Соединения железа – свойства, валентность железа в реакциях

Железо — общая характеристика элемента, химические свойства железа и его соединений

Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Металл средней активности, восстановитель.

Основные степени окисления — +2, +3

Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Химические свойства простого вещества — железа:

Ржавление и горение в кислороде

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II, III):

2) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

Fe + S – t° → FeS (600 °С)

Fe+2S → Fe +2 (S2 -1 ) (700°С)

4) В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НСl и Н2SO4, при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2­ (реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe +2 постепенно переводится кислородом в Fe +3 )

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, оно сразу переходит в катион Fе 3+ :

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).

Железный гвоздь, погруженный в голубоватый раствор медного купороса, постепенно покрывается налетом красной металлической меди

5) Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:

и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.

Техническое железо — сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Мn, Ni, Сr), что придает сплавам железа технически полезные свойства — твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др.

Доменный процесс производства чугуна

Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:

а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:

б) сжигание кокса при горячем дутье:

в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:

г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:

)→(C(кокс) 900—1200°С)(ж) (чугун, t пл 1145°С)

В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe2С и графит.

Производство стали

Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700-2000 °С. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СО2, SО2), либо связываются в легко отделяемый шлак — смесь Са3(РO4)2 и СаSiO3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Получение чистого железа в промышленности — электролиз раствора солей железа, например:

(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).

Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун — в производстве литья и стали, сталь — как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро- и коррозионно-стойкие.

Оксид железа(II) FеО. Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fе 2+ O 2- . При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:

4FеО ⇌(Fe II Fe2 III ) + Fе (560—700 °С , 900—1000°С)

FеО + 4NаОН =2Н2O + Nа4FеO3(красн.) триоксоферрат(II) (400—500 °С)

FеО + Н22O + Fе (особо чистое) (350°С)

FеО + С(кокс) = Fе + СО (выше 1000 °С)

FеО + СО = Fе + СO2 (900°С)

Получение в лаборатории: термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:

FеСОз = FеО + СO2 (490-550 °С)

Оксид дижелеза (III) – железа(II) (Fe II Fe2 III )O4 . Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe 2+ (Fе 3+ )2( O 2- )4. Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок (железный сурик), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий (чернение, воронение). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe3O4 не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:

Читайте также:
Кислород формула, строение элемента, химические и физические свойства, способы получения и применения, с какими соединениями реагирует

2(Fe II Fe2 III )O4 = 6FеО + O2 (выше 1538 °С)

(Fe II Fe2 III )O4 + 4Н2 = 4Н2O + 3Fе (особо чистое, 1000 °С)

(Fe II Fe2 III )O4 + Fе ⇌4FеО (900—1000 °С , 560—700 °С)

Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.

В природе — оксидная руда железа магнетит.

Оксид железа(III) Fе2О3. Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fе 3+ )2(O 2- )3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fе2O32О. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.

Уравнения важнейших реакций:

2O3 + 2NaОН (конц.) →Н2O+ 2NаFеO2 (красн.) диоксоферрат(III)

Получение в лаборатории — термическое разложение солей железа (III) на воздухе:

В природе — оксидные руды железа гематит2O3 и лимонит2O32O

Гидроксид железа (II) Fе(ОН)2. Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fе — ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:

Метагидроксид железа FеО(ОН). Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fе — О и Fе — ОН преимущественно ковалентные. При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fе2O32O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FеО(ОН). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fе(ОН)2. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.

Соединение состава Fе(ОН)3 не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

2O3 . nН2O→(200-250 °С, —H2O) FеО(ОН)→( 560-700° С на воздухе , -H2O) →Fе2О3

FeO(OH)→Fe2O3 . nH2O -коллоид (NаОН (конц.))

FеО(ОН)→Nа3[Fе(ОН)6] белый , Nа5[Fе(OН)8 желтоватый (75 °С, NаОН( т))

2FеО(ОН) + ЗН2 = 4Н2O+ 2Fе (особо чистое, 500—600 °С)

Получение: осаждение из раствора солей железа(Ш) гидрата Fе2О32O и его частичное обезвоживание (см. выше).

В природе — оксидная руда железа лимонит2O32О и минерал гётит FеО(ОН).

Феррат калия К2FеО4. Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель.

Качественная реакция — образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов — промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.

Уравнения важнейших реакций:

FеО4 2- + Ва 2+ = ВаFеO4 (красн.)↓ (в конц. КОН)

Получение: образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида FеО(ОН), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо

Fе + 2КОН + 2КNO3 = К2FеO4 + 3КNO2+ H2O (420 °С)

и электролизе в растворе:

Fе + 2КОН (конц.) + 2Н2O→ЗН2↑ + К2FеO4 ( электролиз)

(феррат калия образуется на аноде).

Качественные реакции на ионы Fе 2+ и Fе 3+

Обнаружение ионов Fе 2+ и Fе 3+ в водном растворе проводят с помощью реактивов К3[Fе(СN)6] и К4[Fе(СN)6] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, КFе III [Fе II (СN)6]. В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь, или турнбуллева синь:

Читайте также:
Серебро химический элемент история открытия металла, электронная формула, обозначение в таблице Менделеева, физические и химические свойства, крупные месторождения серебра, способы применения

Fе 2+ + К + + [Fе(СN)6] 3- = КFе III [Fе II (СN) 6]↓

Fе 3+ + К + + [Fе(СN)6] 4- = КFе III [Fе II (СN) 6]↓

Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:

К3Fе III [Fе(СN) 6]- гексацианоферрат (III) калия

К4Fе III [Fе (СN) 6]- гексацианоферрат (II) калия

КFе III [Fе II (СN) 6]- гексацианоферрат (II) железа (Ш) калия

Кроме того, хорошим реактивом на ионы Fе 3+ является тиоцианат-ион NСS — , железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:

Fе 3+ + 6NСS — = [Fе(NСS)6] 3-

Этим реактивом (например, в виде соли КNСS) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.

Валентность железа

Общие сведения о валентности железа

В виде простого вещества железо – серебристо-белый металл. Плотность равна 7,87 г/см 3 . Температура плавления 1539 o С, кипения 3200 o С. Железо имеет несколько модификаций. До 769 o С устойчиво α-железо с объемно центрированной кубической решеткой и ферромагнитными свойствами. При 769 o С осуществляется переход в β-железо (кристаллическая структура та же, парамагнетик). При 910 o С образуется γ-железо с гранецентрированной кристаллической решеткой. Парамагнитные свойства. При 1400 o С и до температуры плавления – δ- железо с объемно центрированной кубической решеткой.

Валентность железа в соединениях

Железо – двадцать шестой по счету элемент Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Оно находится в четвертом периоде в VIIIВ группе. В ядре атома железа содержится 26 протонов и 30 нейтронов (массовое число равно 56). В атоме железа есть четыре энергетических уровня, на которых находятся 26 электронов (рис. 1).

Рис. 1. Строение атома железа.

Электронная формула атома железа в основном состоянии имеет следующий вид:

А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):

Примеры решения задач

Задание Железная окалина Fe3O4массой 10 г была сначала обработана 150 мл соляной кислоты (плотность 1,1 г/мл) с массовой долей хлороводорода 20%, а затем в полученный раствор добавили избыток железа. Определите состав раствора (в % по массе).
Решение Запишем уравнения реакций, которые протекают согласно условию задачи:

Определим количество вещества хлороводорода (молярная масса равна 36,5 г/моль):

msolution (HCl) = Vsolution (HCl) × ρ;

msolution (HCl) = 150 × 1,1 = 165 г.

msolute (HCl) = ω (HCl) / 100% ×msolution (HCl);

msolute (HCl) = 20 / 100% × 165 = 33г.

n(HCl) = msolute (HCl) / M (HCl);

n (HCl) = 33 / 36,5 = 0,904 моль.

Рассчитаем количество вещества Fe3O4(молярная масса равна 232 г/моль) и вещество, находящееся в избытке:

n (HCl) = 8 × 0,043 = 0,344 моль.

По условию, количество вещества хлороводорода равно 0,904 моль. Следовательно, HCl находится в избытке и будет протекать ещё одна реакция:

Определяем количество моль FeCl2 и FeCl3, образовавшихся в ходе реакции (1) и количество вещества HCl, прореагировавшее с Fe3O4:

Рассчитаем количество вещества HCl, которое не прореагировало в реакции (1), и количество моль FeCl2, образовавшееся в ходе реакции (3):

nremaining (HCl) = 0,904 — 0,344 = 0,53 моль;

Определяем количество вещества FeCl2, образовавшееся во второй реакции, общее количество моль и массу FeCl2 (молярная масса равна 127 г/моль):

nsum (FeCl2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 моль;

m (FeCl2)= 0,452 × 127 = 57,404 г.

Определяем количество моль и массу железа (молярная масса равна 56 г/моль) железа, вступившего в реакции (2) и (3):

n3 (Fe) :nremaining (HCl) = 1:2, значит n2 (Fe)= 1/2× nremaining (HCl) = 0,28 моль;

nsum (Fe) = 0,043 + 0,28 = 0,323 моль;

m (Fe)= 0,28 × 56 = 18,088 г.

Вычислим количество моль и массу водорода (молярная масса равна 2г/моль), выделившегося в реакции (3):

Определим массу полученного раствора и массовую долю хлорида железа (II) в нем:

m ’ solution = 165 + 10 + 18,088 – 0,56 = 192,528 г;

ω (FeCl2)=57,404 / 192,528 × 100% = 29,82%.

Валентность железа. Какая валентность у железа?

Электронная схема железа

Одинаковую электронную конфигурацию имеют атом железа и Mn -1 , Co +1 , Ni +2

Порядок заполнения оболочек атома железа (Fe) электронами: 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d → 7p.

На подуровне ‘s’ может находиться до 2 электронов, на ‘s’ — до 6, на ‘d’ — до 10 и на ‘f’ до 14

Железо имеет 26 электронов, заполним электронные оболочки в описанном выше порядке:

2 электрона на 1s-подуровне

2 электрона на 2s-подуровне

6 электронов на 2p-подуровне

2 электрона на 3s-подуровне

6 электронов на 3p-подуровне

2 электрона на 4s-подуровне

6 электронов на 3d-подуровне

Видео

Рассмотрение подробностей другого типа соединения

Феррум со значением 3 также отличается по цвету, он будет красно-коричневым, из распространенных наименований стоит отметить окись железа, сурик, пигмент красного оттенка, краситель для пищи и крокус. В природе также можно встретить это вещество, оно представлено в виде такого минерала, как гематит. Подобный оксид с водой взаимодействовать не сможет, единственными соединениями будут щелочь и кислоты. Некоторые строительные материалы достаточно удачно окрашивают с помощью этого состава, сюда относятся:

  1. Кирпич.
  2. Цементные смеси.
  3. Изделия из керамики.
  4. Бетон.
  5. Плитка для тротуаров.
  6. Напольные покрытия, в том числе и линолеум.

Валентность Fe

Атомы железа в соединениях проявляют валентность VI, V, IV, III, II, I.

Валентность железа характеризует способность атома Fe к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами

Валентность не имеет знака.

Физические свойства

Прежде чем переходить к валентности железа, необходимо подробнее рассмотреть его физические свойства, так сказать, приглядеться к нему поближе.

Этот металл имеет серебристый цвет, достаточно пластичный, но способен к увеличению твердости путем его взаимодействия с другими элементами (например, с углеродом). Также он обладает магнитными свойствами.

Во влажной среде железо может корродировать, то есть ржаветь. Хотя абсолютно чистый металл устойчивее к влаге, но если в нем есть примеси, именно они провоцируют коррозию.

Железо хорошо взаимодействует с кислотной средой, даже может образовывать соли железной кислоты (при условии сильного окислителя).

В воздушной среде быстро покрывается оксидной пленкой, которая защищает его от взаимодействий.

Органические вещества, содержащие Fe

Железо и его свойства крайне важны и полезны в повседневной жизни людей, хозяйственной и промышленной деятельности. Но еще соединения железа выполняют значимые функции в теле человека. Чаще всего биологическую роль выполняют именно органические вещества, содержащие Fe. Пожалуй, самым важным веществом в теле человека, содержащим железо, является гемоглобин. Гемоглобин является белком, который осуществляет транспортировку кислорода по крови и обеспечивает постоянный газообмен. Fe входит в состав многих ферментов и белков нашего тела. Этот элемент также влияет и на наш иммунитет. Не зря при нехватке железа человек чувствует себя уставшим и сонным. При снижении концентрации Fe повышается вероятность заражения инфекционными заболеваниями. Поэтому важно следить за тем, чтобы в рационе было достаточно продуктов, содержащих железо — бобы, крупы, орехи, сухофрукты, морская капуста.

Свойства Fe

Физические свойства

Химические свойства

Элементы, имеющие несколько значений валентности

Значение валентности зависит от состояния атома — обычного или возбужденного.

Не все атомы химических элементов могут переходить в возбужденное состояние. По этому признаку они делятся на химические элементы с переменной и постоянной валентностью.

Постоянная валентность наблюдается у щелочных, щелочноземельных металлов, водорода, кислорода, фтора и алюминия.

Все остальные химические элементы обладают переменной валентностью, обусловленными существованием как возбужденных, так и обычных (стационарных) состояний.

Важные подробности

Железо можно смело относить к единицам с переменными показателями, значения могут колебаться не только между 2 и 3, но и достигать даже шести. Подобными изучениями занимаются специалисты отрасли неорганической химии, но каждому человеку подобные знания обязательно пригодятся. Если рассматривать механизм кратко и брать во внимание простые частицы, то данный элемент способен причислять 31 позицию из списка, это пункты с 4 по 7 периоды таблицы Менделеева. Поскольку порядковый номер будет постепенно расти, то свойства феррума несколько изменятся. Кроме возрастания атомного радиуса, получится заметить переменную валентность, это обусловлено незавершенностью подуровня. Чаще можно увидеть более устойчивые соединения с показателями 2 и 3, а самыми ненадежными считаются значения от четырех до шести, но они встречаются достаточно редко.

Валентность железа в соединениях

Железо – двадцать шестой по счету элемент Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Оно находится в четвертом периоде в VIIIВ группе. В ядре атома железа содержится 26 протонов и 30 нейтронов (массовое число равно 56). В атоме железа есть четыре энергетических уровня, на которых находятся 26 электронов (рис. 1).

Рис. 1. Строение атома железа.

Электронная формула атома железа в основном состоянии имеет следующий вид:

А энергетическая диаграмма (строится только для электронов внешнего энергетического уровня, которые по-другому называют валентными):

Железо в организме человека

Как отмечалось в начале статьи, вещество железо является важной составляющей человеческого организма.

Когда этого элемента является недостаточно, то могут возникнуть следующие последствия:

  • повышенная усталость и чувствительность к холоду;
  • сухость кожи;
  • снижение мозговой деятельности;
  • ухудшение прочности ногтевой пластины;
  • головокружение;
  • проблемы с пищеварением;
  • седина и выпадение волос.

Накапливается железо, как правило, в селезенке и печени, а также почках и поджелудочной железе.

В рационе человека должны быть продукты, содержащие железо:

  • говяжья печень;
  • гречневая каша;
  • арахис;
  • фисташки;
  • зеленый горошек консервированный;
  • сушенные белые грибы;
  • куриные яйца;
  • шпинат;
  • кизил;
  • яблоки;
  • груши;
  • персики;
  • свекла;
  • морепродукты.

Недостаток железа в крови, приводит к снижению гемоглобина и развитию такого заболевания, как железодефицитная анемия.

Соединения железа – свойства, валентность железа в реакциях

Это интересно.

Удивительные факты о железе.

1.В 1813 году во время войны с Наполеоном прусская принцесса Марианна придумала способ пополнения казны. Немецким женщинам предложили обменивать золотые украшения на аналогичные ювелирные предметы из железа, на которых был надпись «Gold gab ich für Eisen» («Золотом отдам я за Железо»). Ношение таких украшений быстро вошло в моду и подчёркивало патриотизм обладательницы. Похожая идея способствовала созданию в том же 1813 году одной из самых знаменитых немецких наград, Железного креста. В отличие от других существующих медалей, Железный крест из драгоценного имел только скромную серебряную оправу.

2.Ледник Тейлора в Антарктиде знаменит Кровавым водопадом. Содержащееся в нем в двухвалентное железо, окисляясь кислородом воздуха, образует красного цвета окись железа, которое придаёт водопаду кроваво-рыжий оттенок. Производят двухвалентное железо бактерии, живущие на глубине под толщей льда.

3.На дне Индийского океана в области гидротермальных источников существуют улитки, раковина которых состоит из трех слоев: арагонита (материала обычного для моллюска), мягкого среднего слоя из органического наполнителя и внешнего из минерала железа. Кроме того, минералы железа входят в состав чешуек, покрывающих ногу улитки.

4.Атомиум — это гигантская молекула железа построенная в Брюсселе в 1958 году. Имеет девять круглых сфер диаметром 18 м, и является увеличенной копией молекулы железа в 165 миллиардов. Высота 102 метра, а суммарный вес этой конструкции превышает 2400 тонн. Туристы могут передвигаться от сферы к сфере по трубам длинна которых составляет 23 метра.

5.В Дели есть колонна, сделанная из железа, в котором есть немного примесей. Фактически это чистое железо. За много веков часть, которая находится на воздухе, практически не окислилась (вероятно, из-за сухости воздуха и наличию в составе фосфора), часть колонны, которая находится в земле, покрыта сантиметровым слоем ржавчины. Так что ничего сверхъестественного в том, что колона не ржавеет нет. Колонна изготовлена методом ковки отдельных криц, о чем говорят следы ковки и сварки (сварка также была сделана методом ковки).

Железо – химический элемент

Положение железа в периодической таблице химических элементов и строение его атома

Железо – это d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса Ar ( Fe ) = 56; состав атома: 26-протонов; 30 – нейтронов; 26 – электронов.

Схема строения атома:

Электронная формула: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Металл средней активности, восстановитель:

Fe 0 -2 e – → Fe +2 , окисляется восстановитель

Fe 0 -3 e – → Fe +3 , окисляется восстановитель

Основные степени окисления: +2, +3

Распространённость железа

Железо – один из самых распространенных элементов в природе . В земной коре его массовая доля составляет 5,1%, по этому показателю оно уступает только кислороду, кремнию и алюминию. Много железа находится и в небесных телах, что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта, которые доставила автоматическая станция “Луна”, обнаружено железо в неокисленном состоянии.

Железные руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят сами за себя: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят соединения железа. Железо входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют железные руды с содержанием железа 30-70% и более.

Основными железными рудами являются :

миспикель — FeAsS — содержит 34,3 % железа

Р оль железа в жизни человека и растений

Биохимики открыли важную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав чрезвычайно сложно построенного органического соединения, называемого гемоглобином, железо обусловливает красную окраску этого вещества, от которого в свою очередь, зависит цвет крови человека и животных. В организме взрослого человека содержится 3 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина. Основная роль гемоглобина – перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном направлении – CO2.

Железо необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо, и вскоре смазанное место зеленеет. Так от одной и той же причины – наличия железа в соках и тканях – весело зеленеют листья растений и ярко румянятся щеки человека.

Физические свойства железа

Железо – это серебристо-серый металл. Температура плавления чистого железа (99,9917 %) равна 1539 °С, кипения – 3200 °С. Удельный вес его равен 7874 кг/м 3 . Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.

Различают химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02 -0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый, блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое железо устойчиво к коррозии и хорошо сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих драгоценный свойств.

Аллотропия железа

Понятие аллотропия (от греч. allos – другой и tropos – направление) означает существование одного и того же химического элемента в виде двух или нескольких простых веществ. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, кислород О 2 и озон О 3 ) или различных кристаллических форм (например, углерод образует графит и алмаз). Таким образом, различные кристаллические формы железа называют полиморфными или аллотропическими модификациями.

Особенно важным свойством железа является его аллотропия, т.е. наличие нескольких кристаллических модификаций, что дает возможность упрочнять сплавы на основе железа.

Получение железа

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом:

Получение железа алюминотермией

Алюминий используется для получения некоторых металлов. Этот метод называется алюминотермией. Метод основан на том, что порошкообразный алюминий при воспламенении восстанавливает оксиды многих металлов. При этом образуется очень чистый, свободный от углерода металл. Получим железо способом алюминотермии. Смесь порошкообразного алюминия и оксидов железа называется термитом. Приготовим термит и подожжем его. При горении термита алюминий восстанавливает железо из его оксида.

Fe 2 O 3 + 2 AI = AI 2 O 3 + 2 Fe

Получение железа.wmv


Химические свойства железа

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3

2) Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину – оксид железа (II,III) – вещество чёрного цвета:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Взаимодействие железа с кислородом

горение железа.wmv

3) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H 2 O t˚C → Fe 3 O 4 + 4H 2 ­

4) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

2Fe + 3Br 2 t˚C → 2FeBr 3

5) Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных условиях:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 ­

6) В концентрированных кислотах – окислителях железо растворяется только при нагревании. На холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо!

Взаимодействие железа с концентрированными кислотами

Безводная серная и азотная кисло ты пассивируют железо, не реагируют с ним. Однако концентрированные растворы этих кислот растворяют железо.

Концентрированная азотная кислота бурно реагирует с железом. Продукты реакции – нитрат железа ( III ) и бурый газ – диоксид азота ( IV ).

Концентрированная серная кислота тоже реагирует с железом. Выделяется сернистый газ.

И в том, и в другом случае происходит окисление железа до степени окисления + III . Даже небольшие количества воды, содержащиеся в концентрированных кислотах, сильно влияют на их свойства. Концентрированные и безводные кислоты – не одно и то же.

7) Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Железо и его соединения.mp4

Кроссенс – это ассоциативная головоломка.

Название «кроссенс» переводится с английского языка как «пересечение смыслов»

и придумано по аналогии с словом «кроссворд», что означает «пересечение слов»…

Рассмотрите изображения. Как они связаны с темой этого урока?

Найдите ассоциации с изображениями и темой урока.

Урок 11. Железо

Свойства железа и его соединений

Железо — химический элемент восьмой группы, четвёртого периода, следовательно, строение его атома можно изобразить схемой:

Железо — очень распространённый элемент периодической системы. Среди химических элементов, которые входят в состав Земной коры, оно занимает четвёртое место. В центре Земли имеется массивное железно-никелевое ядро, которое обеспечивает естественный магнетизм Земли.

Хотя атом железа в соединениях может проявлять степени окисления +2, +3, +6, в природе встречаются соединения преимущественно трёхвалентного железа:

  • Fe2O3 — гематит (красный железняк);
  • Fe2O3 · FeO — магнитный железняк;
  • Fe2O3 · Н2О — бурый железняк.

Все эти руды имеют буро-красную окраску. Интересно, что от этой окраски произошло слово руда: «рудый» означает «рыжий». Дело в том, что железные руды встретились человеку давным-давно, и с освоения этих руд началась наша цивилизация, поскольку для разработки технологии выплавки железа из руды потребовались значительные интеллектуальные усилия, все знания, которых накопил человек.

Атомы железа (II) входят в состав гемоглобина крови. Именно эти атомы связывают кислород и транспортируют его по всем клеткам нашего организма. При этом атом железа становится трёхвалентным, с характерной для этого состояния «кровавой» окраской. Кстати, название руды «гематит» и означает «кровавый».

Железо — серебристо-белый пластичный металл. Это металл средней активности, тем не менее оно может реагировать с активными неметаллами (галогены, кислород, сера, углерод), кислотами, а при особых условиях — с водой. При этом если реакция происходит с сильным окислителем, то образуется соединение трёхвалентного железа. Впрочем, если в результате реакции образуется соединение двухвалентного железа, то на воздухе это соединение быстро окисляется до трёхвалентного состояния. Например, с сильным окислителем хлором образуется хлорид Fe (III):

А при взаимодействии с соляной кислотой, атом хлора которой может проявлять только восстановительные свойства, образуется хлорид железа (II).

Задание 11.1. Составить уравнение реакции взаимодействия железа с серой, водой, соляной кислотой, разбавленной азотной кислотой.

Соли железа (II) и (III) имеют разную окраску: растворы соединений железа (II) бесцветные, а растворы железа (III) — окрашены в жёлтый цвет.

При взаимодействии с щелочами из растворов солей железа можно получить его гидроксиды. Они так сильно отличаются друг от друга по цвету, что эту реакцию можно считать качественной на соединения железа с разной степенью окисления. Так, из солей Fe (II) выделяется белый (в инертной атмосфере) осадок, который на воздухе мгновенно зеленеет:

На воздухе этот осадок «ржавеет», становится буро-оранжевым. Состав полученного осадка очень близок к составу ржавчины:

Наиболее чувствительной качественной реакцией на Fe 3+ является реакция с роданидом калия:

Оксид и гидроксид железа (II) проявляют основные свойства, т. е. реагируют с кислотами, но не реагируют со щелочами. В отличие от них, оксид и гидроксид железа (III) проявляют слабые амфотерные свойства. Это означает, что при обычных условиях эти вещества реагируют с кислотами и не реагируют со щелочами, но при сплавлении они со щелочами реагируют:

Кроме того, они растворяются в горячих, концентрированных растворах щелочей.

Таким образом, на примере свойств соединений железа ещё раз убеждаемся в справедливости закономерности: при возрастании степени окисления атома металла усиливаются и кислотные, и окислительные свойства соединений.

Действительно, для соединений двухвалентного железа характерны восстановительные свойства: они окисляются просто на воздухе. Для соединений трёхвалентного железа характерны окислительные свойства, они могут находиться в растворе длительное время. Единственное, что «угрожает» солям трёхвалентного железа, — гидролиз, поскольку эти соли соответствуют более слабому основанию.

Задание 11.2. Составьте уравнение реакции гидролиза хлорида железа (III).

Получение железа (чугуна и стали)

Производство чугуна основано на восстановительных свойствах углерода. Чугун образуется в домнах, куда загружают смесь кокса и железной руды. В результате горения кокса образуется необходимое для реакции тепло и сильный восстановитель — угарный газ:

Впрочем, и кокс является прекрасным восстановителем:

Угарный газ является основным восстановителем доменного процесса, поскольку ввиду газообразного состояния имеет высокую реакционную способность, способен проникать в любую точку домны. Кроме того, он не образует цементита. Эти реакции восстановления происходят при температуре 450…700 °C:

Полученный углекислый газ, реагируя с избытком кокса, вновь превращается в угарный газ:

и процесс продолжается. Он происходит в верхней части домны. Выделяющееся в твёрдом виде железо опускается в нижнюю часть домны, контактирует с коксом, начинает плавиться, так как температура в этой части печи превышает 1300 °C. Кокс, образуя сплав с железом (чугун), понижает температуру плавления железа на 400°; одновременно с этим часть железа образует цементит:

Для предохранения расплавленного железа от окисления в исходную смесь добавляют флюсы. Это известняк, который является поставщиком углекислого газа и, всплывая на поверхность, образует защитную плёнку.

Полученный чугун содержит до 4,5 % углерода, он используется для получения стали. Цель переработки — удаление примесей углерода, фосфора, серы. Готовая сталь должна содержать 0,3…2 % углерода. Кроме того, в сталь вводят различные добавки, которые изменяют её свойства. Так, нержавеющая сталь содержит около 12 % хрома.

Сталь является основным сплавом машиностроения, но легко ржавеет, так как подвергается коррозии (см. урок 8.4).

Выводы

Железо — главный металл нашей цивилизации. Станки, различные машины и механизмы, строительные конструкции, мосты, трубы — всё состоит из железа, точнее, стали или чугуна. Это достаточно активный металл, поэтому легко образует различные соединения, в которых чаще всего проявляет валентность III. Такие соединения имеют обычно красно-коричневую окраску (ржавчина).

Химические свойства железа и его соединений, их применение

Железо — восьмой элемент четвёртого периода в таблице Менделеева. Его номер в таблице (также его называют атомным) 26, что соответствует числу протонов в ядре и электронов в электронной оболочке. Обозначается первыми двумя буквами своего латинского эквивалента — Fe (лат. Ferrum — читается как «феррум»). Железо — второй по распространённости элемент в земной коре, процентное содержание — 4,65% (самый распространённый — алюминий, Al). В самородном виде данный металл встречается достаточно редко, чаще его добывают из смешанной руды с никелем.

Какова же природа данного соединения? Железо как атом состоит из металлической кристаллической решётки, за счёт чего обеспечивается твёрдость соединений, содержащих этот элемент, и молекулярная стойкость. Именно в связи с этим данный металл — типичное твёрдое тело в отличие, например, от ртути.

Железо как простое вещество — металл серебристого цвета c типичными для этой группы элементов свойствами: ковкость, металлический блеск и пластичность. Помимо этого, железо обладает высокой реакционной активностью. О последнем свойстве свидетельствует тот факт, что железо очень быстро подвергается коррозии при наличии высокой температуры и соответствующей влажности. В чистом кислороде этот металл хорошо горит, а если раскрошить его на очень мелкие частицы, то они будут не просто гореть, а самовозгораться.

Зачастую железом мы называем не чистый металл, а его сплавы, содержащих углерод ©, например, сталь (&lt,2,14% C) и чугун (&gt,2,14% C). Также важное промышленное значение имеют сплавы, в которые добавляются легирующие металлы (никель, марганец, хром и другие), за счёт них сталь становится нержавеющей, т. е. легированной. Таким образом, исходя из этого становится понятным, какое обширное промышленное применение имеет этот металл.

Характеристика Fe

  • M (молярная масса) железа — 55, 872 а. е. м. В школьной химии это значение часто округляют: M (Fe) = 56 г/моль
  • Электронная конфигурация валентного уровня: 3d6 4s2. Это значит, что на четвёртом электронном s-уровне находятся 2 электрона, а на третьем d-уровне — 6. Соответственно, наиболее устойчивым состоянием, с химической точки зрения, является: изначальное (все электроны атома находятся на своих электронных орбиталях), промежуточное (два или три электрона с валентного уровня переходят на электронные орбитали окислителя), в этом случае электроны могут как бы «метаться», не зная оставаться ли им на орбитали железа или переходить на электронное облако окислителя, сильно окисленное (все электроны переходят на электронные орбитали окислителя)
  • Степени окисления железа: 0, +2, +3, +6
  • Температура плавления железа — 1812 K (1538,85 °C)
  • Температура кипения — 3134 K (2861 °C)

Химические свойства железа

Рассмотрим подробнее особенности этого элемента.

Свойства простого вещества

  • Окисление на воздухе при высокой влажности (коррозийный процесс):

4Fe+3O2+6H2O = 4Fe (OH)3 — гидроксид (гидроокись) железа (III)

  • Горение железной проволоки в кислороде с образованием смешанного оксида (в нём присутствует элемент и со степенью окисления +2, и со степенью окисления +3):

3Fe+2O2 = Fe3O4 (железная окалина). Реакция возможна при нагревании до 160 ⁰C.

  • Взаимодействие с водой при высокой температуре (600−700 ⁰C):
  • Реакции с неметаллами:

а) Реакция с галогенами (Важно! При данном взаимодействии приобретает степень окисления элемента +3)

2Fe+3Cl2 = 2FeCl3 — хлорид трёхвалентного железа

2Fe+3Br2 = 2FeBr3 — бромид железа (III)

б) Реакция с серой (Важно! При данном взаимодействии элемент имеет степень окисления +2)

Сульфид железа (III) — Fe2S3 можно получить в ходе другой реакции:

в) Образование пирита

Fe+2S = FeS2 — пирит. Обратите внимание на степень окисления элементов, составляющих данное соединение: Fe (+2), S (-1).

  • Взаимодействие с солями металлов, стоящими в электрохимическом ряду активности металлов справа от Fe:

Fe+CuCl2 = FeCl2+Cu — хлорид железа (II)

  • Взаимодействие с разбавленными кислотами (например, соляной и серной):

Fe+HCl = FeCl2+ H2

Обратите внимание, что в этих реакция получается железо со степенью окисления +2.

  • В неразбавленных кислотах, которые являются сильнейшими окислителями, реакция возможна только при нагревании, в холодных кислотах металл пассивируется:

Fe+H2SO4 (концентрированная) = Fe2 (SO4)3+3SO2+6H2O

Fe+6HNO3 = Fe (NO3)3+3NO2+3H2O

  • Амфотерные свойства железа проявляются только при взаимодействии с концентрированными щелочами:

Fe+2KOH+2H2O = K2[Fe (OH)4]+H2 — тетрагидроксиферрат (II) калия выпадает в осадок.

Процесс производства чугуна в доменной печи

  • Обжиг и последующее разложение сульфидных и карбонатных руд (выделение оксидов металла):

FeS2 &gt, Fe2O3 (O2, 850 ⁰C, -SO2). Эта реакция также является первым этапом промышленного синтеза серной кислоты.

FeCO3 &gt, Fe2O3 (O2, 550−600 ⁰C, -CO2).

  • Сжигание кокса (в избытке):

С (кокс)+O2 (возд.) &gt, CO2 (600−700 ⁰C)

CO2+С (кокс) &gt, 2CO (750−1000 ⁰C)

  • Восстановление руды, содержащий оксид, угарным газом:

Fe2O3 &gt, Fe3O4 (CO, -CO2)

Fe3O4 &gt, FeO (CO, -CO2)

FeO &gt, Fe (CO, -CO2)

  • Науглероживание железа (до 6,7%) и расплавление чугуна (t⁰плавления — 1145 ⁰C)

Fe (твёрдый)+С (кокс) &gt, чугун. Температура реакции — 900−1200 ⁰C.

В чугуне всегда присутствует в виде зёрен цементит (Fe2C) и графит.

Характеристика соединений, содержащих Fe

Изучим особенности каждого соединения отдельно.

Fe3O4

Смешанный или двойной оксид железа, имеющий в своём составе элемент со степенью окисления как +2, так и +3. Также Fe3O4 называют железной окалиной. Это соединение стойко переносит высокие температуры. Не вступает реакцию с водой, парами воды. Подвергается разложению минеральными кислотами. Может быть подвергнуто восстановлению водородом либо железом при высокой температуре. Как вы могли понять из вышеизложенной информации, является промежуточным продуктом в цепочке реакция промышленного производства чугуна.

Непосредственно же железную окалину применяют в производстве красок на минеральной основе, цветного цемента и изделий из керамики. Fe3O4 — это то, что получается при чернении и воронении стали. Получают смешанный оксид путём сгорания железа на воздухе (реакция приведена выше). Руда, содержащая оксиды, является магнетитом.

Fe2O3

Оксид железа (III), тривиальное название — красный железняк, соединение красно-коричневого цвета. Устойчиво к воздействию высоких температур. В чистом виде не образуется при окислении железа кислородом воздуха. Не вступает в реакцию с водой, образует гидраты, выпадающие в осадок. Плохо реагирует с разбавленными щелочами и кислотами. Может сплавляться с оксидами других металлов, образуя шпинели — двойные оксиды.

Красный железняк применяется в качестве сырья при промышленном получении чугуна доменным способом. Также ускоряет реакцию, то есть является катализатором, в аммиачной промышленности. Применяется в тех же областях, что и железная окалина. Плюс к этому использовался как носитель звука и картинки на магнитных лентах.

FeOH2

Гидроксид железа (II), соединение, обладающее как кислотными, так и основными свойствами, преобладают последние, то есть, является амфотерным. Вещество белого цвета, которое быстро окисляется на воздухе, «буреет», до гидроокиси железа (III). Подвержено распаду при воздействии температуры. Вступает в реакцию и со слабыми растворами кислот, и со щелочами. В воде не растворим. В реакции выступает в роли восстановителя. Является промежуточным продуктом в реакции коррозии.

Обнаружение ионов Fe2+ и Fe3+ («качественные» реакции)

Распознавание ионов Fe2+ и Fe3+ в водных растворах производят с помощью сложных комплексных соединений — K3[Fe (CN)6], красная кровяная соль, и K4[Fe (CN)6], жёлтая кровяная соль, соответственно. В обеих реакциях выпадает осадок насыщенного синего цвета с одинаковым количественным составом, но различным положением железа с валентностью +2 и +3. Этот осадок также часто называют берлинской лазурью или турнбуллевой синью.

Реакция, записанная в ионном виде

Fe2++K++[Fe (CN)6]3-  K+1Fe+2 [Fe+3 (CN)6]

Fe3++K++[Fe (CN)6]4-  K+1Fe+3 [Fe+2 (CN)6]

Хороший реактив для выявления Fe3+ тиоцианат-ион (NCS-)

Fe3++ NCS-  [Fe (NCS)6]3- эти соединения имеют ярко-красную («кровавую») окраску.

Этот реактив, например, тиоцианат калия (формула — KNCS), позволяет определить даже ничтожно малую концентрацию железа в растворах. Так, он способен при исследовании водопроводной воды определить, не заржавели ли трубы.

Соединения железа – свойства, валентность железа в реакциях

§ 76. Железо

Химический знак – Fe. Порядковый номер – 26

При химических реакциях от атома железа, кроме 2 электронов внешнего слоя, могут отрываться электроны предпоследнего слоя. В соединениях оно обычно проявляет валентности 2+ и 3+.

О физических свойствах железа можно судить по железным гвоздям. Это металл серебристо-белого цвета. Железо очень пластично, оно легко куется и вытягивается в проволоку. Среди других металлов железо выделяется магнитными свойствами: оно притягивается магнитами и само намагничивается, если кусок железа обмотать проволокой и пропустить по ней электрический ток.

Если железную проволоку нагревать, пропуская через нее электрический ток нарастающей силы, то сначала проволока все более провисает, так как от нагревания железо расширяется. Но как только температура достигает 910°С, проволока внезапно натягивается, т. е. железо сжимается. При этой температуре расположение атомов в кристаллической решетке железа меняется, решетка уплотняется и обыкновенное железо, или α-железо, превращается в другую аллотропную модификацию – γ-железо. Оно, в отличие от α-железа, немагнитно и способно науглероживаться, т. е. впитывать атомы углерода. Получается твердый раствор углерода в железе, в котором атомы углерода размещаются в кристаллах железа в промежутках между атомами железа. В состоянии твердого раствора γ-железо может удержать не более 2% углерода.

При температуре более 1500°С железо плавится, превращаясь в подвижную, легко расплескивающуюся жидкость. Жидкое железо еще более жадно поглощает углерод, чем твердое γ-железо.

Расплавленное железо растворяет до 4% углерода. При затвердевании сплавов железа с углеродом растворенный углерод может выделиться в виде графита или в виде соединения с железом – карбида железа Fe3C – или же остаться в виде твердого раствора.

Железо образует два ряда соединений:

Кроме закиси и окиси, железо образует с кислородом соединение промежуточного состава – закись-окись, в котором оно содержится частью в двух-, частью в трехвалентном состоянии:

В кислороде железо сгорает, разбрасывая искры – раскаленные капельки железной окалины Fe3O4, а при накаливании на воздухе окисляется с поверхности, образуя окалину в виде корки, отслаивающейся под ударами молота при ковке. Искры, вырывающиеся при точке стального инструмента, выбрасывающиеся при разливке чугуна, представляют собой раскаленные частички той же окалины. Во всех этих случаях происходит одна и та же реакция:

Рассмотрим отношение железа к воде и кислороду при обычных температурах. Поместим три железных гвоздя: один – в закупоренную пробирку с сухим кислородом, другой – в пробирку с водой, предварительно прокипяченной для удаления растворенного в ней кислорода, а третий – в пробирку с кислородом, опрокинутую в сосуд с водой. В двух первых пробирках с железом не произойдет никаких изменений, а в третьей железо заржавеет, и уровень воды в ней поднимется. Это означает, что кислород расходуется на ржавление железа. Получается желто-бурая ржавчина, состоящая главным образом из гидроокиси железа (III):

Ржавеет не только погруженная в воду часть гвоздя. Отдельные пятнышки ржавчины появляются и на выступающем над водой сухом конце его.

Из этих опытов следует, что при обычных температурах ни сухой кислород, ни вода в отсутствии кислорода на железо не действуют. Во влажном воздухе и в воде, содержащей растворенный кислород, железо ржавеет, покрываясь рыхлой, легко отслаивающейся коркой ржавчины. Эта корка проницаема для газов и паров, а поэтому не защищает металл от дальнейшего их действия. Наоборот, достаточно появиться на железном изделии пятнышку ржавчины, как она, притягивая влагу из воздуха, лишь ускоряет дальнейшее ржавление. Ржавление железных предметов, раз начавшись в одном месте, постепенно распространяется дальше.

В электрохимическом ряду напряжений железо расположено перед водородом. Поэтому оно растворяется в разбавленной серной и соляной кислотах, вытесняя из них водород и образуя соответствующую закисную соль, например:

или в сокращенном ионном виде:

Но концентрированная серная и азотная кислоты на железо при обыкновенной температуре не действуют, благодаря образованию на поверхности металла плотных пленок из нерастворимых в этих кислотах соединений железа.

Железо вытесняет из водных растворов солей медь и другие металлы, расположенные правее в электрохимическом ряду напряжений, например:

При этом, как и при растворении в кислотах, железо переходит в свою закисную соль, т. е. образуются ионы Fe 2+ .

Соединения железа. Соли закисного железа в растворе имеют слабо зеленоватую окраску, свойственную гидратированным ионам Fe 2+ . При приливании к раствору соли двухвалентного железа, например хлорида железа (II), раствора щелочи выпадает белый хлопьевидный осадок гидроокиси железа (II):

или в ионной форме .

На воздухе осадок тотчас зеленеет, а затем буреет вследствие окисления гидроокиси железа (II) в гидроокись железа (III):

Гидроокись железа (II) в избытке щелочи не растворяется. Но она легко растворяется в кислотах, превращаясь в соли закисного железа:

или в ионной форме .

Гидроокись железа (II) является, таки0м образом, основанием.

Растворы солей трехвалентного железа, например хлорида железа (III), имеют желтую окраску. При приливании к раствору такой соли раствора щелочи выпадает желто-бурый осадок гидроокиси железа (III):

или в ионной форме . ?

Гидроокись железа (III) растворяется в кислотах, образуя соли окисного железа:

или в ионном виде .

Гидроокись железа (III) является, таким образом, основанием, как и гидроокись железа (II). Но гидроокись железа (III) более слабое основание, чем гидроокись железа (II). Это проявляется в неодинаковой степени гидролиза солей железа (II) и солей железа (III). Соли железа (II) гидролизуются в растворе слабо, а соли – железа (III) настолько сильно, что гидролиз доходит до образования коллоидных частиц гидроокиси железа (III), вспомним, как мы получали ее коллоидный раствор. Желтая окраска растворов солей трехвалентного железа и принадлежит не ионам трехвалентного железа, а коллоидным частицам гидроокиси железа (III). В концентрированных растворах щелочей Fe(ОН)3 растворяется подобно Аl(ОН)3 и Сr(ОН)3, образуя ферриты MeH2FeО3 (подобно МеН2АlO3 и МеН2СrO3).

Таким образом, возрастание валентности железа с 2+ до 3+ привело к упрочению связи его ионов с ионами гидроксила.

Наиболее широко применяемая из солей железа – железный купорос FeSO4*7H2O. Его используют в производстве красок, для пропитки древесины, чтобы предотвратить ее гниение.

Железо образует также сложные, или комплексные, соединения, в которых оно содержится в составе аниона: желтую кровяную соль K4Fe 2+ (CN)6 – ] и красную кровяную соль K3[Fe 3+ (CN)6 – ]. Состав аниона обеих солей одинаков, но валентность железа в них разная: в желтой соли оно двухвалентно, а в красной – трехвалентно. Хотя обе соли содержат в себе железо, они служат реактивами на свободные ионы железа. Для открытия ионов двухвалентного железа реактивом служит та из этих солей, в которой железо трехвалентно, т. е. красная соль, а для открытия ионов трехвалентного железа – та, в которой железо двухвалентно, т. е. желтая. При приливании к раствору, содержащему ионы двух- или трехвалентного железа, раствора соответствующей кровяной соли получается чрезвычайно интенсивно окрашенный синий осадок, в обоих случаях одинакового состава, содержащий ионы и двух- и трехвалентного железа. (Убедитесь в этом, составив уравнения реакций в ионной форме и раскрыв в формулах продуктов обеих реакций – как в алгебраических формулах – квадратные скобки.)

Железо – второй по распространенности в природе металл, после алюминия. Промышленное значение в качестве железных руд имеют главным образом красный железняк Fe2O3 и магнитный железняк Fe3O4. По запасу железных руд наша страна занимает первое место в мире. Они залегают на Урале, в Курской области, в Криворожье и в других местах. Железо входит в состав растительных и животных организмов. Оно содержится в гемоглобине крови, переносящем кислород из легких в ткани, и необходимо для образования в растениях хлорофилла, хотя в состав его не входит. При недостатке железа в почве растения перестают образовывать хлорофилл и утрачивают зеленую окраску.

  1. Опишите: а) физические, б) химические свойства железа.
  2. Напишите уравнения реакций железа с растворами: а) бромистоводородной кислоты, б) нитрата серебра.
  3. При побелке потолков и стен используют раствор медного купороса. Можно ли готовить и хранить его в железных ведрах?
  4. Как отличить соль двухвалентного железа от соли трехвалентного железа, если обе соли растворимы в воде?
  5. Опишите свойства гидроокисей железа.
  6. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно было бы осуществить следующие превращения:
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: