鐵元素的介紹word版

1、鐵元素的介紹F0511003 班，李奇崎,5051109079摘要：鐵是、今的第一大金屬，飲制品已滲透到生活的方方面而。木文就簡要地介紹了鐵元素及其巾質(zhì)、 化合物的性質(zhì)。關(guān)鍵詞：鐵元素鐵也質(zhì)鐵的化合物0.引言鐵是古代就已知的金屬之一。鐵礦石是地殼主要組成成分之一，鐵在自然界中分布極 為廣泛，但人類發(fā)現(xiàn)和利用鐵卻比黃金和銅要遲。首先是由于天然的單質(zhì)狀態(tài)的鐵在地球 上非常稀少，而且它容易氧化生銹，加上它的熔點(diǎn)（1812K）又比銅（1356K）高得多，就 使得它比銅難于熔煉。人類最早發(fā)現(xiàn)的鐵是從天空落下來的隕石，隕石中含鐵的百分比很 高，是鐵和線、鉆等金屬的混合物，在融化鐵礦石的方法尚未問世，人類不

2、可能大捲獲得 生鐵的時候，鐵一直被視為一種帶有神秘性的最珍貴的金屬。在約公元前1500年左右，埃及和美索不達(dá)米亞開始有煉鐵業(yè)。至公元前1000年 左右，鐵器才基本上從日常用具中排擠了銅器而占統(tǒng)治地位。我國是發(fā)現(xiàn)和掌握煉鐵技術(shù) 最早的國家。1973年在我國河北省出上了一件商代鐵刃青銅鉞，表明我國勞動人民早在3300 多年以前就認(rèn)識了鐵，熟悉了鐵的鍛造性能，識別了鐵與青銅在性質(zhì)上的差別，把鐵鑄在 銅兵器的刃部，加強(qiáng)銅的堅(jiān)韌性。經(jīng)科學(xué)鑒左，證明鐵刃是用隕鐵鍛成的。隨著青銅熔煉 技術(shù)的成熟，逐漸為鐵的冶煉技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。我國最早人工冶煉的鐵是在春秋戰(zhàn) 國之交時期出現(xiàn)的。這從江蘇六合縣春秋墓岀上的

3、鐵條、鐵丸，和河南洛陽戰(zhàn)國早期灰坑 岀上的鐵銹均能確立是迄今為止的我國最早的生鐵工具。生鐵冶煉技術(shù)的出現(xiàn)，它對封建 社會的作用與蒸汽機(jī)對資本主義社會的作用可以媲美。鐵的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模使用，是人類發(fā)展史上的一個光輝里程碑，它把人類從石器時代、 銅器時代帶到了鐵器時代，推動了人類文明的發(fā)展。至今鐵仍然是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)人 類進(jìn)步所必不可少的金屬材料。鐵的化學(xué)符號Fe來自它的拉丁文名稱Ferrum,鐵的英文需稱是Iron。1.鐵元素密度/gW 熔點(diǎn)/c 一 沸點(diǎn)/咒一 原子序數(shù)267.86ArP(T4s:15355585元素名稱27S0相對原子質(zhì)童電子排布1.8-電負(fù)性 元素符號英文名稱Iron原子

4、半徑/pm 124 1發(fā)現(xiàn)奔代I讖I古人類畫？762 -第電離能2AQ 1,4,5,2-丄生令必需元素龜化態(tài)面心立方面心立方休心立方左而是鐵元素的基本性質(zhì)示意 圖，除此圖介紹之外，鐵天然 存在四種同位素:% % 5：Fex 53Fe,其中豐度最大的是 56Fe,為91.66%。鐵現(xiàn)在還有 一些人工合成的同位素，英中 最常用于示蹤研究工作的是 55Fe 和 59Fe, 5SFe 是通過 wFe（n, r）合成的，半衰期2.7d,衰 變方式為軌道電子俘獲，以其 能釋放岀最高能量為5. 6keV 的軟X射線和較長半衰期而成為生物學(xué)研究中的理想示蹤原子。2 單質(zhì)2.1概述鐵是地球上分布最廣的金屬之一。

5、約占地殼質(zhì)量的5. 1%,居元素分布序列第四位，僅 次于氧、硅和鋁在自然界，游離態(tài)的鐵只能從隕石中找到，分布在地殼中的鐵都以化合物的 狀態(tài)存在。鐵的主要礦石有：赤鐵礦Fe：O含鐵量在50%至60%之間；磁鐵礦FeQ,含鐵量 60%以上，有磁性，此外還有褐鐵2Fe：0,.3H：0、菱鐵礦FeCOs和黃鐵礦FeS它們的含鐵量 低一些，但比較容易冶煉。我國的鐵礦資源非常豐富，著名的產(chǎn)地有湖北大冶、東北鞍山等。 生物體中也含鐵，每人平均含鐵量為4. 5g左右，地下水中也含鐵。鐵是有光澤的銀白色金屬，硬而有延展性，熔點(diǎn)為1535 C沸點(diǎn)3000 C,有很強(qiáng)的鐵 磁性，并有良好的可塑性和導(dǎo)熱性。鐵分為生鐵

6、、熟鐵和鋼三類。生鐵含碳量在1. 7%至4. 5% 之間，生鐵堅(jiān)硬耐磨，可以澆鑄成型，如鐵鍋、火爐等。所以又稱為鑄鐵。生鐵沒有延展 性，不能鍛打。熟鐵含碳量在0.1%以下，近似于純鐵，韌性很強(qiáng)，可以鍛打成型，如鐵勺、 鍋爐等，所以又叫鍛鐵。鋼的基本成分也是鐵，但鋼的含碳量比熟鐵髙，比生鐵低，在0.1$ 至1.7%之間。鋼兼具有生鐵和熟鐵的優(yōu)點(diǎn)，即剛硬又強(qiáng)韌。鐵能在高溫下吸收氫生成固溶體。在溫度高于800C時鐵能與少量氮反應(yīng)，但反應(yīng)速度 很慢，在溫度超過400C時很容易與氨氣反應(yīng)，生成Fe：N,這是鋼鐵表面氮化生成硬保護(hù)膜 層的反應(yīng)原理。鐵容易和大多數(shù)非金屬在適當(dāng)高溫下反應(yīng)生成二元化合物。鐵與氧

7、的反應(yīng) 取決于反應(yīng)條件。新還原出來的微細(xì)鐵粉在空氣中就會自燃，塊狀鐵在溫度超過150C時在 干燥空氣中就開始氧化，在過雖:氧氣中生成的主要產(chǎn)物是FeO和Fe,0：,髙于575C和低氧 空氣中則主要氧化產(chǎn)物為FeOc鐵與硫或磷反應(yīng)時放出大量的熱，分別生成FeS和Fe,P。鹵 素則可在較低溫度（約200-0與鐵反應(yīng)，氟、氯和浪與鐵反應(yīng)生成Fe （III）化合物FeX, 而碘只生成Fe （II）化合物FeL瞪VFeO42- -Fe（OH）3単Fe從鐵的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢看，鐵是個中等活潑的金屬，單質(zhì)鐵在酸性溶液中是一種還原劑， 而在堿性溶液中則是一種更強(qiáng)的還原劑。依照鐵的電極電勢在電位序中的位置，它可以從

8、 稀酸中置換出氫氣，能從銅（1【）鹽溶液中置換銅，本身轉(zhuǎn)化成鐵（II）鹽。氧化性酸， 如硝酸、冷稀酸仍可與鐵生成鐵而鐵（1【）鹽，但熱濃酸只能生成鐵（III）鹽，在冷的濃 硫酸或濃硝酸中會發(fā)生“鈍化”而不與之繼續(xù)反應(yīng)。鐵與許多金屬有一重要差別，即不容 易形成汞齊。鐵在髙于500C時可以快速地同水蒸氣反應(yīng)放出氫氣，溫度低于570C時生成的氧化物 是F亡Q,而髙于？時則生成FeO,二氧化碳同樣能與鐵反應(yīng)生成這兩種氧化物（取決于溫度 條件），鐵粉還能在一左條件下與一氧化碳反應(yīng)生成揮發(fā)性的劇毒化合物五按合鐵Fe（C0）5o鐵的銹蝕是鐵與空氣和水發(fā)生作用生成水和氧化物的過程，銹蝕是一種電化學(xué)過程。 反應(yīng)

9、如下：0=+2乩0+4 e _-*40H2Fe- 2 Fe+4 e _此時溶液中的Fe和OF在氧氣的作用下便生成了黃棕色的水和氧化鐵（III）沉淀物鐵銹。 防止鐵器生銹的方法之一是在表面涂刷阻銹劑，如氫氧化鈉、磷酸鈉或珞酸鉀溶液，還有 一種“磷酸鹽化處理”，是將鐵器浸置在磷酸鐳或磷酸鋅溶液中，使鐵表而生成一層磷酸鐵保護(hù) 層。還有一種防銹的方法是在鐵表面遮鍍上一層其它金屬，如鍍鋅鐵、鍍錫鐵等。涂刷紅 鉛漆或油漆也是常用的方法。2. 2鐵的制備1)生鐵的生產(chǎn)從鐵礦提取鐵的第一步是在髙爐中生產(chǎn)鐵或鑄鐵，一般的高爐英髙度約為 100英尺，直徑約為25英尺，由耐火磚砌成，外包以鋼板。從爐底通過噴嘴吹入預(yù)

10、熱的壓 縮空氣(或富氧空氣和柴油)，從爐頂裝入預(yù)先燒結(jié)的氧化鐵和焦炭混合物，并摻入了石灰 石。焦炭在空氣中燃燒供給熱量和一氧化碳。這樣一來，高爐的下半部分就變得很熱，將 由氧化鐵還原而產(chǎn)生的鐵熔化而沉入高爐的底部。礦石和炭混合物繼續(xù)由爐頂沉入熱區(qū)“。 每隔一左時間將熔化的鐵從爐底排放出來，并從每次排放出來的熔鐵表面上除掉爐渣。從 爐頂排岀的多余一氧化碳可用于預(yù)熱鼓入爐中的壓縮空氣，使其溫度達(dá)到800C左右，髙爐 渣可用于生產(chǎn)建筑材料和爐渣水泥。髙爐內(nèi)主要反應(yīng)為：3Fe503 + CO一2Fe,O： 40=Fe30 + 4CO-3Fe + 4C03 FecOa + CO2FeO + CO：2.

11、)鋼的生產(chǎn)在堿性煉鋼法中是在空氣中除去生鐵中的可氧化雜質(zhì)。氧氣可以通過不同 的方式引入熔化的生鐵中，在轉(zhuǎn)爐法中是從轉(zhuǎn)爐底部的氣孔中鼓入空氣，雜質(zhì)被氧化產(chǎn)生 的髙溫足以使金屬保持熔化。用真空脫氣的方法除去鋼中的氣態(tài)雜質(zhì)和非金屬雜質(zhì)。在這 一處理過程中將在高真空下熔化：此法對于生產(chǎn)高可鍛型鋼和高合金鋼是特別有利的。3)純鐵的制備 純鐵可用氫還原純氧化鐵或氫氧化鐵來制備，也可將五規(guī)合鐵氣化并在 250C左右使之分解可得到不含任何雜質(zhì)的微細(xì)粉末狀純鐵，將這種純鐵在髙真空下鍛燒可 以除去殘留在鐵中的痕量碳和氧，它們以一氧化碳的形式被除去。3 鐵的化合物在一般條件下，鐵的常見氧化態(tài)是+2和+3,在很強(qiáng)的氧

12、化條件下，鐵可以呈現(xiàn)不穩(wěn)泄 的+6氧化態(tài)。還原性是氧化數(shù)為+2的鐵的化合物的特征化學(xué)性質(zhì)。3. 1鐵(1【)的重要化合物3. 1.1氫氧化亞鐵在亞鐵溶液中加入堿，開始能生成白色膠狀沉淀氫氧化亞鐵，但很容易被空氣中的氧 氣氧化成紅色的氫氧化鐵沉淀。氫氧化亞鐵一般不顯酸性，但在濃堿中可生成Fe(0H)6s-3. 1.2硫酸亞鐵硫酸亞鐵是比較重要的亞鐵鹽，它是一種含有七個結(jié)晶水的淺綠色晶體FeSO. 7H：0,俗稱綠磯。它在農(nóng)業(yè)上用作農(nóng)藥，主治小麥黑穗病，在工業(yè)上用作染色，制造 藍(lán)黑墨水和木材防腐、除草劑和飼料添加劑等。1)制備硫酸亞鐵的制備方法有以下幾種： 工業(yè)上用氧化黃鐵礦FeS：的方法制取硫酸

13、亞鐵：2FeS= + 70s + 2H：0 = 2FeS0t + 2H=S0. 或由FeO制取Fe:(S04)3,由Fe=(S0t)3和Fe的氧化還原反應(yīng)制取硫酸亞鐵：FeA + 3H:SO = Fe3(S04)3 + 3HsOFe=(S04)9 + Fe = 3FeSOi 將鐵屑溶于稀硫酸或用硫酸淸洗鋼鐵表面所得的廢液中都可以得到副產(chǎn)品硫酸亞鐵：Fe + H：SO： = FeSOi + H= 工業(yè)上用硫酸法分解鈦鐵礦制取TiO：生產(chǎn)中的副產(chǎn)品即是硫酸亞鐵：FeTiO, + 2HcSO, = TiOSO, + FeSO, + 2H=02)性質(zhì) 含7個結(jié)晶水的硫酸亞鐵FeSO.THcO是淺綠色的

14、，加熱失水可得無水硫酸亞鐵FeSO.,無 水FeSO：是白色的。加強(qiáng)熱，無水FeSO；分解為Fe:03：FeSOi= FeA + S05 + SO- 硫酸亞鐵易溶于水，在水中有微弱的水解，使溶液顯酸性(pH二3)：Fe3* + HsO = Fe(0H)3 +H= 硫酸亞鐵在空氣中不穩(wěn)左，可逐漸風(fēng)化失水，并且表而容易被空氣中的氧氧化，生成黃 色或鐵銹色的堿式硫酸鐵(III)鹽：4FeSO, + 2H=0 + 0= = 4Fe (OH) SO.所以，在綠磯晶體表而常有鐵銹色斑點(diǎn)，其溶液久置后常有棕紅色沉淀。因此，保存FeSOi 溶液時，應(yīng)加入足夠濃度的硫酸，必要時加入幾顆鐵釘來防止氧化。 雖然Fe

15、鹽在酸性介質(zhì)中比較穩(wěn)左，但在強(qiáng)氧化劑KMnO. &CrO；等存在時，也會被氧化 成Fh,因此，亞鐵鹽在分析化學(xué)中是常用的還原劑，用來標(biāo)左重珞酸鉀或髙銹酸鉀溶液的 濃度。3. 1. 3硫酸亞鐵彼硫酸亞鐵對于在空氣的氧化不穩(wěn)左，但硫酸亞鐵與堿金屬或錢的硫酸鹽形成的復(fù)鹽 M1：SO, FeSO. 6H:0對空氣的氧化，要比硫酸亞鐵穩(wěn)立得多。最重要的復(fù)鹽是 FeSOXNH-JO-.eHzO,俗稱摩爾氏鹽，是常用的還原劑。在立量分析中用來標(biāo)立重珞酸鉀或 高鐳酸鉀溶液的濃度：lOFeSO, + 2KMnO：+ 8H:SOt=5Fe: (SO,) 3 + K-SO, + 2MnS0, + 8H=06 FeS

16、O, + K：Cr：0： +7 H：S0：=3 Fe-(S0h + 3021 + 80H用鹽酸酸化臥02溶液時，能放岀氯氣，2FeCM2 十 16TT 十 6C1=2Fe3 十 3C12 個 十 8H2O將Fe2O3、KN03和K0H混合加熱共融，可以得到紫紅色的高鐵酸鉀鹽；Fe2O3 + 3KNO3 + 4K0H= 2K2FeO4 +KN02 + 2H2O四鐵的配位化合物鐵能形成多種配合物，例如鐵能與CN-. F c=or Cl SCN等離子形成配合物。大多 數(shù)鐵的配合物呈八而體性，配位數(shù)為6。主要介紹以下幾種鐵的配合物：4. 1氨配位化合物：FZ+與氮木作用不能生成氨的配合物,生成的是Fe

17、(OH)2的沉淀貝有無水狀態(tài)下.FeCl3與液氨作用可以生成Fe(NH3)6C12配合物.但謂水即分解；PFe(NHlC12 十 6H2Q = Fe(0H)2l 十 4NH? H2O 十 2NH4C1Fe?+與氨水作用也不能生成氨的配合物，F(xiàn)e?熾烈水解繪成Fe(OH)3沉淀。Fe(H2O)P4 + 3NH? = Fe(OH)ji +3NH4+ 3H2O4. 2鼠根配位化合物六編合鐵(II )酸鉀使亞鐵鹽與KC溶液反應(yīng)，得到Fe(CN) =沉淀，該沉淀溶解在過量的KCN溶液中：FeS + 2KCN = Fe(CN)= + IGSFe(CN): + 4KCN =KtFe(CN)6從溶液中析出來的

18、黃色晶體K.Fe(CN)s 3H:0就叫六鼠合鐵(II )酸鉀，或稱為亞鐵氣化鉀, 俗稱黃血鹽。黃血鹽在373K時失去所有的結(jié)晶水，形成白色的粉末K.Fe (CN)J,進(jìn)一步加 熱即分解：K:Fe(CN)s二二 4KCN + FeC： + N=黃血鹽在水溶液中很穩(wěn)左，只含有K離子和Fe(CN)6，_離子，幾乎檢驗(yàn)不出Fe=離子的存在。 黃血鹽溶液遇到Fe離子，立即生成需為普魯士藍(lán)(Prussian blue)的深藍(lán)色沉淀，苴化 學(xué)式為KFeFe(CN)J,六鼠合亞鐵鉀：K + Fe + Fe(CN)J_ = KFeFe(CN)J根位于立方體 一半鐵原子是 每個CN-配體, 子一方對著鐵 體中心

19、含有一 業(yè)上用作燃料六魚合鐵利用這一反應(yīng)，可用黃血鹽來檢驗(yàn)Fe離子的存在。普魯士藍(lán)的結(jié)構(gòu)圖：圖中表示了鐵原子和魚 的每個角頂，鼠根位于每一條邊上。 鐵(II),另一半鐵原子是鐵(III)。 N原子一方對著鐵(III)原子，C原(II )原子。每隔一個立方體在立方 個K離子。普魯士藍(lán)俗稱鐵藍(lán)，在工 和顏料。(III)酸鉀用氯氣來氧化黃血鹽溶液，把Fe=*氧化成Fe”,就可以得到深紅色的K,Fe (CN)6六氛合鐵(III)酸鉀的晶體，或稱為鐵魚酸鉀，俗稱赤血鹽。2KtFe(CN)e + Cl： = 2KC1 + 2K,Fe(CN) 赤血鹽在堿性溶液中有氧化作用：4K3Fe(CN)J + 4K0H

20、 = 4KFe(CN)s + 03 + 2H：0在中性溶液中赤血鹽有微弱的水解作用。因此，使用赤血鹽溶液時，最好現(xiàn)用現(xiàn)配。 赤血鹽溶液遇到F離子，立即生成需為騰氏藍(lán)(Turnbull blue)的沉淀，其化學(xué)式 為KFeFe (CN) 6六鼠合亞鐵酸鐵鉀：IGEFeCCN)* + 3H=0 = Fe(OH)# + 3KCN + 3HCN利用這一反應(yīng)，可用赤血鹽溶液來檢驗(yàn)Fe：離子的存在。經(jīng)結(jié)構(gòu)研究證明，騰氏 藍(lán)的組成與結(jié)構(gòu)和普魯士藍(lán)一樣。4. 3硫氛根配位化合物向Fe溶液中加入硫氛化鉀KSCN或硫魚化錢NH.SCN,溶液立即呈現(xiàn)岀血紅色：Fe3+ + nSCN- = Fe(SCN)n (血紅色

21、)n二16,隨SCN的濃度而異。這是鑒左Fe*藹子的靈敏反應(yīng)之一，這一反應(yīng)也常用于Fe 的比色分析。該反應(yīng)必須在酸性環(huán)境下進(jìn)行，因?yàn)槿芤旱乃岫刃r，F(xiàn)e會發(fā)生水解生成Fe(OH),而 破壞了硫鼠合鐵(III)的配合物。4. 4鹵離子配位化合物Fe”離子能與鹵素離子形成配位化合物，它和廠離子有較強(qiáng)的親合力，當(dāng)向血紅色的 Fe(SCN)np配合物溶液中加入氟化鈉NaF(NaF溶液的pH=8)時,血紅色的Fe(SCN)n“ 配離子被破壞，生成了無色的FeF6s- 配離子：Fe(SCN)6】+ 6F- = FeFs3(無色)+ 6SCN這是由于一方而Fe與廠有較強(qiáng)的親合力，另一方而NaF加進(jìn)去后降低了

22、溶液的酸度，因此 血紅色的配合物Fe(SCN)n =解體了。在很濃的鹽酸中，F(xiàn)e能形成四而體的FeCl丁配離 子：Fe + 4HC1 = FeClJ- + 4H*4. 5按基配位化合物Fe(CO)s：鐵在373-473K和2. 03 X 10Pa下與一氧化碳CO作用，生成淡黃色的液體五按基配位化合物: Fe + 5C0 = Fe(CO)s在Fe(CO)s配合物中，F(xiàn)e的氧化態(tài)為零，F(xiàn)e原子的價(jià)電子數(shù)(3d4s)是8個，它 周圍的5個配體CO提供的電子數(shù)(每個CO提供兩個電子)10個，加在一起滿足18電子結(jié) 構(gòu)規(guī)則，是反磁性的。金屬按基配合物的熔、沸點(diǎn)一般比常見的相應(yīng)金屬化合物低，容易揮發(fā)，受熱易分 解為金屬和C0,利用金屬按基配合物的這些特性，可以制備純度很髙的金屬。例如使Fe(CO)5 的蒸氣在473、523K分解，可以得到含碳很低的純鐵粉：Fe(CO)s = Fe + 5C0這種鐵粉可用于制造磁鐵心和催化劑。需要特別注意的是，按基配合物有毒。例如吸入四爆基合銀，血紅素便與C0化合, 從而使血液把膠態(tài)鐮帶到全身器官