В свободном состоянии железо серебристобелый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа чугуны и стали
 Скачать 344.49 Kb.
|
|
Железо и его соединения В 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 + СO2 2) Fe3O4 + СО = 3FeO +СO2 3) FeO + СО = Fe + СO2 Образующийся 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 Fe Fe(CO)5 = Fe + 5СО б) восстановление водородом чистого FeO FeO + Н2 = Fe + Н2O в) электролиз водных растворов солей Fe+2 FeC2O4 = Fe + 2СO2 оксалат 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)3 В отсутствие влаги с сухим воздухом железо начинает заметно реагировать лишь при Т > 150°С; при прокаливании образуется «железная окалина» Fe3O4: 3Fe + 2O2 = Fe3O4 В 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) = 4H2 Процесс 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 = FeS Образуются соединения, в которых преобладает ионный тип связи. Fe + Р = FexPy Fe + C = FexCy Fe + Si = FexSiy Образуются 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↑ + 2Н2O Очень хорошо растворяется в смеси НСl и HNO3 В водных растворах щелочей Fe не растворяется. С расплавленными щелочами реагирует только при очень высоких температурах. Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu Fe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0 Fe(порошок) + 5CO (г) = Fe0(CO)5пентакарбонил железа Fe2O3 - основный оксид с признаками амфотерности I. Основные свойства проявляются в способности реагировать с кислотами: Fe2О3 + 6Н+ = 2Fe3+ + ЗН2О Fe2О3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2O Fe2О3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O II. 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)2 Fe2О3 + 2NaOH = 2NaFeО2 + H2O Fe2О3 + MgCO3 = Mg(FeO2)2 + CO2 III. Fe2О3 - исходное сырье для получения железа в металлургии: Fe2О3 + ЗС = 2Fe + ЗСО или Fe2О3 + ЗСО = 2Fe + ЗСO2 Получают при действии щелочей на растворимые соли Fe3+: FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl В 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)3 4Fe(OH)2 + 2Н2O + O2 = 4Fe(OH)3 Гидроксид 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 + 3H2O 2) 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 + 8Н2O Наиболее 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• 12Н2O Соли Fe3+ часто имеют окраску как в твердом состоянии, так и в водном растворе. Это объясняется наличием гидратированных форм или продуктов гидролиза. Fe + неметалл 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 2.Fe + кислота Fe + 4HNO3 разб = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O 3. Fe2O3 + кислота Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SО4)3 + 3H2O 4. Fe(OH)3 + кислота Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O 5. Окисление Fe2+ до Fe3+ 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3 2Fe2O3 + H2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O Fe3+ + 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 + 2KCl Fe2(SO4)3 + H2S = 2FeSO4 + S + H2SO4 III. При действии щелочей и водных растворов аммиака на растворы солей Fe3+ образуется осадок: Fe3+ + ЗОН- = Fe(OH)3 IV. При нагревании многие соли разлагаются: 2FeCl3 = 2FeCl2 + Cl2 Fe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO3 4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2 V. 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) |