铁元素

引入

铁因为其熔点较高，在公元前 1500 年-前 1200 年才掌握成熟的炼铁技术，但这不代表人们在这之后才使用铁器。

人类使用铁器最早可追溯到公元前 3500 年甚至更早，因人们可以获取“天赐之物”——陨铁。

普鲁士蓝 $\mathrm{Fe}{}_4[\mathrm{Fe}(\mathrm{CN}){}_6]{}_3$，类似青花瓷的颜色，颜色代码：#003153，可由 $\mathrm{Fe}{}_2{}^{+}$ 和铁氰化钾反应而成

正文

$1{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^{6}3{\mathrm{s}}^{2}3{\mathrm{p}}^{6}4{\mathrm{s}}^{2}3{\mathrm{d}}^6$

物质名称	性质	类别	颜色	物态	密度	熔点	沸点	氧化态
铁 $\mathrm{Fe}$	有光泽、有延展性，能被磁铁吸引	金属	银白色	固体	$7.873g/c{\mathrm{m}}^3$	$1535{}^{\circ }\mathrm{C}$	$3070{}^{\circ }\mathrm{C}$	0、+2、+3，少见 +6

铁元素要重点区分两条线：一条是铁单质的冶炼和锈蚀，一条是**$\mathrm{Fe}{}^{2+}$ 和 $\mathrm{Fe}{}^{3+}$ 的转化**。前者连接工业，后者连接离子检验和氧化还原。

物理性质

名称	性质（化学）	类别	气味	颜色	物态	熔点	沸点
$\mathrm{FeSO}{}_4$	还原性	盐	无味	浅绿色 (晶体) 白色 (粉末)	固体	64 ${}^{\circ }\mathrm{C}$(失水)	分解
$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_2$	还原性/弱碱	难溶碱	无味	白色	固体	分解	-
$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3$	弱碱	难溶碱	无味	红褐色	固体	分解	-
$\mathrm{FeO}$	碱性氧化物	氧化物	无味	黑色	固体	1377 ${}^{\circ }\mathrm{C}$	-
$\mathrm{Fe}{}_2\mathrm{O}{}_3$	碱性氧化物	氧化物	无味	红棕色	固体	1565 ${}^{\circ }\mathrm{C}$	分解
$\mathrm{Fe}{}_3\mathrm{O}{}_4$	磁性	复杂氧化物	无味	黑色	固体	1597 ${}^{\circ }\mathrm{C}$	-

化学性质

名称	反应类型	反应式 (离子方程式)	现象	应用
$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_2$	制备反应	$\mathrm{Fe}{}^{2+}+2\mathrm{OH}{}^{-}=\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_2\downarrow$	生成白色絮状沉淀	制备铁盐、还原剂
$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3$	制备反应	$\mathrm{Fe}{}^{3+}+3\mathrm{OH}{}^{-}=\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3\downarrow$	生成红褐色沉淀	净水剂(胶体)、颜料
转化反应	氧化还原	$4\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_2+\mathrm{O}{}_2+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}=4\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3$	白色沉淀迅速变为灰绿色，最终变为红褐色	说明 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_2$ 极易被氧化，保存需隔绝空气
铁与盐酸反应	氧化还原反应	$\mathrm{Fe}+2\mathrm{HCl}=\mathrm{FeCl}{}_2+\mathrm{H}{}_2\uparrow$	产生气泡，溶液变浅绿色	制取亚铁盐
铁生锈	氧化还原反应	$4\mathrm{Fe}+3\mathrm{O}{}_2+x\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}=2\mathrm{Fe}{}_2\mathrm{O}{}_3\cdot x\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$	表面生成红褐色疏松铁锈	解释铁制品防锈

离子检验

离子	常用试剂	现象	说明
$\mathrm{Fe}{}^{2+}$	加碱液	生成白色沉淀，迅速变灰绿色再变红褐色	$\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_2$ 容易被氧化
$\mathrm{Fe}{}^{3+}$	加碱液	生成红褐色沉淀	生成 $\mathrm{Fe}(\mathrm{OH}){}_3$
$\mathrm{Fe}{}^{3+}$	$\mathrm{SCN}{}^{-}$	溶液变血红色	常用于检验 $\mathrm{Fe}{}^{3+}$

引出

高炉炼铁（现代工业制法）的化学原理是什么？

血红蛋白中的铁如何携带氧气？为什么一氧化碳 $\mathrm{CO}$ 中毒会导致缺氧？