Диаграмма состояния железо-кислород

Диаграмма состояния железо-кислород Кислород

Fe h2o o2 = ? уравнение реакции

Реакция взаимодействия железа с водяным паром и кислородом (Fe H2O O2 = ?), приводящая к образованию нерастворимого в воде гидроксида железа (II) является отражением процесса (медленный) ржавления железа. Молекулярное уравнение реакции имеет вид:

    [2Fe   2H_2O   O_2 rightarrow 2Fe(OH)_2.]

Записать ионное уравнение в данном случае не предоставляется возможным, поскольку реакция протекает не в растворе, а на границе раздела фаз твердое-газ.
Железо – серебристый пластичный металл. Оно хорошо поддается ковке, прокатке и другим видам механической обработки. Механические свойства железа сильно зависят от его чистоты – от содержания в нем даже весьма малых количеств других элементов.
Железо – самый распространенный после алюминия металл на земном шаре: оно составляет 4% (масс.) земной коры. Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном состоянии железо находят только в метеоритах.
При обычном давлении железо существует в трех полиморфных модификациях (a, b, g); порошок пирофорен. Медленно окисляется во влажном воздухе (процесс ржавления). Не реагирует с водой, гидратом аммиака; пассивируется в концентрированных серной и азотной кислотах, разбавленных щелочах. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами, неметаллами, монооксидом углерода. Вытесняет благородные металлы из их солей в растворе.

    [Fe   2HCl_dilute rightarrow FeCl_2   H_2;]

    [Fe   H_2SO_4_dilute rightarrow FeSO_4   H2;]

    [Fe   CuSO_4_solution rightarrow FeSO_4   Cu;]

    [Fe   5CO rightarrow [Fe(CO)_5];]

    [2Fe   3Cl_2 rightarrow 2FeCl_3.]

Диаграмма состояния железо-кислород

В системе установлено существование трех промежуточ­ных фаз: вюстита (близко к FeO), магнетита (Fe3O4) и гематита (Fe2O3).

Вюстит — соединение переменного состава, близкого к FeO, устой­чиво при избытке кислорода. Вюстит образуется при 1430…1435 °С по перитектической реакции ж Fe3O4↔вюстит. Область гомогенности этой фазы определена и подробно описана в [А-В]. По данным электро­химических измерений , границы области гомогенности вюстита при различных температурах:

t, °C    1000900800700650600570
О, %(ат.)51,1351,1851,2551,3451,3651,4351,60
 52,8952,6952,5252,4452,3051,84 

Распадается вюстит по эвтектоидной реакции: вюстит↔а-Fe Fe3O4 при 560°С; эвтектоидная точка расположена при 51,41 % (ат.) О. Решетка вюстита типа NaCl. С увеличением содержания кислорода период решетки уменьшается почти линейно; Ниже — 70°C кубическая решетка превращается в ромбоэдрическую.

Магнетит Fe3O4 [57,15 % (ат.) О] плавится с открытым максимумом при ~1600 °С. В сплавах, более богатых кислородом, при 1583 °С про­текает реакция ж↔ Fe3O4 О2. В равновесии с кислородом магнетит находится до 1457 °С. Он имеет решетки типа шпинели с периодом а = 0,8397 нм.

Гематит Fe2O3 образуется по реакции Fe3O4 O2 ↔ Fe2O3 при 1457 °С. Он существует в двух формах: стабильной a-Fe2O3 и метастабильной у-Fe2O3. Структура a-Fe2O3 — ромбоэдрическая типа корунда с a = 0,54271 нм и α = 55° 15,8′. Ее также интерпретируют как гексагональ­ную с 30 атомами в элементарной ячейке и периодами а = 0,50345 нм, с = 1,3749 нм, с/а = 02,737. у-Fe2O3 обладает решеткой типа шпинели с периодом а = 0,834 нм. Имеются указания и на более сложную структу­ру- тетрагональную сверхструктуру с периодом решетки а = 0,833 нм, С = 2,499 нм .

В богатых железом сплавах при высоких температурах наблюда­ется область несмешиваемости; температура монотектики 1523 °С; монотектическая точка 0,56 % (ат.) О. При повышении температуры растворимость кислорода в жидком железе увеличивается и при 1700 °С составляет 1,10 % (ат.). При монотектической температуре, по данным различных исследо­ваний, растворимость кислорода в δ-Fe составляет 0,02…0,21 % (ат). В y-Fe при 1345 °С растворяется 0,01 ± 0,01 % (ат.) О, а при 950 °С <0,02 % (ат.) О. В a-Fe растворимость кислорода не превышает 0,1 % (ат.). Растворимость кислорода в деформированном железе более, чем на порядок, превышает его растворимость в литом.

Источники:

Правила с примерами реакций:

Соединения Fe 3 восстанавливаются до Fe 2 в реакциях с такими восстановителями как I–, S–2, S 4 и некоторыми металлами:

Fe 3 и I– :

Fe2O3 6HI →  2FeI2 I2  3H2O

2FeCl3 2HI  →  2FeCl2 I2  2HCl

2FeCl3 2KI  →  2FeCl2 I2  2KCl

Fe2(SO4)3 KI →  2FeSO4 I2  K2SO4

Fe 3 и S–2:

2FeCl3 3Na2S →  2FeSДиаграмма состояния железо-кислородДиаграмма состояния железо-кислородДиаграмма состояния железо-кислород
(первоначально образующийся осадок FeS реагирует с HCl с образованием растворимого хлорида железа (II))

Fe 3 и S 4:

2FeCl3 Na2SO3 H2O →  2FeCl2 Na2SO4 2HCl

2FeCl3 SO2 2H2O →  2FeCl2 H2SO4 2HCl

Fe2(SO4)3 Na2SO3 H2O →  2FeSO4 Na2SO4 H2SO4

Fe 3 и металл:

2FeCl3 Cu →   CuCl2 2FeCl2

2Fe(NO3)3 Fe →  3Fe(NO3)2

Соединений Fe 6 восстанавливаются до Fe 3 в реакции с аммиаком:

2K2FeO4 2NH3 5H2SO4 →  Fe2(SO4)3 2K2SO4 N2­ 8H2O

Соединений Fe 2 окисляются до Fe 3 такими окислителями как оксид азота (IV), перманганат калия, нитриты металлов, азотная кислота и др.:

FeI2 6NO2 →  Fe(NO3)3 I2 3NO

2FeCl2 Cl2 → 2FeCl3

В щелочной среде образуется гидроксид железа (III):

FeCl2 KMnO4 3KOH →  K2MnO4 Fe(OH)3  2KCl

2FeSO4 2KMnO4 6NaOH →  K2MnO4 2Fe(OH)3  Na2MnO4 2Na2SO4

В кислой среде образуется соль, соответствующая кислоте:

6FeCl2 2KNO2 4H2SO4 →  4FeCl3 Fe2(SO4)3 K2SO4 N2­ 4H2O

6FeSO4 2HNO3(разб.) 3H2SO4 →  3Fe2(SO4)3 2NO­ 4H2O

FeSO4 HNO3(конц.) →  Fe(NO3)3 NO2­ H2SO4 H2O

FeCl2 4HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 NO2 2HCl H2O

10FeSO4 2KMnO4 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 2MnSO4 K2SO4 8H2O

6FeSO4 K2Cr2O7 7H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 K2SO4 Cr2(SO4)3 7H2O

Fe3O4 10HNO3(конц.)  →  3Fe(NO3)3 NO2 H2O

 Окисление соединений железа до степени окисления 6 (с образованием ферратов) возможно более сильными окислителями, такими как нитраты щелочных металлов в щелочной среде, хлораты в щелочной среде, раствор брома в щелочи и др:

Fe 2KOH 3KNO3 → K2FeO4 3KNO2 H2O

Fe2O3 3KNO3 4KOH → 2K2FeO4 3KNO2 2H2O (t)

Fe2O3 KClO3 4KOH → 2K2FeO4 KCl 2H2O (t)

2Fe(OH)3 3Br2 10KOH →  2K2FeO4 6KBr 8H2O

3FeSO4 2NaClO3 12NaOH → 3Na2FeO4 2NaCl 3Na2SO4 6H2O

2NaFeO2 3Na2O2 → 2Na2FeO4 2Na2O

2NaFeO2 3Br2 8NaOH(конц) → 2Na2FeO4 6NaBr 4H2O.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий