::Задание для самостоятельной работы
Советуем приступать к заданию, только после освоения соответствующего раздела. Правильность выполненных заданий можно проверить в разделе "Ответы"
Простое вещество
Железо - d-элемент, находится в побочной подгруппе VIII группы периодической системы. Самый распространенный в природе металл после алюминия. Входит в состав многих минералов: бурый железняк Fе2О3*Н2О, красный железняк или гематит Fе2О3, магнитный железняк или магнетит Fe3О4, пирит FeS2.
Электронное строение: Is22s22p63s23p64s23d6.
Валентность: II, III, (VI).
Степени окисления: 0, +2, -4-3, +6 (только в ферритах К2FеО4).
Физические свойства
Железо - блестящий, серебристо-белый металл, т. пл. -1539 °С.
Получение
Чистое железо можно получить восстановлением оксидов водородом при нагревании, а также электролизом растворов его солей. Доменный процесс - получение железа в виде сплавов с углеродом (чугун и сталь):
1) ЗFe2Оз + СО -> 2Fe3О4 + СО2
2) Fe3О4 + СО -> ЗFeО + СО2;
3) FeO + СО -> Fe + СО2
Химические свойства
I. Взаимодействие с простыми веществами - неметаллами.
1) С хлором и серой (при нагревании). Более сильным окислителем хлором железо окисляется до Fe3+, более слабым - серой - до Fe2+:
2Fe + ЗCl -> 2FeСlз;
Fe + S -> FeS
2) С углем, кремнием и фосфором (при высокой температуре).
3) В сухом воздухе окисляется кислородом, образуя окалину - смесь оксидов железа(II) и (III):
ЗFе + 2О2 -> Fe3О4 (FeО+ Fе2O3)
II. Взаимодействие со сложными веществами.
1) Во влажном воздухе протекает коррозия (ржавление) железа:
4Fе + 302 + 6Н2О -> 4Fе(ОН)з
При высокой температуре (700-900 °С) в отсутствие кислорода железо реагирует с парами воды, вытесняя из нее водород:
ЗFе + 4Н2О -> Fe3О4 + 4Н2
2) Вытесняет водород из разбавленной соляной и серной кислот:
Fe + 2HCI -> FeCl + Н2 ;
Fe + H2SO4(разб.) -> FeSO4 + Н2
Высококонцентрированные серная и азотная кислоты при обычной температуре с железом не реагируют вследствие его пассивации.
Разбавленной азотной кислотой железо окисляется до Fe3+, продукты восстановления HNO3 зависят от ее концентрации и температуры:
8Fe + 30HN03(Оч. Разб.) -> 8Fе(NОз)з + 3NH4NO3 + 9Н2О
Fe + 4НNОз(Разб.) -> Fe(NОз)з + NO + 2Н2О
Fe + 6НNОз(конц.) -> Fе(NОз)з + 3NO2 + ЗН2О
3) Реакция с растворами солей металлов, стоящих правее железа в электрохимическом ряду напряжений металлов:
Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Сu
Медико-биологическое значение
Железо - составная часть жизненно важных биологических комплексов, таких как гемоглобин (транспорт кислорода и углекислого газа), миоглобин (запасание кислорода в мышцах), цитохромы (ферменты). В организме взрослого человека содержится 4-5 г железа. Недостаток железа в организме приводит к таким заболеваниям, как анемия, малокровие.
Соединения железа(II) Оксид железа(II)
Оксид FeO - черный порошок, нерастворим в воде.
Получение
Восстановление из оксида железа(III) при 500 °С действием оксида углерода(II):
Fе2Оз +CО -> 2FeO + СО2
Химические свойства
Основной оксид, ему соответствует гидроксид Fe(OH)2; растворяется в кислотах, образуя соли железа(Н):
FeO + 2НСl -> FeCl + Н2О
Гидроксид железа(II)
Гидроксид Fe(OH)2 - нерастворимое в воде основание.
Получение
Действие щелочей на соли железа(II) без доступа воздуха: FeSO4 + 2NaOH -> Fe(OH)2v + Na2SO4
Химические свойства
Гидроксид Fe(OH)2 проявляет основные свойства, хорошо растворяется в минеральных кислотах, образуя соли.
Fe(OH)2 + H2S04 -> FeSO4+ 2H2O
При нагревании разлагается:
Fe(OH)2 -t-> FeO + H2O
Окислительно-восстановительные свойства
Соединения железа (П) проявляют достаточно сильные восстановительные свойства, устойчивы только в инертной атмосфере; на воздухе (медленно) или в водном растворе при действии окислителей (быстро) переходят в соединения железа (III):
4Fe(OH)2 + 02 + 2Н2О -> 4Fе(ОН)з
2FeCl + Cl -> 2FeCl3 ;
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 -> 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
Соединения железа(П) могут выступать и в роли окислителей:
FeO + CO t -> Fe + СО2
Соединения железа(III) Оксид железа(III)
Оксид Fе2Оз - самое устойчивое природное кислородсодержащее соединение железа. Это амфотерный оксид, нерастворимый в воде. Образуется при обжиге пирита FeS2.
Химические свойства
1) Растворяясь в кислотах, образует соли железа:
Fе2Оз + 6НСl -> 2FеС1з + ЗН2О
2) При сплавлении с карбонатом калия образует феррит калия:
Fе2Оз + К2СОз t -> 2KFeO2 + CO2
3) При действии восстановителей выступает как окислитель:
Fе2Оз + ЗН2 t -> 2Fe + 3H2O
Гидроксид железа(III)
Гидроксид Fе(ОН)з - красно-бурое вещество, нерастворимое в воде.
Получение
Fе2(SО4)з + 6NaOH -> 2Fе(ОН)з + 3Na2SO4
Химические свойства
Гидроксид Fе(ОН)з- более слабое основание, чем гидроксид железа(II), обладает слабо выраженной амфотерностью.
1) Растворяется в разбавленных кислотах:
Fe(OH)3 + 3H2SO4 -> Fе2(SО4)з + ЗН2O
2) При кипячении в 50 % растворе NaOH образует гидроксокомплекс:
Fе(ОН)з + 3NaOH -> Na3[Fе(ОН)6]
Соли железа(III)
Подвергаются сильному гидролизу в водном растворе:
При действии сильных восстановителей в водном растворе проявляют окислительные, свойства, переходя в соли железа(II):
2FеС1з + 2KI -> 2FeCl2 + I2 +2KCl
Fе2(SО4)з + Fe -> ЗFеSО4
Качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+
Реактивом на ион Fe2+ является гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль), который дает с ним интенсивно синий осадок смешанной соли - гексацианоферрат(III) калия-железа (II) или турнбулева синь:
FеСl2 + Кз[Fе(СN)6] -> KFe2+[Fe3+(CN)6] + 2KCl
Реактивом на ион Fе3+ является тиоцианат-ион (роданид-ион) CNS-, при взаимодействии которого с солями железа(III) образуется вещество -кроваво-красного цвета - роданид железа(III):
FеСl3 + 3KCNS -> Fe(CNS)3 + 3KCl
Ионы Fе3+ можно обнаружить также с помощью гексацианоферрата А (II) калия (желтая кровяная соль). При этом образуется нерастворимое в
воде вещество интенсивно синего цвета - гексацианоферрат (П) калия-железа(Ш) или берлинская лазурь:
FеСl3 + K4[Fe(CN)6] -> КFе3+[Fе2+СN)6]4 + ЗКСl