Оксид железа (III): получение, свойства | CHEMEGE.RU

Оксид железа (III): получение, свойства | CHEMEGE.RU Кислород

Гидролиз солей железа

Растворимые соли железа, образованные кислотными остатками сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. частично:

I ступень: Fe3   H2O  ↔  FeOH2 H

II ступень: FeOH2   H2O ↔ Fe(OH)2   H

III ступень: Fe(OH)2   H2O ↔ Fe(OH)3  H

Однако  сульфиты и карбонаты железа (III) и их кислыесоли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Fe2(SO4)3    6NaHSO3  → 2Fe(OH)3    6SO2    3Na2SO4

2FeBr3    3Na2CO3  3H2O →  2Fe(OH)3↓    CO2↑   6NaBr

2Fe(NO3)3    3Na2CO3    3H2O →  2Fe(OH)3↓    6NaNO3    3CO2↑

2FeCl3    3Na2CO3    3H2O → 2Fe(OH)3↓    6NaCl    3CO2↑

Fe2(SO4)3    3K2CO3    3H2O →  2Fe(OH)3↓    3CO2↑    3K2SO4

При взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает ОВР:

2FeCl3   3Na2S  →  2FeS   S     6NaCl

Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.

Качественные реакции

Качественные реакциинаионы железа 2.

– взаимодействие солей железа (II) с щелочами. При этом образуется серо-зеленый студенистый осадокгидроксида железа (II).

Например, хлорид железа (II) реагирует с гидроксидом натрия:

2NaOH     FeCl2    →    Fe(OH)2    2NaCl

Видеоопытвзаимодействия раствора сульфата железа (II) с раствором гидроксида натрия (качественная реакция на ионы железа (II)) можно посмотреть здесь.

Гидроксид железа (II) на воздухе буреет, так как окисляется до гидроксида железа (III):

4Fe(OH)2        O2       2H2O    →   4Fe(OH)3

– ионы железа 2 окрашивают раствор в светлый желто-зеленый цвет.

– взаимодействие с красной кровяной солью K3[Fe(CN)6] – также качественная реакция на ионы железа 2. При этом образуется синий осадок «турнбулева синь».

Видеоопытвзаимодействия раствора хлорида железа (II) с раствором гексацианоферрата (III) калия (качественная реакция на ионы железа (II)) можно посмотреть здесь.

Качественные реакции на ионы железа 3

– взаимодействие солей железа (III) с щелочами. При этом образуется бурый осадокгидроксида железа (III).

Например, хлорид железа (III) реагирует с гидроксидом натрия:

3NaOH     FeCl3    →    Fe(OH)3    3NaCl

Видеоопытвзаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором гидроксида натрия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.

– ионы железа 3 окрашивают раствор в светлый желто-оранжевый цвет.

– взаимодействие с желтой кровяной солью K4[Fe(CN)6] ионы железа 3. При этом образуется синий осадок «берлинская лазурь».

Видеоопытвзаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором гексацианоферрата (II) калия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.

В последнее время получены данные, которые свидетельствуют, что молекулы берлинской лазури идентичны по строению молекулам турнбулевой сини. Состав молекул обоих этих веществ можно выразить формулой Fe4[Fe2(CN)6]3.

–  при взаимодействии солей железа (III) с роданидамираствор окрашивается в кроваво-красный цвет.

Например, хлорид железа (III) взаимодействует с роданидом натрия:

FeCl3        3NaCNS   →   Fe(CNS)3      3NaCl

Видеоопытвзаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором роданида калия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.

Нахождение в природе

Железо довольно распространено в земной коре (порядка 4% массы земной коры). По распространенности на Земле железо занимает 4-ое место среди всех элементов и 2-ое место среди металлов. Содержание в земной коре  — около 8%.

В природе железо в основном встречается в виде соединений:

Красный железняк Fe2O3 (гематит).

Нитраты железа

Нитрат железа (II) при нагревании разлагается на оксид железа (III), оксид азота (IV)  и кислород:

4Fe(NO3)2 → 2Fe2O3    8NO2     O2

Нитрат железа (III) при нагревании разлагается также на оксид железа (III), оксид азота (IV)  и кислород:

4Fe(NO3)3 → 2Fe2O3    12NO2     3O2

Окислительные свойства железа (iii)

Соли железа (III) под проявляют довольно сильные окислительные свойств. Так, при взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает окислительно-восстановительная реакция.

Например: хлорид железа (III) взаимодействует с сульфидом натрия. При этом образуется сера, хлорид натрия и либо черный осадок сульфида железа (II) (в избытке сульфида натрия), либо хлорид железа (II) (в избытке хлорида железа (III)):

2FeCl3    3Na2S  →   2FeS    S    6NaCl

2FeCl3    Na2S  →   2FeCl2    S     2NaCl

По такому же принципу соли железа (III) реагируют с сероводородом:

2FeCl3    H2S  →   2FeCl2    S     2HCl

Соли железа (III) также вступают в окислительно-восстановительные реакции с йодидами.

Например, хлорид железа (III) взаимодействует с йодидом калия. При этом образуются хлорид железа (II), молекулярный йод и хлорид калия:

2FeCl3    2KI    →   2FeCl2    I2     2KCl

Интерес представляют также реакции солей железа (III) с металлами. Мы знаем, что более активные металлы вытесняют из солей менее активные металлы. Иначе говоря, металлы, которые стоят в электрохимическом ряду левее, могут взаимодействовать с солями металлов, которые расположены в этом ряду правее.

Однако, соли железа со степенью окисления 3 в этом ряду являются небольшим исключением. Ведь для железа характерны две степени окисления: 2 и 3. И железо со степенью окисления 3 является более сильным окислителем. Таким образом, условно говоря, железо со степенью окисления 3 расположено в ряду активности после меди.

И еще один момент. Соединения железа (III) с этими металлами реагировать будут, а вот соединения железа (II) с ними реагировать не будут. Таким образом, металлы, расположенные в ряду активности между железом и медью (включая медь) при взаимодействии с солями железа (III) восстанавливают железо до степени окисления 2. А вот металлы, расположенные до железа в ряду активности, могут восстановить железо и до простого вещества.

Например, хлорид железа (III) взаимодействует с медью. При этом образуются хлорид железа (II) и хлорид меди (II):

2FeCl3     Cu  →   2FeCl2      CuCl2

А вот реакция нитрата железа (III) с цинком протекает уже по привычному механизму. И железо восстанавливается до простого вещества:

2Fe(NO3)3       3Zn  →  2Fe     3Zn(NO3)2

Оксид железа (ii)

Оксид железа (II) – это твердое, нерастворимое в воде вещество черного цвета.

Оксид железа (ii, iii)

Оксид железа (II, III) (железная окалина, магнетит) – это твердое, нерастворимое в воде вещество черного цвета.

Оксид железа (iii)

Оксид железа (III) – это твердое, нерастворимое в воде вещество красно-коричневого цвета.

Положение в периодической системе химических элементов

Элемент железо расположен в побочной подгруппе VIII группы  (или в 8 группе в современной форме ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Способы получения

Железо в промышленности получают из железной руды, гематита Fe2O3  или магнетита (Fe3O4или FeO·Fe2O3).

1. Один из основных способов производства железа – доменный процесс. Доменный процесс основан на восстановлении железа из оксида углеродом в доменной печи.

В печь загружают руду, кокс и флюсы.

Шихта – смесь исходных материалов, а в некоторых случаях и топлива в определённой пропорции, которую обрабатывают в печи.

Каменноугольный кокс – это твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путем коксования каменного угля при температурах 950—1100 °С без доступа воздуха. Содержит 96—98 % углерода.

Флюсы – это неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке металлов, чтобы снизить температуру плавления и легче отделить металл от пустой породы.

Шлак – расплав (а после затвердевания – стекловидная масса), покрывающий поверхность жидкого металла. Шлак состоит из всплывших продуктов пустой породы с флюсами и предохраняет металл от вредного воздействия газовой среды печи, удаляет примеси.

В печи кокс окисляется до оксида углерода (II):

2C    O2   →  2CO

Затем нагретый угарный газ восстанавливает оксид железа (III):

3CO    Fe2O3    →   3CO2      2Fe

Процесс получения железа – многоэтапный и зависит от температуры.

Наверху, где температура обычно находится в диапазоне между 200 °C и 700 °C, протекает следующая реакция:

3Fe2O3       CO   →    2Fe3O4          CO2

Ниже в печи, при температурах приблизительно 850 °C, протекает восстановление смешанного оксида железа (II, III)  до оксида железа (II):

Fe3O4      CO   →   3FeO     CO2

Встречные потоки газов разогревают шихту, и происходит разложение известняка:

CaCO3    →    CaO           CO2

Оксид железа (II) опускается в область с более высоких температур (до 1200oC), где протекает следующая реакция:

FeO     CO   →   Fe     CO2

Углекислый газ поднимается вверх и реагирует с коксом, образуя угарный газ:

CO2       C   →    2CO

Оксид железа (III): получение, свойства | CHEMEGE.RU(изображение с портала 900igr.net)

2. Также железо получают прямым восстановлением из оксида водородом:

Fe2O3       3H2   →    2Fe          3H2O

При этом получается более чистое железо, т.к.  получаемое железо не загрязнено серой и фосфором, которые являются примесями в каменном угле.

3.Еще один способ получения железа в промышленности – электролиз растворов солей железа.

Физические свойства

Железо – металл серебристо-белого цвета, с высокой химической активностью и высокой ковкостью. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Химические свойства

1. При обычных условиях железо малоактивно, но при нагревании, в особенности в мелкораздробленном состоянии, оно становится активным и реагирует почти со всеми неметаллами.

1.1. Железо реагирует с галогенами с образованием галогенидов. При этом активные неметаллы (фтор, хлор и бром) окисляют железо до степени окисления 3:

2Fe   3Cl2  → 2FeCl3

Менее активный йод окисляет железо до степени окисления 2:

Fe    I2  →  FeI2

1.2. Железо реагирует с серой с образованием сульфида железа (II):

Fe    S   →  FeS

1.3. Железо реагирует с фосфором. При этом образуется бинарное соединения – фосфид железа:

Fe    P   →   FeP

1.4.С азотом железо реагирует в специфических условиях.

1.5. Железо реагирует с углеродом и кремнием с образованием карбида и силицида.

1.6. При взаимодействии с кислородомжелезо образует окалину – двойной оксид железа (II, III):

3Fe    2O2  →  Fe3O4

При пропускании кислорода через расплавленное железо возможно образование оксида железа (II):

2Fe    O2  →  2FeO

2. Железо взаимодействует со сложными веществами.

2.1. При обычных условиях железо с водой практически не реагирует. Раскаленное железо может вступать в реакцию при температуре 700-900оС с водяным паром:

3Fe0 4H2 O  →  Fe 33O4 4H20

В воде в присутствии кислорода или во влажном воздухе железо медленно окисляется (корродирует):

4Fe    3O2      6H2O    →   4Fe(OH)3

2.2.Железо взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль железа со степенью окисления 2 и водород.

Например, железо бурно реагирует с соляной кислотой:

Fe 2HCl   →   FeCl2    H2↑

2.3.При обычных условиях железо не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат железа (III) и вода:

2Fe 6H2SO4(конц.)   →  Fe2(SO4)3 3SO2  6H2O

2.4.Железо не реагирует при обычных условиях с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации. При нагревании реакция идет с образованием нитрата железа (III), оксида азота (IV) и воды:

Fe    6HNO3(конц.)   →   Fe(NO3)3    3NO2↑     3H2O

С разбавленной азотной кислотой железо реагирует с образованием оксида азота (II):

Fe     4HNO3(разб.гор.)  →   Fe(NO3)3    NO    2H2O

При взаимодействии железа с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

8Fe    30HNO3(оч. разб.)  →  8Fe(NO3)3      3NH4NO3     9H2O

2.5. Железо может реагировать с щелочными растворами или расплавами сильных окислителей. При этом железо окисляет до степени окисления 6, образуя соль (феррат).

Например, при взаимодействии железа с расплавом нитрата калия в присутствии гидроксида калия железо окисляется до феррата калия, а азот восстанавливается либо до нитрита калия, либо до аммиака:

Fe    2KOH    3KNO3  →   3KNO2      K2FeO4     H2O

2.6. Железо восстанавливает менее активные металлы изоксидов и солей.

Например, железо вытесняет медь из сульфата меди (II). Реакция экзотермическая:

Fe    CuSO4  →   FeSO4    Cu

Еще пример: простое вещество железо восстанавливает железо до степени окисления 2  при взаимодействии с соединениями железа 3:

2Fe(NO3)3     Fe  → 3Fe(NO3)2  

2FeCl3    Fe  → 3FeCl2

Fe2(SO4)3     Fe  →   3FeSO4

Электронное строение атома железа

Электронная конфигурация  железа в основном состоянии:

26Fe 1s22s22p63s23p64s23d6

Железо проявляет ярко выраженные магнитные свойства.

Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий