У дома › деца › Веригата от трансформации на желязото в химията. невероятно желязо

Веригата от трансформации на желязото в химията. невероятно желязо

Проучете веригата от химични трансформации на желязото!

Сложност:

Опасност:

Направете този експеримент у дома

Реактиви

Сигурност

Преди да започнете експеримента, поставете защитни ръкавици и очила.
Направете опита върху поднос.

Общи правила за безопасност

Избягвайте попадането на химикали в очите или устата.
Не допускайте хора без очила, както и малки деца и животни до мястото на експеримента.
Съхранявайте експерименталния комплект на място, недостъпно за деца под 12-годишна възраст.
Измийте или почистете цялото оборудване и аксесоари след употреба.
Уверете се, че всички контейнери с реагент са плътно затворени и правилно съхранявани след употреба.
Уверете се, че всички контейнери за еднократна употреба са правилно изхвърлени.
Използвайте само оборудването и реагентите, доставени в комплекта или препоръчани в текущите инструкции.
Ако сте използвали контейнер за храна или прибори за експерименти, изхвърлете ги незабавно. Вече не са подходящи за съхранение на храна.

Информация за първа помощ

Ако реактивите попаднат в очите, изплакнете ги обилно с вода, като ги държите отворени, ако е необходимо. Незабавно потърсете медицинска помощ.
При поглъщане изплакнете устата с вода, изпийте малко чиста вода. Не предизвиквайте повръщане. Незабавно потърсете медицинска помощ.
В случай на вдишване на реактиви, изведете пострадалия на чист въздух.
В случай на контакт с кожата или изгаряне, промийте засегнатата област обилно с вода в продължение на 10 минути или повече.
Ако се съмнявате, незабавно се консултирайте с лекар. Вземете със себе си химически реагент и контейнер от него.
В случай на нараняване винаги се консултирайте с лекар.

Неправилната употреба на химикали може да причини нараняване и увреждане на здравето. Извършвайте само експериментите, посочени в инструкциите.
Този набор от експерименти е предназначен само за деца на 12 и повече години.
Способностите на децата се различават значително дори в рамките на една възрастова група. Ето защо родителите, които провеждат експерименти с децата си, трябва да решат по свое усмотрение кои експерименти са подходящи за техните деца и ще бъдат безопасни за тях.
Родителите трябва да обсъдят правилата за безопасност с детето или децата си, преди да експериментират. Особено внимание трябва да се обърне на безопасната работа с киселини, основи и запалими течности.
Преди да започнете експерименти, изчистете мястото на експериментите от предмети, които могат да ви пречат. Съхраняването на хранителни продукти в близост до тестовата площадка трябва да се избягва. Мястото за изпитване трябва да е добре проветрено и близо до кран или друг източник на вода. За експерименти се нуждаете от стабилна маса.
Веществата в опаковките за еднократна употреба трябва да се използват напълно или да се изхвърлят след един експеримент, т.е. след отваряне на опаковката.

Често задавани въпроси

Сложих магнит на чашата, но нищо не става! Какво трябва да направя?

Проблемът може да се дължи на магнита, ако не е достатъчно силен. Например, някои сувенирни магнити, които се залепват идеално за хладилника, може да не работят при това преживяване. Опитайте да потърсите по-мощен магнит! Препоръчваме да използвате неодимови магнити, те работят най-добре.

Малко желязо беше излято в петриевата паничка заедно с разтвора. Трябва ли да започна изживяването отначало?

Ако има много малко желязо в петриевото блюдо, тогава не се притеснявайте и просто продължете експеримента. В противен случай изсипете целия разтвор обратно в чашата и изплакнете петриевото блюдо с чешмяна вода. След това изсипете разтвора обратно в паничката на Петри и продължете да експериментирате!

Течността не се разпространи по повърхността на петриевото блюдо дори след добавяне на пипета с вода. Какво трябва да направя?

Внимателно вземете петриевото блюдо в ръцете си и го обиколете около повърхността на масата. Такива движения ще помогнат на водата да се разпредели в петриевото блюдо. Ако е необходимо, добавете още малко вода и разбъркайте петриевото блюдо отново.

Имаме водороден пероксид H 2 O 2 у дома. Мога ли да го използвам в този експеримент?

Да, разбира се, можете да използвате пероксид от домашната си аптечка или да си купите такъв от аптеката. Подходящ е пероксид с всякаква концентрация от 3 до 10 процента.

Други експерименти

Инструкция стъпка по стъпка

Желязото реагира с лимонена киселина, за да образува железен (II) цитрат FeC 6 H 6 O 7 .

Нереагиралото желязо може да се събере с магнит.

Докато магнитът задържа останалото желязо, излейте безцветния разтвор на железен (II) цитрат.

Водородният пероксид H 2 O 2 окислява желязо (II) до желязо (III), образувайки жълт разтвор на железен (III) цитрат FeC 6 H 5 O 7 .

Калиевият хексацианоферат (II) (или, както се нарича още това вещество, жълта кръвна сол) K 4 реагира с железни (III) йони, образувайки неразтворим пигмент - пруско синьо.

За да повторите експеримента, измийте петриевото блюдо.

Изхвърляне

Изхвърлете твърдите отпадъци от експеримента с битовите отпадъци. Изцедете разтворите в мивката, изплакнете с излишната вода.

Какво стана

Какво се случва, когато добавим лимонена киселина към желязо на прах?

В този момент в епруветката започва дълга верига от реакции. Започва с взаимодействието на воден разтвор на лимонена киселина с метално желязо Fe. Като типичен метал, желязото лесно отдава електрони, тоест „окислява“. В този случай протоните на лимонената киселина Н + се възстановяват и се отделя водород Н 2 - газови мехурчета, които наблюдавахме в експеримента. Този процес може да се илюстрира със следната електрохимична реакция:

2H + + 2e → H 2

Отдавайки своите електрони на водородни йони, металното желязо се превръща в Fe 2+ йони. Но каква реакция възниква с желязото:

Fe – 2e → Fe 2+

Нека напишем цялото уравнение:

Fe + C 6 H 8 O 7 → FeC 6 H 6 O 7 + H 2

Такива реакции се наричат редокс реакции: при тях окислителят винаги отнема електрони, а редукторът ги отдава.

Какво се случва, когато донесем магнит до дъното на чаша?

Железните стружки се привличат от магнита, който държим отвън, и се превръщат във фантастични игли: колкото по-близо до центъра, толкова по-остри и по-високи са те. Това разположение не е случайно, дървените стърготини са разположени около магнита по определени линии.

Намагнитването възниква поради специалната структура на железните атоми.

Да научиш повече

Само няколко прости вещества поради тяхната структура могат да бъдат постоянни магнити - това са желязо, никел и кобалт. В техните атоми има заредени частици - електрони. Те се въртят около ядрото в една и съща посока и създават магнитно поле. Такива вещества се наричат феромагнетици. Всеки магнит има два полюса (северен и южен), те винаги са в различни краища. Силата на полето е насочена от северния полюс към юга. Човешкото око не може да открие магнитно поле, но нашият опит показва как изглежда то.

Защо разтворът променя цвета си, когато се добавят водороден прекис и жълта кръвна сол?

На последния етап от експеримента наблюдаваме две реакции едновременно. Нека ги вземем по ред.

Първият е реакцията на двувалентно желязо с пероксид (водороден прекис H 2 O 2), който познаваме като прост и достъпен дезинфектант. Fe 2+ йони се окисляват под действието на H 2 O 2 до Fe 3+ йони, все още свързани с цитратни йони. Такъв комплекс дава богат жълт цвят. В този случай молекулите на водородния прекис се превръщат във водни молекули.

Втората - жълта кръвна сол К 4 действа върху реакционната смес. Там, където капките попаднат, разтворът става ярко син – този красив нюанс му придават най-малките гранули от т.нар. пруско синьо. Това е водонеразтворим пигмент със сложен състав на основата на съединението KFe. Също толкова важен участник в реакцията е кислородът на въздуха.

Образуването на пруско синьо може да се види дори ако има много малко железни йони в разтвора, така че се използва за определяне на Fe 2+ йони в качествен анализ. В това видео аналитът е почти прозрачен, но дори няколко капки разтвор на жълта кръвна сол са достатъчни, за да се образува пруско синьо:

Желязо: ковашка химия

Знаете ли какво е ковачница и какво прави ковачът? В света са останали много, много малко ковачи и те се използват предимно само в занаятите. И така, какво е ковачница? Това е място, където металът се нагрява с огън, докато се разтопи. В такова меко състояние може лесно да се оформи във всякаква форма. Ковачът е занаятчия, който работи с такъв метал. Ковачеството се споменава за първи път в исторически записи от 1500 г. пр.н.е. Малко се е променило в този случай оттогава, наистина. За да се промени формата на желязото с чук, металът първо трябваше да бъде силно нагрят. Поради факта, че желязото се охлажда много бързо, ковачът трябваше да работи със скоростта на светкавицата. Като гориво в ковачниците са използвани въглища. С помощта на мехове ковачът добавял въздух в ковачницата, така че пламъкът да гори по-силно и топлината да е по-голяма. След това ковачът поставял парчета желязо в пламъка, нагрявал ги до правилната температура, изваждал ги и ги удрял с чук, след което ги връщал в пламъка. Този цикъл от действия се повтаря, докато желязото придобие желаната форма.

За да се направи стомана (желязо с ниско съдържание на въглерод), ковано желязо се поставя в съд с печени кости и въглища и след това се нагрява до около 950 o C. По този начин повърхността на метала се насища с въглерод. След това ковачът темперира стоманата, за да стане по-малко крехка. Ковачът още веднъж нагорещи стоманата в пламъка, но много по-бавно. При нагряване на стоманата до температура от 150 до 350 o C цветът й се променя. Когато тази температурна граница беше превишена, стоманата стана първо жълта, след това кафява, лилава и накрая синя. Ковачите трябваше да бъдат изключително внимателни и физически силни. Съвременният процес на производство на стомана включва създаването на сплави от стомана с различни елементи като хром, никел, мед, манган, силиций, волфрам, кобалт, фосфор, титан, ванадий, молибден и алуминий. Свойствата на сплавта се променят в зависимост от избрания елемент. Например, ако добавите силиций и манган, тогава еластичността и здравината на стоманата ще се увеличат, но поради никела стоманата запазва своята пластичност по-добре при ниски температури.

Fe -> FeCl3 -> Fe(OH)3 -> FeO3 -> Fe -> FeSO4 -> Fe(OH)2 -> FeO -> Fe -> FeCl2 -> AgCl -> Ag.

внимание! Решенията се предоставят от обикновени хора, така че може да има грешки или неточности в решенията. Когато използвате решения, не забравяйте да ги проверите отново!

Напишете уравненията в йонна форма: 1) Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2; 2) 2Fe + 3Cl -> 2FeCl3; 3) 3Fe + 4H2O -> Fe3O4 + 4H2.

Вместо въпросителна напишете формула, изравнете реакциите, като поставите коефициентите и определете вида им: Fe(OH)3 -> Fe2O3 + ?; Zn+? -> Cu + ZnCl2; ? + HCl -> ZnCl2 + ?.

Попълнете реакционните схеми: 1) FeCl3 + H2S -> FeCl2 + S + ..; 2) H2S + Cl2 + H2O -> H2SO4 + ..; 3) NH3 + O2 -> N2 + ..; 4) Fe + Al -> .. + .. .

Използвайки химични реакции, извършете трансформации: Fe (SO4) -> Fe (OH) 2 -> FeO -> Fe -> FeO -> FeCl2

Попълнете уравнението на реакцията. Напишете уравнението на реакцията в молекулярна, пълна и съкратена йонна форма. Fe(OH)2 + HCl -> .. .

Запишете уравнението на реакцията, което позволява следната трансформация: FeCl2 FeSO4 -> FeO -> FeSO4

Запишете молекулните уравнения на реакциите, които могат да се използват за извършване на трансформациите: FeCl3 -> X -> Fe(OH)2 -> FeO.

Извършете трансформацията, докажете наличието на железни йони +2 в соли с помощта на качествени реакции: Fe-> FeCl2-> Fe(OH)2-> Fe(OH)3-> FeCl3

Решете уравнения: 1) Fe(OH)3 + HNO3 -> ..; 2) KOH + HPO3 -> ..; 3) Fe(OH)2 (при нагряване) -> ..; 4) Fe(OH)3 (при нагряване) -> .. .

Fe2(SO4)3 -> Fe -> Fe3O4 -> FeO -> FeCl2.

Подредете коефициентите: H2 + O2 -> N2O5; Cu + S -> Cu2s; Fe + HCl -> FeCl2 + H2; Al + O2 -> Al2O3; K + H2O -> K(OH)2 + H2.

Подредете коефициентите: Al2O3 + HNO3 -> Al(NO3)3 + H2O; Fe(OH)3 + H2SO4 -> H2O + Fe(SO4)3.

клас: 9

Образователна цел: да се осигури усвояването на знания за най-важните съединения на желязото +2 и +3, качествените реакции към железните йони +2 и +3, биологичната роля на желязото, като се използват основни знания за структурата на желязото, демонстрация на занимателни експерименти, лабораторни упражнения, ученически съобщения, мултимедийно приложение.

Продължете да формирате способността да съставяте диаграми на структурата на атома, електронна формула, графична формула; въз основа на това определете степента на окисление, окислител, редуциращ агент.
Систематизирайте знанията за естеството на оксидите и хидроксидите със степени на окисление +2 и +3, като използвате примера на железни оксиди и хидроксиди +2 и +3.
За да формирате способността да сравнявате свойствата на най-важните съединения на желязото (II) и желязото (III), научете се да определяте с помощта на качествени реакции съединения, съдържащи йони Fe 2+, Fe 3+
Да се подобрят уменията на учениците от предложените формули да правят генетични серии, да извършват вериги от трансформации, да съставят уравнения на химични реакции.
Да подобри уменията за работа с реактиви при извършване на експерименти, да спазва правилата за безопасност.
Да се разкрие значението на желязото в природата и живота на човека.

Цел за развитие:

Продължаване на развитието:

умствени способности: способността да се използват основни знания, способността да се сравнява, обобщава, да се правят заключения, да се обяснява хода на експеримента;
умения за самостоятелност при работа с учебник, инструктивна карта и реактиви;
изследователски умения за изучаване на свойствата на желязо(II) и железни(III) съединения и провеждане на качествени реакции;
умения за рефлексия, комуникационни умения.

Образователна цел:

Продължете обучението:

положителна мотивация за учене, използване на участието на учениците в подготовката на занимателни експерименти, доклади за ролята на желязото, лабораторна работа, мултимедийна подкрепа;
чувство за отговорност при изготвяне на съобщения, писане на домашни;
правилно самочувствие.

Тип урок: Комбиниран. Съобщаване на нови знания и тяхното усъвършенстване.

Вид на урока: Лабораторен.

Оборудване: Периодична система на химичните елементи на Д. И. Менделеев, таблица на разтворимостта на веществата, таблица „Генетична серия от неорганични вещества“, инструктивни карти за лабораторна работа, тестове, презентация „Съединения на желязото“, Колекция от минерали: червена желязна руда, кафяво желязо руда, магнитна желязна руда, железен пирит.

Реактиви:

На студентските маси:

разтвори: FeCI 2, FeCI 3, KSCN, жълта кръвна сол K 4, червена кръвна сол K 3, NaOH, соли: FeSO 4 7H 2 O, FeCI 3, Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O

За забавно преживяване: скалпел, памучна вата, пинсети, разтвори: FeCI 3 разтвори: FeCI 3, KSCN, жълта кръвна сол K 4, червена кръвна сол K 3, амоняк.

По време на часовете

1. Организационен момент.

Сред металите най-славният
Най-важният древен елемент.
В тежката индустрия – гл
С него се познават ученик и студент.
Роден в огнената стихия
И сплавта му тече като река.
Няма нищо по-важно в металургията
Той е необходим на цялата страна.

За какъв метал говорим?

(Желязо е.)

Учител:Днес в урока ще продължим изучаването на метала от група 8, страничната подгрупа на Fe и ще разгледаме неговите съединения. И за това трябва да повторим информацията за хардуера, който придобихте в последния урок.

2. Проверка на знанията (индивидуална анкета).

Цел: повторение на изучения материал, необходимо за откриване на "нови знания" и идентифициране на трудностите в работата на учениците.

1-ви ученик. Напишете на дъската схема на структурата на железния атом, електронни и графични формули. Какви са степени на окисление на желязото? Окислител или редуциращ агент?

(Изпълнете по двойки според инструкциите.)

Железните хидроксиди могат да бъдат получени в лабораторията чрез взаимодействие на железни соли с алкали.

а) Налейте 1 ml разтвор на железен(II) хлорид в епруветка. Добавете разтвор на натриев хидроксид на капки към него, докато има очевидни признаци на химическа реакция. Обърнете внимание на цвета на образуваната утайка. Напишете уравненията на реакцията.

b) Добавете на капки разтвор на натриев хидроксид към железен (III) хлорид, докато се появят очевидни признаци на химична реакция. Обърнете внимание на цвета на образуваната утайка.

Какво гледате? Напишете уравненията на реакцията.

Слайд 6 - уравнение на реакцията (самотест)

Заключение: Това е един от начините за разпознаване на железни съединения с различни степени на окисление, качествени реакции към Fe 2+ Fe 3+ йони.

Fe (OH) 2 се окислява във въздуха: първо става зелено, след това става кафяво.

(Демонстрация на нарязана ябълка и епруветки с Fe (OH) 2, по чиито стени можете да видите как утайката става кафява.)

4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3 ( слайд 8)

Учител:Има и други качествени реакции, които позволяват разпознаването на железни соли с различни степени на окисление. Спомнете си сцената, която ви показаха деветокласници в 7 клас на празника на училището.

Излизат 2 ученика в бели престилки - „лекар” и неговият „асистент”. Учителят ги представя на класа.

Доктор: (държи нож)

Ето още едно забавление:
Кой ще даде ръка за отрязване?

Жалко за ръката на изрязването?

Тогава пациентът е необходим за лечение. (Канят ученик от класа на масата.)

Помощник.

Оперирайте без болка
Вярно, ще има много кръв.

При всяка операция
Нуждаете се от стерилизация.

Помощ, асистент, дайте йод

Помощник.

Един момент! (Подава „йод“ - разтвор на FeCI 3.)

Навлажняваме обилно с йод,
За да бъде всичко стерилно. (С тампон, навлажнен с разтвор на FeCI 3, намазва обилно ръката на „пациента“.)
Не се обръщай, пациент
Дай ми ножа, помощник! Скалпелът се "дезинфекцира" със "спирт" (разтвор на KSCN).

Лекарят прави "разрез" с нож, напоен обилно с разтвор на KSCN, тече "кръв".

Асистент: (уплашен)

Вижте, кръвта тече направо на струйка,

Не вода!

Не се безпокой!

С жива вода ще си измия ръката

А от раната - нито следа! (Измива „кръвта“ с памучен тампон, навлажнен с разтвор на амоняк.)

Помнете, момчета, в 7 клас ви казахме:

„Все още не можем да обясним това преживяване.
Да преминем към девети клас - ще намерим обяснение ”

Разбира се, тази кръв не е истинска и раната също, но тя помага да се определят Fe 3+ йони в разтвора. "Йод" - в нашия случай - е разтвор на FeCI 3, а алкохолът е калиев тиоцианат KSCN. И реакцията между тях е друга качествена реакция на Fe 3+ йони.

В допълнение към горните реакции, Fe 2+ и Fe 3+ йони могат да бъдат определени и с помощта на други реактиви - жълта кръвна сол K 4 и червена кръвна сол K 3. Качествени реакции на железни йони сега ще направите сами в процеса на лабораторна работа.

Качествена реакция към Fe 3+ йона

1. Реактив - калиев тиоцианат KSCN.

Добавете една капка разтвор на калиев тиоцианат (KSCN) към разтвор на железен (III) хлорид. Смесете съдържанието на епруветката и прегледайте на светлина. Обърнете внимание на цвета.

Резултат въздействие- интензивен червен цвят

FeCl 3 + 3KSCN \u003d Fe (SCN) 3 + 3KCl.

2. Реагент - жълта кръвна сол K4

г) Добавете 1–2 капки разтвор на калиев хексацианоферат(II) K 4 (жълта кръвна сол) към разтвора на железен(III) хлорид Във втората епруветка добавете 1–2 капки. Смесете съдържанието на тубата, обърнете внимание на цвета.

Резултатът от експозицията е синя утайка от пруско синьо.

K 4 + FeCI 3 \u003d 3KCI + KFe

Лабораторен опит 3.

Качествена реакция на Fe 2+ йон.

реактив - червена кръвна сол K 3 .

Изсипете 1 ml разтвор на железен (II) хлорид в епруветка. Добавете капка по капка разтвора на утайката към него. калиев хексацианоферат (III) K 3 (червена кръвна сол). Обърнете внимание на цвета на утайката.

Резултатът от експозицията е синя утайка (turnbull blue)

FeCI 2 + K 3 = 2КCI + KFe↓

Реагенти за Fe 2+ йони са основи и червена кръвна сол К3.
Реагенти за Fe 3+ йони са алкали, калиев тиоцианат и жълта кръвна сол K 4 .

Учениците записват уравненията на качествените реакции в тетрадки и изводи. (Слайд 9)

6. Първично затвърдяване на знанията.

(Работа във верига.) (слайд 5-9)

Избройте съединенията, образувани от желязото със степен на окисление +2.
Каква е природата на железен (II) оксид и хидроксид?
Избройте формулите на съединенията на желязото със степен на окисление +3.
Каква е природата на железния (III) оксид и хидроксид?
Как могат да се получат железни хидроксиди?
По какви признаци се разпознават утайки от железен(II) хидроксид и железен(III) хидроксид?
Какви качествени реакции могат да се използват за разграничаване на соли на желязо (II) и соли на желязо (III)?

7. Генетична серия от съединения на желязо(II) и желязо(III).

(Изграждане на вериги от горните формули.) (Слайд 14)

FeCI2	Fe	FeCI3
Fe(OH)2	Fe 3 O 4	Fe(OH)3
FeO	FeSO4	Fe2O3

От горните формули съставете схеми на генетични серии:

Вариант 1. От железен(II) оксид към желязо.

Вариант 2. От желязо до железен (III) оксид.

Напишете уравненията на съответните реакции.

Отговорите на учениците се проверяват на слайда.

9. Формиране на знания за съединенията на желязото, които имат най-голямо практическо значение.

(Самостоятелна работа с учебник и проби от минерали.)

Задачи за самостоятелна работа

Разгледайте дадените ви проби от минерали, обърнете внимание на тяхното агрегатно състояние, цвят.
Запишете формулите в тетрадката, името на тези съединения, тяхното практическо значение.

Формула на веществото	Име на веществото		Практическа стойност
Формула на веществото	Систематичен	технически	Практическа стойност
FeSO 4 7H 2 O	железен (II) сулфат кристален хидрат	мастилен камък	За борба с вредителите по растенията, за приготвяне на минерални бои, обработка на дърво
FeCI3	железен (III) хлорид		При пречистване на вода, като фиксатор при боядисване на тъкани
Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O	железен (III) сулфат кристален хидрат		При пречистване на вода, като разтворител в хидрометалургията и за други цели

10. Първично закрепване.

Цел: закрепване на изученото съдържание.

Момчета, нека повторим това, което научихме днес.

Форми и методи за организиране на образователни дейности (в „верига“ учениците повтарят всички въпроси от този урок, като използват слайдове за презентация на учителя)

Идентифициране на възможни затруднения и начини за коригирането им.

12. Обобщаване. Класиране.

D/Z.§ 44 - 45, стр. 135 пр. 6 писмено, изх. 11 а); б) желаещи да получат оценка.

13. Отражение на учебната дейност в класната стая. (Слайд 15)

Запишете новите знания, придобити в клас.
Оценете собственото си представяне в клас.
Оценете учебните дейности на класа.
Коригирайте неразрешените трудности като насоки за бъдещи учебни дейности.
Обсъдете и запишете домашното. (Слайд 16)

Литература:

Венецки С.И.В света на металите. М., 1988.
Габриелян О.С.Химия 9 клас, Москва: Bustard, 2010 Химия - 9 стр. 76–82.
Денисова В. Г.Химия. 9 клас: планове на уроци по учебника на О. С. Габриелян - Волгоград: Учител, 2009 г.
Христоматия по неорганична химия. Изд. В. А. Крицман.М., 1979.
Мезин Н.А.Внимателно към желязото. М., Металургия, 1977.
Пузинина М. А.Забавен час „Чудесата със собствените си ръце“ Химия в училище. 1991. № 5. С. 66–67.

Химия на елементите

D-елементи от VIIIB-подгрупа (семейство желязо)

Fe, Co, Ni

Характеристики на d-елементи от група VIIIb (семейство желязо)

Спецификации на елементите	26Fe	27Co	28 Ni
Атомна маса	55,847	58,933	58,710
Валентни електрони	3d 6 4s 2	3d 7 4s 2	3d 8 4s 2
Метален атомен радиус, pm
Условен йонен радиус, pm
Е 3+
Е 2+
Йонизационна енергия
E 0 → E + , eV	7,87	7,86	7,63
E + → E 2+ , eV	16,1	17,3	18,15
E 2+ → E 3+ , eV	30,6	33,5	35,16
Относителна електроотрицателност	1,8	1,9	1,9

Всички d-елементи от семейството на желязото са метали, показващи предимно положителни променливи степени на окисление; имат значителна твърдост, якост, високи точки на топене и кипене, висока топло- и електропроводимост. Всички те образуват сплави помежду си и с други метали. Те се характеризират с образуването на комплексни съединения.

Характерни свойства и важни съединения

Химическата активност на елементите от семейството на желязото е значително по-ниска от тази на d-елементите от групи 4-7. Това се дължи на увеличаване на броя на електроните на d подниво. По същата причина желязото е най-активният метал в серията Fe–Co–Ni. Максималната степен на окисление, равна на номера на групата, не е характерна за тях.

От желязо до никел, ниското ниво на окисление +2 става най-стабилно. Това е така, защото в атомите на тези елементи на d-подниво броят на сдвоените електрони се увеличава и радиусът на атома едновременно намалява. Следователно силата на електронните връзки се увеличава и необходимостта от изразходване на допълнителна енергия; за запарването им.

И трите метала са сходни по химични свойства.

Те реагират с вода при висока температура, като я разлагат:

3 Fe + 4 H 2 O \u003d Fe 3 O 4 + 4 H 2.

Отделеният водород частично се разтваря в желязото, което го прави крехко. Повечето водород се абсорбира от никел. Това е основата за използването на никел като катализатор при хидрогенирането.

В поредица от напрежения желязото, кобалтът, никелът са разположени преди водорода, така че те изместват водорода от киселини, които проявяват окислителни свойства поради водородни йони:

E ° + 2 H + → E 2+ + H 2

Разредената и концентрирана азотна киселина и концентрираната сярна киселина действат различно върху металите.

При липса на влага при нормални условия Fe, Co и Ni не реагират забележимо с кислород, сяра, хлор, бром, въглерод, силиций, фосфор и други неметали. При нагряване във фино раздробено състояние взаимодействието протича по-интензивно.

При нагряване фино разделените Fe, Co и Ni в атмосфера на въглероден оксид (II) CO образуват карбонили от състава Fe (CO) 5, [Co (CO) 4 ] 2 и Ni (CO) 4 поради донор-акцептор взаимодействие, където степента на окисление на метала може формално да се счита за нула.

Желязото, кобалтът и никелът в състояние +2 образуват оксиди с обща формула EO. Всички те са неразтворими във вода и основи, но разтворими в киселини. При нагряване те могат да се редуцират от водород до метали^

MeO + H 2 \u003d Me + H 2 O.

EO оксидите съответстват на хидроксиди с обща формула E(OH) 2, получени чрез обменни реакции^

CoCl 2 + 2 NaOH \u003d Co (OH) 2 ¯ + 2 NaCl.

Хидроксидите са неразтворими във вода и алкали, но разтворими в киселини, т.е. проявяват основни свойства.

Солите на силни киселини, образувани от E 2+ катиони, са почти всички силно разтворими във вода. Поради хидролиза, техните разтвори показват кисела среда:

2NiSO 4 + 2H 2 O ↔ (NiOH) 2 SO 4 + 2H 2 SO 4,

Ni 2+ + H 2 O ↔ NiOH + + H +.

Металите от семейството на желязото в състояние E 2 + образуват комплексни съединения с координационни числа: за Fe-6 и много рядко 4, Co еднакво 6 и 4; за Ni − 4.

Металите от семейството на желязото в състояние +3 съответстват на оксиди с обща формула E 2 O 3 и хидроксиди E (OH) 3. Стабилността на хидроксидите в серията Fe-Co-Ni намалява и окислителната активност се увеличава:

4 Co (OH) 3 + 4 H 2 SO 4 \u003d 4 CoSO 4 + O 2 + 10 H 2 O.

Никеловият (III) хидроксид е подобен по свойства на кобалтовия (III) хидроксид, но има още по-изразени окислителни свойства.

По този начин, в зависимост от степента на окисление, химичните свойства на оксидите и хидроксидите на желязото, кобалта и никела са различни (Таблица 4.4).

Желязото и неговите съединения

Желязото съществува в четири модификации: α-, β-, γ- и δ-Fe. До температура от 770 °C α-модификацията на желязото е стабилна.

Желязото под формата на фин прах е пирофорно (самозапалва се във въздуха).При високи температури желязото взаимодейства с азот, образувайки нитриди (Fe 4 N и Fe 2 N), с фосфор - фосфиди (Fe 3 P и Fe 2 П). с въглерод - карбид (Fe 3 C - цементит), с хлор - халогениди (FeCl 2 и FeCl 3), с кислород - оксиди (FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, FeO 3 - нестабилен оксид).

Формулите на железните оксиди са много произволни, тъй като те обикновено имат нестехиометричен състав. По този начин съставът на FeO (wüstite) може да бъде по-точно изразен с формулата Fe 0,95 O при стандартни условия

FeS-тип сулфид се получава чрез действието на амониев сулфид върху разтворими соли на желязо (II) или по сух начин - чрез взаимодействие на желязо със сяра. Железен (II) сулфид се използва за получаване на сероводород:

4 FeS + O 2 + 10 H 2 O \u003d 4 Fe (OH) 3 + 4 H 2 S

Железният (II) сулфид е разтворим в киселини, но неразтворим във вода.В допълнение към FeS има сулфиди FeS 2 и Fe 2 S 3 .

Връзката с халогени става директно или чрез обменни реакции:

2 Fe + 3 Cl \u003d 2 FeCl 3 (желязото изгаря в хлор),

Fe 2 O 3 + 6 HC1 = 2 FeCl 3 + 3 H 2 O,

FeO + 2 HC1 = FeCl 2 + H 2 O.

Железният (II) хлорид има силни редуциращи свойства, окислявайки се до желязо (III):

2 FeCl 2 + Cl 2 \u003d 2 FeCl 3.

В разтворите железните (II) и (III) хлориди се хидролизират, създавайки pH< 7.

При взаимодействие с окислителни киселини поради водородния йон H + желязото се окислява до Fe 2+.

Fe + 2 HC1 = FeCl 2 + H 2

В този случай желязото се разтваря в солна киселина с всякаква концентрация. Реакцията протича по подобен начин в разредена сярна киселина. В концентрирани разтвори на сярна киселина желязото се окислява до желязо +3.

2 Fe + 6 H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3 SO 2 + 6 H 2 O.

Въпреки това, в сярна киселина с масова част, близка до 100%. желязото става пасивно и практически не възниква взаимодействие.

Когато желязото реагира с азотна киселина, се получават различни реакционни продукти. Зависи от температурата и концентрацията на киселината. В умерено концентрирани разтвори на азотна киселина желязото се разтваря съгласно уравнението:

Fe + 6 HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 2 + 3 NO 2 + 3 H 2 O,

При високи концентрации на азотна киселина (р = 1,41 g/ml) разтварянето се забавя и желязото става "пасивно", т.е. покрити със защитен филм с ниска разтворимост.

В разредена азотна киселина на студено, процесът на разтваряне на желязото протича по следния начин:

8 Fe + 20 HNO 3 \u003d 8 Fe (NO 3) 2 + 2 NH 4 NO 3 + 6 H 2 O,

и при нормални условия:

Fe + 4 HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2 H 2 O.

Във влажен въздух желязото се окислява много бързо, покривайки се с ръжда - кафяво покритие, което поради своята ронливост не предпазва желязото от по-нататъшно разрушаване. Във вода при нормални условия желязото също корозира интензивно. В зависимост от съдържанието на кислород в него, продуктите на окисление на желязото са различни: с изобилно съдържание на кислород се образуват хидратирани форми на железен оксид (III) Fe 2 O 3 ∙nH 2 O; при липса на кислород се образува смесен оксид Fe 3 O 4 (Fe 2 O 3 ∙ FeO).

4 Fe + 2 H 2 O + 3 O 2 \u003d 2 (Fe 2 O 3 ∙ H 2 O).

Железният оксид (II) съответства на Fe (OH) 2 хидроксид - неразтворима основа, която се получава чрез действието на алкали върху разтворима сол на желязо (II):

FeSO 4 + 2 NaOH \u003d Fe (OH) 2 + Na 2 SO 4.

Железният хидроксид (II) лесно се окислява от атмосферния кислород до Fe (OH) 3:

4 Fe (OH) 2 + O 2 + 2 H 2 O \u003d 4 Fe (OH) 3.

Железният хидроксид (II) е по-силна основа от Fe(OH) 3 . Следователно солите на желязото (II) се хидролизират в по-малка степен от солите на желязото (III). В резултат на хидролизата се образуват основни соли:

2 FeSO 4 + 2H 2 O ↔ (FeOH) 2 SO 4 + 2 H 2 SO 4, Kg 1 \u003d 10 -16 / 1,3 ∙ 10 -4 \u003d 0,77 ∙ 10 -12;

FeCl 3 + 2 H 2 O ↔ FeOHCl 2 + HCl, Kg 1 \u003d 10 -16 / 3 10 -12 \u003d 0,33 10 -4.

Когато се калцинира, железният (III) хидроксид се превръща в железен (II) оксид.

Чрез сливане на Fe 2 O 3 със сода или натриев хидроксид се образува натриев ферит - сол на желязна киселина HFeO 2, която не се получава в свободно състояние.

Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaFeO 2 + H 2 O.

Когато железният оксид (III) се нагрява с нитрат и калиев хидроксид, се образува сплав, съдържаща калиев ферат K 2 FeO 4 - сол на желязната киселина H 2 FeO 4, която също не се получава в свободно състояние:

Fe 2 O 3 + 4 KOH + 3 KNO 3 \u003d 2 K 2 FeO 4 + 3 KNO 2 + 2 H 2 O.

Карбонатите на алкални метали се утаяват от разтвор на железни (II) соли бял железен карбонат (II) FeCO 3 . Под действието на вода, съдържаща въглероден оксид (IV), неразтворимият железен карбонат, подобно на калциевите и магнезиевите карбонати, преминава в разтворима сол - железен (II) бикарбонат, съдържащ се в естествените води.

Солите на желязото (II) са редуциращи агенти и когато окислителите действат върху тях, те се превръщат в соли на желязо (III):

6 FeSO 4 + K 2 Cr 2 O 7 + 7 H 2 SO 4 \u003d 3 Fe 2 (SO 4) 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7 H 2 O.

Железните сулфати (II) и (III) са силно разтворими във вода. Железен сулфат (II) FeSO 4 ∙ 7H 2 O (железен сулфат) във въздуха постепенно изветрява и едновременно се окислява от повърхността, превръщайки се в основната сол на желязото (III):

4 FeSO 4 + O 2 + 2 H 2 O \u003d 4 FeOHSO 4.

При нагряване на железен сулфат се отделя вода и се получава безводна бяла маса железен (II) сулфат. При температури над 480 ° C протича процесът на разлагане:

2 FeSO 4 \u003d Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3.

Железният сулфат (III) Fe 2 (SO 4) 3 образува кристален Fe 2 (SO 4) 3 ∙ 9H 2 O.

Желязото (II) и желязото (III) образуват голям брой комплексни съединения, така че с CN йони - (цианидни йони), желязото (II) образува комплексно съединение K 4 - калиев хексацианоферат (II) (жълта кръвна сол), и желязо (III ) - K 3 - калиев хексацианоферат (III) (червена кръвна сол).

Жълтата кръвна сол служи като чувствителен реагент за железни (III) йони, образувайки неразтворима във вода сол - пруско синьо с характерен син цвят:

Fe 3+ + 4+ \u003d Fe 4 3.

Ако действате с червена кръвна сол върху разтвор, съдържащ железни (II) йони, се образува синя утайка, наречена Turnbull Blue:

Fe 2+ + 3+ \u003d Fe 3 2.

Тези реакции се използват за качествено определяне на наличието на железни (II) и (III) йони в разтвора.

Качествена реакция за желязо (III) може да бъде реакцията:

Fe 3+ + 3 CNS - \u003d Fe (CNS) 3.

Безцветни йони - CNS тиоцианати - се свързват с железни (III) йони и образуват кървавочервен, слабо дисоцииран железен (III) тиоцианат Fe(CNS) 3 .

ВЕРИГИ ОТ ТРАНСФОРМАЦИИ (практическа част)

Fe FeО Fe 2 O 3 FeCl 3 Fe (OH) 3 FeOHSO 4

FeOHSO 4 Fe 2 (SO 4) 3 Fe 4 3

FeO FeCl 2 Fe(OH) 2 Fe(OH) 3 Fe 2 O 3 KFeO 2