鉄の性質と鉄イオンの沈殿まとめ

鉄(Fe)は原子番号26、8族4周期の元素。

純粋な鉄は灰白色で、炭素を加えると強度が増える。地殻を構成する4番目の元素。

項目 Fe
原子番号 26
周期 4
8
電子殻 2, 8, 14, 2
原子量 55.8
分類 遷移金属
常温常圧 固体

Fe2+

Fe2+ に水酸化ナトリウムを加えると、緑白色の沈殿ができる。他の反応は次のとおり。

加えるもの 化学式
NaOHaq Fe(OH)2沈殿 緑白色
NH3aq Fe(OH)2沈殿 緑白色
K4[Fe(CN)6]aq 沈殿 青白色
K3[Fe(CN)6]aq 沈殿 濃青色(ターンブル青)
KSCNaq 沈殿しない 無色水溶液
サリチル酸aq 沈殿しない 無色水溶液

Fe3+

加えるもの 化学式
NaOHaq Fe(OH)3沈殿 赤褐色
NH3aq Fe(OH)3沈殿 赤褐色
K4[Fe(CN)6]aq 沈殿 濃青色(ベルリン青)
K3[Fe(CN)6]aq 沈殿しない 暗褐色水溶液
KSCNaq 沈殿しない 血赤色水溶液
サリチル酸aq 沈殿しない 赤紫色水溶液

K4[Fe(CN)6]aq はヘキサシアニド鉄(Ⅱ)酸カリウム水溶液、K3[Fe(CN)6]aq はヘキサシアニド鉄(Ⅲ)酸カリウム水溶液のこと

錯イオン

鉄イオンは CN-(シアニド)と錯イオンを形成する。二価、三価ともに正八面体で、配位数は6。

Fe2+
→[Fe(CN)6]4-(ヘキサシアニド鉄(Ⅱ)酸イオン)

Fe3+
→[Fe(CN)6]3-(ヘキサシアニド鉄(Ⅲ)酸イオン)

二価の鉄イオンは四価の錯イオン、三価の鉄イオンは三価の錯イオンになる。

スチールウール

中学理科の実験でよく出るスチールウールは、鉄を繊維のように細かくしたもので簡単に燃える。これは鉄の酸化反応である。

3Fe + 2O2 → Fe3O4

製錬

鉄は鉄鉱石(赤鉄鉱、Fe2O3)、コークス(C)、石灰石(CaCO3)から作られる。二つを高温の溶鉱炉に入れると、鉄鉱石がコークスにより還元されて鉄になる。この還元反応は二つの反応からなる。

Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

鉄鉱石は直接還元されて鉄になり、一酸化炭素が生じる。この一酸化炭素は還元剤として鉄鉱石をさらに還元し、鉄と二酸化炭素ができる。鉄鉱石に含まれる不純物は石灰石と反応してスラグになる。

鉄鉱石を還元してできた鉄を銑鉄(せんてつ)という。銑鉄は少量の炭素を含むため、高炉において高温の酸素を混ぜて炭素を除去する。こうして得られた高密度の鉄を鋼(こう)という。

鉄鉱石
↓(溶鉱炉)
銑鉄
↓(高炉)

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