【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

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第五章铁

§5-1铁的性质

【01】铁和由生铁炼成的钢，是应用最广的金属。象工业机器、农业机械、交通运输工具、国防武器等的制造，现代厂房和桥梁等的建筑，都要用到大量的钢铁材料。所以，铁和钢的冶炼在国民经济上起着极为重要的作用。

【02】铁是元素周期表第Ⅷ里的一个元素。与它在同一周期里的还有钴Co和镍Ni两种元素。这三种元素的原子最外层上的电子数都是2，次外层上分别是13、14、15。在参加化学反应时，它们除能失去最外层上的2个电子外，还能失去次外层上的1个电子，因此它们的性质非常相似。在本章里我们将以铁作为第Ⅷ元素的代表，来学习它的性质和重要化合物，并介绍有关铁和钢的治炼的原理等知识。

铁的物理性质

【03】纯净的铁是一种具有银白色光泽的、坚韧的金属，比重7.86，熔点1535℃，能被磁铁吸引。铁受到电流作用的时侯，本身就会变成磁铁，而一当电流作用去掉以后，又会立即失去磁性。工业上常利用它的这一性质，用纯净的铁来做电磁铁。

铁的原子结构和化学性质

【04】铁的原子序数是26，也就是说，铁的原子核所带的电荷是+26，所以核外有26个电子。铁原子的结构可用简图表示如下：

【05】铁原子的最外电子层上只有2个电子，这2个电子很容易失去，所以铁是一个化学性质相当活动的金属，在一定条件之下，它能跟多种非金属、水、酸和盐等起反应。铁原子不但容易失去最外层的2个电子，成为亚铁离子Fe⁺⁺，并且还会失去次外层上1个电子，成为铁离子Fe⁺⁺⁺，因此，通常铁的化合物里的铁有+2价和+3价两种。

【06】下面我们来讨论铁的化学性质。

1、铁跟氧气和其他非金属的反应

【07】常温时，铁在干燥的空气里很难氧化，但在潮湿的空气里或在氧气里灼烧，铁的表面就会生成一种暗褐色的四氧化三铁：

【08】2e+2×3e【这样写法，表示三个铁原子里的一个铁原子失去2个电子，二个铁原子可失去3个电子，四个氧原子共获得8个电子】。

【09】加热时，铁也能跟其他非金属如硫、氯等化合：

【10】在铁原子跟硫原子的反应里，铁原子失去最外电子层的2个电子变成亚铁离子Fe⁺⁺，硫原子得到铁原子的2个电子变成硫离子S⁻⁻，然后两者结合成硫化亚铁FeS的分子。在铁跟氯的反应里，铁原子不但失去了最外电子层的2个电子，而且又失去次外层里的1个电子，因而变成了铁离子Fe⁺⁺⁺。氯原子得到铁原子所失去的电子变成了氯离子Cl⁻，然后两者结合成氯化铁FeCl₃的分子。铁跟硫或跟氯的反应，在原子结构上所以会产生这样不同的变化，主要是因为氯气是一种更强的氧化剂，它夺取铁原子的电子的能力比硫强的缘故。

【11】在高温下，铁还能跟碳、硅和磷等化合。例如，铁跟碳化合能生成一种十分脆硬而难熔的碳化铁Fe₃C。

2、铁跟水的反应

【12】红热的铁能跟水蒸气反应，置换出氢气，并生成四氧化三铁。

【13】工业上往往利用这个反应来制取大量的氢气。

【14】在常温下，铁不能跟水反应。但如果受到水、空气里的氧气和二氧化碳等几种物质共同作用时，铁就会发生锈蚀，生成铁锈（§1-4）【山注，化3-1-04，传送门CV21859855】。铁锈是铁的含水氧化物，它的成分接近于Fe₂O₃·H₂O。它是一层松脆多孔的物质，可以让水蒸气和气体透过。因此铁表面的铁锈不能保护里面的铁不再受到锈蚀。当铁制品在潮湿的地方放置过久时，就会完全被锈蚀，我们在使用铁制物件时必须注意这一点。

3、铁跟酸或盐的反应

【15】在金属活动性顺序里（§1-2）【山注，化3-1-02第12段，传送门CV21855620】，铁是在氢的前面，因此铁能跟酸类（如稀硫酸或稀盐酸）起反应，置换出氢气：

【16】但在常温下，铁跟浓硫酸和浓硝酸几乎不起反应，因为铁遇到这些酸会在表面上生成一层很致密的保护膜（钝化），从而阻碍了反应的继续进行。

【17】铁也能跟比它活动性较弱的金属盐溶液起反应，并把这种金属置换出来。例如：

【18】从上面铁跟非金属、水、酸和盐的反应里，我们可以看出：

【19】(1)在以上各个反应里，都有得失电子的变化，所以，这些反应都是氧化-还原反应。铁原子在这些反应里总是失去电子，它是还原剂。

【20】(2)铁跟强的氧化剂（例如氯气）反应会生成+3价铁的化合物；跟较弱的氧化剂（例如硫）反应生成+2价铁的化合物。

自然界里的铁

【21】铁是自然界里分布很广的金属，约占地壳总重量的4.2%。由于它的化学性质相当活动，所以在自然界里铁很少以游离态存在，地壳里的铁大都是铁跟硫、氧等元素的化合物。

【22】比较重要的铁矿石有：磁铁矿Fe₃O₄、赤铁矿Fe₂O₃、褐铁矿2Fe₂O₃·3H₂O、菱铁矿FeCO₃和黄铁矿FeS₂等。磁铁矿和赤铁矿是炼铁的主要原料。铁矿石中常含有杂质，这些杂质通常叫做脉石。脉石一般是由SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO等氧化物组成的化合物，它们主要是硅酸盐。

【23】生物体内也含有多种铁的化合物，其中大部分存在于动物的血红蛋白里。人体缺少铁，就会引起贫血症。我们在日常生活中多吃一些猪肝、菠菜、芹菜等含铁质较多的食物，可以保证体内铁质的需要。铁也是植物营养必需的元素之一。如果土壤里缺乏铁，就会影响植物体内叶绿素的生成，阻碍植物的生长。