Железо и его соединения Строение атома железа Химические свойства железа.

Железо и его соединения
Строение атома железа
Валентные электроны 4s и 3d
Степени окисления +2 и +3
+2: FеО, Fе (ОН)2 ;
+3: Fе2О3, Fе (ОН)з
Химические свойства железа.
Железо – металл средней химической активности. При нагревании взаимодействует почти со
всеми неметаллами, например, сгорает в атмосфере хлора:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
или кислорода, при этом, в зависимости от исходного состояния железа, образуются разные
продукты. Например, компактный металл образует железную окалину:
3Fe + 2O2 = Fe3O4
а порошок – оксид железа (III):
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
После предварительного нагревания железо экзотермически реагирует с серой:
Fe + S = FeS
В электрохимическом ряду напряжений железо стоит левее водорода, т. е. имеет более
отрицательный стандартный электродный потенциал. Поэтому железо легко растворяется в
соляной и разбавленной серной кислотах с выделением водорода:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 ,
Fe + H2SO4 (разб.) = FeSO4 + H2 .
Более концентрированную серную кислоту (40–60%) железо восстанавливает до
оксида серы(IV):
Fe + 2H2SO4 = FeSO4 + SO2
+ 2H2O.
В серной кислоте еще более высокой концентрации (от 80 до 100%) железопассивируется –
покрывается тонкой и прочной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от растворения.
Такое же явление пассивации наблюдается и в сильно концентрированной азотной кислоте,
поэтому концентрированные серную и азотную кислоты можно перевозить в железной таре.
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, например:
4Fe + 10HNO3 = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O,
3Fe + 8HNO3 = 3Fe(NO3)2 +2NO
+ 4H2O,
Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2
+ 3H2O.
Вспомните, что называется коррозией. Каковы ее последствия?
Коррозия – это разрушение металла под действием окружающей среды. Образование ржавчины
можно представить в следующем виде:
При обычных условиях вода не действует на железо, однако, в присутствии кислорода протекает
следующая реакция:
Ржавчина отслаивается от поверхности металла, имеет много пор, поэтому не предохраняет
металл от дальнейшей коррозии. Из-за коррозии гибнет огромное количество железа и его
сплавов. В XIX в., когда не существовало надежных методов борьбы с коррозией, от нее гибла
половина выплавляемого металла. В современных условиях от коррозии гибнет 1/6 часть
выплавляемого чугуна. Поэтому борьба с коррозией – одна из важнейших задач человечества.
Соединение железа двухвалентного неустойчиво и окисляется, превращаясь в соединение железа
трехвалентного бурого цвета
Обладают ли амфотерностью соединения железа?
Гидроксид железа(III) амфотерен, т. е. проявляет свойства основания в реакции с кислотами:
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O,
и кислотные свойства в реакциях с концентрированными растворами щелочей:
Амфотерный характер имеет и оксид железа(III), который реагирует и с кислотами, и с основными
оксидами:
Fe2O3 + 6HСl = 2FeCl3 + 3H2O,
Какие гидроксиды образует железо? Укажите их кислотно-основный характер. Напишите
уравнения реакций, характерных для гидроксидов железа (+2) и (+3).
Ответ: Fе(ОН)2 - основание и Fе(ОН)3 - более слабое основание (амфотерное)
Fе (ОН)2 + 2НС1 = FеСl2 + 2Н2О Fе (ОН)3 + 3НС1 = FеСl3 + 3Н2О
Fе (ОН)2 + NаОН
Fе (ОН)3 + NаОН = Nа[Fе(ОН)4]
Почему гидроксид железа (II) со временем становится бурым?
Ответ: Соединения Fе+2 нестойки и со временем на воздухе окисляются до Fе +3:
4 Fе (ОН)2 + О2 + 2 Н2О = 4 Fе (ОН)з
Зеленый
бурый
Какие вы знаете качественные реакции на ионы железа +2 и +3? Напишите уравнения реакций в
молекулярной и ионной форме.
Ответ.
Какова биологическая роль железа и его соединений?
Примерный ответ: Железо - это биогенный элемент. Он входит в состав гемоглобина, миоглобина,
различных ферментов и других сложных железо-белковых комплексов, которые находятся в
печени и селезенке. В организме взрослого человека имеется 4-5 г железа, из них 65% - в крови.
Железо стимулирует функцию кроветворных органов. Красный пигмент крови – гемоглобин –
осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к тканям и обратный перенос углекислого
газа от тканей к легким.
Много железа содержится в коровьем и козьем молоке, яичном желтке.
У растений железо в порфиринах, которые отвечают за синтез хлорофилла. При недостатке железа
растения не образуют хлорофилла (что разрушает процесс фотосинтеза), теряют возможность
ассимилировать углекислый газ и выделять кислород, у животных и человека развивается анемия
(малокровие).
Для обнаружения ионов железа(III) удобно применять комплексное соединение железа,
называемое желтой кровяной солью или гексацианоферратом(II) калия K4[Fe(CN)6]. При
взаимодействии ионов (Fe(CN)6)4– с ионами Fe3+ образуется темно-синий осадок – берлинская
лазурь:
Другое соединение железа – красная кровяная соль или гексацианоферрат(III) калия K3[Fe(CN)6]
является реактивом на ионы Fe2+.
При взаимодействии ионов (Fe(CN)6)3– с ионами Fe2+ также образуется темно-синий осадок –
турнбулева синь:
Получение железа происходит в доменной печи. Это окислительно-восстановительный процесс,
протекающий в несколько стадий.
Fe2O3 + 3СО = 2Fe + 3CO2, или Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O.
Восстановление ведут при температуре 850–900 °С, что ниже температуры плавления железа
(1539 °С).
Д\З.Упр.1: Составьте уравнения реакций к схеме:
Упр.2. для всех реакций, приведённых выше составить уравнение электронного баланса
Прочитать § 14.
Из § 14 выписать формулы и названия природных соединений железа