{3 +}$ 。判断 $F e^{2 +}$ 时要设计“先排除 $F e^{3 +}$ —再氧化—再检验”的证据链，不能直接把不显红色当作一定含 $F e^{2 +}$ 。

难点突破

1. 反应先后与过量关系

把少量铁粉加入过量 $F e C l_{3}$ 溶液时，铁先被 $F e^{3 +}$ 氧化为 $F e^{2 +}$ ；若 $F e^{3 +}$ 仍有剩余，加入 $K S C N$ 仍会显红色。只有铁粉足量且反应充分，才能把 $F e^{3 +}$ 完全转化。

2. 除杂试剂的选择

$F e C l_{2}$ 中混有 $F e C l_{3}$ ：加铁粉， $2 F e^{3 +} + F e = 3 F e^{2 +}$ ，再过滤过量铁粉。
$F e C l_{3}$ 中混有 $F e C l_{2}$ ：加适量氧化剂使 $F e^{2 +}$ 转为 $F e^{3 +}$ ，要避免引入新的难除离子。
$F e S O_{4}$ 中混有 $C u S O_{4}$ ：加铁粉， $F e + C u^{2 +} = F e^{2 +} + C u$ ，再过滤。

3. $F e^{2 +}$ 为何兼有两性角色

这里的“两性”不是酸碱两性，而是氧化还原双重性质。 $F e^{2 +}$ 可失去电子成为 $F e^{3 +}$ ，表现还原性；也可得到电子成为 $F e$ ，表现氧化性。必须根据反应对象判断实际角色。

例题讲解

例题一：未知铁盐检验

某浅色溶液可能含 $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 中的一种或两种。如何检验？

题眼： $K S C N$ 直接识别 $F e^{3 +}$ ； $F e^{2 +}$ 需转化后验证。

方案： 取两份样品。第一份滴加 $K S C N$ ，显红色说明含 $F e^{3 +}$ 。第二份先用适当方法除去或排除原有 $F e^{3 +}$ 的影响，再加入少量氯水等氧化剂和 $K S C N$ ；若氧化后出现新的红色现象，说明原有 $F e^{2 +}$ 。

反思： 若原溶液已有大量 $F e^{3 +}$ ，直接氧化后颜色变化不能证明 $F e^{2 +}$ ，必须设置分样、对照或先分离干扰。

例题二：覆铜板腐蚀

用 $F e C l_{3}$ 溶液腐蚀铜箔时，若溶解 $6.4 g$ 铜，至少消耗多少摩尔 $F e^{3 +}$ ？

n (C u) = \frac{6.4}{64} = 0.100 mol

由 $2 F e^{3 +} + C u = 2 F e^{2 +} + C u^{2 +}$ ：

n (F e^{3 +}) = 2 n (C u) = 0.200 mol

答案： 至少消耗 $0.200 mol$ $F e^{3 +}$ 。

易错点整理

常见错误表现	错因分析	正确处理步骤
铁与盐酸生成 $F e^{3 +}$	忽略氧化剂强弱	稀非氧化性酸通常生成 $F e^{2 +}$
把 $F e_{3} O_{4}$ 中铁全写成同一价态	只会求平均价态	认识其含 $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 两种铁
$K S C N$ 检验写“红色沉淀”	混淆溶液显色和沉淀	表述为“溶液显红色”
$F e (O H)_{2}$ 只写灰绿色	把常见观察当作初始产物颜色	初始白色，迅速变灰绿，最终红褐色
不显红色就断定含 $F e^{2 +}$	否定结果证据不足	还要加入氧化剂后再检验
除杂加试剂后不处理过量固体	实验步骤不完整	加足量铁粉反应后必须过滤

考点考证点整理

考点一：铁单质的性质与产物判断

出题思路：给出铁与酸、盐、氯气或水蒸气反应，要求判断价态和氧化剂。
关键条件：氧化剂强弱、温度、反应物是否过量。
解答要点：先标价态，再写配平方程式，指出电子转移和主要现象。
易扣分点：铁与盐酸产物写成 $F e^{3 +}$ ；水蒸气反应产物写错或漏高温。

考点二：铁的氧化物和氢氧化物

出题思路：颜色推断、与酸反应、沉淀制备、受热分解或空气氧化。
关键条件：物质颜色、是否隔绝空气、铁的价态。
解答要点：写离子方程式；解释 $F e (O H)_{2}$ 颜色变化的氧化过程。
易扣分点：漏写沉淀符号；把 $F e (O H)_{2}$ 和 $F e (O H)_{3}$ 颜色颠倒。

考点三： $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 的转化与检验

出题思路：显色实验、除杂、溶液保存、连续加入试剂或转化网络。
关键条件：氧化剂或还原剂种类、用量、原溶液中是否已有 $F e^{3 +}$ 。
解答要点：画价态箭头，写电子转移或离子方程式，组织完整证据链。
易扣分点：忽略试剂过量；直接用 $K S C N$ 检验 $F e^{2 +}$ ；现象表述不准确。

考点四：实际应用与绿色处理

出题思路：覆铜板蚀刻、废液回收、食品铁检验或补铁剂变质。
关键条件：样品前处理、共存离子、本底颜色、金属离子污染。
解答要点：把应用转化为 $F e^{2 +} / F e^{3 +}$ 氧化还原；说明检验、回收和废液处理步骤。
易扣分点：只写用途不写原理；含金属离子废液直接排放。

练习题

基础训练

写出铁分别与稀盐酸、氯气和高温水蒸气反应的方程式。
填写 $F e O$ 、 $F e_{2} O_{3}$ 、 $F e_{3} O_{4}$ 的颜色和主要价态特征。
写出制备 $F e (O H)_{2}$ 、 $F e (O H)_{3}$ 的离子方程式。
如何检验溶液中的 $F e^{3 +}$ ？

巩固训练

向 $F e S O_{4}$ 溶液滴加 $N a O H$ ，描述完整现象并解释。
分别写出用铁粉除去 $F e C l_{2}$ 中少量 $F e C l_{3}$ 、用铁粉除去 $F e S O_{4}$ 中少量 $C u S O_{4}$ 的离子方程式和后续操作。
向 $F e C l_{3}$ 溶液加入 $K I$ ，再加淀粉，出现蓝色。写出离子方程式并判断氧化剂。
为什么保存 $F e S O_{4}$ 溶液时可加入少量铁粉？

提升训练

向含 $0.30 mol$ $F e C l_{3}$ 的溶液中加入 $8.4 g$ 铁粉，充分反应。判断反应后是否有铁粉剩余，并求生成 $F e^{2 +}$ 的物质的量。取 $M (F e) = 56 g \cdot mo l^{- 1}$ 。
某溶液含 $F e^{2 +}$ 和 $F e^{3 +}$ 。取 $20.0 mL$ 样品，用酸性 $K M n O_{4}$ 恰好氧化其中的 $F e^{2 +}$ ，消耗 $0.0200 mol \cdot L^{- 1}$ $K M n O_{4}$ 溶液 $10.0 mL$ 。求样品中 $F e^{2 +}$ 的物质的量浓度。

练习题答案

$F e + 2 H C l = F e C l_{2} + H_{2} ↑$ ； $2 F e + 3 C l_{2} Δ 2 F e C l_{3}$ ； $3 F e + 4 H_{2} O (g) 高温 F e_{3} O_{4} + 4 H_{2}$ 。
$F e O$ 黑色、含 $F e^{2 +}$ ； $F e_{2} O_{3}$ 红棕色、含 $F e^{3 +}$ ； $F e_{3} O_{4}$ 黑色且有磁性，同时含 $F e^{2 +}$ 和 $F e^{3 +}$ 。
$F e^{2 +} + 2 O H^{-} = F e (O H)_{2} ↓$ ； $F e^{3 +} + 3 O H^{-} = F e (O H)_{3} ↓$ 。
取少量待测液，滴加 $K S C N$ 溶液；若溶液显红色，则含 $F e^{3 +}$ 。
先生成白色絮状沉淀，迅速变为灰绿色，最终变为红褐色。先生成 $F e (O H)_{2}$ ，随后被 $O_{2}$ 氧化为 $F e (O H)_{3}$ ： $4 F e (O H)_{2} + O_{2} + 2 H_{2} O = 4 F e (O H)_{3}$ 。
$2 F e^{3 +} + F e = 3 F e^{2 +}$ ； $F e + C u^{2 +} = F e^{2 +} + C u$ 。两者均需在反应后过滤除去过量铁粉或生成的铜与过量铁粉。
$2 F e^{3 +} + 2 I^{-} = 2 F e^{2 +} + I_{2}$ 。 $F e^{3 +}$ 得电子，作氧化剂；生成的 $I_{2}$ 使淀粉显蓝色。
$F e^{2 +}$ 易被空气氧化为 $F e^{3 +}$ ，铁粉可把少量 $F e^{3 +}$ 还原回 $F e^{2 +}$ ： $2 F e^{3 +} + F e = 3 F e^{2 +}$ 。
$n (F e) = 8.4/56 = 0.150 mol$ 。按 $2 F e^{3 +} + F e = 3 F e^{2 +}$ ， $0.300 mol$ $F e^{3 +}$ 恰好消耗 $0.150 mol$ $F e$ ，无铁粉剩余；生成 $0.450 mol$ $F e^{2 +}$ 。
$n (M n O_{4}^{-}) = 0.0200 \times 0.0100 = 2.00 \times 1 0^{- 4} mol$ 。由 $5 F e^{2 +} + M n O_{4}^{-} + 8 H^{+} = 5 F e^{3 +} + M n^{2 +} + 4 H_{2} O$ ， $n (F e^{2 +}) = 1.00 \times 1 0^{- 3} mol$ ，故 $c (F e^{2 +}) = 1.00 \times 1 0^{- 3} /0.0200 = 0.0500 mol \cdot L^{- 1}$ 。

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第一节 铁及其化合物

相关知识

第一节 铁及其化合物

本节学习目标

核心知识点讲解

一、知识对象与物质情境

二、核心概念与物质分类

三、关键规律、反应原理与方程式

1. 铁单质的还原性

2. 铁的氧化物

3. 铁的氢氧化物

4. 亚铁盐和铁盐

5. Fe3+ 的检验

四、典型转化模型与分析方法

1. 价态转化网络

2. 类别转化网络

五、实验现象、装置与证据

六、题型应用与迁移

重点梳理

1. 氧化剂强弱决定铁的价态

2. 三种氧化物的颜色与价态

3. Fe(OH)2​ 的快速氧化

4. Fe3+ 检验与价态转化

难点突破

1. 反应先后与过量关系

2. 除杂试剂的选择

3. Fe2+ 为何兼有两性角色

例题讲解

例题一：未知铁盐检验

例题二：覆铜板腐蚀

易错点整理

考点考证点整理

考点一：铁单质的性质与产物判断

考点二：铁的氧化物和氢氧化物

考点三：Fe2+、Fe3+ 的转化与检验

考点四：实际应用与绿色处理

练习题

基础训练

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练习题答案

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5. $F e^{3 +}$ 的检验

3. $F e (O H)_{2}$ 的快速氧化

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考点三： $F e^{2 +}$ 、 $F e^{3 +}$ 的转化与检验