Файл: В свободном состоянии железо серебристобелый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа чугуны и стали.pptx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 81
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Железо и его соединенияВ свободном состоянии железо - серебристо-белый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа - чугуны и стали.Fe - самый главный и самый распространенный элемент из девяти d-металлов побочной подгруппы VIII группы. Вместе с кобальтом и никелем образует «семейство железа».При образовании соединений с другими элементами чаще использует 2 или 3 электрона (В = II, III ).Железо, как и почти все d-элементы VIII группы, не проявляет высшую валентность, равную номеру группы. Его максимальная валентность достигает VI и проявляется крайне редко.Наиболее характерны соединения, в которых атомы Fe находятся в степенях окисления +2 и +3.
Техническое железо (в сплаве с углеродом и другими примесями) получают карботермическим восстановлением его природных соединений по схеме:Восстановление происходит постепенно, в 3 стадии:1) 3Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СO22) Fe3O4 + СО = 3FeO +СO23) FeO + СО = Fe + СO2Образующийся в результате этого процесса чугун содержит более 2% углерода. В дальнейшем из чугуна получают стали - сплавы железа, содержащие менее 1,5 % углерода. Очень чистое железо получают одним из способов:а) разложение пентакарбонила FeFe(CO)5 = Fe + 5СОб) восстановление водородом чистого FeOFeO + Н2 = Fe + Н2Oв) электролиз водных растворов солей Fe+2FeC2O4 = Fe + 2СO2оксалат железа (II)Fe - металл средней активности, проявляет общие свойства, характерные для металлов.
Уникальной особенностью является способность к «ржавлению» во влажном воздухе: 4Fe + 6Н2O + 3O2 = 4Fe(OH)3В отсутствие влаги с сухим воздухом железо начинает заметно реагировать лишь при Т > 150°С; при прокаливании образуется «железная окалина» Fe3O4:3Fe + 2O2 = Fe3O4В воде в отсутствие кислорода железо не растворяется. При очень высокой температуре Fe реагирует с водяным паром, вытесняя из молекул воды водород:3 Fe + 4Н2O(г) = 4H2Процесс ржавления по своему механизму является электрохимической коррозией. Продукт ржавления представлен в упрощенном виде. На самом деле образуется рыхлый слой смеси оксидов и гидроксидов переменного состава. В отличие от пленки Аl2О3, этот слой не предохраняет железо от дальнейшего разрушения.Соединения с галогенами:2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 2Fe + 3F2 = 2FeF3 2Fe + 3Br2 = 2FeBr3 Fe + I2 = FeI2 Fe + S = FeSОбразуются соединения, в которых преобладает ионный тип связи. Fe + Р = FexPyFe + C = FexCyFe + Si = FexSiyОбразуются вещества переменного состава, т к. бертоллиды (в соединениях преобладает ковалентный характер связи)Fe0 + 2Н+ → Fe2+ + Н2↑Поскольку Fe располагается в ряду активности левее водорода (Е°Fe/Fe2+ = -0,44В), оно способно вытеснять Н2 изобычных кислот.Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2↑Fe + H2SO4 = FeSO4 + Н2↑Fe0 - 3e- → Fe3+Концентрированные HNO3 и H2SO4 «пассивируют» железо, поэтому при обычной температуре металл в них не растворяется. При сильном нагревании происходит медленное растворение (без выделения Н2).В разб. HNO3 железо растворяется, переходит в раствор в виде катионов Fe3+ а анион кислоты восстанавливается до NO*:Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2Н2OОчень хорошо растворяется в смеси НСl и HNO3В водных растворах щелочей Fe не растворяется. С расплавленными щелочами реагирует только при очень высоких температурах.Fe + CuSO4 = FeSO4 + CuFe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0Fe(порошок) + 5CO (г) = Fe0(CO)5пентакарбонил железаFe2O3 - основный оксид с признаками амфотерности I. Основные свойства проявляются в способности реагировать с кислотами:Fe2О3 + 6Н+ = 2Fe3+ + ЗН2ОFe2О3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2OFe2О3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2OII. Слабокислотные свойства. В водных растворах щелочей Fe2O3 не растворяется, но при сплавлении с твердыми оксидами, щелочами и карбонатами происходит образование ферритов:Fe2О3 + СаО = Ca(FeО2)2Fe2О3 + 2NaOH = 2NaFeО2 + H2O
Fe2О3 + MgCO3 = Mg(FeO2)2 + CO2III. Fe2О3 - исходное сырье для получения железа в металлургии:Fe2О3 + ЗС = 2Fe + ЗСО или Fe2О3 + ЗСО = 2Fe + ЗСO2Получают при действии щелочей на растворимые соли Fe3+:FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaClВ момент получения Fe(OH)3 - красно-бурый слизистоаморфный осадок.Гидроксид Fe(III) образуется также при окислении на влажном воздухе Fe и Fe(OH)2:4Fe + 6Н2O + 3O2 = 4Fe(OH)34Fe(OH)2 + 2Н2O + O2 = 4Fe(OH)3Гидроксид Fe(III) является конечным продуктом гидролиза солей Fe3+. Fe(OH)3 - очень слабое основание (намного слабее, чем Fe(OH)2). Проявляет заметные кислотные свойства. Таким образом, Fe(OH)3имеет амфотерный характер:1) реакции с кислотами протекают легко:Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O2) свежий осадок Fe(OH)3 растворяется в горячих конц. растворах КОН или NaOH с образованием гидроксокомплексов:Fe(OH)3 + 3КОН = K3[Fe(OH)6]В щелочном растворе Fe(OH)3 может быть окислен до ферратов (солей не выделенной в свободном состоянии железной кислоты H2FeO4):2Fe(OH)3 + 10КОН + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6КВr + 8Н2OНаиболее практически важными являются: Fe2(SO4)3, FeCl3, Fe(NO3)3, Fe(SCN)3, K3[Fe(CN)6).Характерно образование двойных солей - железных квасцов: (NH4)Fe(SO4)2•12Н2O, KFe(SO4)2• 12Н2OСоли Fe3+ часто имеют окраску как в твердом состоянии, так и в водном растворе. Это объясняется наличием гидратированных форм или продуктов гидролиза.Fe + неметалл2Fe + 3Cl2 = 2FeCl32.Fe + кислотаFe + 4HNO3 разб = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O3. Fe2O3 + кислотаFe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SО4)3 + 3H2O4. Fe(OH)3 + кислотаFe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O5. Окисление Fe2+ до Fe3+2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl32Fe2O3 + H2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2OFe3+ + Н2O = FeOH2+ + Н+FeOH2+ + Н2O = Fe(OH)2+ + Н+Fe(OH)2+ Н2O = Fe(OH)3 + Н+Водные растворы солей Fe3+ имеют сильнокислую реакцию. Соли Fe3+ с анионами слабых кислот подвергаются необратимому гидролизу.II. В реакциях с сильными восстановителями соли Fe3+ проявляют окислительную активность:2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KClFe2(SO4)3 + H2S = 2FeSO4 + S + H2SO4III. При действии щелочей и водных растворов аммиака на растворы солей Fe3+ образуется осадок:Fe3+ + ЗОН- = Fe(OH)3IV. При нагревании многие соли разлагаются:2FeCl3 = 2FeCl2 + Cl2Fe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO34Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2V. Качественные реакции для обнаружения катионов Fe3+:а) 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4-желтая кровяная соль = Fe4[Fe(CN)6]3 берлинская лазурь (темно-синий осадок)б) Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 роданид Fe(III) (р-р кроваво-красного цвета)
| Fe+2 | Fe+3 | Fe+6 | ||
| Оксиды | FeO основный | Fe2O3 основный со слабыми признаками амфотерности | FeO3 - не выделен | |
| Гидроксиды | Fe(OH)2 слабое основание | Fe(OH)3 ↔ HFeO2 + H2O | H2FeO4 кислота, в свободном состоянии не выделена | |
| Соли | FeCl2, FeSO4, Fe(NO3)2 и др. | Тип I FeCl3 | Тип II KFeO2 | K2FeO4 BaFeO4 SrFeO4 ферраты (IV) |
Уникальной особенностью является способность к «ржавлению» во влажном воздухе: 4Fe + 6Н2O + 3O2 = 4Fe(OH)3В отсутствие влаги с сухим воздухом железо начинает заметно реагировать лишь при Т > 150°С; при прокаливании образуется «железная окалина» Fe3O4:3Fe + 2O2 = Fe3O4В воде в отсутствие кислорода железо не растворяется. При очень высокой температуре Fe реагирует с водяным паром, вытесняя из молекул воды водород:3 Fe + 4Н2O(г) = 4H2Процесс ржавления по своему механизму является электрохимической коррозией. Продукт ржавления представлен в упрощенном виде. На самом деле образуется рыхлый слой смеси оксидов и гидроксидов переменного состава. В отличие от пленки Аl2О3, этот слой не предохраняет железо от дальнейшего разрушения.Соединения с галогенами:2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 2Fe + 3F2 = 2FeF3 2Fe + 3Br2 = 2FeBr3 Fe + I2 = FeI2 Fe + S = FeSОбразуются соединения, в которых преобладает ионный тип связи. Fe + Р = FexPyFe + C = FexCyFe + Si = FexSiyОбразуются вещества переменного состава, т к. бертоллиды (в соединениях преобладает ковалентный характер связи)Fe0 + 2Н+ → Fe2+ + Н2↑Поскольку Fe располагается в ряду активности левее водорода (Е°Fe/Fe2+ = -0,44В), оно способно вытеснять Н2 изобычных кислот.Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2↑Fe + H2SO4 = FeSO4 + Н2↑Fe0 - 3e- → Fe3+Концентрированные HNO3 и H2SO4 «пассивируют» железо, поэтому при обычной температуре металл в них не растворяется. При сильном нагревании происходит медленное растворение (без выделения Н2).В разб. HNO3 железо растворяется, переходит в раствор в виде катионов Fe3+ а анион кислоты восстанавливается до NO*:Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2Н2OОчень хорошо растворяется в смеси НСl и HNO3В водных растворах щелочей Fe не растворяется. С расплавленными щелочами реагирует только при очень высоких температурах.Fe + CuSO4 = FeSO4 + CuFe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0Fe(порошок) + 5CO (г) = Fe0(CO)5пентакарбонил железаFe2O3 - основный оксид с признаками амфотерности I. Основные свойства проявляются в способности реагировать с кислотами:Fe2О3 + 6Н+ = 2Fe3+ + ЗН2ОFe2О3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2OFe2О3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2OII. Слабокислотные свойства. В водных растворах щелочей Fe2O3 не растворяется, но при сплавлении с твердыми оксидами, щелочами и карбонатами происходит образование ферритов:Fe2О3 + СаО = Ca(FeО2)2Fe2О3 + 2NaOH = 2NaFeО2 + H2O
Fe2О3 + MgCO3 = Mg(FeO2)2 + CO2III. Fe2О3 - исходное сырье для получения железа в металлургии:Fe2О3 + ЗС = 2Fe + ЗСО или Fe2О3 + ЗСО = 2Fe + ЗСO2Получают при действии щелочей на растворимые соли Fe3+:FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaClВ момент получения Fe(OH)3 - красно-бурый слизистоаморфный осадок.Гидроксид Fe(III) образуется также при окислении на влажном воздухе Fe и Fe(OH)2:4Fe + 6Н2O + 3O2 = 4Fe(OH)34Fe(OH)2 + 2Н2O + O2 = 4Fe(OH)3Гидроксид Fe(III) является конечным продуктом гидролиза солей Fe3+. Fe(OH)3 - очень слабое основание (намного слабее, чем Fe(OH)2). Проявляет заметные кислотные свойства. Таким образом, Fe(OH)3имеет амфотерный характер:1) реакции с кислотами протекают легко:Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O2) свежий осадок Fe(OH)3 растворяется в горячих конц. растворах КОН или NaOH с образованием гидроксокомплексов:Fe(OH)3 + 3КОН = K3[Fe(OH)6]В щелочном растворе Fe(OH)3 может быть окислен до ферратов (солей не выделенной в свободном состоянии железной кислоты H2FeO4):2Fe(OH)3 + 10КОН + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6КВr + 8Н2OНаиболее практически важными являются: Fe2(SO4)3, FeCl3, Fe(NO3)3, Fe(SCN)3, K3[Fe(CN)6).Характерно образование двойных солей - железных квасцов: (NH4)Fe(SO4)2•12Н2O, KFe(SO4)2• 12Н2OСоли Fe3+ часто имеют окраску как в твердом состоянии, так и в водном растворе. Это объясняется наличием гидратированных форм или продуктов гидролиза.Fe + неметалл2Fe + 3Cl2 = 2FeCl32.Fe + кислотаFe + 4HNO3 разб = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O3. Fe2O3 + кислотаFe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SО4)3 + 3H2O4. Fe(OH)3 + кислотаFe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O5. Окисление Fe2+ до Fe3+2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl32Fe2O3 + H2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2OFe3+ + Н2O = FeOH2+ + Н+FeOH2+ + Н2O = Fe(OH)2+ + Н+Fe(OH)2+ Н2O = Fe(OH)3 + Н+Водные растворы солей Fe3+ имеют сильнокислую реакцию. Соли Fe3+ с анионами слабых кислот подвергаются необратимому гидролизу.II. В реакциях с сильными восстановителями соли Fe3+ проявляют окислительную активность:2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KClFe2(SO4)3 + H2S = 2FeSO4 + S + H2SO4III. При действии щелочей и водных растворов аммиака на растворы солей Fe3+ образуется осадок:Fe3+ + ЗОН- = Fe(OH)3IV. При нагревании многие соли разлагаются:2FeCl3 = 2FeCl2 + Cl2Fe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO34Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2V. Качественные реакции для обнаружения катионов Fe3+:а) 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4-желтая кровяная соль = Fe4[Fe(CN)6]3 берлинская лазурь (темно-синий осадок)б) Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 роданид Fe(III) (р-р кроваво-красного цвета)