Шпаргалка - залізо
Хімічний знак - Fe (ферум). Порядковий номер -26, електронна формула 1s2 2s2 2p6 3d64s2.
¯- - - - - - 3d - 4p 4s Електронно-графіческаяформула
¯- - - - - 3d ¯- 4p
Валентні електрони у атома заліза знаходяться напоследнем електронному шарі (4s2) і передостанньому (3d6) .В хімічних реакціях залізо може віддавати ці електрони і проявляти степеніокісленія +2, +3 і, іноді, +6.
Знаходження в природі.
Залізо є другим пораспространенності металом в природі (після алюмінію). У вільному состоянііжелезо зустрічається тільки в метеоритах, падаючих на землю. Найбільш важниепріродние з'єднання:
Fe2O3 · 3H2O - бурий залізняк;
Fe2O3- червоний залізняк;
Fe3O4 (FeO · Fe2O3) - магнітнийжелезняк;
FeS2 - залізний колчедан (пірит).
З'єднання заліза входять у склад живих організмів.
У промисловості залізо получаютвосстановленіем його із залізних руд вуглецем (коксом) і оксидом вуглецю (II) в доменних печах. Хімізм доменного процесу наступний:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2,
FeO + CO = Fe + CO2.
Залізо - сріблясто серийметалл, має велику ковкість, пластичністю і сильними магнітнимісвойствамі. Щільність заліза - 7,87 г / см3, температура плавленія1539 ° С.
У реакціях залізо являетсявосстановітелем. Однак при звичайній температурі воно не взаємодіє навіть ссамого активними окислювачами (галогенами, киснем, сіркою), але при нагріванні стає активним і реагує з ними:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 Хлорид заліза (III)
3Fe + 2O2 = Fe3O4 (FeO · Fe2O3) Оксид заліза (II, III)
Fe + S = FeS Сульфід заліза (II)
При дуже високій температурежелезо реагує з вуглецем, кремнієм і фосфором:
3Fe + C = Fe3C Карбіджелеза (цементит)
3Fe + Si = Fe3Si Сіліціджелеза
3Fe + 2P = Fe3P2 Фосфіджелеза (II)
Залізо реагує сосложнимі речовинами.
У вологому повітрі залізо бистроокісляется (кородує):
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe (OH) 3,
Залізо знаходиться в середінеелектрохіміческого ряду напруг металів, тому є металом среднейактівності. Відновлювальна здатність у заліза менше, ніж у лужних, лужноземельних металів і в алюмінію. Тільки при високій температурераскаленное залізо реагує з водою:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2-
Залізо реагує з разбавленнимісерной і соляної кислотами, витісняючи з кислот водень:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2-
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2-
При звичайній температурі железоне взаємодіє з концентрованою сірчаною кислотою, так як пассівіруетсяею. При нагріванні концентрована H2SO4 окісляетжелезо до сульфіту заліза (III):
2Fe + 6H2SO4 = Fe2 (SO4) 3 + 3SO2- + 6H2O.
Розбавлена азотна кислота окісляетжелезо до нітрату заліза (III):
Fe + 4HNO3 = Fe (NO3) 3 + NO- + 2H2O.
Концентрована азотнаякіслота пасивує залізо.
З розчинів солей железовитесняет метали, які розташовані праворуч від нього в електрохімічному рядунапряженій:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu, Fe0 + Cu2 + = Fe2 + + Cu0.
З'єднання заліза (II)
Оксид заліза (II) FeO - черноекрісталліческое речовина, нерозчинний у воді. Оксид заліза (II) получаютвосстановленіем оксиду заліза (II, III) оксидом вуглецю (II):
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2-.
Оксид заліза (II) - основнойоксід, легко реагує з кислотами, при цьому утворюються солі заліза (II):
FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O, FeO + 2H + = Fe2 + + H2O.
Гідроксид заліза (II) Fe (OH) 2 - порошок білого кольору, не розчиняється у воді. Отримують його з солей заліза (II) при взаємодії їх з лугами:
FeSO4 + 2NaOH = Fe (OH) 2¯ + Na2SO4,
Fe2 + + 2OH- = Fe (OH) 2¯.
Гідроксид заліза () Fe (OH) 2 проявляетсвойства підстави, легко реагує з кислотами:
Fe (OH) 2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O,
Fe (OH) 2 + 2H + = Fe2 ++ 2H2O.
При нагріванні гідроксид заліза (II) розкладається:
Fe (OH) 2 = FeO + H2O.
З'єднання зі ступенем окісленіяжелеза +2 виявляють відновні властивості. так як Fe2 + легкоокисляющихся до Fe + 3:
Так, свежеполученний зеленоватийосадок Fe (OH) 2 на повітрі дуже швидко змінює забарвлення - буріє. Ізмененіеокраскі пояснюється окисленням Fe (OH) 2 в Fe (OH) 3кіслородом повітря:
4Fe + 2 (OH) 2 + O2 + 2H2O = 4Fe + 3 (OH) 3.
Відновлювальні свойствапроявляют і солі двовалентного заліза, особливо при дії окислювачів вкіслотной середовищі. Наприклад, сульфат заліза (II) відновлює перманганаткалія в кислотною середовищі до сульфату марганцю (II):
10Fe + 2SO4 + 2KMn + 7O4 + 8H2SO4 = 5Fe + 32 (SO4) 3 + 2Mn + 2SO4 + K2SO4 + 8H2O.
Качественнаяреакція на катіон заліза (II).
Реактивом для определеніякатіона заліза Fe2 + є гексациано (III) феррат калію (червона кровянаясоль) K3 [Fe (CN) 6]:
3FeSO4 + 2K3 [Fe (CN) 6] = Fe3 [Fe (CN) 6] 2¯ + 3K2SO4.
При взаємодії іонів [Fe (CN) 6] 3-з катіонами заліза Fe2 + утворюється темно-синій осад - турнбулевасінь:
3Fe2 + +2 [Fe (CN) 6] 3 = Fe3 [Fe (CN) 6] 2¯
З'єднання заліза (III)
Оксид заліза (III) Fe2O3 - порошок бурого кольору, не розчиняється у воді. Оксид заліза (III) отримують:
А) розкладанням гідроксиду заліза (III):
2Fe (OH) 3 = Fe2O3 + 3H2O
Б) окисленням піриту (FeS2):
4Fe + 2S2-1 + 11O20 = 2Fe2 + 3O3 + 8S + 4O2-2.
/> /> /> Fe + 2 - 1e ® Fe + 3
Оксид заліза (III) проявляетамфотерние властивості:
А) взаємодіє з твердиміщелочамі NaOH і KOH і з карбонатами натрію і калію при високій температурі:
Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O,
Fe2O3 + 2OH- = 2FeO2- + H2O,
Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2.
Гідроксид заліза (III) отримують з солей заліза (III) при взаємодії їх з лугами:
FeCl3 + 3NaOH = Fe (OH) 3¯ + 3NaCl,
Fe3 + + 3OH- = Fe (OH) 3¯.
Гідроксид заліза (III) являетсяболее слабкою основою, ніж Fe (OH) 2, і проявляє амфотерниесвойства (з переважанням основних). При взаємодії з разбавленнимікіслотамі Fe (OH) 3 легко утворює відповідні солі:
Fe (OH) 3 + 3HCl «FeCl3 + H2O
2Fe (OH) 3 + 3H2SO4 «Fe2 (SO4) 3 + 6H2O
Fe (OH) 3 + 3H + «Fe3 + + 3H2O
Реакції з концентрірованнимірастворамі лугів протікають лише при тривалому нагріванні. При етомполучаются стійкі гідрокомплексу з координаційним числом 4 або 6:
Fe (OH) 3 + NaOH = Na [Fe (OH) 4],
Fe (OH) 3 + OH- = [Fe (OH) 4] -,
Fe (OH) 3 + 3NaOH = Na3 [Fe (OH) 6],
Fe (OH) 3 + 3OH- = [Fe (OH) 6] 3.
З'єднання зі ступенем окісленіяжелеза +3 виявляють окисні властивості, так як під действіемвосстановітелей Fe + 3 перетворюється в Fe + 2:
Так, наприклад, хлорид заліза (III) окисляє йодид калію до вільного йоду:
2Fe + 3Cl3 + 2KI = 2Fe + 2Cl2 + 2KCl + I20
Качественниереакціі на катіон заліза (III)
А) Реактивом для обнаруженіякатіона Fe3 + є гексациано (II) феррат калію (жовта кровянаясоль) K2 [Fe (CN) 6].
При взаємодії іонів [Fe (CN) 6] 4-з іонами Fe3 + утворюється темно-синій осад - берлінська лазур:
4FeCl3 + 3K4 [Fe (CN) 6] «Fe4 [Fe (CN) 6] 3¯ + 12KCl,
4Fe3 + + 3 [Fe (CN) 6] 4 = Fe4 [Fe (CN) 6] 3¯.
Б) Катіони Fe3 + легко виявляються з помощьюроданіда амонію (NH4CNS). В результаті взаємодії іонів CNS-1 скатіонамі заліза (III) Fe3 + утворюється малодиссоциирующий роданид заліза (III) криваво-червоного кольору:
FeCl3 + 3NH4CNS «Fe (CNS) 3 + 3NH4Cl,
Fe3 + + 3CNS1- «Fe (CNS) 3.
Застосування і біологічна роль заліза і егосоедіненій.
Найважливіші сплави заліза - чавуни і сталі - являютсяосновнимі конструкційними матеріалами практично у всіх отрасляхсовременного виробництва.
Хлорид заліза (III) FeCl3 застосовується для очістківоди. В органічному синтезі FeCl3 застосовується як каталізатор.Нітрат заліза Fe (NO3) 3 · 9H2O використовують при фарбуванні тканин.
Залізо є одним з найважливіших мікроелементів в організмі людини і тварин (в організмі дорослої людини міститься в відесоедіненій близько 4 г Fe). Воно входить до складу гемоглобіну, міоглобіну, різних ферментів і інших складних железобелкових комплексів, коториенаходятся в печінці і селезінці. Залізо стимулює функцію кроветворнихорганов.
Ще роботи по хімії