 |
|
Химические свойства
Железо
… 3s23p63d64s2 , степени окисления: +2, +3, +6
| В природе | Физические свойства | ||
| Fe3O4 – магнитный железняк, магнетит (72,4% Fe) Fe2O3 – красный железняк, гематит (70% Fe) FeO(OH)×H2O – бурый железняк, гидрогенит (63-69% Fe) FeCO3 – шпатовый железняк, сидерит (48,2% Fe) | tпл = 1539°C tкип = 2870°C r = 7,874 г/см3 | При 25°C: E0Fe2+/Fe0 = -0,44 В E0Fe3+/Fe2+ = +0,74 В | При t > 769°C магнитные свойства Fe исчезают (точка Кюри). |
| 910 – 1394°C – гранецентрированная кубическая упаковка (ГКУ) t < 910°C – объемноцентрированная кубическая упаковка (ОЦКУ) 1394 < t < 1539°C – объемноцентрированная кубическая упаковка (ОЦКУ) |
Получение:
Fe2O3 + CO ® 2FeO + CO2
FeO + CO ® Fe + CO2
Химические свойства
| • Отношение к неметаллам: | |
| 4Fe + 3O2 → t 2Fe2O3 4Fe + 3O2 + H2O 2Fe2O3×nH2O (или Fe(OH)3) 3Fe + 2O2 → Fe3O4, (FeO×Fe2O3) 2Fe + O2 2FeO 2Fe + 3F2 ® 2FeF3 (реакция прекращается из-за образующейся на поверхности металла тонкой пленки фторида) | 2Fe + 3Cl2 → t 2FeCl3 (при t>200°C Fe2Cl6) 2Fe + 3Br2 tпары с током CO2 FeBr2 (с примесью FeBr3) 2Fe + 3Br2 t4-5 атм 2FeBr3 Fe + I2 → t FeI2 Fe + S → t FeSx (1 £ x £ 1,14) |
| • Отношение к кислотам | |
| Fe + 2HClразб → FeCl2 + H2↑ Fe + H2SO4разб → FeSO4 + H2↑ Fe + H2SO4конц → пассивация Fe + HNO3конц → пассивация | 2Fe + 6H2SO4 конц (70% ) → t Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O Fe + 6HNO3конц → t Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O Fe + 4HNO3 (30 – 40% ) → Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O |
| • Отношение к другим сложным веществам | |
| 3Fe + 4H2Oпар ↔ Fe3O4 + 4H2 Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu Fe + 2FeCl3 → 3FeCl2 |
Соединения железа (II)
| FeO– основный оксид | Fe(OH)2 – слабое основание |
| FeO + H2SO4разб → FeSO4 + H2O 3FeO + 10HNO3разб → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O | FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2 + Na2SO4 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 Fe(OH)2 tинертная среда FeO + H2O |
| Соли железа (II) | |
| FeCl2 + K2CO3 → FeCO3¯ + 2KCl 4Fe(NO3)2 → t 2Fe2O3 + 8NO2 + O2 Соли Fe (II) – восстановители: 2FeCl2 + H2O2 + 2HCl → 2FeCl3 + 2H2O 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O 2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3 | Соли Fe (II) слабо гидролизованы: Fe2+ + HOH « FeOH+ + H+; pH < 7 Аналитическое обнаружение: Fe2+ + K3[Fe(CN)6] ® KFe[Fe(CN)6]¯ + 2K+ гексацианоферрат (III) калия - железа (II) (турнбулева синь) |
Соединения железа (III)
| Fe(OH)3 – слабое амфотерное основание: | Fe2O3 – слабо выражены основные свойства |
| Fe(OH)3 + NaOHконц → Na[Fe(OH)4] или Na3[Fe(OH)6] | При разбавлении: Na[Fe(OH)4] NaOH + Fe(OH)3↓ 2Fe(OH)3 → t Fe2O3 + 3H2O |
| Соли железа (III) | |
| Соли Fe (III) – окислители: 2FeCl3 + Na2S → 2FeCl2 + S + 2NaCl 2FeCl3 + Cu → 2FeCl2 + CuCl2 FeCl3 + H2S → S↓ + 2FeCl2 + 2HCl 4Fe(NO3)3 → t 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2 | Соли Fe (III) сильно гидролизованы: Fe3+ + HOH « FeOH2+ + H+; pH < 7 (При нагревании гидролиз усиливается и возможен не только по 1-й, но и по 2-ой и 3-й ступеням) Аналитическое обнаружение: Fe3+ + K4[Fe(CN)6] → KFe[Fe(CN)6]↓ + 3K+ гексацианоферрат (II) калия - железа (III) FeCl3 + 3KSCN → Fe(SCN)3 + 3KCl красное окрашивание |
Соединения железа (VI)
| 3FeO + 4KNO3 + 2KOH → t 3K2FeO4 + 4NO + H2O (или Fe) Ферраты (VI) – более сильные окислители, чем перманганат калия и хроматы (VI). |
Упражнения и задачи к теме: «Железо и его соединения»
1) Закончите уравнения реакций, подберите коэффициенты:
FeS + HNO3 разб ®
Fe2O3 + HNO3 разб ®
FeO + H2SO4 конц.→ t
FeCl2 + HNO3 конц ®
Fe2(SO4)3 → t
2) Осуществите превращения, определите неизвестные вещества:
| а) FeS ® X1 X4 ¯ H2SO4 конц X3 X2 BaCl2 | б) Fe(OH)3 ® X1 ¯ X2 FeS |
3) Составьте уравнения реакций к схеме, назовите вещества X1 – X4:
Fe X1 X2 X3 X4
4) Железную пластинку опустили в раствор, содержащий смесь хлорида меди (II) и хлорида железа (II). После окончания реакции масса пластинки увеличилась на 1,6 г. Определите массы солей в исходном растворе, если количества вещества солей были равными.
5) Термическому разложению подвергли 360 г гидроксида железа (III). Масса образца после нагревания составила 287 г. Вычислите массовую долю неразложившегося гидроксида железа (III) в полученной смеси.
6) Смесь железных и цинковых опилок массой 2,51 г растворили в 30,7 мл серной кислоты (ρ = 1,14 г/мл) с массовой долей 0,196. Для нейтрализации избытка кислоты затратили 25 мл раствора гидрокарбоната калия с концентрацией 2,4 моль/л. Определите массовые доли металлов в исходной смеси и объем газа выделившегося при растворении.
7) Железо массой 22,4 г прореагировало с хлором объемом 15,68 л (н.у.). Полученный хлорид растворили в 300 мл воды. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе.
8) Предложите способ разделения смеси порошков алюминия, железа и меди. Выделите металлы в свободном состоянии.