Железо и его соединения

 Железо Значение. Ученые считают, что на нашей планете примерно три тысячи лет тому назад наступил “железный век” - основные орудия труда начали делать из железа. Однако настоящее вторжение железа в технику началось лишь в конце XVIII - начале XIX вв.: в 1778 г. сооружен первый железный мост, в 1788 г. вошел в строй первый водопровод, сделанный из железа, в 1818 г. спущено на воду первое судно из железа, в 1825 г. в Англии построена первая железная дорога, в 1889 г. возведена 300-метровая железная Эйфелева башня в Париже. За короткое время железо в виде сплавов (чугуна и стали) успешно завоевало все области деятельности человека. Без железа немыслимо существование мира вокруг нас и нас самих. Если представить себе, что железо вдруг исчезло бы с нашей планеты, все вокруг разрушилось бы, а человек и животные погибли. Три грамма железа (II) в теле человека - основа его крови (гемоглобин). 26 Со 27 № VIII Ни 44 НИ 45 1*с1 « РУТЕНИЙ РОДИЙ ПАЛЛАДИЙ 101,07 102,81 106,42 08 76 1г 77 14 Общая характеристика. Железо Ге находится в IV периоде, в побочной подгруппе VIII группы. Строение его атома: Железо 26Ре +26 ) ) ) 8е 14е 2е Металлы в нашей жизни 52 Для подсчета числа электронов на предпоследнем слое рассуждаем так: а) у железа должно быть 4 электронных слоя; б) первый заполнен 2е; в) второй заполнен 8е; г) на внешнем слое 2е (как у почти всех элементов побочных подгрупп); д) на предпоследнем слое 26е - (2е + 8е + 2е) = 14е. В химических реакциях железо - всегда восстановитель. Оно может отдавать два электрона Ре0 - 2е = Ре+2 и проявлять степень окисления +2, а также три электрона (один с предпоследнего слоя) Ре0 - 3е = Ре+3, проявляя степень окисления +3. Нахождение в природе. По распространенности в земной коре железо - четвертый элемент (О, 8^ А1, Ре) и второй среди металлов (4,7%). В природе железо существует в основном в виде оксидных, сульфидных и карбонатных руд переменного состава, в которых его содержание превышает 40%: магнетит - Ре30 4 (72% Ре); гематит - Ре20 3 (65% Ре) и др. Изредка встречается чистое железо небесного происхождения - метеоритное железо. а Ее •О.'2 кусочек СПИЧКИ | Еез0 4 КМп04 б Физические свойства. Железо - мягкий, пластичный металл серебристо-серого цвета, тяжелый (плотность 7,87 г/см3), его температура плавления 1539°С. Особые свойства железа - магнитные. Чистое железо на воздухе довольно устойчиво благодаря наличию оксидной пленки Ре30 4 (РеО -Ре2О3). Химические свойства. Железо - довольно активный металл. Оно взаимодействует с неметаллами, водой, кислотами, солями. 1. При нагревании железо легко окисляется кислородом, серой, хлором: I0 3Ре + 2О2 = РезО4 + 0 0 *0 +3 -1 2Ре + 3С12 = 2РеС13 + <2 -3е +2е хлорид в-ль ок-ль железа (III) ,0 * Ре + 8 = Ре8 + <2 сульфид железа (II) * Сульфид железа (III) не существует. Все эти реакции экзотермические, но для начала требуют нагревания. Обратите внимание - хлор окисляет железо до трехвалентного состояния (рис. 2.26). 2. С водой железо при обычных условиях реагирует в присутствии кислорода очень медленно (но верно!). Суммарное уравнение этого сложного процесса: 4Ре + 3О2 + 6Н2О = 4Ре(ОН)3 гидроксид железа (III) Рис. 2.26. Взаимодействие железа с кислородом (а) и хлором (б) И, как вы уже знаете, гидроксид железа (III) постепенно разлагается и образуется то, что мы называем ржавчиной: т Р е 2О3яН2О. Металлы в нашей жизни м 53 При продувании паров воды над раскаленной железной стружкой реакция идет с образованием водорода и железной окалины: .о 3Ре + 4Н20 = Ре3О4 + 4Н2 Т 3. С кислотами, кроме азотной и серной концентрированной, железо реагирует легко, вытесняя водород. При этом образуются соли железа (II): 0 + 1 +2 0 . Ре + 2НС1 = РеС12 + Н2Т о Обратите внимание! Водород Н2 - сильный восстановитель, поэтому, образуясь в результате реакции, он “не позволяет” железу окислиться до степени окисления +3; образуется только железо в степени окисления +2. 4. С солями железо реагирует в соответствии со своим положением в вытеснительном ряду (стр. 33), например: 0 + 2 +2 0 Ре + Си8О4 = Ре8О4 + Си В соединениях железо имеет степень окисления +2 и +3, поэтому образует два ряда веществ. Получение. Чистое железо получают действием на его оксиды различных восстановителей при нагревании: 1° {° Ре20 3 + 3Н2 ® 2Ре + 3Н20 Ре20 3 +2А1 = 2Ре + А120 3 Однако чистое железо - сравнительно мягкий металл и потому в промышленности не применяется. Прочность железу придает углерод. Железо с примесью углерода (чугун, сталь) получают в промышленности, восстанавливая железную руду углем или оксидом углерода (II): + 3 0 {° 0 +4 ж 2Ре 20 3 + 3С = 4Ре + 3СО2Т + 3 +2 {° 0 +4 Ре20 3 + 3СО = 2Ре+ 3СО2Т 2.9.2. } Важнейшие соединения железа Способы получения. Оксиды и гидроксиды железа (II, III) получаются теми же методами, что и оксиды и нерастворимые основания других металлов. Нетрудно заметить сходство соединений железа и алюминия. Так, оксиды железа получаются при его окислении или при разложении гидроксидов. { ° Ре(ОН)2 = РеО + Н20 { ° 2Ре(ОН)3 = Ре2О3 + 3Н2О В свою очередь, гидроксиды железа (II и Ш) образуются при обработке щелочами солей железа (II и III): Ре8О4 + 2 ^ О Н = Ре(ОН)21 + ^ 28О4 РеС13 + 3 ^ О Н = Ре(ОН)3! +3NаС1 Соли железа (II) получаются при растворении железа в разбавленных кислотах (кроме азотной) или при реакции с солями менее активных металлов (см. выше). Наиболее важен из них железный купорос Ре804.7Н20. Металлы в нашей жизни 54 Ё. Соли железа (III) получают растворением Ге(ОН)3 в кислотах. Из растворов соли получают в виде кристаллогидратов: ГеС13. 6Н20 ^ 2(804)3 . 18Н2О Хлорид железа (III) может быть также получен при реакции железа с хлором: 2Ге + 3С12 = 2ГеС13 Химические свойства соединений железа можно вывести, исходя из схем генетической связи соответствующих классов веществ (стр. 7-8). Оксиды реагируют с активными металлами (А1) и с кислотами. Гидроксиды также вступают в реакцию с кислотами, т. е. проявляют основные свойства: Рис. 2.27. Окисление гидроксида железа (II) в гидроксид железа (III) ^ N 5 и Р е ^ 5 )з 0 № Рис. 2.28. Распознавание солей железа (III) Ге(0Н)2 + 2НС1 = ГеС12 + 2Н20 Ге(0Н)3 + 3НС1 = ГеС13 + 3Н20 Гидроксид железа (II), Ге(ОН)2 (зеленого цвета), легко окисляется и превращается в гидроксид железа (III) бурого цвета (рис. 2.27): + 2 0 +3 4Ге(0Н)2 + 0 2 + 2Н20 = 4Ге(0Н)3 П рим ечание: При написании этой реакции нет необходимости запоминать количество воды. Этот вывод можно сделать следующим образом: слева 8Н, а справа 12Н, значит слева надо прибавить 4Н, т. е. 2Н20 . Соли железа (III) хорошо растворяются в воде. *Распознавание солей железа. Ионы Ге3+ можно отличить от ионов Ге2+ по реакции образования кроваво-красного раствора тиоцианата железа (III) Г е (С ^ )3 (рис. 2.28): ГеС13 + 3 К С ^ = 3КС1 + Ге(С^ ) 3 т иоцианат железа (III) • Есть на земле организмы с голубой кровью, например моллюски, у которых в крови не железо, а медь. Ге3+ + 3 С ^ - = Ге(С^ ) 3 соль ( слабы й элект р о ли т ) Биологическая роль железа. Железо относится к “металлам жизни”. Железо в форме Ге2+ входит в состав гемоглобина крови, придавая ей красный цвет. Главная роль железа в гемоглобине - перенос кислорода в организме. Железо попадает в живые организмы вместе с водой и пищей. Источником железа в них являются различные минералы, а также продукты коррозии металлического железа. Металлы в нашей жизни м 55 РАБОТА В ГРУППЕ Напишите молекулярные и ионные уравнения следующих превращений: РеЗ 6 8 РеО ю Ж 7 9 2Т 3 РеС12 ® Ре(ОН)2 ® РеЗО4 Ре2О3 ® Ре ^ Н 2 3 12 13 ^ РеС1з ® Ре(ОН)з ® Ре2(ЗО4)з 1> ^ РезО4 Ре2Оз ^ВО П РО СЫ И УПРАЖНЕНИЯ 1. Сравни свойства железа и алюминия. 2. Сопоставь свойства гидроксидов железа (II), железа (III) и алюминия. *3. Как экспериментально отличить соль железа (III) от соли железа (II)? 4. Закончи уравнения реакций: а) Ре203 + Н2 ® ? + ? б) ? + Ре203 ® А1203 + ? в) Ре + ? ® Ре5 г) Ре + С12 ® ? и) Ре + ? ® Ре504 + Н; т к) Ре + ? ® Ре2+ + Н2Т л) Ре + ? ® Си + ? м) Ре + ? ® РЬ + ? д) Ре + Н20 ® ? + ? е) Ре + Н20 + ? ® Ре(0Н)3 ж) А1 + Ре304 ® ? + ? з) Ре + 02 ® ? 5. Как из железного купороса Ре504.7Н20 получить: а) хлорид железа (II); б) нитрат железа (II)? 6. С какими из перечисленных растворов солей будет реагировать железо: а) 7п504; б) РЬ^03)2; в) А1С13; г) Си504; д) Н д^03)2; е) МдС12? Напиши уравнения реакций (молекулярные и ионные). Как изменится масса железной пластинки в результате этих реакций, увеличится или уменьшится? 7. Для побелки потолков и стен в качестве добавки используют раствор медного купороса для цвета и дезинфекции. Можно ли приготовить и хранить этот раствор в железных ведрах? Обоснуй свой ответ. ЗАДАЧИ 1. Применяемый при сварке железо-алюминиевый термит содержит алюминий и железную окалину (магнетит) с отношением масс 3:10. Соответствует ли это отношение масс уравнению реакции? Вычисли массу железа, которое образуется из 130 г такой смеси. 2. При взаимодействии чистого хлорида железа массой 16,25 г с избытком нитрата серебра образовался хлорид серебра массой 43,05 г Хлорид железа (II) или хлорид железа (III) взят для реакции? *3. Для предупреждения малокровия домашним животным дают раствор, приготовленный растворением железного купороса Ре504.7Н20 массой 2,5 г и медного купороса Си504.5Н20 массой 1 г в кипяченой воде объемом 1 л. Вычисли массовые доли сульфата железа (II) и сульфата меди (II) в этом растворе. *4. Какая из природных руд богаче железом: магнитный железняк (магнетит) Ре30 4, красный железняк (гематит) Ре20 3, бурый железняк (лимонит) 2Ре20 3.3Н20, железный шпат (сидерит) РеС03? *5. При выдерживании железной пластинки в растворе медного купороса (Си504.5Н20) ее масса увеличилась на 1,6 г Вычисли массу меди, выделившейся на пластинке.