【文化课学习笔记】【化学】金属及其化合物
【化学】必修一：金属及其化合物
注：这个板块按照老教材必修一第三章总结，新教材必修一第三章和第四章的部分内容。
钠及其化合物
钠单质
物理性质
- 颜色：银白色，有金属光泽；
- 密度：\(\mathrm{\rho_{H_2O}>\rho_{Na}>\rho_{煤油}}\)（钠可以在煤油中进行保存）；
- 熔点：低于 \(100\mathrm{℃}\)；
- 硬度：柔软，可用小刀切割；
- 自然界中存在形态：只有化合态。
化学性质
-
与氧气的反应：
\[\mathrm{4Na+O_2=2Na_2O（失去金属光泽）}\\ \mathrm{2Na+O_2\xlongequal{\triangle}Na_2O_2（淡黄色）} \]钠的连续氧化：从钠反应得到氧化钠再反应得到过氧化钠，第一个反应钠化合价由 \(0\to +1\)，第二个反应氧化合价由 \(-2\to -1\)。
钠在空气中久置：
\[\mathrm{Na\xrightarrow{O_2}Na_2O\xrightarrow{H_2O}NaOH\xrightarrow{CO_2}Na_2CO_3\cdot 10H_2O\rightarrow Na_2CO_3} \] -
与水反应：
\[\mathrm{2Na+2H_2O=2NaOH+H_2↑}\\ \mathrm{2Na+2H_2O=2Na^++2OH^-+H_2↑} \]将钠单质加入到含有酚酞的水溶液中现象：浮熔游响红
浮：密度小于水；
熔：熔点低；放热；
游响红：生成氢气。
-
与盐溶液反应：
先与水反应，生成的 \(\mathrm{NaOH}\) 再与盐溶液反应。
注意：钠加入到饱和氢氧化钠水溶液中，氢氧化钠析出。
钠的氧化物
| 名称 | 氧化钠 \(\mathbf{Na_2O}\) | 过氧化钠 \(\mathbf{Na_2O_2}\) |
|---|---|---|
| 阴阳离子个数比 | \(\mathrm{Na^{+}:O^{2-}=2:1}\) | \(\mathrm{Na^+:{O_2}^{2-}=2:1}\) |
| 化合物类型 | 离子化合物（碱性氧化物） | 离子化合物（非碱性氧化物、过氧化物） |
| 性质 | 碱性氧化物通性 | 强氧化性 |
| 颜色、状态 | 白色、固体 | 淡黄色、固体 |
| 稳定性 | 不稳定、加热生成 \(\mathrm{Na_2O_2}\) | 较稳定 |
| 与水 | \(\mathrm{Na_2O+H_2O=2NaOH}\) | \(\mathrm{2Na_2O_2+2H_2O=4NaOH+O_2↑(转移电子数：2e^{-})}\) |
| 与 \(\mathbf{CO_2}\) | \(\mathrm{Na_2O+CO_2=Na_2CO_3}\) | \(\mathrm{2Na_2O_2+2CO_2=2Na_2CO_3+O_2↑}\) |
| 与盐酸 | \(\mathrm{Na_2O+2HCl=NaCl+H_2O}\) | \(\mathrm{2Na_2O_2+4HCl=4NaCl+2H_2O+O_2↑}\) |
| 与 \(\mathbf{SO_2}\) | \(\mathrm{Na_2O+SO_2=Na_2SO_3}\) | \(\mathrm{Na_2O_2+CO_2=Na_2SO_4}\) |
| 与品红/石蕊 | 遇品红不变色，与石蕊变蓝 | 品红因氧化褪色；遇到石蕊先变蓝，后褪色（生成 \(\mathrm{H_2O_2}\)） |
一般性规律：
- \(\mathrm{Na_2O_2}\) 与 \(\mathrm{H_2O}\) 和 \(\mathrm{CO_2}\) 的反应中均既做氧化剂又做还原剂，均生成氧气；
- \(\mathrm{Na_2O_2}\) 与 \(\mathrm{SO_2}\) 反应时并不是按照跟 \(\mathrm{H_2O}\) 和 \(\mathrm{CO_2}\) 的反应规律反应的，因为 \(\mathrm{SO_2}\) 还可以被氧化（硫元素化合价可以上升），但 \(\mathrm{H_2O}\) 和 \(\mathrm{CO_2}\) 中氢元素和碳元素已经到达最高价态，不能被氧化。
- 不能电解 \(\mathrm{NaCl}\) 溶液制备金属和氧气。因为在水溶液中制备出来的钠单质会直接与水发生反应又生成 \(\mathrm{NaOH}\)。所以制备钠和氯气应该使用电解熔融的 \(\mathrm{NaCl}\)。
- \(1\mathrm{mol}\) 钠发生氧化还原反应，无论发生了什么反应，转移的电子数永远是 \(1\mathrm{N_A}\)。
碳酸钠与碳酸氢钠
| 物质 | 碳酸钠 \(\mathbf{Na_2CO_3}\) | 碳酸氢钠 \(\mathbf{NaHCO_3}\) |
|---|---|---|
| 俗名 | 纯碱、苏打 | 小苏打 |
| 色态 | 白色粉末 | 细小白色粉末 |
| 溶解性 | 易溶于水 | 在水中比碳酸钠小 |
| 热稳定性 | 稳定，受热难分解 | 受热易分解：\(\mathrm{2NaHCO_3\xlongequal{\triangle}Na_2CO_3+H_2O+CO_2↑}\) |
| 与酸反应 | \(\mathrm{{CO_3}^{2-}+2H^+=H_2O+CO_2↑}\) | \(\mathrm{{HCO_3}^-+H^+=H_2O+CO_2↑}\) |
| 与 \(\mathbf{CO_2}\) 反应 | \(\mathrm{Na_2CO_3+CO_2+H_2O=2NaHCO_3}\) | 不反应 |
| 与 \(\mathbf{NaOH}\) 反应 | 不反应 | \(\mathrm{NaHCO_3+NaOH=Na_2CO_3+H_2O}\) |
| 与 \(\mathbf{Ca(OH)_2}\) 反应 | \(\mathrm{Ca^{2+}+{CO_3}^{2-}=CaCO_3↓}\) | 少量：\(\mathrm{Ca^{2+}+2OH^-+2{HCO_3}^-=CaCO_3↓+{CO_3}^{2-}+2H_2O}\) 过量：\(\mathrm{{HCO_3}^-+OH^-+Ca^{2+}=CaCO_3↓+H_2O}\) |
| 与可溶性钙盐、钡盐反应 | 生成 \(\mathrm{CaCO_3}\)、\(\mathrm{BaCO_3}\) 沉淀 | 无沉淀生成 |
说明：
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侯氏制碱法（制备纯碱）：先将氨气和二氧化碳分别通入到饱和 \(\mathrm{NaOH}\) 溶液（先通氨气：溶解后使得溶液变为碱性增大二氧化碳的吸收效果），碳酸氢钠析出（因为溶解度最小），将碳酸氢钠加热后，得到碳酸钠。
图解：
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验证碳酸钠与碳酸氢钠热稳定性的套管实验：
实验装置：
外部试管温度高，故必须放碳酸钠，以此说明碳酸氢钠热稳定性更强。固体不可以颠倒。
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碳酸氢钠受热分解的应用：①烘焙；②干粉灭火器；
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不能用 \(\mathrm{Ca(OH)_2}\) 检验二者，因为两者现象相同，均生成白色沉淀；
-
可以用可溶性钙盐、钡盐检验二者，碳酸钠生成白色沉淀，碳酸氢钠无沉淀；
-
二者相互转换：
\[\mathrm{Na_2CO_3\xleftrightarrow[加热或加氢氧化钠溶液]{通二氧化碳或滴加少量酸}NaHCO_3} \] -
鉴别：
- 固体：
- 溶解度：\(\mathrm{Na_2CO_3>NaHCO_3}\)；
- 加酸：立即冒泡，快：\(\mathrm{NaHCO_3}\)（可作制酸剂，碳酸钠不能作，因为其腐蚀性强）；
- 加热：分解：\(\mathrm{NaHCO_3}\)（是固体，不是水溶液）；
- 水溶液：
- \(\mathrm{pH}\)：\(\mathrm{Na_2CO_3>NaHCO_3}\)；
- 加酸：逐滴加酸，立即冒泡：\(\mathrm{NaHCO_3}\)；
- 沉淀：假如氯化钙、氯化钡等可溶性钡盐，产生白色沉淀：\(\mathrm{Na_2CO_3}\)
- 固体：
-
除杂：
- \(\mathrm{Na_2CO_3}\) 固体（\(\mathrm{NaHCO_3}\)）：加热；
- \(\mathrm{NaHCO_3}\) 溶液（\(\mathrm{Na_2CO_3}\)）：通入二氧化碳；
- \(\mathrm{Na_2CO_3}\)溶液（\(\mathrm{NaHCO_3}\)）：假如适量氢氧化钠溶液。
焰色反应
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概念：很多金属或它们的化合物在灼烧时都会使火焰呈现出特征颜色，根据火焰呈现的特征颜色，可以判断试样中所含的金属元素，化学上把这样的定性分析操作称为焰色反应。
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实验操作：
注意事项：
- 使用盐酸洗净而不是硫酸的原因：盐酸具有挥发性，硫酸不易挥发；
- 用铂丝或铁丝灼烧，不能用铜丝或玻璃棒代替铂丝的原因：二者焰色反应与火焰颜色差别不大不会干扰试验，玻璃棒本身有钠元素会干扰试验。
- 灼烧钠化合物和单质，火焰呈黄色；
- 透过蓝色钴玻璃，钾化合物及其单质呈紫色。
- 焰色反应属于物理变化不属于化学变化。
常见金属焰色：
铝及其化合物
铝单质
-
铝元素是地壳中含量最多的金属元素；
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活泼，常温下就能与氧气反应，生成一层致密的氧化铝薄膜；
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与酸的反应
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稀 \(\mathrm{H_2SO4}\)、\(\mathrm{HCl}\)：\(\mathrm{2Al+6H^+=2Al^{3+}+3H_2↑}\)；
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稀硝酸（具有氧化性）：跟硝酸根反应，不是跟氢离子反应：\(\mathrm{Al+4HNO_3(稀)=Al(NO_3)_3+NO↑+2H_2O}\)
铝加入溶液中如果只生成氢气，那么溶液中不能大量存在 \(\mathrm{{NO_3}^-}\)。
-
浓硝酸、浓硫酸：常温 \(\to\) 钝化。
钝化的三个条件：①铁或铝；②常温（冷）；③浓硫酸或浓硝酸。
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与碱的反应：\(\mathrm{2Al+2NaOH+2H_2O=2NaAlO_2+3H_2↑}\)（化学计量数：四 2 一 3）
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铝的制备：
铝在地壳中主要以铝土矿等矿物形式存在，提纯 \(\mathrm{Al_2O_3}\) 后，用电解法制备铝。
\(\mathrm{2Al_2O_3(熔融)\xlongequal[冰晶石]{电解}4Al+3O_2↑}\)
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铝热反应：是指工业上用铝粉来还原一些金属氧化物得到难溶金属的反应，用于冶炼稀有金属、野外焊接铁轨、定向爆破等。
注意：工业上不用铝热反应制备铁。
氧化铝
- 物理性质：白色固体，熔点高，硬度大，难溶于水。
- 用途：①制耐火材料；②冶炼铝
- 两性氧化物：既能与强酸反应生成盐和水又能与强碱反应生成盐和水。
- 与强酸反应：\(\mathrm{Al_2O_3+6H^+=2Al^{3+}+3H_2O}\)
- 与强碱反应：\(\mathrm{Al_2O_3+2OH^-=2{AlO_2}^-+H_2O}\)
氢氧化铝
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物理性质：白色固体，难溶，胶体，吸附能力强能凝聚水中的悬浮物。
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两性氢氧化物：
- 与强酸反应：\(\mathrm{Al(OH)_3+3H^+=Al^{3+}+3H_2O}\)
- 与强碱反应：\(\mathrm{Al(OH)_3+OH^-={AlO_2}^-+2H_2O}\)
-
热稳定性：\(\mathrm{2Al(OH)_3\xlongequal{\triangle}2Al+3H_2O}\)
-
制备：
\(\mathrm{Al^{3+}}\) 变 \(\mathrm{Al(OH)_3}\) 强碱、弱碱均可，一般制备时用弱碱更好，因为强碱无法控制量，有可能生成偏铝酸根。\(\mathrm{Al(OH)_3}\) 变 \(\mathrm{{AlO_2}^-}\) 只能用强碱。弱碱无法让沉淀溶解。
同理，\(\mathrm{{AlO_2}^-}\) 变 \(\mathrm{Al(OH)_3}\) 强酸、弱酸均可，一般制备时用弱酸更好，因为强酸无法控制量，有可能生成铝离子。\(\mathrm{Al(OH)_3}\) 变 \(\mathrm{Al^{3+}}\) 只能用强酸。弱酸无法让沉淀溶解。
- 可溶性铝盐溶液与氨水反应：\(\mathrm{Al^{3+}+3NH_3·H_2O=Al(OH)_3↓+3{NH_4}^+}\)；
- 由偏铝酸盐制取：过量二氧化碳通入偏铝酸钠溶液，即：\(\mathrm{{AlO_2}^-+CO_2+2H_2O=Al(OH)_3↓+{HCO_3}^-}\)
铝三角
一般性规律：
- \(\mathrm{Al、Al_2O_3、Al(OH)_3、{AlO_2}^-}\) 加酸（氢离子）最终的归宿都是 \(\mathrm{Al^{3+}}\)；
- \(\mathrm{Al、Al_2O_3、Al(OH)_3、Al^{3+}}\) 加碱（氢氧根离子）最终的归宿都是 \(\mathrm{{AlO_2}^-}\)。
- \(\mathrm{Al_2O_3}\) 无法一步变成 \(\mathrm{Al(OH)_3}\)。只可能是先加酸变 \(\mathrm{Al^{3+}}\) 再加碱，或先加碱变 \(\mathrm{AlO_2}^-\) 再加酸。
方程式：
重要考点总汇
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两性：只要遇到过量强酸最终反应物就是 \(\mathrm{Al^{3+}}\)，只要遇到过量强碱最终反应物就是 \(\mathrm{AlO_2}^-\)；
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用途：
- \(\mathrm{Al}\)：铝合金；航空航天材料（通常添加适量锂，低密度、高强度）；
- \(\mathrm{Al_2O_3}\)：耐热材料；炼铝材料；刚玉（与 \(\mathrm{C}\) 和 \(\mathrm{SiO_2}\) 区别：钻石是 \(\mathrm{C}\)，宝石是 \(\mathrm{Al_2O_3}\)，玛瑙是 \(\mathrm{SiO_2}\)）
- \(\mathrm{Al(OH)_3}\)：净水剂；制酸剂；阻燃剂。
- 可溶性铝盐：净水剂。
图像题型总结
-
\(\mathrm{Al^{3+}+3OH^-=Al(OH)_3}↓\)
\(\mathrm{Al(OH)_3+OH^-={AlO_2}^-+2H_2O}\)
\(\mathrm{Al^{3+}}\thicksim 3\mathrm{OH^-}\thicksim \mathrm{Al(OH)_3}\thicksim \mathrm{OH^-}\)
-
\(\mathrm{{AlO_2}^-+H^++H_2O=Al(OH)_3↓}\)
\(\mathrm{Al(OH)_3+3H^+=Al^{3+}+3H_2O}\)
\(\mathrm{{AlO_2}^-}\thicksim \mathrm{H^+} \thicksim \mathrm{Al(OH)_3}\thicksim 3\mathrm{H^+}\)
拓展：
\(\mathrm{Ca(OH)_2+CO_2=CaCO_3↓+H_2O}\)
\(\mathrm{CaCO_3+CO_2+H_2O+Ca(HCO_3)_2}\)
\(\mathrm{Ca(OH)_2}\thicksim \mathrm{CO_2} \thicksim \mathrm{CaCO_3}\thicksim \mathrm{CO_2}\)
-
① \(\mathrm{Al^{3+}+3NH_3\cdot H_2O=Al(OH)_3↓+3{NH_4}^+}\)
② \(\mathrm{{AlO_2}^-+CO_2(过量)+H_2O=Al(OH)_3+{HCO_3}^-}\)
-
\(\mathrm{I}.\) \(\mathrm{H^++NH_3\cdot H_2O={NH_4}^++H_2O}\)
\(\mathrm{II.}\) ① \(\mathrm{Al^{3+}+3NH_3\cdot H_2O=Al(OH)_3↓+3{NH_4}^+}\)
② \(\mathrm{{AlO_2}^-+CO_2(过量)+H_2O=Al(OH)_3+{HCO_3}^-}\)
两种情况：过量 \(\mathrm{NH_3\cdot H_2O}\) 通入既有氢离子又有铝离子的溶液中；过量 $\mathrm{CO_2} $ 通入既有氢氧根又有偏铝酸根的溶液中。
-
\(\mathrm{I}.~① ~\mathrm{Mg^{2+}+2OH^-=Mg(OH)_2↓}\) \(②~\mathrm{Al^{3+}+3OH^-=Al(OH)_3↓}\)
\(\mathrm{II}.~\mathrm{Al(OH)_3+OH^-={AlO_2}^-+2H_2O}\)
补充：如果是铝离子和铁离子反应也是相同的图像。
-
\(\mathrm{I}.~\mathrm{H^++OH^-=H_2O}\)
\(\mathrm{II}.~① ~\mathrm{Mg^{2+}+2OH^-=Mg(OH)_2↓}\) \(②~\mathrm{Al^{3+}+3OH^-=Al(OH)_3↓}\)$
\(\mathrm{III}.\) \(\mathrm{{NH_4}^++OH^-=NH_3\cdot H_2O}\)
\(\mathrm{IV}.~\mathrm{Al(OH)_3+OH^-={AlO_2}^-+2H_2O}\)
注意：沉淀达到最大值时，溶液中阳离子只有 \(\mathrm{Na^+}\)，且所有的 \(\mathrm{Cl^-}\) 都被反应掉。
铁及其化合物
铁单质
物理性质
银白色金属光泽，粉末为黑色；有良好的导电导热性、延展性；铁能被磁铁吸引。
自然界存在形态
主要以化合态存在，有游离态（陨铁）。
化学性质
- 与 \(\mathrm{O_2}\)：
- 常温：铁锈（成分为 \(\mathrm{Fe_2O_3\cdot} x\mathrm{H_2O}\)）；
- 点燃：\(\mathrm{3Fe+2O_2\xlongequal{点燃}Fe_3O_4}\)
-
与非金属反应：
对于氧化性较强的物质：
\[\mathrm{2Fe+3Cl_2\xlongequal{点燃}2FeCl_3}\\ \mathrm{2Fe+3Br_2\xlongequal{}2FeBr_3} \]注意：无论铁是否过量，铁与氯气反应只生成氯化铁，过量的铁不会再跟氯化铁反应生成氯化亚铁，因为生成固体氯化铁，不是水溶液中的三价铁离子。
对于氧化性较弱的物质：
\[\mathrm{Fe+I_2\xlongequal{\triangle}FeI_2}\\ \mathrm{Fe+S\xlongequal{\triangle}FeS} \] -
与水反应：
方程式：
\[\mathrm{3Fe+4H_2O(g)\xlongequal{高温}Fe_3O_4+4H_2} \]实验装置：
湿棉花：提供高温水蒸气；
小木条：将其靠近肥皂液会有爆鸣声，证明肥皂液破裂，生成氢气。
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与酸反应
-
稀盐酸、稀硫酸：\(\mathrm{Fe+2H^+=Fe^{2+}+H_2↑}\)
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稀硝酸（过量）：
\[\mathrm{Fe+HNO_3(稀)=Fe(NO_3)_3+NO↑+2H_2O}\\ \mathrm{Fe+{NO_3}^-+4H^+=Fe^{3+}+NO↑+2H_2O} \]产物是 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)。
稀硝酸（少量）：
\[\mathrm{3Fe+8HNO_3(稀)=3Fe(NO_3)_2+2NO↑+4H_2O}\\ \mathrm{3Fe+2{NO_3}^-+8H^+=3Fe^{2+}+2NO↑+4H_2O} \]相当于铁过量，\(\mathrm{Fe^{3+}}\) 重新被氧化成 \(\mathrm{Fe^{2+}}\)。
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浓硫酸、浓硝酸：
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冷、常温：钝化。（不是不反应，是不连续反应。）
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加热不钝化：
\[\mathrm{Fe+6HNO_3(浓)\xlongequal{\triangle}Fe(NO_3)_3+3NO_2↑+3H_2O} \\ \mathrm{2Fe+6H_2SO_4(浓)\xlongequal{\triangle}Fe_2(SO_4)_3+3SO_2↑+6H_2O} \]
-
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铁的氧化物
| 化学式 | \(\mathbf{FeO}\) | \(\mathbf{Fe_2O_3}\) | \(\mathbf{Fe_3O_4}\) |
|---|---|---|---|
| 俗名 | / | 铁红（赤铁矿） | 磁性氧化铁 |
| 色态 | 黑色粉末 | 红棕色粉末 | 黑色晶体 |
| \(\mathbf{Fe}\) 价态 | \(+2\) | \(+3\) | \(+2,+3,+3\) |
| 与 \(\mathbf{H_2}\) | \(\mathrm{FeO+H_2\xlongequal{高温}Fe+H_2O}\) | \(\mathrm{Fe_2O_3+3H_2\xlongequal{高温}2Fe+3H_2O}\) | \(\mathrm{Fe_3O_4+4H_2\xlongequal{高温}3Fe+4H_2O}\) |
| 稳定性 | \(\mathrm{6FeO+O_2\xlongequal{\triangle}2Fe_3O_4}\) | 稳定 | 稳定 |
| 与 \(\mathbf{HCl}\) 或 \(\mathbf{H_2SO_4}\) | \(\mathrm{FeO+2H^+=Fe^{2+}+H_2O}\) | \(\mathrm{Fe_2O_3+6H^+=2Fe^{3+}+3H_2O}\) | \(\mathrm{Fe_3O_4+8H^+=Fe^{2+}+2Fe^{3+}+4H_2O}\) |
| 与 \(\mathbf{HNO_3}\) | \(\mathrm{3FeO+{NO_3}^-+10H^+=3Fe^{3+}+NO↑+5H_2O}\) | 同上 | \(\mathrm{Fe_3O_4+{NO_3}^-+28H^+=9Fe^{3+}+NO↑+14H_2O}\) |
注意：
- 四氧化三铁不是碱性氧化物，因为其与酸反应生成两种盐；
- 四氧化三铁与酸的反应实际上可以看做 \(\mathrm{FeO}\) 和 \(\mathrm{Fe_2O_3}\) 与酸反应的方程式叠加形成；
- 目前学过的生成四氧化三铁的反应只有三个：①铁在氧气中燃烧；②铁与水蒸气反应；③氧化铁受热分解。
铁的氢氧化物
| 名称 | 氢氧化亚铁 \(\mathbf{Fe(OH)_2}\) | 氢氧化铁 \(\mathbf{Fe(OH)_3}\) |
|---|---|---|
| 物理性质 | 白色固体，不溶于水 | 红褐色固体，不溶于水 |
| 与 \(\mathbf{HCl}\) | \(\mathrm{Fe(OH)_2+2H^+=Fe^{2+}+2H_2O}\) | \(\mathrm{Fe(OH)_3+3H^+=Fe^{3+}+3H_2O}\) |
| 与稀硝酸 | \(\mathrm{3Fe(OH)_2+10HNO_3=3Fe(NO_3)_3+NO↑+8H_2O}\) | 同上 |
| 加热 | \(\mathrm{Fe(OH)_2\xlongequal{\triangle}FeO+H_2O(无 ~O_2)}\) | \(\mathrm{2Fe(OH)_3\xlongequal{\triangle}Fe_2O_3+3H_2O}\) |
二者转化：在空气中，\(\mathrm{Fe(OH)_2}\) 能够非常迅速地被氧气氧化成 \(\mathrm{Fe(OH)_3}\)；
反应方程式：\(\mathrm{4Fe(OH)_2+O_2+2H_2O=4Fe(OH)_3}\)
现象：白色沉淀迅速变成灰绿色，最终变成红褐色。
铁三角
一般性规律：
- 铁和 \(\mathrm{H^+}\)、\(\mathrm{I_2}\)、\(\mathrm{S}\)、\(\mathrm{Cu^{2+}}\)、\(\mathrm{Fe^{3+}}\) 等弱氧化剂反应生成二价铁；
- 铁和 \(\mathrm{Cl_2}\)、\(\mathrm{Br_2}\)、稀硫酸、浓硫酸、浓硝酸（两浓酸一稀酸）等强氧化剂反应生成三价铁；
- 二价铁可以和 2. 中的所有氧化剂反应生成三价铁；除此之外，也可以与酸性高锰酸钾 \(\mathrm{{MnO_4}^-}\)、酸性重铬酸钾 \(\mathrm{{Cr_2O_7}^{2-}}\)、\(\mathrm{H_2O_2}\) 等强氧化剂反应生成三价铁。
- 不管是二价铁还是铁与“两浓酸一稀酸“反应，生成物均遵循：稀硫酸变一氧化氮，浓硝酸变二氧化氮，浓硫酸变二氧化硫（浓酸变二氧化物，稀酸变一氧化物）。
- 二价铁和三价铁可以通过 \(\mathrm{Zn}\)、\(\mathrm{Al}\) 等活泼金属（活泼性比铁强），以及 \(\mathrm{H_2}\)、\(\mathrm{CO}\)、\(\mathrm{C}\) 等常见的强还原剂还原为铁单质。
- 一般情况下，三价铁变铁单质的还原剂需要过量（若不过量可能会反应生成二价铁）。
- 三价铁可以通过 \(\mathrm{Fe}\)、\(\mathrm{Cu}\) 等金属（活泼性似乎小于等于铁），以及 \(\mathrm{S^{2-}}\)、\(\mathrm{S^{4+}}\)、\(\mathrm{I_2}\) 等弱还原剂还原出二价铁；
- 三价铁离子与铜的反应不是置换反应，同时这也是“用氯化铁溶液来腐蚀铜制印刷电路板”的离子反应。
- 三价铁与弱还原剂反应遵循：二价硫变硫单质，四价硫变硫酸根离子（价态 +2）。
重点方程式（此处只写上面未提到的且较为重要的）：
氢氧化亚铁的制备
-
制备原理：\(\mathrm{FeSO_4+2NaOH=Fe(OH)_2↓+Na_2SO_4}\)
-
关键：
- 溶液中不含三价铁和氧气等物质：
- 新配制作 \(\mathrm{FeSO_4}\) 溶液且加入少量铁粉（防止 \(\mathrm{Fe^{2+}}\) 被氧化） ；
- 配制 \(\mathrm{FeSO_4}\) 溶液的蒸馏水、氢氧化钠溶液均需煮沸（除去 \(\mathrm{O_2}\)）；
- 制备过程中要保证生成的氢氧化亚铁沉淀处在隔绝空气的体系中。
- 溶液中不含三价铁和氧气等物质：
-
实验装置：
-
有机物覆盖层法：
将吸取氢氧化钠溶液的胶头滴管直接伸入硫酸亚铁溶液中进行挤压，使氢氧化钠直接与硫酸亚铁溶液反应。
其中，苯与水互不相溶，且 \(\rho_笨<\rho_水\)，也可以用正己烷替换苯。
四氯化碳不能替换苯，因为其密度大于水。
-
还原性气体（\(\mathrm{H_2}\)）保护法：
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先打开止水夹 a：稀硫酸与铁反应生成的 \(\mathrm{H_2}\) 会充满整个装置，并排除装置内的空气。
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再关闭 a：氢气在试管 A 内由于压强会将液面向下挤压，生成的硫酸亚铁被压入导管，进入 B 装置内，与氢氧化钠溶液发生反应，生成白色沉淀。
-
-
\(\mathbf{Fe^{2+}}\) 和 \(\mathbf{Fe^{3+}}\) 的检验
- 直接观色：二价铁：浅绿；三价铁：棕黄色；
- 与 \(\mathrm{KSCN}\) 溶液反应：二价铁：无明显变化；三价铁：显红色；（最常使用检验三价铁）
- 利用三价铁离子的氧化性（与 \(\mathrm{KI}\) 淀粉溶液反应）：二价铁：不反应；三价铁：溶液变蓝。
- 利用二价铁离子的还原性（与酸性高锰酸钾溶液反应）：二价铁：紫色褪去；三价铁：不反应；
- 利用沉淀：
- 与 \(\mathrm{NaOH}\) 溶液反应：二价铁：白色沉淀，迅速灰绿，最终红褐；三价铁：直接生成红褐色沉淀；
- 与 \(\mathrm{K_3[Fe(CN)_6]}\)（铁氰化钾） 反应：蓝色沉淀；三价铁：无现象。（最常使用检验二价铁）
- 检验有二价铁无三价铁：先加入 \(\mathrm{KSCN}\) 溶液，不变红（排除三价铁），再加入 \(\mathrm{H_2O_2}\) 或氯水，溶液变红。不能加入高锰酸钾作为还原剂，因为它本身为紫红色，干扰试验。
\(\mathbf{Fe}\)、\(\mathbf{Cu}\) 与 \(\mathbf{FeCl_3}\)、\(\mathbf{CuCl_2}\) 溶液的反应问题
- 原理：
氧化性：\(\mathrm{Fe^{3+}>Cu^{2+}>Fe^{2+}}\)（两铁夹一铜）
还原性：\(\mathrm{Fe>Cu>Fe^{2+}}\)
-
反应的先后顺序（根据氧化还原反应“强者先行”）：
- \(\mathrm{Fe+Cu}\to \mathrm{FeCl_3}\) 溶液：铁先铜后；
- \(\mathrm{Fe}\to \mathrm{FeCl_3+CuCl_3}\) 溶液：先三价铁再铜离子；
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互斥性（判断剩下的物质跟谁会反应）：
- 反应完还有铁：三价铁、铜离子不存在；
- 反应完还有铜：三价铁不存在；
- 反应完还有三价铁：铁、铜不存在（无固体）；换句话说，只要有固体一定没三价铁。
- 反应完还有铜离子：铁不存在；
铁及其化合物与酸反应的思维模型
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观察开始反应物质和结尾反应物质，不考虑中间量，直接根据三大守恒计算；
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确认反应方程式&反应先后顺序：
例：\(\mathrm{Fe}\)、\(\mathrm{FeO}\)、\(\mathrm{Fe_2O_3}\) 和 \(\mathrm{Fe_3O_4}\) 与稀 \(\mathrm{H_2SO_4}\) 反应，若假如硫氰化钾溶液不变红，则说明溶液中无 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)，即 \(\mathrm{Fe}\) 和 \(\mathrm{FeO}\) 反应生成 \(\mathrm{Fe^{2+}}\)，\(\mathrm{Fe_2O_3}\) 反应生成 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)，\(\mathrm{Fe_3O_4}\) 反应生成 \(\mathrm{Fe^{2+}}\) 和 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)，后两者生成的 \(\mathrm{Fe^{3+}}\) 再与过量铁粉反应生成 \(\mathrm{Fe^{2+}}\)，除去 \(\mathrm{Fe^{3+}}\)。
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考虑让第一步反应过量的剩余物质在第二步再次进行反应，需要弄清“剩余物质”都是什么，且物质的量是多少。
