Какие свойства проявляет железо
Железо – химический элемент
1. Положение железа в
периодической таблице химических элементов и строение его атома
Железо
— это d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса Ar(Fe) = 56; состав атома: 26-протонов;
30 – нейтронов; 26 – электронов.
Схема
строения атома:
Электронная
формула: 1s22s22p63s23p63d64s2
Металл
средней активности, восстановитель:
Fe0-2e-→Fe+2, окисляется восстановитель
Fe0-3e-→Fe+3, окисляется восстановитель
Основные
степени окисления: +2, +3
2. Распространённость
железа
Железо – один из
самых распространенных элементов в природе. В земной коре его массовая доля составляет 5,1%,
по этому показателю оно уступает только
кислороду, кремнию и алюминию. Много железа находится и в небесных телах,
что установлено по данным спектрального анализа. В образцах лунного грунта,
которые доставила автоматическая станция “Луна”, обнаружено железо в
неокисленном состоянии.
Железные
руды довольно широко распространены на Земле. Названия гор на Урале говорят
сами за себя: Высокая, Магнитная, Железная. Агрохимики в почвах находят
соединения железа.
Железо
входит в состав большинства горных пород. Для получения железа используют
железные руды с содержанием железа 30-70% и более.
Основными железными
рудами являются:
магнетит (магнитный железняк) – Fe3O4 содержит 72%
железа, месторождения встречаются на Южном Урале, Курской магнитной аномалии:
гематит (железный блеск, кровавик)– Fe2O3содержит до
65% железа, такие месторождения встречаются в Криворожском районе:
|
|
лимонит (бурый железняк) – Fe2O3*nH2O
содержит до 60% железа, месторождения встречаются в Крыму:
пирит (серный колчедан, железный
колчедан, кошачье золото) – FeS2
содержит примерно 47% железа, месторождения встречаются на Урале.
3. Роль железа в жизни
человека и растений
Биохимики
открыли важную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в
состав чрезвычайно сложно построенного органического соединения, называемого
гемоглобином, железо обусловливает красную окраску этого вещества, от которого
в свою очередь, зависит цвет крови человека и животных. В организме взрослого
человека содержится 3 г чистого железа, 75% которого входит в состав гемоглобина.
Основная роль гемоглобина – перенос кислорода из легких к тканям, а в обратном
направлении – CO2.
Железо
необходимо и растениям. Оно входит в состав цитоплазмы, участвует в процессе
фотосинтеза. Растения, выращенные на субстрате, не содержащем железа, имеют
белые листья. Маленькая добавка железа к субстрату – и они приобретают зеленый
цвет. Больше того, стоит белый лист смазать раствором соли, содержащей железо,
и вскоре смазанное место зеленеет.
Так
от одной и той же причины – наличия железа в соках и тканях – весело зеленеют
листья растений и ярко румянятся щеки человека.
4. Физические свойства железа.
Железо
– это серебристо-белый металл с температурой плавления 1539оС. Очень
пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется.
Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому
применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических
машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами
термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и
прокатки.
Различают
химически чистое и технически чистое железо. Технически чистое железо, по сути,
представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02 -0,04% углерода,
а кислорода, серы, азота и фосфора – еще меньше. Химически чистое железо
содержит менее 0,01% примесей. Химически чистое железо – серебристо-серый,
блестящий, по внешнему виду очень похожий на платину металл. Химически чистое
железо устойчиво к коррозии и хорошо
сопротивляется действию кислот. Однако ничтожные доли примесей лишают его этих
драгоценный свойств.
5. 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
Опыт «Получение железа алюминотермией»
6. Химические свойства железа
Как
элемент побочной подгруппы железо может проявлять несколько степеней окисления.
Мы рассмотрим только соединения, в которых железо проявляет степени окисления
+2 и +3. Таким образом, можно говорить, что у железа имеется два ряда
соединений, в которых оно двух- и трехвалентно.
1) На воздухе железо легко
окисляется в присутствии влаги (ржавление):
4Fe +
3O2 + 6H2 O = 4Fe(OH)3
2) Накалённая железная проволока
горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II,III) — вещество чёрного цвета:
3Fe +
2O2 = Fe3O4
C кислородом во влажном воздухе образуется Fe2O3*nH2O
Опыт «Взаимодействие железа с кислородом»
3) При высокой
температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:
3Fe + 4H2O t˚C→
Fe3O4 + 4H2
4) Железо
реагирует с неметаллами при нагревании:
2Fe + 3Br2 t˚C→
2FeBr3
Fe + S t˚C→ FeS
5) Железо
легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах при обычных
условиях:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4
+ H2
6) В концентрированных кислотах –
окислителях железо растворяется только при нагревании
2Fe + 6H2SO4(конц.) t˚C→
Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3(конц.) t˚C→ Fe(NO3)3
+ 3NO2 + 3H2O
На холоде
концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо!
Опыт «Взаимодействие железа с концентрированными кислотами»
7) Железо
вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.
Fe +
CuSO4 = FeSO4 + Cu
8) Качественные реакции на
Железо (II)
Железо (III)
7. Применение железа.
Основная
часть получаемого в мире железа используется для получения чугуна и стали —
сплавов железа с углеродом и другими металлами. Чугуны содержат около 4%
углерода. Стали содержат углерода менее 1,4%.
Чугуны
необходимы для производства различных отливок — станин тяжелых машин и т.п.
Изделия из чугуна
Стали
используются для изготовления машин, различных строительных материалов, балок,
листов, проката, рельсов, инструмента и множества других изделий. Для
производства различных сортов сталей применяют так называемые легирующие
добавки, которыми служат различные металлы: Мn, Сr, Мо и другие, улучшающие
качество стали.
Изделия из стали
«ПОЯВЛЕНИЕ ЖЕЛЕЗА»
ЭТО ИНТЕРЕСНО
ТРЕНАЖЁРЫ
Тренажёр №1
— Генетический ряд Fe 2+
Тренажёр №2
— Генетический ряд Fe 3+
Тренажёр №3
— Уравнения реакций железа с простыми и сложными веществами
Задания для закрепления
№1. Составьте
уравнения реакций получения железа из его оксидов Fe2O3 и
Fe3O4 , используя в качестве восстановителя:
а) водород;
б) алюминий;
в) оксид углерода (II).
Для каждой реакции составьте электронный баланс.
№2. Осуществите
превращения по схеме:
Fe2O3 -> Fe -+H2O,
t -> X -+CO, t-> Y -+HCl-> Z
Назовите продукты X, Y, Z?
Данный урок посвящен изучению темы «Свойства железа». Вы познакомитесь со свойствами химического элемента железа, строением его атома и характерными степенями окисления. Также в уроке будут рассмотрены физические и химические свойства простого и сложных веществ, образованных железом.
Тема: Химия металлов
Урок: Свойства железа
1. Химический элемент железо
Железо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева, с атомным номером 26. Обозначается символом Fe. На внешнем четвертом слое атома железа находится 2 электрона:
Основные степени окисления железа — +2 и +3, менее характерна для железа степень окисления +6.
Железо — один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). В природе железо редко встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место после O, Si, Al). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра.
Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3), магнитный железняк (магнетит, Fe3O4), бурый железняк или лимонит.
а) б) в)
Рис. 1. Железные руды: а — магнетит, б- красный железняк, в – железный колчедан (пирит)
2. Простое вещество железо
Простое вещество железо— ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро коррозирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.
При хранении на воздухе при температуре до 200 C железо постепенно покрывается плотной плёнкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла. Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоем ржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению. Ржавчина не имеет постоянного химического состава, приближённо её химическую формулу можно записать как Fe2O3·xH2O.
С кислородом железо реагирует при нагревании. При сгорании железа в кислороде образуется оксид Fe3O4 (железная окалина):
3Fe + 2O2 = Fe3O4
Рис. 2. Горение железной проволоки в атмосфере кислорода
При нагревании порошка серы и железа образуется сульфид, приближённую формулу которого можно записать как FeS.
При нагревании железо реагирует с галогенами, азотом, фосфором, кремнием, углеродом.
Рис. 3. Горение железной проволоки в атмосфере хлора
При высокой температуре (выше 700°С) железо реагирует с парами воды:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2.
Железо не растворяется в холодных концентрированных серной и азотной кислотах из-за пассивации поверхности металла прочной оксидной плёнкой. Горячая концентрированная серная кислота, являясь более сильным окислителем, взаимодействует с железом.
С соляной и разбавленной (приблизительно 20%-й) серной кислотами железо реагирует с образованием солей железа(II):
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑;
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑.
При взаимодействии железа с приблизительно 70%-й серной кислотой реакция протекает с образованием сульфата железа(III):
2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O.
3. Оксиды и гидроксиды железа
Оксид железа(II) FeO обладает основными свойствами, ему отвечает основание Fe(OH)2. Оксид железа(III) Fe2O3 слабо амфотерен, ему отвечает ещё более слабое, чем Fe(OH)2, основание Fe(OH)3, которое реагирует с кислотами:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O.
Гидроксид железа(III) Fe(OH)3 проявляет слабо амфотерные свойства, он способен реагировать только с концентрированными растворами щелочей:
Fe(OH)3 + 3КОН → K3[Fe(OH)6].
При хранении водных растворов солей железа(II) наблюдается окисление железа(II) до железа(III).
Список рекомендованной литературы
1. Оржековский П.А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007. (§29)
2. Оржековский П.А. Химия: 9-ый класс: учеб для общеобр. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013. (§34)
3. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.
4. Хомченко И.Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.
Дополнительные веб-ресурсы
1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) (Источник).
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» (Источник).
Домашнее задание
с. 234 №№ 2-4 из учебника П.А. Оржековского «Химия: 9-ый класс» / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.
В химическом отношении железо, кобальт и никель относятся к металлам средней активности. В электрохимическом ряду напряжений металлов они располагаются левее водорода, между цинком и оловом. Чистые металлы при комнатной температуре довольно устойчивы, их активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если они находятся в мелкодисперсном состоянии. Наличие примесей значительно снижает устойчивость металлов.
При нагревании на воздухе выше 200 °С железо взаимодействует с кислородом, образуя оксиды нестехиометрического состава FexO, мелкодисперсное железо сгорает с образованием смешанного оксида железа (II, III):
3Fe + 2O2 = Fe3O4.
Кобальт и никель реагируют с кислородом при более высоких температурах, образуя в основном оксиды двухвалентных элементов, имеющие переменный состав в зависимости от условий получения:
2Co + O2 = 2CoO,
2Ni + O2 = 2NiO.
С галогенами металлы реагируют, образуя галогениды :
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3,
Co + Br2 = CoBr2,
Ni + Cl2 = NiCl2.
Металлы довольно устойчивы к действию фтора, никель не разрушается фтором даже при температуре красного каления.
При взаимодействии с азотом при невысокой температуре железо, кобальт и никель образуют нитриды различного состава, например:
4Fe + N2 = 2Fe2N,
2Co + N2 = 2CoN,
3Ni + N2 = Ni3N2.
Взаимодействие с серой экзотермично и начинается при слабом нагревании, в результате образуются нестехиометрические соединения, которые имеют состав, близкий к ЭS:
Э + S = ЭS.
С водородом металлы триады железа не образуют стехиометрических соединений, но они поглощают водород в значительных количествах.
С углеродом, бором, кремнием, фосфором также при нагревании образуют соединения нестехиометрического состава, например:
3Co + C = Co3C,
2Ni + B = Ni2B,
Co + Si = CoSi,
3Fe + P = Fe3P.
В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует):
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3.
При температуре 700–900 °С раскаленное железо реагирует с водяным паром:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2.
Кобальт и никель с водой не взаимодействуют.
Железо реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот, образуя соли железа (II):
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2,
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2;
с разбавленной азотной кислотой образует нитрат железа (III) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты, например:
Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.
При обычных условиях концентрированные (до 70 мас. %) серная и азотная кислоты пассивируют железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа (III):
2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O,
Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O.
По отношению к кислотам кобальт и никель устойчивее железа, медленно реагируют с неокисляющими кислотами с образованием солей кобальта (II) и никеля (II) и водорода. С разбавленной азотной кислотой образуют нитраты кобальта (II) и никеля (II) и продукт восстановления азотной кислоты, состав которого зависит от концентрации кислоты:
3Э + 8HNO3 = 3Э(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
При обычных условиях концентрированные серная и азотная кислоты пассивируют кобальт и никель, хотя в меньшей степени, чем железо. При нагревании возможно взаимодействие с образованием солей железа двухвалентных металлов:
Co + 2H2SO4 = CoSO4 + SO2 + 2H2O,
Ni + 4HNO3 = Ni(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
Разбавленные растворы щелочей на металлы триады железа не действуют. Возможно только взаимодействие железа с щелочными расплавами сильных окислителей:
Fe + KClO3 + 2KOH = K2FeO4 + KCl + H2O.
Для кобальта и никеля взаимодействие с расплавами щелочей не характерно.
Железо, кобальт и никель вытесняют металлы, которые расположены правее в электрохимическом ряду напряжений их растворов солей:
Fe + SnCl2 = FeCl2 + Sn,
Ni + CuSO4 = NiSO4 + Cu.
Для металлов триады железа характерно образование карбонилов, в которых железо, кобальт и никель имеют степень окисления, равную 0. Карбонилы железа и никеля получаются при обычном давлении и температуре 20–60 °С:
Fe + 5CO = Fe(CO)5,
Ni + 4CO = Ni(CO)4.
Карбонилы никеля образуются при давлении 2·107 – 3·107 Па и температуре 150–200 °С:
2Co + 8CO = Co2(CO)8.
Соединения железа. Чистое железо может быть получено восстановлением окиси железа водородом или электролизом некоторых солей железа. Оно представляет собой серебристо-белый блестящий вязкий металл, по внешнему виду очень похожий на платину. Уд. вес железа 7,87, темп. пл. 1539°. Чистое железо очень быстро намагничивается и размагничивается и потому применяется для сердечников динамомашин и электромоторов.
Обыкновенное железо не изменяется в сухом воздухе, но во влажном быстро ржавеет, т. е. покрывается бурым налетом гидрата окиси железа, который вследствие своей рыхлости не защищает железо от дальнейшего окисления. Долгое время считали, что способность ржаветь есть хотя и неприятное, но неотъемлемое свойство железа.Однако в настоящее время доказано, что химически чистое железо, получаемое электролитическим путем, почти не подвергается коррозии и хорошо сопротивляется действию кислот.
При накаливании в воздухе железо сгорает, превращаясь в закись-окись железа Fе3O4 (или FeO • Fe2O3). Это же вещество образуется при ковке раскаленного железа («железная окалина»). Нормальный потенциал железа равен —0,441 вольта. Поэтому железо легко растворяется в разбавленных кислотах, вытесняя из них водород и образуя ионы Fe••. Холодная концентрированная серная кислота не реагирует с железом. Концентрированная азотная кислота действует на железо так же, как на алюминий и хром, т. е. делает его «пассивным». Щелочи не действуют на железо.
Железо образует два ряда соединений, отвечающих двум окислам: закиси железа FeO и окиси железа Fe2О3. В первом из них железо является двухвалентным, во втором — трехвалентным металлом. Кроме того, известны соли железной кислоты H2FeО4, в которых железо играет роль шестивалентного металлоида.
Соединения двухвалентного железа. Соли двухвалентного железа (соли закиси) получаются при растворении валентного железа (соли закиси) получаются при растворении железа в разбавленных кислотах. Самой важной из них является сульфат железа (II), или железный купорос, FeSО4• 7Н2О, образующий светлозеленые кристаллы, легко растворимые в воде. На воздухе железный купорос постепенно выветривается и одновременно окисляется с поверхности, переходя в желто-бурую основную соль трехвалентного железа.
Железный купорос получается путем растворения железных обрезков в 20—30%-ной серной кислоте:
Fe + H2SО4 = FeSО4 + H2
а также в виде отходов при «травлении» железа серной кислотой перед покрытием его цинком.
Железный купорос применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений, в производстве некоторых минеральных красок, при крашении тканей и т. д.
При нагревании железного купороса выделяется вода и получается белая масса безводной соли FeSО4. При более сильном нагревании безводная соль разлагается с выделением двуокиси серы и серного ангидрида, который во влажном воздухе образует тяжелые белые пары серной кислоты:
2FeSО4 = Fe2О3 + SО2 + SО3
Если к раствору железного купороса прибавить щелочи, то выпадает белый осадок гидрата закиси железа Fe(OH)2, который на воздухе вследствие окисления быстро принимает зеленоватую, а затем бурую окраску, переходя в гидрат окиси железа Fe(ОН)3:
4Fe(ОН)2+ 2Н2О + О2 = 4Fe(ОН)3
Гидрат закиси железа имеет, почти исключительно основной характер и не растворяется в щелочах.
Безводная закись железа FeO может быть получена восстановлением окиси железа окисью углерода при 500° и представляет собой черный, легко окисляющийся порошок:
Fe2О3 + СО = 2FeO + СО2
Карбонаты щелочных металлов осаждают из растворов солей двухвалентного железа белыйкарбонат железа (II) FеСО3. При действии воды, содержащей углекислый газ, карбонат железа, подобно карбонату кальция, частично переходит в более растворимую кислую соль Fе(НСО3)2. В виде этой соли железо содержится в природных железистых водах.
Соли двухвалентного железа легко могут быть переведены в соли трехвалентного железа действием различных окислителей: азотной кислоты, перманганата калия, хлора и др.; например: 1)6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
2) 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4= 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
Ввиду способности легко окисляться соли двухвалентного железа часто применяются как восстановители.
Соединения трехвалентного железа. Из солей трехвалентного железа (солей окиси) больше всего применяется хлорное железо FeCl3. Безводная соль получается в виде темно-зеленых чешуек при пропускании хлора над нагретым железом. Обыкновенное хлорное железо — темножелтое кристаллическое легко расплывающееся вещество состава FeCl3 • 6Н2О.
Сульфат железа (III)
Fe2(SO4)3получается окислением FeSO4 азотной кислотой в сернокислом растворе. С сульфатом аммония он образует железоаммониевые квасцы,NH4Fe(SO4)2 • 12Н20, кристаллизующиеся в виде красивых бледнолиловых кристаллов, изоморфных с кристаллами алюминиевых и хромовых квасцов.
При действии на растворы солей трехвалентного железа аммиака или щелочи выпадает красно-бурый гидрат окиси железа Fe(OH)3, нерастворимый в избытке щелочи.
Гидрат окиси железа
Более слабое основание, чем гидрат закиси железа; это выражается в том, что соли окиси железа сильно гидролизуются, а со слабыми кислотами (например, с угольной, сероводородной) Fe(OH)3 совсем не образует солей. Гидролизом же объясняется цвет растворов солей трехвалентного железа; несмотря на то, что ион Fe••• почти бесцветен, растворы окрашены в желто-бурый цвет, что объясняется присутствием в растворе ионов основных солей или Fe(OH)3, которые образуются благодаря гидролизу:
Fe••• + Н2O ⇄ Fe(OH)•• + Н•
Fe••• + 2Н2O ⇄Fe(OH)•2 + 2Н•
Fe••• + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3Н•
От нагревания окраска темнеет, а от прибавления кислот становится более светлой вследствие обратного хода реакции.
При прокаливании гидрат окиси железа, теряя воду, переходит в окись железа Fe2O3. Окись железа применяется как коричневая краска — железный сурик, или мумия.
Наряду с чисто основными свойствами окись железа и ее гидрат обнаруживают также некоторые, хотя и очень слабо выраженные кислотные свойства. Так, например, при сплавлении окиси железа с содой или поташом получаются соли — ферриты, аналогичные хромитам или алюминатам и являющиеся производными метажелезистой кислоты HFeO2:
Fe2O3+ Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2
Горячая вода полностью гидролизует ферриты с образовавшем окиси железа и соответствующей щелочи:
2NaFeO2+ Н2O = 2NaOH + Fe2O3
На образовании феррита натрия и его последующем разложении водой основан один из технических способов получения едкого натра из соды.
Характерной реакцией, отличающей окисные соли железа от закисных, является действие роданистого калия KCNS или роданистого аммония NH4CNS на железные соли. Роданистый калий содержит в растворе бесцветные ионы CNS’, которые соединяются с ионами Fe••• образуя кроваво-красный, слабо диссоциированный роданид железа Fe(CNS)3. Ионы двухвалентного железа не дают этой реакции.
Цианистые соединения железа
При действии на растворы солей двухвалентного железа цианистого калия получается белый осадок цианистого железа (II):
Fe•• + 2CN’ =↓ Fe(CN)2
В избытке цианистого калия осадок растворяется вследствие образования комплексной соли K4[Fe(CN)6], называемой ферро-цианидом калия:
Fe(CN)2 + 4KCN = K4[Fe(CN)6] или
Fe(CN)3 + 4CN’ = Fe(CN)6]»»
Ферроцианид калия, или железистосинеродистый калий
K4[Fe(CN)6] • 3Н2O кристаллизуется в виде больших светложелтых призм. Эта соль называется также желтой кровяной солью, так как прежде приготовлялась накаливанием высушенной крови с поташом и железом. При растворении в воде соль диссоциирует на ионы К• и чрезвычайно устойчивые комплексные ионы [Fe(CN)6]»». Практически такой раствор совершенно не содержит ионов Fe•• и не дает ни одной реакции, характерной для двухвалентного железа.
Ферроидшниду калия соответствует железистосинеродистая кислота H4[Fe(CN)6]— белое твердое вещество, образующее, кроме калийной соли, много других солей.
Замечательно. что ферроцианид калия, несмотря на содержание в нем железа, может служить чувствительным реактивом на ионы трёх валентного железа, так как ионы [Fe (CN)6]»»,встречаясь в растворе с ионами Fe•••, соединяются с ними и образуют нерастворимую в воде железную соль железистосинеродистой кислоты — ферроцианид железа Fe4[Fe(CN)6]3, характерного синего цвета; эта соль получила название берлинской лазури:
4Fe••• + 3[Fe(CN)6]»» = |↓Fe4[Fe(CN)6]3
Берлинская лазурь применяется в качестве краски. Щелочи разлагают ее с образованием гидрата окиси железа и освобождением ионов [Fe(CN)6]»»:
Fe4[Fe(CN)6]3 + 12OН’=↓4Fe(OH)3 + 3[Fe(CN)6]»»
При действии хлора или брома на раствор желтой кровяной соли анион ее окисляется, переходя из четырехвалентного в трехвалентный:
2[Fe(CN)6]»» + Сl2 = 2[Fe(CN)6]’» + 2Сl’
Соответствующая этому аниону калийная соль К3[Fе(СN)6]называется феррицианидом калияили железосинеродистым калием,а также красной кровяной солью. Она кристаллизуется в тёмнокрасных безводных кристаллах. Раствор ее со—держит анионы [Fe(CN)6]»’ такого же состава, как и анионы желтой соли, но несущие не четыре, а три отрицательных заряда и поэтому обладающие иными свойствами, чем ионы
[Fe(CN)6]»»
Если подействовать красной кровяной солью на раствор двухвалентного железа, то получается синий осадок так называемой турнбулевой сини, внешне очень похожей на берлинскуюлазурь, но имеющей иной состав:
3Fe•• + 2[Fe(CN)6]’» = ↓Fe3[Fe(CN)6]2
С солями трехвалентного железа К3[Fе(СN)6]дает бурый раствор.
Реакция образования турнбулевой сини широко используется при печатании копий с чертежей, сделанных на кальке. Печатание основано на том, что некоторые соли трехвалентного железа и органических кислот восстанавливаются под действием света в соли двухвалентного железа. Бумага, служащая для печатания, покрывается обычно смесью К3[Fе(СN)6] с аммонневожелезной солью лимонной кислоты. Если наложить на такую бумагу чертеж, сделанный на кальке, и подвергнуть его интенсивному освещению, то трехвалентное железо восстанавливается в двухвалентное во всех местах, кроме закрытых линиями чертежа. После этого бумагу опускают в воду. На освещенных местах в порах бумаги осаждается турнбулева синь; места же, защищенные от света, остаются белыми. В результате получается белый чертеж на синем фоне.
Соединения шестивалентного железа. Если нагревать железные опилки или окись железа с селитрой и едким кали, то образуется сплав, содержащий калиевую соль железной кислоты Н2FeO4 так называемый феррат калия К2FeO4:
Fe2О3 + 4КОН + 3KNO3 = 2KiFeО4 + 3KNO2 + 2Н2О
При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из которого действием хлористого бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария BaFeО4.
Все ферраты — очень сильные окислители, превосходящие в этом отношении перманганаты. Соответствующая ферратам железная кислота H2FeО4 и ее ангидрид FeО3в свободном состоянии не получены.
Карбонилы железа
Железо образует чрезвычайно своеобразные летучие соединения с окисью углерода, называемые карбонилами железа. Пентакарбонил железа Fе(СО)5 представляет собой бледножелтую жидкость удельного веса 1,5, сильно преломляющую лучи света и кипящую при 100°. Он получается при пропускании окиси углерода над мелко раздробленным железом под давлением и при повышенной температуре. Пентакарбонил железа нерастворим в воде, но растворяется во многих органических растворителях. При 250° он разлагается на окись углерода и совершенно чистое железо.
256 257 258
Вы читаете, статья на тему Свойства железа