铁和铁的化合物
【学习目标】
1．铁单质的化学性质
2．铁的重要化合物的氧化还原性；
3．Fe(Ⅱ）、Fe(Ⅲ)的相互转化是高考的热点。
【聚焦重难点】
一、铁的结构和性质
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
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，
3密度为7.86g/㎝,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. 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： 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2↑
+2+③跟酸作用：Fe+2H=Fe+H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，
3+且氧化性酸过量时生成Fe)
2+2+3+2+④与部分盐溶液反应：Fe+Cu=Fe+Cu Fe+2Fe=3Fe
3. 生铁与钢的比较
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。
4. 炼铁和炼钢的比较
二、铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物的比较
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)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：
3+3+-① 排除亚铁盐溶液里的Fe离子，以免Fe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。
3+反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe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。
2+3+三、Fe、Fe和Fe之间相互转化及检验
2+3+3+2+从Fe、Fe和
Fe的结构可知:Fe只有还原性，Fe通常只有氧化性，Fe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）：
Fe
4
Fe
2+3+1. Fe和Fe的相互转化
2+3+Fe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Fe：
-2++2+3+MnO4+5Fe+8H=Mn+5Fe+4H2O
2++3+3+2--Cr2O7+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H2O
H2O2+2Fe+2H=2F+2H2O
2+在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe氧化：
2++3+4Fe+O2+4H=4Fe+2H2O
2+--2+在碱性溶液中，Fe的还原性更强，它能把NO3和NO2还原成NH3，能把Cu还原成金属
3+-铜.Fe具有氧化性，它能把I氧化成I2：
3+-2+2Fe+2I=2Fe+I2
在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式
是：
3+2+2+2Fe+Cu=2Fe+Cu
因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而FeCl3是氧化剂.
3+2+Fe在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe：
3+2++2Fe+H2S=2Fe+S↓+2H
3+2+2+4+2F+Sn=2Fe+Sn
3+Fe还能被金属铁还原：
3+2+2Fe+Fe=3Fe
2+3+在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe被氧化为Fe.
2+3+2. Fe和Fe的颜色
2+2+Fe在水溶液中通常以水合离子［Fe(H2O)6］形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡：
2+++［Fe(H2O)6］+H2O［Fe(H2O)5OH］+H2O
这个平衡的pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性.
3+63+Fe在酸性溶液中，通常以淡紫色的［Fe(H2O)］形式存在.三氯化铁以及其他+3价铁
盐溶于水后都发生显著的水解，实质是+3价水合铁离子的水解.只有在PH=0左右时，才有
3+［Fe(H2O)6］存在(但由于有阴离子的存在，会生成其他的络离子，影响淡紫色的观察).当
PH为2～3时，水解趋势很明显.它们的水解平衡如下：
3+2++［Fe(H2O)6］+H2O［Fe(H2O)5(OH)］+H3O
-3.05K=10
2+++［Fe(H2O)5(OH)］+H2O［Fe(H2O)4(OH)2］+H3O
-3.26K=10
生成的碱式离子呈黄色，它可聚合成二聚体：
3+4++2［Fe(H2O)6］ ［Fe2(H2O)8(OH) 2］+2H3O
-2.91K=10
二聚体是借OH-为桥把2个Fe3+连结起来形成的多核络离子.溶液的PH越高，水解聚合的倾
向越大，最后逐渐形成胶体，析出红综色水合氧化铁沉淀。
【例题精讲】
例1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属
阳离子是 （ ）
2+3+A.只有Fe B.只有Fe
2+2+3+2+ C.有Fe和Cu D.有Fe和Cu
3+2+思路与解析：浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe和Cu，
2+2+2+过量的铁又与Fe和Cu反应生成Fe和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为
2+Fe，故选A。
例2.将6g纯铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到
200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固体，求：
（1）反应后生成铜多少克？ 2++3+
（2）加入铁粉前Fe2(SO4)3物质的量浓度。
3+2+[思路]：在Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后，Fe和Cu均可与铁发生反应，
3+2+3+3+2+但由于氧化性Fe>Cu，所以Fe应首先还原Fe，即首先发生反应：Fe+2Fe=3Fe，但不
可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，
则不可能有5.2g不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为（6g÷
3+56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe还原后，不
2+发生了还原Cu的反应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固体中肯定有Cu，是否含
Fe呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。
[解析]：发生反应的化学方程式为：
①Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 ②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
两个反应共生成FeSO4为：0.2L×0.5mol/L=0.1mol
观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO4，②式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO4
全部为②式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。
Fe ～ FeSO4
1mol 1mol
a 0.1mol
a=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe2(SO4)3和
CuSO4的物质的量分别为x和y。
Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
X x 3x y y y y 由题意得×(x+y)+64g/mol×y=5.2g
解得：x=0.02mol y=0.04mol
则生成铜：0.04mol×64g/mol=2.56g
原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L
例3.mg 铁粉与一定量的HNO3在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气
混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?
[思路]此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO3的浓度和用量不同,生成Fe(NO3)3
还是Fe(NO3)2不能确定,HNO3的还原产物是NO还是NO2也不能确定。所以消耗的氧气也无从
下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO3,这样
消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。
[解析]:假设HNO3为稀的,铁与HNO3反应后的价态是+2,
则有: 3 Fe +8 HNO3= 3 Fe(NO3)2 + 2 NO↑+ 4 H2O (1)
4NO +3O2 +2H2O=4HNO3 (2)
(1)×2 +(2)得：2Fe + O2 +4HNO3= 2Fe(NO3)2 +2H2O
可改写为 ： 2Fe + O2 +4HNO3 = 2FeO + 4HNO3
即： 2Fe + O2 =2FeO
同理可得 ： 4Fe +3O2=2Fe2O3 问题便得以解决
即 ：当铁被氧化为+2价时，由电子得失守衡得：
m/56×2=n/22.4×4 n=O.2m
当铁被氧化为=+3价时，由电子得失守衡得：
m/56×3=n/22.4×4 n=O.3m
则m与n的关系是：O.2m≤n≤O.3m
[小结]此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。氧化还原
反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪
称是一道好题。
例4.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21：8，，
则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是（ ）。
A.1：2：1 B. 2：1：1 C. 1：1：1 D. 1：1：3
[思路]：可用平均组成法来求解：
[解析]在混合物中Fe原子和氧原子物质的量之比为(21/56)：（8/16）=3：4，则混合物
的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符
合Fe3O4，所以在混合物中它们的物质的量之比必需是1：1.故答案应选C、D。
例5.某铁的“氧化物”样品，用5mol/L的盐酸140mL恰好完全溶解，所得溶液还能吸
2+3+收标准状况下0.56L氯气，使其中Fe全部转化为Fe。该样品可能的化学式是
（ ）
A. Fe2O3 B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7
[思路]：利用正、负电荷相等列方程可快速解题。
2-2-[解析]设铁的氧化物中含O为xmol，则其化学式为FexOy，由O个数守恒有：
++（2y/x） 2yH+ FexOy = yH2O+ xFe
2ymol ymol
0.7mol amol
2y：y=0.7：a a=0.35（mol）
2+设FexOy中含Febmol,则：
2+3＋-2Fe+ Cl2 = Fe+ 2Cl
2mol 22.4L
bmol 0.56L
2：b=22.4：0.56 b=0.05（mol）
3+设样品FexOy中含Fe为cmol,则由电荷守恒可得：
（2×0.05mol）×3cmol=2×0.35mol
解之得c=0.2mol
故样品FexOy中：x：y=（0.05+0.02）：0.35=5：7
即样品“氧化铁”化学式为：Fe5O7。
例6：试样x由氧化亚铁和氧化铜组成.取质量相等的两份试样，按下图所示进行实验
.
(1)请写出步骤③中所发生的全部反应的离子方程式.
(2)若全部的溶液y和全部的粉末Z充分反应后，生成的不溶物的质量是m，则每份试
样x中氧化铜的质量为 (用m表示).
2+2++2+[思路]：本题第一问比较简单.发生的反应为：Fe+Cu=Fe+Cu，Fe+2H=Fe+H2↑
2+第二问是考查思维的严密性和敏捷性.由题意，反应后溶液中不含Cu，所以两份试样
中的铜元素全部转化为单质铜，而溶液是强酸性，则固体物中无Fe,所以m为铜的质量.故1m805一份试样中氧化铜的质量为×MCuO=m=m. MCu2648
[解析]：(1)Fe+Cu=Fe+Cu Fe+2H=Fe+H2↑ (2) 2+2++25m 8
例7.在下列所指的各溶液中，分别滴加NH4SCN溶液后，溶液不呈血红色的是 （ ）。
A.加入足量镁粉的Fe2(SO4)3溶液
B.加入过量铁粉的稀硝酸溶液
C.铁丝在足量的氯气中燃烧后，所得产物的溶液
D.长期暴露在空气中的绿矾溶液
3+[思路]：实验室鉴定Fe的方法是利用KSCN溶液，它们相遇会呈血红色，若利用NH4SCN
溶液，实质是一样的：
3+-2+ Fe+SCN=[Fe（SCN）]
3+-Fe可以结合1～6个SCN，产物皆为血红色。
3+2+3+-A.足量的镁粉可以使Fe转化为Fe或Fe，因为反应后不再有Fe，所以加入SCN后，
不会出现血红色。
B.过量的铁与稀硝酸进行如下反应：
3+2+Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+H2O 2Fe+Fe=3Fe
3+-因为反应后无Fe，所以加入SCN后，也不会出现血红色。
3+-C.Fe在Cl2中燃烧的产物是FeCl3，它的水溶液中存在着大量的Fe，所以加入SCN后，
会出现血红色。
2+3+D.FeSO4溶液中的Fe因暴露在空气中会被空气中的氧气氧化成Fe：
4FeSO4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O
-所以加入SCN后，会出现血红色。
[解析]：选A、B。
例8.将8gFe2O3投入150mL某浓度的稀硫酸中，再投入7g铁粉收集到1.68LH2（标准状
况），同时，Fe和Fe2O3均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共
消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。则原硫酸的物质的量浓度为 （ ）。
A.1.5mol/L B.0.5mol/L
C.2mol/L D.1.2mol/L
[思路]：粗看题目，这是一利用关系式进行多步计算的题目，操作起来相当繁琐，但如
能仔细阅读题目，挖掘出隐蔽条件，不难发现，反应后只有Na2SO4存在于溶液中，且反应过
2-+2-程中SO4并无损耗，根据Na守恒，非常易求得SO4即原硫酸的物质的量浓度为：2mol/L，
故选C。
【习题精练】
一、选择题
1.（2002年全国高考题）铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别为
A.Fe(OH)3;Fe2O3 B.Fe(OH)2;FeO
C.Fe(OH)2、Fe(OH)3;Fe3O4 D.Fe2O3;Fe(OH)3
＋＋2.要证明某溶液中不含Fe3而可能含有Fe2进行如下实验操作时最佳顺序为
①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③ B.③②
C.③① D.①②③
3.在氯化铁、氯化铜和盐酸混合液中加入铁粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是
＋＋A.Cu2 B.Fe3
＋＋C.Fe2 D.H
＋＋＋4.在FeCl3,CuCl2,FeCl2的混合溶液中，Fe3,Cu2和Fe2的物质的量之比为3∶2∶1,现加
入适量铁粉，使溶液中三种离子物质的量浓度之比变化为1∶2∶4,则参加反应的铁粉与原溶
＋液Fe3的物质的量之比为
A.2∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.1∶4
－5.在浓度均为3 mol·L1的盐酸和硫酸各100 ｍL中，分别加入等质量的铁粉，反
应完毕后生成气体的质量比为3∶4，则加入铁粉的质量为
A.5．6 ｇ B．8．4 ｇ
C．11．2 ｇ Ｄ．1．8 ｇ
6.把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧，得到的红色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为
A.70% B.52.4%
C.47.6% D.30%
7.制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cｕ===2FeCl2＋CｕCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是
A.烧杯中有铜无铁 B.烧杯中有铁无铜
C.烧杯中铁、铜都有 D.烧杯中铁、铜都无
218.某溶液中含有大量的Fe2、Fe3、Mg2和NH
4，其c(H)=10 mol·L，在该溶液＋＋＋＋－－
中可以大量存在的阴离子是
A.SO2
4
－ B.NO3 2D.CO3
－－＋C.SCN 9.某强酸性溶液中可能存在NO3、Cl、I、Fe3中的一种或几种。向该溶液中加入溴
水，单质溴被还原，由此推断溶液中
A.不含NO3、也不含Fe3 ＋
B.含有NO3、I、Cl －－
C.含I，但不能确定是否含Cl
＋D.含有Fe3
10.用足量的稀硫酸溶解FeS和Fe（OH）3 ｇ，最终得到沉淀1．6 ｇ，3的混合物28．
则原混合物中FeS的质量可能是
A．4．4 ｇ B．7．8 ｇ
C．13．5 ｇ D．17．6 ｇ
二、非选择题（共50分）
11.(6分)在烧制砖瓦时，用粘土做成的坯经过烘烧后，铁的化合物转化成而制得红色砖瓦。若烘烧后期从窑顶向下慢慢浇水，窑内会产生大量的 气体，它们把该红色物质还原成的黑色化合物是 ，同时还有未烧的碳颗粒，而制得了青色砖瓦。
12.(6分)有关物质间有下图所示的转化关系。其中：A的浓溶液与单质B在加热时才发生反应①；A的稀溶液与足量B发生反应②。据此填写下列空白：
－－
(1)反应④的现象是。
(2)写出反应②的离子方程式。
(3)根据题示信息判断，A的浓溶液和单质B加热时能否产生G，说明理由(写出化学方程式回答)： 。
13.（6分）室温下，单质A、B、C分别为固体、黄绿色气体、无色气体，在合适反应条件下，它们可以按下图进行反应。又知E溶液是无色的，请回答：
反应流程
（1）A是 ，B是 ，
C是。（请填化学式）
（2）反应①的化学方程式为： 。
（3）反应③的化学方程式为： 。
（4）反应④的化学方程式为： 。
14.（10分）A、B、C、D、E分别是铁的单质或铁的化合物。其相互反应关系如下图所示：
根据上图所示变化，要求回答：
（1）推断A、B、C、D、E各是什么物质
（2）写出各步反应的化学方程式：
① ;
② ;
③ ;
④ ;
⑤ ;
⑥ ;
⑦ ;
⑧ 。
15.（10分）将一生锈的铁片置于稀HNO3中充分反应后，共收集到11.2 L（标准状况）NO气体，溶液中还剩余5 g固体残渣，在过滤后的滤液中通入35.5 g氯气，恰好使溶液中
＋的Fe2全部氧化。求原带锈铁片的质量和铁锈的质量分数（铁锈成分以Fe2O3计）。
16.（12分）（2001年全国高考卷）已知Fe2O3在高炉中有下列反应：
Fe2O3＋CO2FeO＋CO2
反应形成的固体混合物（含Fe2O3和FeO）中，元素铁和氧的质量比用m（Fe）∶m（O）表示。
（1）上述固体混合物中，m（Fe）∶m（O）不可能是 （选填a、b、c多选扣1分）。
a.21∶9 b.21∶7.5 c.21∶6
(2)若m（Fe）∶m（O）=21∶8，计算Fe2O3被CO还原的百分率。
（3）设Fe2O3被CO还原的百分率为A%，则A%和混合物中m（Fe）∶m（O）的关系式为［用含m（Fe）、m（O）的代数式表示］A%= 。
请在下图中画出A%和m（Fe）∶m（O）关系的图形。
（4）如果Fe2O3和CO的反应分两步进行：
3Fe2O3＋CO2Fe3O4＋CO2 Fe3O4＋CO3FeO＋CO2
试分析反应形成的固体混合物可能的组成及相应的m（Fe）∶m（O）［令m（Fe）∶
【参考答案】 HNO3NH3H2OH＋一、1.解析：FeFe2Fe3+Fe(OH)3Fe2O3。
答案：A
2.B 3.C
＋＋4.解析：根据2Fe3++Fe===3Fe2知，消耗1 mol Fe生成3 mol Fe2，还消耗2 mol Fe3+。
答案：C
5.C 6.A 7.B 8.A 9.C 10.AD
二、11.Fe2O3 CO和H2 Fe3O4、FeO
12.(1)白色沉淀灰绿色红褐色沉淀
（2）3Fe＋2NO3＋8H===3Fe2＋2NO↑＋4H2O ＋＋
(3)由反应2HNO3＋NO===3NO2＋H2O知，在浓HNO3中不可能生成NO
13.（1）Fe Cl2 H2
点燃
(2)2Fe+3Cl22FeCl3
(3)2HCl+Fe===FeCl2+H2↑
(4)2FeCl2+Cl2===2FeCl3
14.（1）Fe FeCl3 FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3 (2)略
15.65 g 20.5%
16.（1）ac
(2)设Fe2O3原有n0 mol，还原百分率为A%，则有
n0256m(Fe)21
m(O)n0(1A%)316n0A%2168
1≈33.3% 3
7(3)3－ n(Fe)[]m(O)A%=
(4)Fe2O3、Fe3O4 8＜a＜9 Fe3O4、FeO 6＜a＜8 Fe2O3、Fe3O4、FeO 6＜a＜9
铁和铁的化合物
【学习目标】
1．铁单质的化学性质
2．铁的重要化合物的氧化还原性；
3．Fe(Ⅱ）、Fe(Ⅲ)的相互转化是高考的热点。
【聚焦重难点】
一、铁的结构和性质
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
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，
3密度为7.86g/㎝,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. 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： 3Fe+4H2O= Fe3O4+4H2↑
+2+③跟酸作用：Fe+2H=Fe+H2↑(遇冷浓硝酸、浓硫酸钝化；与氧化性酸反应不产生H2，
3+且氧化性酸过量时生成Fe)
2+2+3+2+④与部分盐溶液反应：Fe+Cu=Fe+Cu Fe+2Fe=3Fe
3. 生铁与钢的比较
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。
4. 炼铁和炼钢的比较
二、铁的氧化物和氢氧化物
1.铁的氧化物的比较
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)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：
3+3+-① 排除亚铁盐溶液里的Fe离子，以免Fe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。
3+反应要用新制备的亚铁盐溶液，并放入少量的铁以防止Fe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。
2+3+三、Fe、Fe和Fe之间相互转化及检验
2+3+3+2+从Fe、Fe和
Fe的结构可知:Fe只有还原性，Fe通常只有氧化性，Fe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）：
Fe
4
Fe
2+3+1. Fe和Fe的相互转化
2+3+Fe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Fe：
-2++2+3+MnO4+5Fe+8H=Mn+5Fe+4H2O
2++3+3+2--Cr2O7+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H2O
H2O2+2Fe+2H=2F+2H2O
2+在酸性溶液中，空气中的氧也能把Fe氧化：
2++3+4Fe+O2+4H=4Fe+2H2O
2+--2+在碱性溶液中，Fe的还原性更强，它能把NO3和NO2还原成NH3，能把Cu还原成金属
3+-铜.Fe具有氧化性，它能把I氧化成I2：
3+-2+2Fe+2I=2Fe+I2
在无线电工业上，常利用FeCl3溶液来刻蚀铜，制造印刷线路，它们反应的化学方程式
是：
3+2+2+2Fe+Cu=2Fe+Cu
因此，铜在氯化铁溶液中能作还原剂，而FeCl3是氧化剂.
3+2+Fe在酸性溶液中容易被H2S、SnCl2等还原成Fe：
3+2++2Fe+H2S=2Fe+S↓+2H
3+2+2+4+2F+Sn=2Fe+Sn
3+Fe还能被金属铁还原：
3+2+2Fe+Fe=3Fe
2+3+在亚铁盐溶液中加入铁钉可防止Fe被氧化为Fe.
2+3+2. Fe和Fe的颜色
2+2+Fe在水溶液中通常以水合离子［Fe(H2O)6］形式存在，呈淡绿色，并存在下列平衡：
2+++［Fe(H2O)6］+H2O［Fe(H2O)5OH］+H2O
这个平衡的pK=9.5，水解的程度很小，溶液近于中性.
3+63+Fe在酸性溶液中，通常以淡紫色的［Fe(H2O)］形式存在.三氯化铁以及其他+3价铁
盐溶于水后都发生显著的水解，实质是+3价水合铁离子的水解.只有在PH=0左右时，才有
3+［Fe(H2O)6］存在(但由于有阴离子的存在，会生成其他的络离子，影响淡紫色的观察).当
PH为2～3时，水解趋势很明显.它们的水解平衡如下：
3+2++［Fe(H2O)6］+H2O［Fe(H2O)5(OH)］+H3O
-3.05K=10
2+++［Fe(H2O)5(OH)］+H2O［Fe(H2O)4(OH)2］+H3O
-3.26K=10
生成的碱式离子呈黄色，它可聚合成二聚体：
3+4++2［Fe(H2O)6］ ［Fe2(H2O)8(OH) 2］+2H3O
-2.91K=10
二聚体是借OH-为桥把2个Fe3+连结起来形成的多核络离子.溶液的PH越高，水解聚合的倾
向越大，最后逐渐形成胶体，析出红综色水合氧化铁沉淀。
【例题精讲】
例1.把铜粉和过量的铁粉加入到热的浓硝酸中，充分反应后，溶液中大量存在的金属
阳离子是 （ ）
2+3+A.只有Fe B.只有Fe
2+2+3+2+ C.有Fe和Cu D.有Fe和Cu
3+2+思路与解析：浓硝酸具有强氧化性，热的浓硝酸可将Fe和Cu分别氧化成Fe和Cu，
2+2+2+过量的铁又与Fe和Cu反应生成Fe和Cu，所以充分后，溶液中大量存在的金属阳离子为
2+Fe，故选A。
例2.将6g纯铁粉加入200mLFe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中充分反应后得到
200mL0.5mol/L的FeSO4溶液和5.2g固体，求：
（1）反应后生成铜多少克？ 2++3+
（2）加入铁粉前Fe2(SO4)3物质的量浓度。
3+2+[思路]：在Fe2(SO4)3和CuSO4的混合溶液中投入铁粉后，Fe和Cu均可与铁发生反应，
3+2+3+3+2+但由于氧化性Fe>Cu，所以Fe应首先还原Fe，即首先发生反应：Fe+2Fe=3Fe，但不
可以只发生此反应，原因有二：第一是若只发生此反应则说明铁粉较少，已完全反应无剩余，
则不可能有5.2g不溶物；第二，若只发生此反应可依此反应计算出生成的FeSO4为（6g÷
3+56g/mol）×3=0.32mol>0.1mol。通过以上分析，可以看出，Fe在把全部的Fe还原后，不
2+发生了还原Cu的反应，此时的Fe是否有剩余呢？也就是余5.2g固体中肯定有Cu，是否含
Fe呢？这就是此题的关键所在，需通过计算推导确定。
[解析]：发生反应的化学方程式为：
①Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 ②Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
两个反应共生成FeSO4为：0.2L×0.5mol/L=0.1mol
观察两个反应不难发现，若生成同样的FeSO4，②式消耗的铁更多。假设0.1molFeSO4
全部为②式产生，则此时消耗的铁将达最大量为a。
Fe ～ FeSO4
1mol 1mol
a 0.1mol
a=0.1mol，即铁为5.6g，则5.2g固体中含Cu也含剩余的Fe，设原溶液的Fe2(SO4)3和
CuSO4的物质的量分别为x和y。
Fe+Fe2(SO4)3=3FeSO4 Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
X x 3x y y y y 由题意得×(x+y)+64g/mol×y=5.2g
解得：x=0.02mol y=0.04mol
则生成铜：0.04mol×64g/mol=2.56g
原Fe2(SO4)3和物质的量浓度为0.02mol/0.2L=0.1mol/L
例3.mg 铁粉与一定量的HNO3在一定条件下充分反应,将生成的气体与标准状况nL氧气
混合,恰好能被水完全吸收,m和n的关系是什么?
[思路]此题看起来,涉及的化学反应相当复杂,因HNO3的浓度和用量不同,生成Fe(NO3)3
还是Fe(NO3)2不能确定,HNO3的还原产物是NO还是NO2也不能确定。所以消耗的氧气也无从
下手求出.但是从始态和终态来看,HNO3的还原产物与氧气混合后,最终还是生成HNO3,这样
消耗的氧气相当于把mg铁粉氧化成+2价或+3价化合物,用极端思考法很容易求出。
[解析]:假设HNO3为稀的,铁与HNO3反应后的价态是+2,
则有: 3 Fe +8 HNO3= 3 Fe(NO3)2 + 2 NO↑+ 4 H2O (1)
4NO +3O2 +2H2O=4HNO3 (2)
(1)×2 +(2)得：2Fe + O2 +4HNO3= 2Fe(NO3)2 +2H2O
可改写为 ： 2Fe + O2 +4HNO3 = 2FeO + 4HNO3
即： 2Fe + O2 =2FeO
同理可得 ： 4Fe +3O2=2Fe2O3 问题便得以解决
即 ：当铁被氧化为+2价时，由电子得失守衡得：
m/56×2=n/22.4×4 n=O.2m
当铁被氧化为=+3价时，由电子得失守衡得：
m/56×3=n/22.4×4 n=O.3m
则m与n的关系是：O.2m≤n≤O.3m
[小结]此题在解题过程中，巧妙得使用了始态和终态，使复杂的问题简单化。氧化还原
反应中，电子得失守衡的使用，避免了繁琐的计算，在应试中赢得了时间，思维训练方面堪
称是一道好题。
例4.由FeO、Fe2O3和Fe3O4组成的混合物，测得其中铁元素与氧元素的质量比为21：8，，
则这种混合物中FeO、Fe2O3和Fe3O4的物质的量之比是（ ）。
A.1：2：1 B. 2：1：1 C. 1：1：1 D. 1：1：3
[思路]：可用平均组成法来求解：
[解析]在混合物中Fe原子和氧原子物质的量之比为(21/56)：（8/16）=3：4，则混合物
的平均组成为Fe3O4，在三种组合中Fe3O4则不必多考虑，应注意FeO和Fe2O3混合后也应符
合Fe3O4，所以在混合物中它们的物质的量之比必需是1：1.故答案应选C、D。
例5.某铁的“氧化物”样品，用5mol/L的盐酸140mL恰好完全溶解，所得溶液还能吸
2+3+收标准状况下0.56L氯气，使其中Fe全部转化为Fe。该样品可能的化学式是
（ ）
A. Fe2O3 B. Fe3O4 C. Fe4O5 D. Fe5O7
[思路]：利用正、负电荷相等列方程可快速解题。
2-2-[解析]设铁的氧化物中含O为xmol，则其化学式为FexOy，由O个数守恒有：
++（2y/x） 2yH+ FexOy = yH2O+ xFe
2ymol ymol
0.7mol amol
2y：y=0.7：a a=0.35（mol）
2+设FexOy中含Febmol,则：
2+3＋-2Fe+ Cl2 = Fe+ 2Cl
2mol 22.4L
bmol 0.56L
2：b=22.4：0.56 b=0.05（mol）
3+设样品FexOy中含Fe为cmol,则由电荷守恒可得：
（2×0.05mol）×3cmol=2×0.35mol
解之得c=0.2mol
故样品FexOy中：x：y=（0.05+0.02）：0.35=5：7
即样品“氧化铁”化学式为：Fe5O7。
例6：试样x由氧化亚铁和氧化铜组成.取质量相等的两份试样，按下图所示进行实验
.
(1)请写出步骤③中所发生的全部反应的离子方程式.
(2)若全部的溶液y和全部的粉末Z充分反应后，生成的不溶物的质量是m，则每份试
样x中氧化铜的质量为 (用m表示).
2+2++2+[思路]：本题第一问比较简单.发生的反应为：Fe+Cu=Fe+Cu，Fe+2H=Fe+H2↑
2+第二问是考查思维的严密性和敏捷性.由题意，反应后溶液中不含Cu，所以两份试样
中的铜元素全部转化为单质铜，而溶液是强酸性，则固体物中无Fe,所以m为铜的质量.故1m805一份试样中氧化铜的质量为×MCuO=m=m. MCu2648
[解析]：(1)Fe+Cu=Fe+Cu Fe+2H=Fe+H2↑ (2) 2+2++25m 8
例7.在下列所指的各溶液中，分别滴加NH4SCN溶液后，溶液不呈血红色的是 （ ）。
A.加入足量镁粉的Fe2(SO4)3溶液
B.加入过量铁粉的稀硝酸溶液
C.铁丝在足量的氯气中燃烧后，所得产物的溶液
D.长期暴露在空气中的绿矾溶液
3+[思路]：实验室鉴定Fe的方法是利用KSCN溶液，它们相遇会呈血红色，若利用NH4SCN
溶液，实质是一样的：
3+-2+ Fe+SCN=[Fe（SCN）]
3+-Fe可以结合1～6个SCN，产物皆为血红色。
3+2+3+-A.足量的镁粉可以使Fe转化为Fe或Fe，因为反应后不再有Fe，所以加入SCN后，
不会出现血红色。
B.过量的铁与稀硝酸进行如下反应：
3+2+Fe+4HNO3=Fe(NO3)3+NO↑+H2O 2Fe+Fe=3Fe
3+-因为反应后无Fe，所以加入SCN后，也不会出现血红色。
3+-C.Fe在Cl2中燃烧的产物是FeCl3，它的水溶液中存在着大量的Fe，所以加入SCN后，
会出现血红色。
2+3+D.FeSO4溶液中的Fe因暴露在空气中会被空气中的氧气氧化成Fe：
4FeSO4+O2+2H2SO4=2Fe2(SO4)3+2H2O
-所以加入SCN后，会出现血红色。
[解析]：选A、B。
例8.将8gFe2O3投入150mL某浓度的稀硫酸中，再投入7g铁粉收集到1.68LH2（标准状
况），同时，Fe和Fe2O3均无剩余，为了中和过量的硫酸，且使溶液中铁元素完全沉淀，共
消耗4mol/L的NaOH溶液150mL。则原硫酸的物质的量浓度为 （ ）。
A.1.5mol/L B.0.5mol/L
C.2mol/L D.1.2mol/L
[思路]：粗看题目，这是一利用关系式进行多步计算的题目，操作起来相当繁琐，但如
能仔细阅读题目，挖掘出隐蔽条件，不难发现，反应后只有Na2SO4存在于溶液中，且反应过
2-+2-程中SO4并无损耗，根据Na守恒，非常易求得SO4即原硫酸的物质的量浓度为：2mol/L，
故选C。
【习题精练】
一、选择题
1.（2002年全国高考题）铁屑溶于过量的稀硫酸，过滤后向滤液中加入适量硝酸，再加入过量的氨水，有红褐色沉淀生成。过滤，加热沉淀物至质量不再发生变化，得到红棕色的残渣。上述沉淀和残渣分别为
A.Fe(OH)3;Fe2O3 B.Fe(OH)2;FeO
C.Fe(OH)2、Fe(OH)3;Fe3O4 D.Fe2O3;Fe(OH)3
＋＋2.要证明某溶液中不含Fe3而可能含有Fe2进行如下实验操作时最佳顺序为
①加入足量氯水 ②加入足量KMnO4溶液 ③加入少量NH4SCN溶液
A.①③ B.③②
C.③① D.①②③
3.在氯化铁、氯化铜和盐酸混合液中加入铁粉，待反应结束，所剩余的固体滤出后能被磁铁吸引，则反应后溶液中存在较多的阳离子是
＋＋A.Cu2 B.Fe3
＋＋C.Fe2 D.H
＋＋＋4.在FeCl3,CuCl2,FeCl2的混合溶液中，Fe3,Cu2和Fe2的物质的量之比为3∶2∶1,现加
入适量铁粉，使溶液中三种离子物质的量浓度之比变化为1∶2∶4,则参加反应的铁粉与原溶
＋液Fe3的物质的量之比为
A.2∶1 B.1∶2
C.1∶3 D.1∶4
－5.在浓度均为3 mol·L1的盐酸和硫酸各100 ｍL中，分别加入等质量的铁粉，反
应完毕后生成气体的质量比为3∶4，则加入铁粉的质量为
A.5．6 ｇ B．8．4 ｇ
C．11．2 ｇ Ｄ．1．8 ｇ
6.把a g铁铝合金粉末溶于足量盐酸中，加入过量NaOH溶液。过滤出沉淀，经洗涤、干燥、灼烧，得到的红色粉末的质量仍为a g，则原合金中铁的质量分数为
A.70% B.52.4%
C.47.6% D.30%
7.制印刷电路时常用氯化铁溶液作为“腐蚀液”，发生的反应为2FeCl3＋Cｕ===2FeCl2＋CｕCl2。向盛有氯化铁溶液的烧杯中同时加入铁粉和铜粉，反应结束后，下列结果不可能出现的是
A.烧杯中有铜无铁 B.烧杯中有铁无铜
C.烧杯中铁、铜都有 D.烧杯中铁、铜都无
218.某溶液中含有大量的Fe2、Fe3、Mg2和NH
4，其c(H)=10 mol·L，在该溶液＋＋＋＋－－
中可以大量存在的阴离子是
A.SO2
4
－ B.NO3 2D.CO3
－－＋C.SCN 9.某强酸性溶液中可能存在NO3、Cl、I、Fe3中的一种或几种。向该溶液中加入溴
水，单质溴被还原，由此推断溶液中
A.不含NO3、也不含Fe3 ＋
B.含有NO3、I、Cl －－
C.含I，但不能确定是否含Cl
＋D.含有Fe3
10.用足量的稀硫酸溶解FeS和Fe（OH）3 ｇ，最终得到沉淀1．6 ｇ，3的混合物28．
则原混合物中FeS的质量可能是
A．4．4 ｇ B．7．8 ｇ
C．13．5 ｇ D．17．6 ｇ
二、非选择题（共50分）
11.(6分)在烧制砖瓦时，用粘土做成的坯经过烘烧后，铁的化合物转化成而制得红色砖瓦。若烘烧后期从窑顶向下慢慢浇水，窑内会产生大量的 气体，它们把该红色物质还原成的黑色化合物是 ，同时还有未烧的碳颗粒，而制得了青色砖瓦。
12.(6分)有关物质间有下图所示的转化关系。其中：A的浓溶液与单质B在加热时才发生反应①；A的稀溶液与足量B发生反应②。据此填写下列空白：
－－
(1)反应④的现象是。
(2)写出反应②的离子方程式。
(3)根据题示信息判断，A的浓溶液和单质B加热时能否产生G，说明理由(写出化学方程式回答)： 。
13.（6分）室温下，单质A、B、C分别为固体、黄绿色气体、无色气体，在合适反应条件下，它们可以按下图进行反应。又知E溶液是无色的，请回答：
反应流程
（1）A是 ，B是 ，
C是。（请填化学式）
（2）反应①的化学方程式为： 。
（3）反应③的化学方程式为： 。
（4）反应④的化学方程式为： 。
14.（10分）A、B、C、D、E分别是铁的单质或铁的化合物。其相互反应关系如下图所示：
根据上图所示变化，要求回答：
（1）推断A、B、C、D、E各是什么物质
（2）写出各步反应的化学方程式：
① ;
② ;
③ ;
④ ;
⑤ ;
⑥ ;
⑦ ;
⑧ 。
15.（10分）将一生锈的铁片置于稀HNO3中充分反应后，共收集到11.2 L（标准状况）NO气体，溶液中还剩余5 g固体残渣，在过滤后的滤液中通入35.5 g氯气，恰好使溶液中
＋的Fe2全部氧化。求原带锈铁片的质量和铁锈的质量分数（铁锈成分以Fe2O3计）。
16.（12分）（2001年全国高考卷）已知Fe2O3在高炉中有下列反应：
Fe2O3＋CO2FeO＋CO2
反应形成的固体混合物（含Fe2O3和FeO）中，元素铁和氧的质量比用m（Fe）∶m（O）表示。
（1）上述固体混合物中，m（Fe）∶m（O）不可能是 （选填a、b、c多选扣1分）。
a.21∶9 b.21∶7.5 c.21∶6
(2)若m（Fe）∶m（O）=21∶8，计算Fe2O3被CO还原的百分率。
（3）设Fe2O3被CO还原的百分率为A%，则A%和混合物中m（Fe）∶m（O）的关系式为［用含m（Fe）、m（O）的代数式表示］A%= 。
请在下图中画出A%和m（Fe）∶m（O）关系的图形。
（4）如果Fe2O3和CO的反应分两步进行：
3Fe2O3＋CO2Fe3O4＋CO2 Fe3O4＋CO3FeO＋CO2
试分析反应形成的固体混合物可能的组成及相应的m（Fe）∶m（O）［令m（Fe）∶
【参考答案】 HNO3NH3H2OH＋一、1.解析：FeFe2Fe3+Fe(OH)3Fe2O3。
答案：A
2.B 3.C
＋＋4.解析：根据2Fe3++Fe===3Fe2知，消耗1 mol Fe生成3 mol Fe2，还消耗2 mol Fe3+。
答案：C
5.C 6.A 7.B 8.A 9.C 10.AD
二、11.Fe2O3 CO和H2 Fe3O4、FeO
12.(1)白色沉淀灰绿色红褐色沉淀
（2）3Fe＋2NO3＋8H===3Fe2＋2NO↑＋4H2O ＋＋
(3)由反应2HNO3＋NO===3NO2＋H2O知，在浓HNO3中不可能生成NO
13.（1）Fe Cl2 H2
点燃
(2)2Fe+3Cl22FeCl3
(3)2HCl+Fe===FeCl2+H2↑
(4)2FeCl2+Cl2===2FeCl3
14.（1）Fe FeCl3 FeCl2 Fe(OH)3 Fe2O3 (2)略
15.65 g 20.5%
16.（1）ac
(2)设Fe2O3原有n0 mol，还原百分率为A%，则有
n0256m(Fe)21
m(O)n0(1A%)316n0A%2168
1≈33.3% 3
7(3)3－ n(Fe)[]m(O)A%=
(4)Fe2O3、Fe3O4 8＜a＜9 Fe3O4、FeO 6＜a＜8 Fe2O3、Fe3O4、FeO 6＜a＜9