14.02.2018
Восстановительные свойства
Неорганическое соединение гидроксид железа 3 имеет химическую формулу Fe(OH)2. Оно принадлежит к ряду амфотерных в которых преобладают свойства, характерные для оснований. На вид это вещество представляет собой кристаллы белого цвета, которые при длительном пребывании на открытом воздухе постепенно темнеют. Имеются варианты кристаллов зеленоватого оттенка. В повседневной жизни вещество может наблюдать каждый в виде зеленоватого налета на металлических поверхностях, что свидетельствует о начала процесса ржавления - гидроксид железа 3 выступает в качестве одной из промежуточных стадий этого процесса.
В природе соединение находят в виде амакинита. Этот кристаллический минерал, кроме собственно железа, содержит в себе еще примеси магния и марганца, все эти вещества придают амакиниту разные оттенки - от желто-зеленого до бледно- зеленого, в зависимости от процентного содержания того или иного элемента. Твердость минерала составляет 3,5-4 единицы по шкале Мооса, а плотность равна примерно 3 г/см³.
К физическим свойствам вещества следует также отнести его крайне слабую растворимость. В том случае, когда гидроксид железа 3 подвергается нагреванию, он разлагается.
Это вещество очень активно и взаимодействует со многими другими веществами и соединениями. Так, например, обладая свойствами основания, оно вступает в с различными кислотами. В частности, серная кислота, гидроксид железа 3 в ходе реакции ведут к получению (III). Так как эта реакция может происходить путем обычного прокаливания на открытом воздухе, такой недорогой сульфата используется как в лабораторных, так и в промышленных условиях.
В ходе реакции с ее результатом является образование хлорида железа (II).
В некоторых случаях гидроксид железа 3 может проявлять и кислотные свойства. Так, например, при взаимодействии с сильно концентрированным (концентрация должна быть не менее 50%) раствором гидроксида натрия получается тетрагидроксоферрат (II) натрия, выпадающий в виде осадка. Правда, для течения такой реакции необходимо обеспечить довольно сложные условия: реакция должна происходить в условиях кипения раствора в азотной атмосферной среде.
Как уже говорилось, при нагревании вещество разлагается. Результатом этого разложения выступает (II), а, кроме того, в виде примесей получаются металлическое железо и его производные: оксид дижелеза (III), химическая формула которого Fe3O4.
Как произвести гидроксид железа 3, получение которого связано с его способностью вступать в реакции с кислотами? До того как приступить к проведению опыта, следует обязательно напомнить о правилах безопасности при проведении таких опытов. Эти правила применимы для всех случаев обращения с кислотно-щелочными растворами. Главное здесь - обеспечить надежную защиту и избегать попадания капель растворов на слизистые оболочки и кожу.
Итак, получить гидроксид можно в ходе проведения реакции, в которой взаимодействуют хлорид железа (III) и KOH - калия гидроксид. Данный метод - самый распространенный для образования нерастворимых оснований. При взаимодействии этих веществ протекает обычная реакция обмена, в результате которой получается осадок бурого цвета. Этот осадок и есть искомое вещество.
Применение гидроксида железа в промышленном производстве довольно широко. Наиболее распространенным является его использование в качестве активного вещества в аккумуляторах железо-никелевого типа. Кроме того, соединение используется в металлургии для получения различных металлосплавов, а также в гальваническом призводстве, авомобилестроении.
СургутскийГосударственный Университет
Кафедра химии
РЕФЕРАТ
по теме:
ЖЕЛЕЗО
Выполнил:
Бондаренко М.А.
Проверил:
Щербакова Л.П.
Сургут, 2000
Впериодической системе железо находится в четвертом периоде, в побочнойподгруппе VIII группы.
Химический знак – Fe (феррум). Порядковый номер –26, электронная формула 1s2 2s2 2p6 3d64s2 .
¯ 3d 4p 4s Электронно-графическаяформула¯ 3d ¯ 4p
Валентные электроны у атома железа находятся напоследнем электронном слое (4s2 ) и предпоследнем (3d6 ).В химических реакциях железо может отдавать эти электроны и проявлять степениокисления +2, +3 и, иногда, +6.
Нахождение в природе.
Железо является вторым пораспространенности металлом в природе (после алюминия). В свободном состояниижелезо встречается только в метеоритах, падающих на землю. Наиболее важныеприродные соединения:
Fe2O3· 3H2O – бурый железняк;
Fe2O3– красный железняк;
Fe3O4(FeO· Fe2O3) – магнитныйжелезняк;
FeS2 - железный колчедан (пирит).
Соединения железа входят всостав живых организмов.
Получение железа.
В промышленности железо получаютвосстановлением его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II)в доменных печах. Химизм доменного процесса следующий:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4+ CO2,
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,
FeO + CO = Fe + CO2.
Физические свойства.
Железо – серебристо серыйметалл, обладает большой ковкостью, пластичностью и сильными магнитнымисвойствами. Плотность железа – 7,87 г/см3, температура плавления1539°С.
Химические свойства.
В реакциях железо являетсявосстановителем. Однако при обычной температуре оно не взаимодействует даже ссамыми активными окислителями (галогенами, кислородом, серой), но принагревании становится активным и реагирует с ними:
2Fe+ 3Cl2 = 2FeCl3 Хлорид железа (III)
3Fe+ 2O2 = Fe3O4(FeO · Fe2O3) Оксид железа (II,III)
Fe+ S = FeS Сульфид железа (II)
При очень высокой температурежелезо реагирует с углеродом, кремнием и фосфором:
3Fe + C = Fe3C Карбиджелеза (цементит)
3Fe + Si = Fe3Si Силициджелеза
3Fe + 2P = Fe3P2 Фосфиджелеза (II)
Железо реагирует сосложными веществами.
Во влажном воздухе железо быстроокисляется (корродирует):
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3,
Fe(OH)3 = Fe
O– H + H2O
Ржавчина
Железо находится в серединеэлектрохимического ряда напряжений металлов, поэтому является металлом среднейактивности . Восстановительная способность у железа меньше, чем у щелочных,щелочноземельных металлов и у алюминия. Только при высокой температурераскаленное железо реагирует с водой:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 +4H2
Железо реагирует с разбавленнымисерной и соляной кислотами, вытесняя из кислот водород:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2SO4 = FeSO4 +H2
При обычной температуре железоне взаимодействует с концентрированной серной кислотой, так как пассивируетсяею. При нагревании концентрированная H2SO4 окисляетжелезо до сульфита железа (III):
2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3+ 3SO2 + 6H2O.
Разбавленная азотная кислота окисляетжелезо до нитрата железа (III):
Fe + 4HNO3 =Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.
Концентрированная азотнаякислота пассивирует железо.
Из растворов солей железовытесняет металлы, которые расположены правее его в электрохимическом рядунапряжений:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu, Fe0+ Cu2+ = Fe2+ + Cu0.
Соединения железа (II)
Оксид железа (II) FeO – черноекристаллическое вещество, нерастворимое в воде. Оксид железа (II) получаютвосстановлением оксида железа(II,III) оксидом углерода (II):
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2.
Оксид железа (II) – основнойоксид, легко реагирует с кислотами, при этом образуются соли железа(II):
FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O, FeO+ 2H+ = Fe2+ + H2O.
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 – порошок белого цвета, не растворяется в воде. Получают его из солей железа(II) при взаимодействии их со щелочами:
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2¯ + Na2SO4,
Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2¯.
Гидроксид железа () Fe(OH)2 проявляетсвойства основания, легко реагирует с кислотами:
Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O,
Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2++ 2H2O.
При нагревании гидроксид железа(II) разлагается:
Fe(OH)2 = FeO + H2O.
Соединения со степенью окисленияжелеза +2 проявляют восстановительные свойства , так как Fe2+ легкоокисляются до Fe+3:
Fe+2 – 1e = Fe+3
Так, свежеполученный зеленоватыйосадок Fe(OH)2 на воздухе очень быстро изменяет окраску – буреет. Изменениеокраски объясняется окислением Fe(OH)2 в Fe(OH)3кислородом воздуха:
4Fe+2(OH)2 + O2 + 2H2O= 4Fe+3(OH)3.
Восстановительные свойствапроявляют и соли двухвалентного железа, особенно при действии окислителей вкислотной среде. Например, сульфат железа (II) восстанавливает перманганаткалия в сернокислотной среде до сульфата марганца (II):
10Fe+2SO4+ 2KMn+7O4 + 8H2SO4 = 5Fe+32(SO4)3+ 2Mn+2SO4 + K2SO4 + 8H2O.
Качественнаяреакция на катион железа (II).
Реактивом для определениякатиона железа Fe2+ является гексациано (III) феррат калия (красная кровянаясоль) K3:
3FeSO4 + 2K3= Fe32¯ + 3K2SO4.
При взаимодействии ионов 3-с катионами железа Fe2+ образуется темно-синий осадок – турнбулевасинь:
3Fe2+ +23- =Fe32¯
Соединения железа (III)
Оксид железа (III) Fe2O3 – порошок бурого цвета, не растворяется в воде. Оксид железа (III) получают:
А) разложением гидроксида железа(III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Б) окислением пирита (FeS2):
4Fe+2S2-1 + 11O20= 2Fe2+3O3 + 8S+4O2-2.
/>/>/>Fe+2 – 1e ® Fe+3
2S-1 – 10e ® 2S+4
O20+4e ® 2O-2 11e
Оксид железа (III) проявляетамфотерные свойства:
А) взаимодействует с твердымищелочами NaOH и KOH и с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,
Fe2O3 + 2OH- = 2FeO2-+ H2O,
Fe2O3 + Na2CO3= 2NaFeO2 + CO2.
Феррит натрия
Гидроксид железа (III) получают из солей железа (III) при взаимодействии их со щелочами:
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3¯ + 3NaCl,
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3¯.
Гидроксид железа (III) являетсяболее слабым основанием, чем Fe(OH)2, и проявляет амфотерныесвойства (с преобладанием основных). При взаимодействии с разбавленнымикислотами Fe(OH)3 легко образует соответствующие соли:
Fe(OH)3 + 3HCl « FeCl3 + H2O
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 « Fe2(SO4)3 + 6H2O
Fe(OH)3 + 3H+ « Fe3+ + 3H2O
Реакции с концентрированнымирастворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании. При этомполучаются устойчивые гидрокомплексы с координационным числом 4 или 6:
Fe(OH)3+ NaOH = Na,
Fe(OH)3+ OH- = -,
Fe(OH)3+ 3NaOH = Na3,
Fe(OH)3+ 3OH- = 3-.
Соединения со степенью окисленияжелеза +3 проявляют окислительные свойства, так как под действиемвосстановителей Fe+3 превращается в Fe+2:
Fe+3 + 1e = Fe+2.
Так, например, хлорид железа (III)окисляет йодид калия до свободного йода:
2Fe+3Cl3 + 2KI = 2Fe+2Cl2+ 2KCl + I20
Качественныереакции на катион железа (III)
А) Реактивом для обнаружениякатиона Fe3+ является гексациано (II) феррат калия (желтая кровянаясоль) K2.
При взаимодействии ионов 4-с ионами Fe3+ образуется темно-синий осадок – берлинская лазурь :
4FeCl3 + 3K4« Fe43¯ +12KCl,
4Fe3+ + 34-= Fe43¯.
Б) Катионы Fe3+ легко обнаруживаются с помощьюроданида аммония (NH4CNS). В результате взаимодействия ионов CNS-1 скатионами железа (III) Fe3+ образуется малодиссоциирующий роданид железа (III)кроваво-красного цвета:
FeCl3 + 3NH4CNS« Fe(CNS)3 + 3NH4Cl,
Fe3+ + 3CNS1-« Fe(CNS)3.
Применение и биологическая роль железа и егосоединений.
Важнейшие сплавы железа – чугуны и стали – являютсяосновными конструкционными материалами практически во всех отрасляхсовременного производства.
Хлорид железа (III) FeCl3 применяется для очисткиводы. В органическом синтезе FeCl3 применяется как катализатор.Нитрат железа Fe(NO3)3 · 9H2O используют при окраске тканей.
Железо является одним из важнейших микроэлементов ворганизме человека и животных (в организме взрослого человека содержится в видесоединений около 4 г Fe). Оно входит в состав гемоглобина, миоглобина,различных ферментов и других сложных железобелковых комплексов, которыенаходятся в печени и селезенке. Железо стимулирует функцию кроветворныхорганов.
Список использованнойлитературы:
1. «Химия.Пособие репетитор». Ростов-на-Дону. «Феникс». 1997 год.
2. «Справочникдля поступающих в вузы». Москва. «Высшая школа», 1995 год.
3. Э.Т.Оганесян. «Руководство по химии поступающим в вузы». Москва. 1994 год.
Так как Fe2+ легко окисляются до Fe+3:
Fe+2 – 1e = Fe+3
Так, свежеполученный зеленоватый осадок Fe(OH)2 на воздухе очень быстро изменяет окраску – буреет. Изменение окраски объясняется окислением Fe(OH)2 в Fe(OH)3 кислородом воздуха:
4Fe+2(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe+3(OH)3.
Восстановительные свойства проявляют и соли двухвалентного железа, особенно при действии окислителей в кислотной среде. Например, сульфат железа (II) восстанавливает перманганат калия в сернокислотной среде до сульфата марганца (II):
10Fe+2SO4 + 2KMn+7O4 + 8H2SO4 = 5Fe+32(SO4)3 + 2Mn+2SO4 + K2SO4 + 8H2O.
Качественная реакция на катион железа (II).
Реактивом для определения катиона железа Fe2+ является гексациано (III) феррат калия (красная кровяная соль) K3:
3FeSO4 + 2K3 = Fe32¯ + 3K2SO4.
При взаимодействии ионов 3- с катионами железа Fe2+ образуется темно-синий осадок – турнбулева синь:
3Fe2+ +23- = Fe32¯
Соединения железа (III)
Оксид железа (III) Fe2O3 – порошок бурого цвета, не растворяется в воде. Оксид железа (III) получают:
А) разложением гидроксида железа (III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Б) окислением пирита (FeS2):
4Fe+2S2-1 + 11O20 = 2Fe2+3O3 + 8S+4O2-2.
Fe+2 – 1e ® Fe+3
2S-1 – 10e ® 2S+4
O20 + 4e ® 2O-2 11e
Оксид железа (III) проявляет амфотерные свойства:
А) взаимодействует с твердыми щелочами NaOH и KOH и с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,
Fe2O3 + 2OH- = 2FeO2- + H2O,
Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.
Феррит натрия
Гидроксид железа (III) получают из солей железа (III) при взаимодействии их со щелочами:
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3¯ + 3NaCl,
Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3¯.
Гидроксид железа (III) является более слабым основанием, чем Fe(OH)2, и проявляет амфотерные свойства (с преобладанием основных). При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)3 легко образует соответствующие соли:
Fe(OH)3 + 3HCl « FeCl3 + H2O
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 « Fe2(SO4)3 + 6H2O
Fe(OH)3 + 3H+ « Fe3+ + 3H2O
Реакции с концентрированными растворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании. При этом получаются устойчивые гидрокомплексы с координационным числом 4 или 6:
Fe(OH)3 + NaOH = Na,
Fe(OH)3 + OH- = -,
Fe(OH)3 + 3NaOH = Na3,
Fe(OH)3 + 3OH- = 3-.
Соединения со степенью окисления железа +3 проявляют окислительные свойства, так как под действием восстановителей Fe+3 превращается в Fe+2:
Fe+3 + 1e = Fe+2.
Так, например, хлорид железа (III) окисляет йодид калия до свободного йода:
2Fe+3Cl3 + 2KI = 2Fe+2Cl2 + 2KCl + I20
Качественные реакции на катион железа (III)
А) Реактивом для обнаружения катиона Fe3+ является гексациано (II) феррат калия (желтая кровяная соль) K2.
При взаимодействии ионов 4- с ионами Fe3+ образуется темно-синий осадок – берлинская лазурь :
4FeCl3 + 3K4 « Fe43¯ +12KCl,
4Fe3+ + 34- = Fe43¯.
Б) Катионы Fe3+ легко обнаруживаются с помощью роданида аммония (NH4CNS). В результате взаимодействия ионов CNS-1 с катионами железа (III) Fe3+ образуется малодиссоциирующий роданид железа (III) кроваво-красного цвета:
FeCl3 + 3NH4CNS « Fe(CNS)3 + 3NH4Cl,
Fe3+ + 3CNS1- « Fe(CNS)3.
Применение и биологическая роль железа и его соединений.
Важнейшие сплавы железа – чугуны и стали – являются основными конструкционными материалами практически во всех отраслях современного производства.
Хлорид железа (III) FeCl3 применяется для очистки воды. В органическом синтезе FeCl3 применяется как катализатор. Нитрат железа Fe(NO3)3 · 9H2O используют при окраске тканей.
Железо является одним из важнейших микроэлементов в организме человека и животных (в организме взрослого человека содержится в виде соединений около 4 г Fe). Оно входит в состав гемоглобина, миоглобина, различных ферментов и других сложных железобелковых комплексов, которые находятся в печени и селезенке. Железо стимулирует функцию кроветворных органов.
Список использованной литературы:
1. «Химия. Пособие репетитор». Ростов-на-Дону. «Феникс». 1997 год.
2. «Справочник для поступающих в вузы». Москва. «Высшая школа», 1995 год.
3. Э.Т. Оганесян. «Руководство по химии поступающим в вузы». Москва. 1994 год.
