铁元素有铁分子吗(铁元素理化性质)
铁元素有铁分子吗(铁元素理化性质)铁的相对原子质量为55.85,基态原子电子排布式为:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d64s2。 [5] (粗体部分是价电子)晶体结构:面心立方和体心立方。比热容为460J/(kg·℃)。声音在铁中的传播速率:5120m/s。纯铁质地软,不过如果是铁与其他金属的合金或者是掺有杂质的铁,通常情况下熔点降低,硬度增大。
物理性质
高纯铁丝
外观与形状:纯铁是带有银白色金属光泽的金属晶体,通常情况下呈灰色到灰黑高纯铁丝色无定形细粒或粉末。
有良好的延展性、导电、导热性能。
有很强的铁磁性,属于磁性材料。
比热容为460J/(kg·℃)。
声音在铁中的传播速率:5120m/s。
纯铁质地软,不过如果是铁与其他金属的合金或者是掺有杂质的铁,通常情况下熔点降低,硬度增大。
晶体结构:面心立方和体心立方。
铁的相对原子质量为55.85,基态原子电子排布式为:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d64s2。 [5] (粗体部分是价电子)
化学性质
生锈前的铁钉
铁是工业部门不可缺少的一种金属。铁与少量的碳制成合金——钢,磁化之后不易去磁,是优良的硬磁材料,同时也是重要的工业材料,并且也作为人造磁的主要原料。铁有多种同素异形体。
铁是比较活泼的金属,在金属活动顺序表里排在氢的前面,化学性质比较活泼,是一种良好的还原剂。铁在空气中不能燃烧,在氧气中却可以剧烈燃烧。
铁是变价元素,0价只有还原性, 6价只有氧化性, 2, 3价既有还原性又有氧化性。在置换反应中一般显 2价,但有少数显 3价,如溴化亚铁和过量氯气反应:
常温时,铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应,若有杂质,在潮湿的空气中易锈蚀;在有酸、碱或盐的溶液存在的湿空气中生锈更快。在高温时,则剧烈反应,如铁在氧气中燃烧,生成Fe3O4,赤热的铁和水蒸气起反应也生成Fe3O4。加热时均能同卤素、硫、硅、碳、磷等化合。除生成 2和 3价氧化物外,还有复合氧化物Fe3O4(磁铁的主要成分)生成。
铁易溶于稀的无机酸中,生成二价铁盐,并放出氢气。在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时,表面生成一层氧化物保护膜,使铁“钝化”,故可用铁制品盛装冷的浓硫酸或冷的浓硝酸。在加热时,铁可以与浓硫酸或浓硝酸反应,生成 3价的铁盐,同时生成SO2或NO2。 [1] [6]
化学反应
铁丝在纯氧中的燃烧
1.铁在氧气中燃烧
铁丝在氧气中的燃烧(如右图):
在高温时,铁在纯氧中燃烧,剧烈反应,火星四射,生成Fe3O4,Fe3O4可以看成是FeO·Fe2O3。(应注意:铁在氧气中燃烧火星四射的原因是铁丝中通常含有少量碳元素,而纯铁燃烧几乎不会有火星四射的现象。)反应方程式:
(点燃)。
2.铁与酸反应
铁与非氧化性稀酸的反应(置换反应)
一般情况下,铁与稀硫酸反应生成硫酸亚铁,有气泡产生。实际情况下则较复杂。但铁遇冷的浓硫酸或浓硝酸会钝化,生成致密的氧化膜(主要成分Fe3O4)故可用铁器装运浓硫酸和浓硝酸,方程式为:
铁与非氧化性酸(盐酸)、硫酸、硫、硫酸铜溶液等反应时失去两个电子,成为 2价;与硝酸反应时要看物质的量之比和硝酸的浓度(下列concentrated代表浓,dilute代表稀,excess代表过量)。
(置换反应)
(置换反应)
(氧化还原反应)
(氧化还原反应)
(氧化还原反应)
(氧化还原反应)
(氧化还原反应)
(氧化还原反应)
3.铁与盐的反应
例:铁与硫酸铜溶液发生置换反应:
(湿法炼铜的原理)该实验说明了铁的金属活动性比铜强。
4.Fe3 的氧化还原反应
(常温下即可反应,用于刻蚀铜板)
(Fe3 与I-不能共存的原因)
(铁在置换中一般显 2价的本质)
5.与卤素反应
例:铁与氯气发生化合反应:
铁与氯气在点燃时反应剧烈,产生大量棕红色烟(FeCl3小颗粒)与Cl2、Br2反应被氧化成Fe3 ,与l2反应被氧化成Fe2 。方程式为:
(化合反应)
(化合反应)
6.与水反应
(high temperature指高温)(置换反应)
7.与单质硫反应
(化合反应)
铁也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合,但与氨作用,形成氮化铁Fe₂N。
8.其它
二价铁离子呈淡绿色,在碱性溶液中易被氧化成三价铁离子。三价铁离子的颜色随水解程度的增大而由黄色经橙色变到棕色。纯净的三价铁离子为淡紫色。二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的配位化合物,如 Phen为菲罗林,配位数通常为6。零价铁还可与一氧化碳形成各种羰基铁,如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基铁有挥发性,蒸气剧毒。铁也有 4、 5、 6价态的化合物,但在水溶液中只有 6价的(FeO42-)。
9.电离能:(单位kJ /mol)
M - M 759.3
M - M2 1561
M2 - M3 2957
M3 - M4 5290
M4 - M5 7240
M5 - M6 9600
M6 - M7 12100
M7 - M8 14575
M8 - M9 22678
M9 - M10 25290
核反应
在所有原子核中,铁56原子核是最稳定的,其平均结合能是最大的,因此在元素周期表中,比铁56轻的元素聚变释放能量,比铁56重的裂变释放能量,唯有铁56,聚变和裂变都要吸收能量而且需要非常苛刻的条件。这也就是大质量恒星为什么当核心变成铁时便塌缩成中子星或黑洞。