Какое свойство железа не связано с его применением в качестве главного
Железо – химический элемент
Дополнительно в учебнике “Фоксфорд”
1. 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: 1s22s22p63s23p63d64s2
Металл
средней активности, восстановитель:
Fe0-2e-→Fe+2, окисляется восстановитель
Fe0-3e-→Fe+3, окисляется восстановитель
Основные
степени окисления: +2, +3
2. 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:
магнетит (магнитный железняк) – Fe3O4 содержит 72%
железа, месторождения встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии:
гематит (железный блеск, кровавик)– Fe2O3содержит до
65% железа, такие месторождения встречаются в Криворожском районе:
|
|
лимонит (бурый железняк) – Fe2O3*nH2O
содержит до 60% железа, месторождения встречаются в Крыму:
пирит (серный колчедан, железный
колчедан, кошачье золото) – FeS2
содержит примерно 47% железа, месторождения встречаются на Урале.
3. Роль 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.
4. Физические свойства железа.
Железо
– это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539оС. 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.
5. Получение железа
Восстановлением
из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом:
FeO + C =
Fe + CO
Fe2O3
+ 3CO = 2Fe + 3CO2
Fe2O3
+ 3H2 = 2Fe + 3H2O
Опыт “Получение железа алюминотермией”
6. Химические свойства железа
Как
элемент побочной подгруппы железо может проявлять несколько степеней окисления.
Мы рассмотрим только соединения, в которых железо проявляет степени окисления
+2 и +3. Таким образом, можно говорить, что у железа имеется два ряда
соединений, в которых оно двух- и трехвалентно.
1) На воздухе железо легко
окисляется в присутствии влаги (ржавление):
4Fe +
3O2 + 6H2 O = 4Fe(OH)3
2) Накалённая железная проволока
горит в кислороде, образуя окалину – оксид железа (II,III) – вещество чёрного цвета:
3Fe +
2O2 = Fe3O4
C кислородом во влажном воздухе образуется Fe2O3*nH2O
Опыт “Взаимодействие железа с кислородом”
3) При высокой
температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:
3Fe + 4H2O t˚C→
Fe3O4 + 4H2
4) Железо
реагирует с неметаллами при нагревании:
2Fe + 3Br2 t˚C→
2FeBr3
Fe + S t˚C→ FeS
5) Железо
легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных
условиях:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4
+ H2
6) В концентрированных кислотах –
окислителях железо растворяется только при нагревании
2Fe + 6H2SO4(конц.) t˚C→
Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3(конц.) t˚C→ Fe(NO3)3
+ 3NO2 + 3H2O
На холоде
концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо!
Опыт “Взаимодействие железа с концентрированными кислотами”
7) Железо
вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.
Fe +
CuSO4 = FeSO4 + Cu
8) Качественные реакции на
Железо (II)
Железо (III)
7. Применение железа.
Основная
часть получаемого в мире железа используется для получения чугуна и стали —
сплавов железа с углеродом и другими металлами. Чугуны содержат около 4%
углерода. Стали содержат углерода менее 1,4%.
Чугуны
необходимы для производства различных отливок — станин тяжелых машин и т.п.
Изделия из чугуна
Стали
используются для изготовления машин, различных строительных материалов, балок,
листов, проката, рельсов, инструмента и множества других изделий. Для
производства различных сортов сталей применяют так называемые легирующие
добавки, которыми служат различные металлы: Мn, Сr, Мо и другие, улучшающие
качество стали.
Изделия из стали
“ПОЯВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА”
ЭТО ИНТЕРЕСНО
ТРЕНАЖЁРЫ
Тренажёр №1
– Генетический ряд Fe 2+
Тренажёр №2
– Генетический ряд Fe 3+
Тренажёр №3
– Уравнения реакций железа с простыми и сложными веществами
Задания для закрепления
№1. Составьте
уравнения реакций получения железа из его оксидов Fe2O3 и
Fe3O4 , используя в качестве восстановителя:
а) водород;
б) алюминий;
в) оксид углерода (II).
Для каждой реакции составьте электронный баланс.
№2. Осуществите
превращения по схеме:
Fe2O3 -> Fe -+H2O,
t -> X -+CO, t-> Y -+HCl-> Z
Назовите продукты X, Y, Z?
Источник
Итоговая контрольная работа по химии за 9 класс
Вариант-2
Обязательная часть
В атоме химического элемента электроны распределятся по электронным слоям соответственно ряду чисел: 2,8,6. Какое место в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева занимает этот элемент?
А. Шестой период, VI группа, главная подгруппа
Б. Третий период, II группа, побочная подгруппа
В. Второй период, VI группа, главная подгруппа
Г. Третий период, VI группа, главная подгруппа
Валентность серы в соединении H2S равна
А. I Б. II В. III Г. IV
Какая схема представляет собой уравнение химической реакции?
А. Ca + O2 = CaO
Б. Ca + 2O2= CaO
В. 2Ca +O2 =CaO
Г.2Ca+ O2= 2CaO
4. К реакциям замещения относиться реакция
А. 4Na +O2= 2Na2O
Б. CaCO3=CaO+CO2
В.NaOH+HCI=NaCI+H2O
Г.Fe+CuSO4= FeSO4+Cu
Из предложенных ниже формул веществ основанием является
А. H2SiO3 Б. KOH В.CaCO3 Г. Fe2O3
Формуле Fe2(SO4)3 соответствует название
А. сульфат железа (II)
Б. хлорид железа (III)
В. сульфид железа (II)
Г. сульфат железа (III)
7. Химическая связь в кристаллах хлорида натрия NaCI
А. металлическая
Б. ковалентная полярная
В. ионная
Г. ковалентная неполярная
Какая пара веществ не взаимодействует между собой?
А. CO2 и H2O Б. NaOH и HCI В.HCI и Zn Г. Cu и H2SO4 (р-р)
Какие вещества могут взаимодействовать согласно уравнению с правой частью: ….=Na2SO4 + H2O
А. Na2O и H2SO4
Б. NaOH и H2SO4
В. NaOH и SO2
Г. NaCI и H2SO4
Какой буквой обозначен фрагмент молекулярного уравнения химической реакции, соответствующий кратному ионному уравнению
H+ + OH– = H2O
А. Cu(OH)2 + 2HCI= ….
Б. NaOH + HNO3= ….
В. BaO + 2HCI= ….
Г. CuSO4 + 2KOH= ….
Какое вещество пропущено в цепочке превращений
P …. H3PO4 Ca3(PO4)2
А. PH3 Б. HPO3 В. P2O5
Г. Na3P
Схеме превращений CI-1CI0 соответствует уравнение
А.2NaCI = 2Na + CI2 B. 2Na + CI2 =2 NaCI
Б.H2S +CI2 = 2HCI + S Г.2NaCI+H2SO4=Na2SO4+2NaCI
Процесс окисления серы соответствуют схеме:
А. S+4 S-2
Б. S+6 S+4
В.S0 S+4
Г. S0 S-2
Какое свойство железа не связано с его применением в качестве главного конструкционного материала в настоящее время?
А. высокая прочность
Б. серебристый цвет
В. способность образовывать сплавы
Г. дешевизна по сравнению с другими металлами
15. Кислород можно распознать:
А. по цвету
Б. по запаху
В. внести тлеющую лучину, она вспыхнет
Г. внести тлеющую лучину, она потухнет
Итоговая контрольная работа по химии за 9 класс
Вариант-1
Обязательная часть
Какой ряд чисел отражает распределение электронов по электронным слоям в атоме химического элемента, занимающего в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева место в третьем периоде, V группе, главной подгруппе?
А. 2,5 Б. 2,8,3 В. 2,8,5 Г. 2,8,8
Валентность азота в аммиаке NH3 равна
А. VI Б. II В. I Г. III
Укажите значение «x» и «у», которые соответствуют коэффициентам в уравнении химической реакции:
4AI +X O2 = Y AI2O3
А. x=2, y=3 Б. x=3, y=3 В. x=3, y=2 Г. x=2, y=2
4. К реакциям разложения относиться реакция
А. CaO+SiO2=CaSiO3
Б. 2HgO=2Hg+O2
В. Zn+2HCI=ZnCI2+H2
Г.2Mg+O2=2MgO
Из предложенных ниже формул веществ солью является
А. HCI Б.Ca(OH)2 В.Na2O Г.AI2(SO4)3
Формуле Cu(OH) 2 соответствует название
А. оксид меди (II)
Б. гидроксид меди (I)
В. гидроксид меди (II)
Г. нитрат меди (II)
7. Формула вещества с ковалентной полярной связью
А. HCI Б. F2 В. Na2O Г. Cu
Какая пара веществ не взаимодействует между собой?
А. Na и H2O Б. CuO и H2SO4 В. HCI и SO2 Г.Ca(OH)2 и CO2
Какие вещества могут взаимодействовать согласно уравнению с правой частью: …. = MgSO4
А. Mg(OH)2 и SO3
Б. MgO и SO3
В. Mg(OH)2 и H2SO4
Г. Mg и H2SO4
Какой буквой обозначен фрагмент молекулярного уравнения химической реакции, соответствующий кратному ионному уравнению
2H+ + S2- = H2S
А. Na2S + 2HCI= ….
Б. H2O + SO2 = ….
В. FeS + 2HCI= ….
Г.K2SO3 + 2HCI = ….
Какое вещество пропущено в цепочке превращений?
Ca CaO …. CaCI2
A. CaO2 Б. CaН2 B. Ca(OH)2 Г. CaCO3
12. Схеме превращений S-2 S0 соответствует уравнение
А.H2S+Pb(NO3)2 =PbS +2HNO3
Б. 2H2S +3O2 = 2H2O +2SO2
В. 2H2S +O2 =2H2O + S
Г. 2Na + S= Na2S
13. Процесс восстановления меди соответствуют схеме:
А. Cu0 Cu+1
Б. Cu0 Cu+2
В. Cu+2 Cu0
Г. Cu+1 Cu+2
14. Из оксида кремния изготовляют точильные и шлифовальные круги, потому что он
А. не растворяется в воде
Б. химически стоек к действию
кислот
В. встречается в природе в виде минералов
Г. имеет высокую твердость
15.В растворе серной кислоты:
А. фенолфталеин становится
малиновым
Б. лакмус краснеет
В. метилоранж желтеет
Г. лакмус синеет
16. Вычислите объем водорода, образовавшегося при взаимодействии 4,8 г. магния с избытком соляной кислоты.
А. 0,2 моль Б. 4,48 л В. 0,4 г Г. 2,24 л
Дополнительная часть
17. Если в химический стакан с водой добавить несколько капель фенолфталеина и опустить туда кусочек мела, признаков реакции не наблюдается. Если же мел предварительно прокалить, удерживая его в пламени тигельными щипцами, а затем опустить в раствор фенолфталеина, то заметны признаки реакции. Какие? Почему?
18. Напишите уравнения химических реакций получения нитрата меди (II) тремя способами
19. Смесь, состоящую из 10 г. порошка серы и 10 г. порошка цинка, подожгли. Какие вещества обнаружили по окончанию процесса?
16. Рассчитайте массу гидроксида меди (II), полученного при взаимодействии раствора нитрата меди (II) с раствором, содержащим 0,4 моль гидроксида калия.
А. 0,2 моль Б. 39,2 г В. 0,4 моль Г. 19,6 г
Дополнительная часть
17. При добавлении в бесцветный раствор кислоты бесцветного раствора соли выделяется газ, окрашивающий влажную синюю лакмусовую бумажку в красный цвет. Составьте уравнение химической реакции, которая сопровождается этими признаками. Выразите ее сущность кратким ионным уравнением.
18. Составьте уравнения реакций, позволяющих осуществить превращение согласно схеме:
Na2SiO3 H2SiO3 SiO2 Si
CaSiO3
Указать (где необходимо) условия их проведения.
19. На сплав алюминия и меди массой 10 г. подействовали избытком соляной кислоты. При этом выделилось 6,72 л. газа. Вычислите массовые доли компонентов сплава.
Контрольный срез по химии для 9 класса (итоговое тестирование)
1 вариант
А 1. Число электронов во внешнем электронном слое атома, ядро которого содержит 12 протонов, равно
1) 4 2) 6 3) 8 4) 2
А 2. Какой вид химической связи характерен для меди?
1) ковалентная неполярная 2) металлическая 3) ионная 4) ковалентная полярная
А 3. В каком из соединений степень окисления азота равна −3?
1) N2O3 2) Ba(NO2)2 3) (NH4)2SO4 4)HNO3
A 4. Признаком химической реакции между растворами сульфата меди (II) и гидроксида калия является
1) выделение газа 2) выпадение осадка 3) появление запаха 4) поглощение теплоты
A 5. Краткое ионное уравнение H+ + OH– =H2O отвечает взаимодействию веществ
1)H2CO3 и KOHH3PO4 и Fe(OH)2 3) HCL и KOH HCL и Fe(OH)3
А 6. И кислород, и водород реагируют с
1 ) аммиаком 2) хлором 3) серной кислотой 4) натрием
A 7. Вещество, формула которого
CH3 C2H5 CH3
CH3-C=C-CH-CH-C-CH3 называется
CH3 CH3 CH3
1)2,3,5,6,6-пентаметил-4-моноэтилгептен-2) 2,2,3,5,6- пентаметил-4-моноэтилгептен-5
3) 2,3,4, 5,6,6-гексатаметилгептен-2 4) 2,2,3,4, 5,6- гексаметилгептен-5
А 8. Формула алкина молекулярная масса которого равна 82
1) C5H8 2) C6H10 3) C7H12 4) C6H6
В 1. При выполнении задания из предложенного перечня ответов выберите два правильных и запишите цифры, под которыми они указаны.
В ряду химических элементов Si –P – S
1) уменьшается атомный радиус
2) уменьшается электроотрицательность
3) возрастает число валентных электронов
4) увеличивается число энергетических уровней
5) уменьшаются кислотные свойства образуемых гидроксидов
Ответ:
В 2. Установите соответствие между схемой окислительно-восстановительной реакции и веществом-восстановителем в ней.
Схема реакции Восстановитель
А) Fe2(SO4)3 + SO2 +H2O→ FeSO4 + H2SO4 1) Fe2(SO4)3
Б) MnO2 + HBr → Br2 +MnBr2 + H2O 2) SO2
В) Fe + HBr → FeBr2 +H2 3) HBr
4) MnO2
5) Fe
В3. При выполнении задания из предложенного перечня ответов выберите два правильных
и запишите цифры, под которыми они указаны.
Для ацетилена верны следующие утверждения:
1) состав молекулы соответствует общей формуле CnH2n
2) является непредельным углеводородом
3) атомы углерода в молекуле соединены двойной связью
4) вступает с водой в реакцию присоединения
5) сгорает с образованием углерода и водорода
Ответ:
С 1. Осуществите превращения:CaC2→C2H2→C2H4→C2H5OH→CH3COH→CH3COOH
C2. Раствор соляной кислоты массой 116,8 г и массовой долей 10% добавили к избытку
сульфида магния. Вычислите объём (н. у.) выделившегося газа.
Контрольный срез по химии для 9 класса (итоговое тестирование)
2 вариант
A 1. Химическому элементу 3-го периода VA-группы соответствует схема распределения электронов по слоям:
1) 2, 8, 5 2) 2, 8, 3 3) 2, 5 4) 2, 3
A 2. Какой вид химической связи в оксиде хлора(VII)?
1) ковалентная полярная 2) ионная 3) ковалентная неполярная 4) металлическая
A 3. В какой молекуле валентность серы равна IV?
1)H22) SO2 3) SO3 4) H2SO4
А 4. Признаком химической реакции между растворами сульфата меди (II) и гидроксида калия является
1) выделение газа 2) выпадение осадка 3) появление запаха 4) поглощение теплоты
А 5. Взаимодействию хлорида железа(III) и гидроксида калия соответствует сокращённое ионное
уравнение
1)Fe2++2KOH=Fe(OH)2 +2K+ 2) Fe3++3OH- =Fe(OH)3
3) FeCL3+3K+=Fe3+ +3KCL 4) Fe2++2OH-=Fe(OH)2
A 6. Не реагируют друг с другом
1) хлор и водород 2) кислород и кальций 3) азот и вода 4) железо и сера
А7. Вещество, формула которого
C2H5 CH3
CH3-C≡C-C-CH-C-CH3 называется
CH3 CH3
1) 2,2,4-триметил-4-моноэтилгептин-5 2) 4,6,6-триметил-4-моноэтилгептин-2
3) 2,2,4-триметил-4-моноэтилгептин-2 2) 4,6,6-триметил-4-моноэтилгептин-5
А 8. Формула арена молекулярная масса которого равна 92
1)C5H12 2) C6H10 3) C6H6 4) C7H8
В 1. При выполнении задания из предложенного перечня ответов выберите два правильных
и запишите цифры, под которыми они указаны.
В ряду химических элементов
1) увеличивается заряд ядер атомов
2) возрастают кислотные свойства образуемых гидроксидов
3) увеличивается число электронных уровней
4) уменьшается электроотрицательность
5) возрастает атомный радиус
Ответ:
В 2. Установите соответствие между схемой химической реакции и степенью окисления
элемента-восстановителя в этой реакции.
Схема реакции Степень окисления восстановителя
А) C+H2SO4→CO2+SO2+H2O 1) -2
Б) HI+CL2→I2+HCL 2) -1
В) H2S+SO2→S+H2O 3) 0
4) +4
5) +6
В 3. При выполнении задания из предложенного перечня ответов выберите два правильных и запишите цифры, под которыми они указаны.
Метанол обладает следующими свойствами:
1) со стоит из двух элементов
2) при обычных условиях — газ тяжелее воздуха
3) хорошо растворим в воде
4) реагирует с щелочными металлами
5) является сильной кислотой
Ответ:
C 1. Осуществите превращения: C→CO→CO2→CaCO3→Ca(HCO3)2→CO2
C 2. К 250 г раствора карбоната натрия добавляли раствор хлорида бария до прекращения выделения осадка. Масса отфильтрованного и высушенного осадка составила 39,4 г. Рассчитайте массовую долю карбоната натрия в исходном растворе.
Источник
Железо – химический элемент четвертого периода и побочной подгруппы VIII группы периодической системы. Атом железа содержит восемь валентных электронов, однако в соединениях железо обычно проявляет степени окисления (+2) и (+3), редко – (+6). Имеются сообщения о получении соединений восьмивалентного железа.
Степень окисления +3 для железа является наиболее устойчивой. Соединения железа(III) могут быть восстановлены только под действием сильных восстановителей, таких как водород в момент выделения, сероводород. Эти реакции проводят в кислой среде:
$Fe_2(SO_4)_3 + H_2S = 2FeSO_4 + S + H_2SO_4$
Железо широко распространено в природе – это самый распространенный металл, после алюминия. Существует гипотеза о том, что внутреннее ядро Земли – целиком состоит из железа с примесью никеля и серы, а возможно и других элементов.
В природе железо встречается в виде руд – оксидов Fe$_2$O$_3$ (гематит, красный железняк) и Fe$_3$O$_4$ (магнетит, магнитный железняк), гидратированного оксида Fe$_2$O$_3 cdot$H$_2$O (лимонит, бурый железняк), карбоната FeCO$_3$ (сидерит), дисульфида FeS2 (пирит), редко встречается в виде самородков, попадающих на землю с метеоритами. Такое метеоритное железо было известно людям издревле. Освоение получения железа из железной руды послужило началом железного века.
Получение железа
В настоящее время железную руду восстанавливают коксом в доменных печах, при этом расплавленное железо частично реагирует с углеродом, образуя карбид железа Fe3C (цементит), а частично растворяет его. При затвердевании расплава образуется чугун. Чугун, используемый для получения стали, называют передельным.
Запомнить! Сталь, в отличие от чугуна, содержит меньшее количество углерода.
При получении стали, лишний углерод, содержащийся в чугуне, необходимо выжечь. Этого добиваются, пропуская над расплавленным чугуном воздух, обогащенный кислородом. Существует и прямой метод получения железа, основанный на восстановлении окатышей магнитного железняка природным газом:
Fe$_3$O$_4$ + CH$_4$ = 3Fe + CO$_2$ + 2H$_2$O
Физические свойства
Железо – серебристо-белый, ковкий и пластичный тугоплавкий (т. пл. 1535°C, т. кип. 2870°C) металл, при температурах ниже 769°C притягивается магнитом, то есть обладает ферромагнетизмом. Ферромагнитные свойства вызваны наличием в структуре металла отдельных зон – доменов, магнитные моменты которых под действием внешнего магнитного поля ориентируются в одну и ту же сторону. Железо существует в форме нескольких полиморфных (аллотропных) модификаций. При температурах ниже $910^0C$ устойчиво железо с объемно-центрированной кристаллической решеткой ($alpha$-Fe, немагнитное α-железо существующее при $769 – 910^0C$ называют β-Fe), в интервале температур $910 – 1400^0C$ – более плотная модификация с кубической гранецентрированной ($gamma$-Fe), а выше этой температуры и вплоть до температуры плавления вновь становится устойчивой структура с объемно-центрированной ячейкой (δ-Fe).
Химические свойства железа
Запомнить!
Степень окисления +2 железо проявляет при взаимодействии со слабыми окислителями: серой, йодом, соляной кислотой, растворами солей.
Степень окисления +3 железо проявляет при взаимодействии с сильными окислителями: хлором, бромом.
Смешанную степень окисления железо проявляет при взаимодействии с кислородом, водяным паром.
1) с кислотами. На влажном воздухе окисляется, покрываясь коричневой коркой гидратированного оксида Fe$_2$O$_3 cdot $H$_2$O, ржавчины. Железо легко растворяется в разбавленных кислотах:
Fe + 2HCl = FeCl$_2$ + H$_2$
но пассивируется в холодных концентрированных растворах кислот-окислителях – серной и азотной.
2) с солями.Будучи металлом средней химической активности, железо вытесняет другие, менее активные металлы из растворов их солей:
Fe + CuSO$_4$ = FeSO$_4$ + Cu
При этом, как и при растворении в кислотах, образуются соли двухвалентного железа.
3) с парами воды.При температуре белого каления железо реагирует с водой. Пропуская перегретый водяной пар через раскаленный на жаровне чугунный пушечный ствол, Лавуазье получил водород:
3Fe + 4H$_2$O = Fe$_3$O$_4$ + 4H$_2$.
4) с кислородом.В кислороде железо сгорает с образованием черyого порошка железной окалины – оксида железа(II, III) Fe$_3$O$_4$,имеющей тот же состав, что и природный минерал магнитный железняк^
3Fe + 2O$_2$ = Fe$_3$O$_4$
Искры, вырывающиеся при заточке стальных ножей или при резке стальных листов ацетилено-кислородным пламенем , также представляют собой раскаленные куски железной окалины.
5) с неметаллами. Степень окисления железа в образующихся соединениях зависит от силы окислителя – неметалла. Так, при взаимодействии с хлором образуется хлорид FeCl$_3$:
2Fe + 3Cl$_2$ = 2FeCl$_3$,
с серой – сульфид FeS:
Fe + S = FeS.
Соединения железа(II)
Запомнить! Оксид и гидроксид железа(II) обладают основными свойствами.
Соединения железа(II) являются сильными восстановителями и на воздухе легко окисляются до соединений трехвалентного железа:
4FeSO$_4$ + O$_2$ + 2H$_2$O = 4Fe(OH)SO$_4$.
Белый осадок гидроксида железа(II) Fe(OH)2, образующийся при действии на соли железа(II) растворов щелочей, на воздухе мгновенно зеленеет, образуя «зеленую ржавчину» – смешанный гидроксид железа(II) и железа(III), который лишь через некоторое время приобретает характерный для Fe$_2$O$_3 cdot$H$_2$O ржавый цвет.
Соединения железа(III)
Гидроксид железа(III) выпадает в виде коричневого осадка при действии растворов щелочей, сульфидов, карбонатов на соли железа(III):
2FeCl$_3$ + 3Na$_2$CO$_3$ + 6H$_2$O = 2Fe(OH)$_3^-$ +3CO$_2$+ 6NaCl
Запомнить! Оксид и гидроксид железа(III) являются слабо амфотерными, с преобладанием основных свойств.
Так, при растворении гидроксида железа(III) в кислотах образуются соли железа(III), а при сплавлении оксида с оксидами активных металлов – ферриты (ферраты(+3)):
2Fe(OH)$_3$ + 2H$_2$SO$_4$ = Fe$_2$(SO$_4$)$_3$ + 3H$_2$O,
Fe$_2$O$_3$ + CaO = CaFe$_2$O$_4$.
В концентрированных щелочах Fe(OH)$_3$ медленно растворяется, образуя гидроксоферраты, например, Na$_3$[Fe(OH)$_6$]:
$Fe(OH)_3 + 3NaOH_{textrm{водн.}} =Na_3[Fe(OH)_6]$
При действии недостатка кислот они разлагаются в образованием осадка гидроксида железа(III):
$Na_3[Fe(OH)_6] + 3HCl_{textrm{нед.}} =3NaCl + Fe(OH)_3downarrow +3H_2O$
$Na_3[Fe(OH)_6] + 6HCl_{textrm{изб.}} =3NaCl + FeCl_3 +6H_2O$
При пропускании углекислого газа они разлагаются на гидроксид железа(III) и карбонат натрия:
$2Na_3[Fe(OH)_6] + 3CO_2uparrow=3Na_2CO_3 + 2Fe(OH)_3downarrow +3H_2O$
Запомнить! Соли железа(III) и некоторых слабых кислот, например, сернистой и угольной не могут быть выделены из водных растворов по причине полного необратимого гидролиза
$2FeCl_3 + 3Na_2CO_3 + 3H_2O = 2Fe(OH)_3 +3CO_2uparrow + 6NaCl$
О протекании реакции судят по выделению газа и образованию коричневого осадка гидроксида железа(III).
Окисление Fe(OH)3 бромом в щелочной среде приводит к образованию вишневых растворов ферратов (+6):
2Fe(OH)$_3$ + 3Br$_2$ + 10KOH = 2K$_2$FeO$_4$ + 6KBr + 8H$_2$O.
Запомнить! Ферраты содержат железо в степени окисления (+6), и являются сильными окислителями.
Применение железа
В виде чугуна и стали железо находит широкое применение в народном хозяйстве. Хлорид железа(III) используется при травлении медных плат, а сульфат железа(III) – в качестве хлопьеобразователя (коагулянта) при очистке воды. Ферриты двухвалентных металлов (магния, цинка, кобальта, никеля) со структурой шпинели применяют в радиоэлектронике, вычислительной технике.
Соли железа(III) образуют желто-коричневые растворы, цвет которых объясняется гидролизом, приводящим к образованию коллоидного раствора гидроксида железа(III). Многие из них, например, хлорид FeCl3×6H2O («хлорное железо») сильно гигроскопичны, и при хранении в неплотно закрытых склянках, отсыревают.
Качественные реакции на катионы железа
На ионы железа существуют удобные качественные реакции. Если к раствору соли железа(III) прибавить разбавленный раствор роданида калия KCNS, то образуется интенсивно-красное окрашивание, вызванное образованием роданида железа(III):
$FeCl_3 + 3KSCN= Fe(SCN)_3 + 3KCl$
Другим реагентом на ионы железа(III) служит комплексное соединение гексацианоферрат(II) калия $K_4[Fe(CN)_6]$, часто называемый также “желтая кровяная соль”. Такое странное на первый взгляд название связано с тем, что раньше эту соль получали нагреванием крови с поташом и железными опилками. С солями железа(III) она дает синий коллоидный раствор «берлинской лазури» или “турнбуллева синь”:
$K_4[Fe(CN)_6] + FeCl_3 = KFe[Fe(CN)_6] downarrow + 3KCl$
.
Аналогичное синие окрашивание осадка того же состава можно получить при взаимодействии ионов железа(II) с раствором “красной кровяной соли” – гексацианоферрат(III) калия $K_3[Fe(CN)_6]$:
$K_3[Fe(CN)_6] + FeCl_2 = KFe[Fe(CN)_6] downarrow + 2KCl$
.
Таким образом, красная кровяная соль служит реактивом на соли двухвалентного железа. При более высоких концентрациях растворов выделяется нерастворимая в воде форма «берлинской лазури» состава $Fe_4[Fe(CN)_6]_3$. Именно это вещество долгое время использовали при крашении тканей. При работе с кровяными солями следует помнить об их токсичности.
Источник