铁及其化合物
游览之礼-启功体字体
2023年2月21日发(作者：毛驴网)铁及其化合物
Δ铁是地壳中第四个丰度最大的元素，人们认为地球的核心主要是由
铁构成的。在地壳中存在的单质铁是极为少见的，但广泛以化合态出
现，许多矿物由于含有铁化合物而呈现特有的颜色。铁的最重要矿物
是氧化物和碳酸盐。铁含量最高的矿物是铁磁矿(Fe
3
O
4
),它是一种黑
色有磁铁性的矿物。赤铁矿(Fe
2
O
3
)为红棕色矿物，含铁量高达70%。
褐铁矿是氧化铁(III)矿物的一个变种，它含有可变量的水，但其近似
组成往往是2Fe
2
O
3
·3H
2
O。碳酸铁FeCO
3
出现为菱铁矿，碳酸盐矿往
往与黏土和煤共生，称为铁石。黄铁矿FeS
2
是一种常见的脉石矿物，
但它不直接用为铁矿，因为它有很高含量的硫而被看成是一种重要的
非金属化工原料矿。在自然界中海油多种多样的硅酸盐铁矿。
ΔFe
3
C在T高于1000℃炉区，铁和碳可以反应生成碳化铁
ΔFe(CO)
5
产品名称羰基铁，[别名]增塑剂[分子量]195.90无色至黄色
油状液体。对光和热敏感；在空气中燃烧生成三氧化二铁。易溶于乙
醚，苯，石油醚，丙酮，乙酸乙酯，四氯化碳，二硫化碳等大多数有
机溶剂，微溶于乙醇，几乎不溶于水和液氨。相对密度(d420)1.46～
1.52。溶点-20℃，沸点103℃。折光率(nD22)1.453。闪点-15℃。易燃，
有毒。有刺激性，晶体类型为分子晶体。
Δ穆斯堡尔波普是一种检测铁磁和反铁磁性的一种灵敏工具。
（a）自旋成单的Fe(II)，FeSO
4
·7H
2
O
（b）自旋成单的Fe(III),FeCl
3
（c）自旋成双的Fe(II)，K
4
Fe(CN)
6
·3H
2
O
（d）自旋成双的Fe(III)，K
3
Fe(CN)
6
Δ铁能在高温下吸收氢生成固溶体。在温度高于800℃时铁能与少量
氮反应，但是反应速度很慢，在温度超过400℃时很容易与氨气反应，
生成Fe
2
N。这是钢铁表面氮化生成硬保护膜层的反应原理。
Δ铁和硫或磷反应时放出大量热，分别生成FeS和Fe
3
P。卤素则可
在较低温度(~200℃)与铁反应，氟、氯和溴与铁反应生成Fe(III)化合
物FeX
3
，而碘则只生成Fe(II)化合物FeI
2
。
Δ铁在水溶液系统中的标准电极电势如下：
酸性介质Fe2++2e=FeEo=-0.440v
Fe3++e=Fe2+0.771v
碱性介质Fe(OH)
3
+e=Fe(OH)
2
+OH--0.56v
Fe(OH)
2
+2e=Fe+2OH--0.877v
Δ铁是人体中必须的痕量元素中含量最高的一个，约占人体总重量的
0.06‰。铁在人体内主要分布于血红细胞中，约占人体总铁量的
60%-70%。它在生物催化、在呼吸链上传递电子等方面都起着重要的
作用。
ΔFe3+与硫氰化钾作用产生血红色的[Fe(SCN)(H
2
O)
5
]2+络合物，这是
一种检测Fe(III)的极灵敏方法，1ppm的Fe(III)都可以被检出。
Δ铁在一般常见化合物中出现为Fe(II)和Fe(III)氧化态。但当铁与
Π-酸配体，既不仅有可以像金属原子配位的孤电子对，又有空的π
轨道，可以从富有电子密度的金属原子接受反馈电子而生成π键的
一些配体(如CO，NO，2，2-联吡啶，1,10-二氮杂菲等)相结合是，
铁原子可以表现为0，-I或甚至-II氧化态。这些类化合物的发现发
展了原子价理论，并也形成了一大类既有理论意义又有应用价值的新
型化合物，统称为Π-酸配体络合物。
Δ羰基铁(-I)酸盐和羰基铁(-II)酸盐，羰基铁与碱作用时，依赖于
碱的浓度和采用条件，可以生成羰合铁酸根阴离子[Fe(CO)
4
]2-，
[Fe
2
(CO)
8
]2-或[Fe
3
(CO)
11
]2-，这些阴离子是可以相互转化的，它们
的生成条件决定于pH和温度。
Δ铁的羰基氢化物向[Fe(CO)
4
H]-溶液中加酸就会释放出不稳定的
气态氢化羰基铁H
2
Fe(CO)
4
.
Δ卤化羰基铁五羰合铁与卤素的反应产生不稳定化合物
Fe(CO)
5
X
2
，它在低于0℃时分解而放出CO生成卤化四羰合铁
Fe(CO)
4
X
2
.卤化铁(II)和加压下的一氧化碳直接反应也生成这类化合
物，是非电解质，能溶于惰性有机溶剂中，但与水发生水解反应放出
一氧化碳。
Δ铁的亚硝基络合物四亚硝基合铁Fe(NO)
4
，结构尚不清楚。亚硝
基羰合铁Fe(NO)
2
(CO)
2
。卤化亚硝基铁Fe(CO)
4
X
2
。亚硝基硫络合物
Fe(NO)
2
SEt。
Δ水和盐2Fe(NO)SO
4
·13H
2
O
Δ硝普盐Fe(CN)
5
NO2-是化学中知之已久的化合物，它是硝酸与
[Fe(CN)
6
]4-或[Fe(CN)
6
]3-发生反应时的产物。
Δ铁(II)化合物铁在水溶液中出现的常见氧化态是+2和+3.在没有其
它络合剂的存在下，铁(II)化合物溶液含有淡绿色的六水合离子
[Fe(H
2
O)]2+。
ΔFe(II)的简单化合物
氟化铁(II)，这个化合物是将HF通过烧至赤热的铁或另HF与FeCl
2
在略高温度下的反应来制备的。微溶于水并略有水解，不溶于乙醇、
乙醚和苯中，它的沸点约为1100℃，熔点仅略低于此温度。它的4水
合物FeF
2
·5NH
3
·4H
2
O在不同温度下与气态氨反应可以得到氨合物，
如FeF
2
·5NH
3
·H
2
O，FeF
2
·NH
3
·H
2
O和FeF
2
·0.5NH
3
·H
2
O。
氯化铁(II)，用氯化氢与加热的铁反应可得到，也可以用氢气还原
FeCl3或将氯化铁(II)水合物脱水来制备。最方便的实验室制法是将
FeCl3与氯苯一起加热回流。熔化热为43kJ/mol，汽化热为126.4kJ/mol,
它在潮湿空气中潮解，极溶于水(在20℃每升可溶685g)和乙醇中。在
温度高于12.3℃时从水溶液中可以结晶出蓝绿色的4水合物
FeCl
2
·4H
2
O,低于此温度则可析出6水合物。
溴化铁(II)，碘化铁(II)，氰化铁(II)，硫氰酸铁(II)→Fe(SCN)
2
·H
2
O，
氧化铁(II)，氢氧化铁(II)，硫化铁(II)，氮化铁(II)，碳酸铁(II)，碳酸
铁(II)，硅酸铁(II)，羧酸铁，磷酸铁，硝酸铁，硫酸铁。
Δ铁的金属有机化合物
双(π-环茂二烯基)合铁(II)，二茂铁，Fe(π-C
5
H
5
)
2
，双苯合铁(II)阳离
子[Fe(C
6
H
6
)
2
]2+等。
Δ铁(III)化合物
氟化铁(III)，氯化铁(III)，溴化铁(III)，氯氧化铁(III)FeOCl，硫氰酸
铁(III)Fe(SCN)
3
，铁(III)氧化物和氢氧化物，铁的过氧化物物种红色
Fe(O
2
)，烷氧化铁(III)Fe(OR)
3
，铁的羧酸盐，FeX(OCOCH
3
)
2
，硝酸
铁，磷酸铁FePO
4
，硫酸铁，高氯酸铁Fe(ClO
4
)
3
。
Δ铁的高氧态化合物(+4，+5，+6)
铁的高氧化态Fe(IV)d4和Fe(V)d3出现在与氧结合的离子中，但未与
氟发生此种情况。
铁(IV)酸盐，包括[FeO3]2-，[FeO4]4-，[FeO5]6-阴离子。铁(V)化合物，
K
3
FeO
4
。铁(VI)化合物容易制取，K
2
FeO
4
和Na
2
FeO
4
。FeO
4
2-离子具
有独立的四面体结构。