高中化学铁的思维导图可以从基础概念、单质性质、化合物分类、化学反应、实验探究及实际应用等多个维度展开，帮助构建系统的知识网络，以下从核心模块详细梳理，辅以表格归纳关键信息,总计约1374字。
铁的元素基础
铁（Fe）是26号元素，位于元素周期表第四周期第Ⅷ族，属于过渡金属，其原子结构特征为：价电子排布式为3d⁶4s²，常见化合价为+2、+3（3价更稳定，因Fe³d轨道半满状态能量较低），铁的物理性质：银白色金属（粉状为黑色），有磁性，良好的导电导热性，熔点1538℃，沸点2861℃，化学性质活泼，易被氧化，但纯铁在干燥空气中较稳定,潮湿空气中易生锈。
铁单质的性质与反应
与非金属反应
- 与氧气：常温下缓慢氧化（生成氧化铁薄膜）；点燃或高温生成四氧化三铁（Fe₃O₄，黑色磁性氧化物）：3Fe + 2O₂ $\xrightarrow{高温}$ Fe₃O₄；纯氧中燃烧生成三氧化二铁（Fe₂O₃，红棕色）：4Fe + 3O₂ $\xrightarrow{点燃}$ 2Fe₂O₃。
- 与氯气：剧烈反应生成三氯化铁（FeCl₃，棕黄色固体）：2Fe + 3Cl₂ $\xrightarrow{点燃}$ 2FeCl₃（Cl₂氧化性强，将Fe氧化为+3价）。
- 与硫：加热生成硫化亚铁（FeS，黑色固体）：Fe + S $\xrightarrow{△}$ FeS（S氧化性弱，生成+2价Fe）。
与水、酸、盐反应
- 与水：高温下与水蒸气反应生成四氧化三铁和氢气：3Fe + 4H₂O(g) $\xrightarrow{高温}$ Fe₃O₄ + 4H₂。
- 与酸：
- 非氧化性酸（如稀HCl、稀H₂SO₄）：生成Fe²⁺盐和H₂，Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑。
- 氧化性酸（如浓H₂SO₄、HNO₃）：常温钝化，加热反应不生成H₂，如与浓H₂SO₄生成Fe³⁺盐、SO₂等；与稀HNO₃生成Fe³⁺盐、NO或NO₂（取决于浓度）。
- 与盐溶液：遵循“金属活动性顺序”和“氧化还原优先”，如Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu（置换反应）；Fe + 2Fe³⁺ = 3Fe²⁺（归中反应）。
铁的化合物分类及性质
铁的化合物主要有氧化物、氢氧化物、盐及配合物，核心是+2价与+3价化合物的转化与性质差异。
氧化物
| 化合物 | 颜色 | 俗名 | 化学性质 |
|---|---|---|---|
| FeO | 黑色 | 碱性氧化物，不溶于水，溶于酸生成Fe²⁺盐：FeO + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂O；不稳定，受热分解为Fe和Fe₃O₄ | |
| Fe₂O₃ | 红棕色 | 铁红 | 碱性氧化物，不溶于水，溶于酸生成Fe³⁺盐：Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe³⁺ + 3H₂O；可被CO、Al等还原：Fe₂O₃ + 3CO $\xrightarrow{高温}$ 2Fe + 3CO₂ |
| Fe₃O₄ | 黑色 | 磁性氧化铁 | 碱性氧化物，可看作FeO·Fe₂O₃，溶于酸生成Fe²⁺和Fe³⁺混合盐 |
氢氧化物
| 化合物 | 颜色 | 制备 | 化学性质 |
|---|---|---|---|
| Fe(OH)₂ | 白色 | 可溶性亚铁盐+碱（隔绝空气）：Fe²⁺ + 2OH⁻ = Fe(OH)₂↓（易被氧化，迅速变色：白→绿→红褐） | 两性弱碱性，溶于酸：Fe(OH)₂ + 2H⁺ = Fe²⁺ + 2H₂O；受热分解：Fe(OH)₂ $\xrightarrow{△}$ FeO + H₂O |
| Fe(OH)₃ | 红褐色 | 可溶性铁盐+碱：Fe³⁺ + 3OH⁻ = Fe(OH)₃↓ | 两性弱碱性，溶于酸：Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O；受热分解：2Fe(OH)₃ $\xrightarrow{△}$ Fe₂O₃ + 3H₂O；具有氧化性，可被还原为Fe²⁺ |
盐类
- 亚铁盐（Fe²⁺）：如FeSO₄·7H₂O（绿矾）、FeCl₂，性质：还原性（易被氧化为Fe³⁺，如遇Cl₂、Br₂、HNO₃、KMnO₄等），溶液呈浅绿色，保存方法：密封、避光，加少量铁屑防止氧化。
- 铁盐（Fe³⁺）：如FeCl₃（棕黄色溶液，易水解）、Fe₂(SO₄)₃，性质：氧化性（可氧化I⁻、SO₃²⁻、Cu等），溶液呈黄色或棕黄色，水解反应：Fe³⁺ + 3H₂O $\rightleftharpoons$ Fe(OH)₃ + 3H⁺（促进水解可生成Fe(OH)₃沉淀，如加热、加碱）。
配合物
Fe²⁺和Fe³⁺可与SCN⁻、CN⁻、C₂O₄²⁻等形成配合物，用于检验：
- Fe³⁺ + SCN⁻ = [Fe(SCN)]²⁺（血红色，用于Fe³⁺的检验）；
- [Fe(SCN)]²⁺ + F⁻ = [FeF₆]³⁻ + SCN⁻（血红色褪去，配位竞争）。
铁及其化合物的转化关系
铁及其化合物的转化核心是“氧化还原”与“水解”，核心关系图如下：
Fe $\xrightarrow{O₂}$ Fe₃O₄/Fe₂O₃ $\xrightarrow{H⁺}$ Fe³⁺ $\xrightarrow{OH⁻}$ Fe(OH)₃ $\xrightarrow{△}$ Fe₂O₃
Fe $\xrightarrow{稀酸}$ Fe²⁺ $\xrightarrow{OH⁻}$ Fe(OH)₂ $\xrightarrow{O₂}$ Fe(OH)₃
Fe²⁺ $\xrightarrow{氧化剂}$ Fe³⁺ $\xrightarrow{还原剂}$ Fe（如Zn、Fe等）
实验探究
Fe²⁺与Fe³⁺的检验
| 离子 | 检验方法 | 现象 |
|---|---|---|
| Fe²⁺ | ①加KSCN溶液，再滴加氯水 | 先无明显现象，加氯水后变血红色 |
| ②加NaOH溶液 | 白色沉淀迅速变灰绿，最终变红褐 | |
| Fe³⁺ | ①加KSCN溶液 | 血红色 |
| ②加NaOH溶液 | 红褐色沉淀 | |
| ③加苯酚溶液 | 溶液呈紫色 |
Fe(OH)₂的制备
关键：隔绝空气（防止氧化），操作：将NaOH溶液煮沸（赶走O₂），冷却后用胶头滴管伸入液面下滴加FeSO₄溶液，生成白色沉淀。
实际应用
- 冶金工业：铁矿石（赤铁矿Fe₂O₃、磁铁矿Fe₃O₄）通过高炉炼铁得到生铁，再炼钢（降低含碳量，调整合金元素）。
- 水处理：FeSO₄·7H₂O作混凝剂，水解生成Fe(OH)₃胶体吸附水中杂质；K₂FeO₄（高铁酸钾）作新型净水剂，兼具氧化性和消毒作用。
- 催化剂：Fe₂O₃作合成氨、SO₂催化氧化的催化剂。
相关问答FAQs
Q1：如何判断铁与酸反应的产物是Fe²⁺还是Fe³⁺？
A：铁与酸反应的产物取决于酸的氧化性：
- 非氧化性酸（如稀盐酸、稀硫酸）：氧化性弱，将Fe氧化为+2价，生成Fe²⁺盐和H₂，反应为Fe + 2H⁺ = Fe²⁺ + H₂↑。
- 氧化性酸（如浓硫酸、硝酸）：氧化性强，与Fe反应通常生成Fe³⁺盐（或部分Fe²⁺，取决于酸浓度和反应条件），且不生成H₂，Fe + 4HNO₃(稀) = Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O。
Q2：Fe²⁺溶液保存时为什么要加入铁屑？
A：Fe²⁺具有较强还原性，易被空气中的O₂氧化为Fe³⁺，导致溶液变质，加入铁屑后，发生反应：2Fe³⁺ + Fe = 3Fe²⁺，消耗氧化剂Fe³⁺，同时Fe作为还原剂防止Fe²⁺被氧化，从而延长溶液保存时间，铁屑还能与溶液中可能存在的H⁺反应生成H₂，进一步隔绝空气,起到保护作用。
