Дополнительный материал для подготовке к ОГЭ по химии по теме Железо
ЖЕЛЕЗО
Железо - Элемент XVIII группы четвертого периода периодической системы Менделеева, металл
Степень окисления +2,+3, иногда +6.
Один из наиболее распростаненных элементов в природе. Особенно важен для живых организмов: является основным катализатором дыхательных процессов. Железо входит в состав гемоглобина крови (477 мг/л), участвует в процессе переноса кислорода от легких к тканям. Железо встречается в природе в основном в виде руд.
Основные руды железа:
— магнетит (магнитный железняк) FезО4 (содержит до 72% железа), основные месторождения находятся на Урале.— гематит (красный железняк) Fe2О3 (содержит до 65% железа), основное месторождение — Криворожское.— лимонит (бурый железняк) Fe2О3 • nH2O (содержит до 60% Ре), крупные месторождения в Крыму и на Урале.— пирит (железный колчедан) FeS2 (содержит около 46% железа), — сидерит (шпатовый железняк) FeСО3 (содержит до 35% Железа).
Физические свойства железа.
Чистое железо — серебристо-белый металл, быстро тускнеющий (ржавеющий) на влажном воздухе или в воде, содержащей кислород. Железо пластично, легко подвергается ковке и прокатке, температура плавления 1539°С. Обладает сильными магнитными свойствами (ферромагнетик), хорошей тепло- и электропроводностью.
Химические свойства железа.
Железо — активный металл.
1. На воздухе образуется защитная оксидная пленка, препятствующая ржавению металла. 3Fe + 2O2 = Fe2O3 • FeO (феррит железа)
2. Сгорание в чистом кислороде.
3. Во влажном воздухе железо окисляется и покрывается ржавчиной, которая частично состоит из гидратированного оксида железа (III). 4Fe + 3О2 + 6Н2О = 4Fe(ОН)3
4. Взаимодействует с хлором, углеродом и другими неметаллами при нагревании. 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
5. Железо вытесняет из растворов солей металлы, находящиеся в электрохимическом ряду напряжений правее железа: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu
6. Растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах c выделением водорода.
Fe + НCl = FeCl2 + H2
7. Концентрированные
азотная и серная кислоты пассивируют железо.
C концентрированной серной и азотной кислотами взаимодействует только при нагревании
С разбавленной азотной кислотой железо может реагировать с образованием соли железа(II), а с более концентрированным раствором кислоты – соли железа(III) и различных продуктов восстановления кислоты
4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O,
3Fe + 8HNO3 = 3Fe(NO3)2 +2NO + 4H2O,
Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.
8. Железо восстанавливает соединения железа(III).
Получение железа
Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II), а также водородом:
FeO + C = Fe + CO
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
Соединения железа
Оксид железа (II) FeO
FeO черное кристаллическое вещество, нерастворимое в воде и щелочах. FeO соответствует основание Fe(OH)2.
Получение.
Неполное восстановление магнитного железняка оксидом углерода (II):
Восстановление оксида железа (III) водородом
Fe2O3 + H2 = 2FeO + H2O
Химические свойства.
Является основным оксидом.
Реагируя с кислотами, образует соли:
Проявляет восстановительные свойства:
3FeO + 10HNO3 = 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O.
Гидроксид железа (II) Fe(OH)2
Fe(OH)2 – кристаллическое вещество белого цвета.
Получение.
Гидроксид железа (II) получается из солей двухвалентного железа
при действии растворов щелочей:
Образование гидроксида железа(II) является одной из стадий ржавления железа:
Химические свойства.
Основный гидроксид.
Вступает в реакции с кислотами:
На воздухе Fe(OH)2 окисляется до Fе(ОН)3:
Взаимодействует с концентрированными растворами щелочей при нагревании с образованием тетрагидроксоферрата (II):
Fe(OH)2 + 2NaOH = Na2[Fe(OH)4].
Проявляет восстановительные свойства, при взаимодействии с азотной или концентрированной серной кислотой образуются соли железа (III):
2Fe(OH)2 + 4H2SO4 = Fe2(SO4)3 + SO2 + 6H2O.
При нагревании реагирует с концентрированными растворами солей аммония, например, хлорида аммония:
Соли двухвалентного железа
Соли двухвалентного железа получают взаимодействием металлического железа с соответствующими кислотами.
При стоянии на воздухе медленно окисляются растворенным кислородом до солей железа (III):
4FeCl2 + O2 + 2H2O = 4FeOHCl2.
Они сильно гидролизуются, потому их водные растворы – энергичные восстановители:
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
При нагревании выше 480 °C разлагается, образуя оксиды:
При действии щелочей на сульфат железа (II) образуется гидроксид железа (II):
Образует кристаллогидрат – FeSO4*7Н2О (железный купорос).
Качественная реакция на катион Fe2+ – взаимодействие с гексацианоферратом (III) калия (красной кровяной солью) :FeSO4 + K3[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ + K2SO4
Fe2+ + K+ + [Fe(CN)6]3- = KFe[Fe(CN)6]↓
в результате реакции образуется осадок синего цвета – гексацианоферрат (II) железа (III) - калия.
Качественная реакция на ион железа (II) – реакция со щелочью.
Реакция со щелочью – еще один способ обнаружения ионов железа (II). Гидроксид железа (II) Fe(OH)2 - серо-зеленого цвета.
Fe SO4 +2 NaOH = Fe(OH)2 ↓ + Na2 SO4
Оксид железа(III) Fe2O3
Fe2O3 вещество бурого цвета, встречается в природе в виде красного железняка, нерастворим в воде.
Получение.
При обжиге пирита:
Термическое разложение гидроксида железа (III):
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O
Обезвоживание метагидроксида железа прокаливанием:
Термическое разложение соединений солей железа(III) на воздухе:
Химические свойства.
Проявляет слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных.
Легко реагирует с кислотами:
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O.
С растворами щелочей не реагирует, но при сплавлении образует ферриты:
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O.
Проявляет окислительные и восстановительные свойства. При нагревании восстанавливается водородом или оксидом углерода (II), проявляя окислительные свойства:
Fe2O3 + H2 = 2FeO + H2O,
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2.
В присутствии сильных окислителей в щелочной среде проявляет восстановительные свойства и окисляется до производных железа (VI):
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O
При температуре выше 1400°С разлагается:
6Fe2O3 = 4Fe3O4 + O2.
Взаимодействие с карбонатом натрия:
Гидроксид железа (III) Fe(OH)3
Fe(OH)3 вещество красно-бурого цвета, нерастворимое в воде и избытке щелочи.
Получение.
Взаимодействие солей железа (III) с растворами щелочей:
Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3 + 3Na2SO4
Окисление гидроксида железа (II).
Химические свойства.
Является амфотерным соединением (с преобладанием основных свойств).
Легко реагирует с кислотами:
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O.
Реагирует с концентрированными растворами щелочей с образованием гексагидроксоферратов (III):
Fe(OH)3 + 3NaOH = Na3[Fe(OH)6],
При сплавлении со щелочами или щелочными реагентами образует ферриты:
Fe(OH)3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O,
2Fe(OH)3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2 + 3H2O.
В присутствии сильных окислителей в щелочной среде проявляет восстановительные свойства и окисляется до производных железа (VI):
2Fe(OH)3 + 3Br2 + 10KOH = 2K2FeO4 + 6NaBr + 8H2O
При нагревании разлагается:
Соли трехвалентного железа
Хлорид железа (III) FeCl3 – кристаллическое вещество темно-коричневого цвета.
Химические свойства. Растворим в воде. FeCl3 проявляет окислительные свойства. Восстановители – магний, цинк, сероводород, окисляются без нагревания.
Соли железа (III) гидролизуют в большей степени, чем соли железа (II), по этой причине соли железа (III) и слабых кислот нельзя выделить из раствора, они мгновенно гидролизуют с образованием гидроксида железа (III):
Fe2(SO4)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 + 3CO2 + 3Na2SO4.
Проявляют все свойства солей.
Обладают преимущественно восстановительными свойствами:
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl.
Качественная реакция на катион Fe3+ – взаимодействие с гексацианоферратом (II) калия (желтой кровяной солью)
FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ + 3KCl
Fe3+ + K+ + [Fe(CN)6]4- = KFe[Fe(CN)6]↓
в результате реакции образуется осадок синего цвета – гексацианоферрат (III) железа (II) - калия.
Кроме того, ионы Fe3+ определяют по характерному кроваво-красному окрашиванию роданида железа (III), который образуется в результате взаимодействия соли железа (III) с роданидом калия или аммония:
FeCl3 + 3KCNS = Fe(CNS)3 + 3KCl,
Fe3+ + 3CNS- = Fe(CNS)3.
Качественная реакция на ион железа (III)– реакция со щелочью.
Если в растворе есть ионы железа (III), образуется гидроксид железа (III) Fe(OH)3. Основание нерастворимо в воде и бурого цвета.
FeCl3 + 3 NaOH = Fe(OH)3 ↓+ 3 NaCl