【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』，此版叢書(shū)是“數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)編委會(huì)”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎(chǔ)自學(xué)教材，本系列叢書(shū)共包含17本，層次大致相當(dāng)于如今的初高中水平，其最大特點(diǎn)就是可用于“自學(xué)”。當(dāng)然由于本書(shū)是大半個(gè)世紀(jì)前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎(chǔ)學(xué)生直接拿來(lái)自學(xué)。不過(guò)這套叢書(shū)卻很適合像我這樣已接受過(guò)基礎(chǔ)教育但卻很不扎實(shí)的學(xué)酥重新自修以查漏補(bǔ)缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫(xiě)的備注。

【山話嵓語(yǔ)】『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)』其實(shí)還有新版，即80年代的改開(kāi)版，改開(kāi)版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學(xué)基礎(chǔ)自學(xué)內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學(xué)的一條龍數(shù)理化自學(xué)教材大系列。不過(guò)我依然選擇6677版，首先是因?yàn)?677版保留了很多古早知識(shí)，讓我終于搞明白了和老工程師交流時(shí)遇到的奇特專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和計(jì)算模式的來(lái)由。另外就是6677版的版權(quán)風(fēng)險(xiǎn)極小，即使出版社再版也只會(huì)再版80年代改開(kāi)版。我認(rèn)為6677版不失為一套不錯(cuò)的自學(xué)教材，不該被埋沒(méi)在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時(shí)間，將『數(shù)理化自學(xué)叢書(shū)6677版』上傳成文字版。??

第五章鐵

§5-1鐵的性質(zhì)

【01】鐵和由生鐵煉成的鋼，是應(yīng)用最廣的金屬。象工業(yè)機(jī)器、農(nóng)業(yè)機(jī)械、交通運(yùn)輸工具、國(guó)防武器等的制造，現(xiàn)代廠房和橋梁等的建筑，都要用到大量的鋼鐵材料。所以，鐵和鋼的冶煉在國(guó)民經(jīng)濟(jì)上起著極為重要的作用。

【02】鐵是元素周期表第Ⅷ里的一個(gè)元素。與它在同一周期里的還有鈷Co和鎳Ni兩種元素。這三種元素的原子最外層上的電子數(shù)都是2，次外層上分別是13、14、15。在參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它們除能失去最外層上的2個(gè)電子外，還能失去次外層上的1個(gè)電子，因此它們的性質(zhì)非常相似。在本章里我們將以鐵作為第Ⅷ元素的代表，來(lái)學(xué)習(xí)它的性質(zhì)和重要化合物，并介紹有關(guān)鐵和鋼的治煉的原理等知識(shí)。

鐵的物理性質(zhì)

【03】純凈的鐵是一種具有銀白色光澤的、堅(jiān)韌的金屬，比重7.86，熔點(diǎn)1535℃，能被磁鐵吸引。鐵受到電流作用的時(shí)侯，本身就會(huì)變成磁鐵，而一當(dāng)電流作用去掉以后，又會(huì)立即失去磁性。工業(yè)上常利用它的這一性質(zhì)，用純凈的鐵來(lái)做電磁鐵。

鐵的原子結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)

【04】鐵的原子序數(shù)是26，也就是說(shuō)，鐵的原子核所帶的電荷是+26，所以核外有26個(gè)電子。鐵原子的結(jié)構(gòu)可用簡(jiǎn)圖表示如下：

【05】鐵原子的最外電子層上只有2個(gè)電子，這2個(gè)電子很容易失去，所以鐵是一個(gè)化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)活動(dòng)的金屬，在一定條件之下，它能跟多種非金屬、水、酸和鹽等起反應(yīng)。鐵原子不但容易失去最外層的2個(gè)電子，成為亞鐵離子Fe??，并且還會(huì)失去次外層上1個(gè)電子，成為鐵離子Fe???，因此，通常鐵的化合物里的鐵有+2價(jià)和+3價(jià)兩種。

【06】下面我們來(lái)討論鐵的化學(xué)性質(zhì)。

1、鐵跟氧氣和其他非金屬的反應(yīng)

【07】常溫時(shí)，鐵在干燥的空氣里很難氧化，但在潮濕的空氣里或在氧氣里灼燒，鐵的表面就會(huì)生成一種暗褐色的四氧化三鐵：

【08】2e+2×3e【這樣寫(xiě)法，表示三個(gè)鐵原子里的一個(gè)鐵原子失去2個(gè)電子，二個(gè)鐵原子可失去3個(gè)電子，四個(gè)氧原子共獲得8個(gè)電子】。

【09】加熱時(shí)，鐵也能跟其他非金屬如硫、氯等化合：

【10】在鐵原子跟硫原子的反應(yīng)里，鐵原子失去最外電子層的2個(gè)電子變成亞鐵離子Fe??，硫原子得到鐵原子的2個(gè)電子變成硫離子S??，然后兩者結(jié)合成硫化亞鐵FeS的分子。在鐵跟氯的反應(yīng)里，鐵原子不但失去了最外電子層的2個(gè)電子，而且又失去次外層里的1個(gè)電子，因而變成了鐵離子Fe???。氯原子得到鐵原子所失去的電子變成了氯離子Cl?，然后兩者結(jié)合成氯化鐵FeCl?的分子。鐵跟硫或跟氯的反應(yīng)，在原子結(jié)構(gòu)上所以會(huì)產(chǎn)生這樣不同的變化，主要是因?yàn)槁葰馐且环N更強(qiáng)的氧化劑，它奪取鐵原子的電子的能力比硫強(qiáng)的緣故。

【11】在高溫下，鐵還能跟碳、硅和磷等化合。例如，鐵跟碳化合能生成一種十分脆硬而難熔的碳化鐵Fe?C。

2、鐵跟水的反應(yīng)

【12】紅熱的鐵能跟水蒸氣反應(yīng)，置換出氫氣，并生成四氧化三鐵。

【13】工業(yè)上往往利用這個(gè)反應(yīng)來(lái)制取大量的氫氣。

【14】在常溫下，鐵不能跟水反應(yīng)。但如果受到水、空氣里的氧氣和二氧化碳等幾種物質(zhì)共同作用時(shí)，鐵就會(huì)發(fā)生銹蝕，生成鐵銹（§1-4）【山注，化3-1-04，傳送門(mén)CV21859855】。鐵銹是鐵的含水氧化物，它的成分接近于Fe?O?·H?O。它是一層松脆多孔的物質(zhì)，可以讓水蒸氣和氣體透過(guò)。因此鐵表面的鐵銹不能保護(hù)里面的鐵不再受到銹蝕。當(dāng)鐵制品在潮濕的地方放置過(guò)久時(shí)，就會(huì)完全被銹蝕，我們?cè)谑褂描F制物件時(shí)必須注意這一點(diǎn)。

3、鐵跟酸或鹽的反應(yīng)

【15】在金屬活動(dòng)性順序里（§1-2）【山注，化3-1-02第12段，傳送門(mén)CV21855620】，鐵是在氫的前面，因此鐵能跟酸類(lèi)（如稀硫酸或稀鹽酸）起反應(yīng)，置換出氫氣：

【16】但在常溫下，鐵跟濃硫酸和濃硝酸幾乎不起反應(yīng)，因?yàn)殍F遇到這些酸會(huì)在表面上生成一層很致密的保護(hù)膜（鈍化），從而阻礙了反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。

【17】鐵也能跟比它活動(dòng)性較弱的金屬鹽溶液起反應(yīng)，并把這種金屬置換出來(lái)。例如：

【18】從上面鐵跟非金屬、水、酸和鹽的反應(yīng)里，我們可以看出：

【19】(1)在以上各個(gè)反應(yīng)里，都有得失電子的變化，所以，這些反應(yīng)都是氧化-還原反應(yīng)。鐵原子在這些反應(yīng)里總是失去電子，它是還原劑。

【20】(2)鐵跟強(qiáng)的氧化劑（例如氯氣）反應(yīng)會(huì)生成+3價(jià)鐵的化合物；跟較弱的氧化劑（例如硫）反應(yīng)生成+2價(jià)鐵的化合物。

自然界里的鐵

【21】鐵是自然界里分布很廣的金屬，約占地殼總重量的4.2%。由于它的化學(xué)性質(zhì)相當(dāng)活動(dòng)，所以在自然界里鐵很少以游離態(tài)存在，地殼里的鐵大都是鐵跟硫、氧等元素的化合物。

【22】比較重要的鐵礦石有：磁鐵礦Fe?O?、赤鐵礦Fe?O?、褐鐵礦2Fe?O?·3H?O、菱鐵礦FeCO?和黃鐵礦FeS?等。磁鐵礦和赤鐵礦是煉鐵的主要原料。鐵礦石中常含有雜質(zhì)，這些雜質(zhì)通常叫做脈石。脈石一般是由SiO?、Al?O?、CaO、MgO等氧化物組成的化合物，它們主要是硅酸鹽。

【23】生物體內(nèi)也含有多種鐵的化合物，其中大部分存在于動(dòng)物的血紅蛋白里。人體缺少鐵，就會(huì)引起貧血癥。我們?cè)谌粘Ｉ钪卸喑砸恍┴i肝、菠菜、芹菜等含鐵質(zhì)較多的食物，可以保證體內(nèi)鐵質(zhì)的需要。鐵也是植物營(yíng)養(yǎng)必需的元素之一。如果土壤里缺乏鐵，就會(huì)影響植物體內(nèi)葉綠素的生成，阻礙植物的生長(zhǎng)。

習(xí)題5-1

1、寫(xiě)出鐵跟下列各種物質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式，并注明必要的條件：

硫，氯氣，硫酸銅溶液，水蒸氣，稀硝酸，稀硫酸。

為什么說(shuō)這些反應(yīng)都是氧化-還原反應(yīng)？試以其中一個(gè)反應(yīng)說(shuō)明：哪種元素被氧化？哪種元素被還原？哪種物質(zhì)是氧化劑？哪種物質(zhì)是還原劑？

2、為什么鐵跟硫反應(yīng)時(shí)，生成的是+2價(jià)鐵的化合物FeS，而跟氯氣反應(yīng)時(shí)，生成的卻是+3價(jià)鐵的化合物FeCl??

3、鐵能從硫酸銅溶液中置換出銅來(lái)，銅能不能從硫酸亞鐵溶液中置換出鐵來(lái)？為什么？

4、鐵和鋁都是相當(dāng)活動(dòng)的金屬，為什么可以用生鐵或鋁制的容器來(lái)裝運(yùn)濃硝酸？