Ο σίδηρος είναι στοιχείο της πλευρικής υποομάδας της όγδοης ομάδας της τέταρτης περιόδου του περιοδικού πίνακα χημικά στοιχεία D.I. Mendeleev με ατομικό αριθμό 26. Συμβολίζεται με το σύμβολο Fe (Λατινικό Ferrum). Ένα από τα πιο κοινά σε φλοιός της γηςμέταλλα (δεύτερη θέση μετά το αλουμίνιο). Μέταλλο μέτριας δραστικότητας, αναγωγικός παράγοντας.

Κύριες καταστάσεις οξείδωσης - +2, +3

Η απλή ουσία σίδηρος είναι ένα ελατό ασημί-λευκό μέταλλο με υψηλή χημική ουσία αντιδραστικότητα: Το σίδερο διαβρώνεται γρήγορα όταν εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες ή υψηλή υγρασία. Ο σίδηρος καίγεται σε καθαρό οξυγόνο και σε λεπτή διασπορά αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα.

Χημικές ιδιότητες μιας απλής ουσίας - σιδήρου:

Σκουριά και καύση σε οξυγόνο

1) Στον αέρα, ο σίδηρος οξειδώνεται εύκολα παρουσία υγρασίας (σκουριάς):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Το ζεστό σύρμα σιδήρου καίγεται σε οξυγόνο, σχηματίζοντας άλατα - οξείδιο σιδήρου (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe+2O 2 →(Fe II Fe 2 III)O 4 (160 °C)

2) Σε υψηλές θερμοκρασίες (700–900°C), ο σίδηρος αντιδρά με τους υδρατμούς:

3Fe + 4H 2 O – t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Ο σίδηρος αντιδρά με τα μη μέταλλα όταν θερμαίνεται:

2Fe+3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1) (700°C)

4) Στη σειρά τάσης, βρίσκεται στα αριστερά του υδρογόνου, αντιδρά με αραιά οξέα HCl και H 2 SO 4 και σχηματίζονται άλατα σιδήρου (II) και απελευθερώνεται υδρογόνο:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (οι αντιδράσεις πραγματοποιούνται χωρίς πρόσβαση αέρα, διαφορετικά το Fe +2 μετατρέπεται σταδιακά από το οξυγόνο σε Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (αραιωμένο) → FeSO 4 + H 2

Στα πυκνά οξειδωτικά οξέα, ο σίδηρος διαλύεται μόνο όταν θερμαίνεται· μετατρέπεται αμέσως στο κατιόν Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (συμπ.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (συμπ.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(στο κρύο, συμπυκνωμένο άζωτο και θειικό οξύ παθητικοποιώ

Ένα σιδερένιο καρφί βυθισμένο σε ένα μπλε διάλυμα θειικού χαλκού σταδιακά επικαλύπτεται με μια επίστρωση κόκκινου μεταλλικού χαλκού.

5) Ο σίδηρος εκτοπίζει τα μέταλλα που βρίσκονται στα δεξιά του από διαλύματα των αλάτων τους.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Οι αμφοτερικές ιδιότητες του σιδήρου εμφανίζονται μόνο σε συμπυκνωμένα αλκάλια κατά τη διάρκεια του βρασμού:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O = Na 2 ↓+ H 2

και σχηματίζεται ένα ίζημα τετραϋδροξοφερρικού νατρίου (II).

Τεχνικό υλικό- κράματα σιδήρου και άνθρακα: ο χυτοσίδηρος περιέχει 2,06-6,67% C, ατσάλιΣυχνά υπάρχουν 0,02-2,06% C, άλλες φυσικές ακαθαρσίες (S, P, Si) και τεχνητά εισαγόμενα ειδικά πρόσθετα (Mn, Ni, Cr), γεγονός που δίνει στα κράματα σιδήρου τεχνικά ευεργετικά χαρακτηριστικά— σκληρότητα, θερμική και αντοχή στη διάβρωση, ελατότητα κ.λπ. .

Διαδικασία παραγωγής σιδήρου υψικαμίνων

Η διαδικασία της υψικαμίνου για την παραγωγή χυτοσιδήρου αποτελείται από τα ακόλουθα στάδια:

α) παρασκευή (καβούρδισμα) θειούχων και ανθρακικών μεταλλευμάτων - μετατροπή σε οξείδιο:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2.800°C, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2.500-600 ° C, -CO 2)

β) καύση οπτάνθρακα με θερμή έκρηξη:

C (οπτάνθρακας) + O 2 (αέρας) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (κοκ) ⇌ 2 CO (700-1000 ° C)

γ) αναγωγή του μεταλλεύματος οξειδίου με μονοξείδιο του άνθρακα CO διαδοχικά:

Fe2O3 → (CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 → (CO) FeO → (CO) Fe

δ) ενανθράκωση σιδήρου (έως 6,67% C) και τήξη χυτοσιδήρου:

Fe (t ) →(ντο(κοκ)900-1200°C) Fe (υγρό) (χυτοσίδηρος, σημείο τήξης 1145°C)

Ο χυτοσίδηρος περιέχει πάντα τσιμεντίτη Fe 2 C και γραφίτη σε μορφή κόκκων.

Παραγωγή χάλυβα

Η μετατροπή του χυτοσιδήρου σε χάλυβα πραγματοποιείται σε ειδικούς κλιβάνους (μετατροπέας, ανοιχτή εστία, ηλεκτρική), οι οποίοι διαφέρουν ως προς τη μέθοδο θέρμανσης. θερμοκρασία διεργασίας 1700-2000 °C. Η εμφύσηση αέρα εμπλουτισμένου με οξυγόνο οδηγεί στην καύση της περίσσειας άνθρακα, καθώς και του θείου, του φωσφόρου και του πυριτίου με τη μορφή οξειδίων από το χυτοσίδηρο. Σε αυτή την περίπτωση, τα οξείδια είτε δεσμεύονται με τη μορφή καυσαερίων (CO 2, SO 2), είτε δεσμεύονται σε μια εύκολα διαχωρισμένη σκωρία - ένα μείγμα Ca 3 (PO 4) 2 και CaSiO 3. Για την παραγωγή ειδικών χάλυβων, εισάγονται στον κλίβανο πρόσθετα κραμάτων άλλων μετάλλων.

Παραλαβήκαθαρός σίδηρος στη βιομηχανία - ηλεκτρόλυση διαλύματος αλάτων σιδήρου, για παράδειγμα:

FeСl 2 → Fe↓ + Сl 2 (90°С) (ηλεκτρόλυση)

(υπάρχουν και άλλες ειδικές μέθοδοι, συμπεριλαμβανομένης της αναγωγής των οξειδίων του σιδήρου με υδρογόνο).

Ο καθαρός σίδηρος χρησιμοποιείται στην παραγωγή ειδικών κραμάτων, στην κατασκευή πυρήνων ηλεκτρομαγνητών και μετασχηματιστών, ο χυτοσίδηρος - στην παραγωγή χυτών και χάλυβα, ο χάλυβας - ως δομικά υλικά και υλικά εργαλείων, συμπεριλαμβανομένων ανθεκτικών στη φθορά, στη θερμότητα και στη διάβρωση αυτές.

Οξείδιο σιδήρου (II). φά ΕΟ . Ένα αμφοτερικό οξείδιο με υψηλή επικράτηση βασικών ιδιοτήτων. Μαύρο, έχει ιοντική δομή Fe 2+ O 2- . Όταν θερμαίνεται, πρώτα αποσυντίθεται και μετά σχηματίζεται ξανά. Δεν σχηματίζεται όταν ο σίδηρος καίγεται στον αέρα. Δεν αντιδρά με το νερό. Αποσυντίθεται με οξέα, συντήκεται με αλκάλια. Οξειδώνεται αργά σε υγρό αέρα. Μειώνεται από υδρογόνο και οπτάνθρακα. Συμμετέχει στη διαδικασία τήξης σιδήρου σε υψικάμινο. Χρησιμοποιείται ως συστατικό κεραμικών και ορυκτών χρωμάτων. Εξισώσεις των πιο σημαντικών αντιδράσεων:

4FeO ⇌(Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °C, 900-1000 °C)

FeO + 2HC1 (αραιωμένο) = FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (συμπ.) = Fe(NO 3) 3 +NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH = 2H 2 O + Να 4φάμιΟ3 (κόκκινο.) τριοξοφερρικός (II)(400-500 °C)

FeO + H 2 = H 2 O + Fe (εξαιρετικά καθαρό) (350°C)

FeO + C (κοκ) = Fe + CO (πάνω από 1000 °C)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900°C)

4FeO + 2H 2 O (υγρασία) + O 2 (αέρας) →4FeO(OH) (t)

6FeO + O 2 = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500°C)

Παραλαβή V εργαστήρια: θερμική αποσύνθεση ενώσεων σιδήρου (II) χωρίς πρόσβαση στον αέρα:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

Οξείδιο δισιδήρου (III) - σίδηρος ( II ) ( Fe II Fe 2 III)O 4 . Διπλό οξείδιο. Μαύρο, έχει ιοντική δομή Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Θερμικά σταθερό έως και υψηλές θερμοκρασίες. Δεν αντιδρά με το νερό. Αποσυντίθεται με οξέα. Μειώνεται από υδρογόνο, ζεστό σίδηρο. Συμμετέχει στη διαδικασία υψικαμίνου παραγωγής χυτοσιδήρου. Χρησιμοποιείται ως συστατικό ορυκτών χρωμάτων ( μίνιο), κεραμικά, χρωματιστό τσιμέντο. Προϊόν ειδικής οξείδωσης της επιφάνειας προϊόντων χάλυβα ( μαύρισμα, γαλάζιο). Η σύνθεση αντιστοιχεί σε καφέ σκουριά και σκούρα λέπια στο σίδηρο. Δεν συνιστάται η χρήση του ακαθάριστου τύπου Fe 3 O 4. Εξισώσεις των πιο σημαντικών αντιδράσεων:

2(Fe II Fe 2 III)O 4 = 6FeO + O 2 (πάνω από 1538 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8НС1 (dil.) = FeС1 2 + 2FeС1 3 + 4Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 +10HNO 3 (συμπ.) = 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (αέρας) = 6 Fe 2 O 3 (450-600 ° C)

(Fe II Fe 2 III)O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fe (εξαιρετικά καθαρό, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = 3 FeO + CO 2 (500-800°C)

(Fe II Fe 2 III)O4 + Fe ⇌4FeO (900-1000 °C, 560-700 °C)

Παραλαβή:καύση σιδήρου (βλ.) στον αέρα.

μαγνητίτης.

Οξείδιο σιδήρου (III). φά ε 2 Ο 3 . Αμφοτερικό οξείδιο με υπεροχή βασικών ιδιοτήτων. Κόκκινο-καφέ, έχει ιοντική δομή (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Θερμικά σταθερό έως και υψηλές θερμοκρασίες. Δεν σχηματίζεται όταν ο σίδηρος καίγεται στον αέρα. Δεν αντιδρά με νερό, από το διάλυμα κατακρημνίζεται καφέ άμορφος ένυδρος Fe 2 O 3 nH 2 O. Αντιδρά αργά με οξέα και αλκάλια. Μειώνεται από μονοξείδιο του άνθρακα, λιωμένο σίδηρο. Συντήκεται με οξείδια άλλων μετάλλων και σχηματίζει διπλά οξείδια - σπινελών(τα τεχνικά προϊόντα ονομάζονται φερρίτες). Χρησιμοποιείται ως πρώτη ύλη στην τήξη χυτοσιδήρου στη διαδικασία της υψικαμίνου, ως καταλύτης στην παραγωγή αμμωνίας, συστατικό κεραμικών, χρωματιστών τσιμέντων και ορυκτών χρωμάτων, στη συγκόλληση με θερμίτη μεταλλικών κατασκευών, ως φορέας ήχου και εικόνα σε μαγνητικές ταινίες, ως γυαλιστικό για χάλυβα και γυαλί.

Εξισώσεις των πιο σημαντικών αντιδράσεων:

6Fe 2 O 3 = 4 (Fe II Fe 2 III)O 4 +O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6НС1 (dil.) →2FeС1 3 + ЗН 2 O (t) (600°С,р)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (συμπ.) →H 2 O+ 2 ΝΕΝΑφάμιΟ 2 (το κόκκινο)διοξοφερρικό (III)

Fe 2 O 3 + MO = (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O + 2Fe (εξαιρετικά καθαρό, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = 3 FeO (900 °C)

3Fe 2 O 3 + CO = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 °C)

Παραλαβήστο εργαστήριο - θερμική αποσύνθεση αλάτων σιδήρου (III) στον αέρα:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °C)

4(Fe(NO 3) 3 9 H 2 O) = 2Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °C)

Στη φύση - μεταλλεύματα οξειδίου του σιδήρου αιματίτης Fe 2 O 3 και λιμονίτης Fe 2 O 3 nH 2 O

Υδροξείδιο σιδήρου (II). φά e(OH) 2 . Αμφοτερικό υδροξείδιομε επικράτηση βασικών ιδιοτήτων. Λευκοί (μερικές φορές με πρασινωπή απόχρωση), οι δεσμοί Fe-OH είναι κυρίως ομοιοπολικοί. Θερμικά ασταθής. Οξειδώνεται εύκολα στον αέρα, ειδικά όταν είναι υγρό (σκουραίνει). Αδιάλυτο στο νερό. Αντιδρά με αραιά οξέα και συμπυκνωμένα αλκάλια. Τυπικός μειωτήρας. Ενδιάμεσο προϊόν στη σκουριά του σιδήρου. Χρησιμοποιείται στην κατασκευή της ενεργής μάζας μπαταριών σιδήρου-νικελίου.

Εξισώσεις των πιο σημαντικών αντιδράσεων:

Fe(OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)

Fe(OH) 2 + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + 2NaOH (> 50%) = Na 2 ↓ (μπλε-πράσινο) (βραστό)

4Fe(OH) 2 (αιώρημα) + O 2 (αέρας) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe(OH) 2 (εναιώρημα) +H 2 O 2 (αραιωμένο) = 2FeO(OH)↓ + 2H 2 O

Fe(OH) 2 + KNO 3 (συμπ.) = FeO(OH)↓ + NO+ KOH (60 °C)

Παραλαβή: καθίζηση από διάλυμα με αλκάλια ή ένυδρη αμμωνία σε αδρανή ατμόσφαιρα:

Fe 2+ + 2OH (αρ.) = φάe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = φάe(OH) 2 ↓+ 2NH 4

Μεταϋδροξείδιο του σιδήρου φά eO(OH). Αμφοτερικό υδροξείδιο με κυριαρχία βασικών ιδιοτήτων. Οι ανοιχτό καφέ, οι δεσμοί Fe - O και Fe - OH είναι κυρίως ομοιοπολικοί. Όταν θερμαίνεται, αποσυντίθεται χωρίς να λιώσει. Αδιάλυτο στο νερό. Κατακρημνίζεται από το διάλυμα με τη μορφή καφέ άμορφου πολυένυδρου Fe 2 O 3 nH 2 O, το οποίο, όταν διατηρείται σε αραιό αλκαλικό διάλυμα ή κατά την ξήρανση, μετατρέπεται σε FeO(OH). Αντιδρά με οξέα και στερεά αλκάλια. Ασθενής οξειδωτικός και αναγωγικός παράγοντας. Πυροσυσσωματωμένο με Fe(OH) 2. Ενδιάμεσο προϊόν στη σκουριά του σιδήρου. Χρησιμοποιείται ως βάση για κίτρινες ορυκτές βαφές και σμάλτα, απορροφητής για τα απόβλητα αέρια και καταλύτης στην οργανική σύνθεση.

Η ένωση της σύνθεσης Fe(OH) 3 είναι άγνωστη (δεν λαμβάνεται).

Εξισώσεις των πιο σημαντικών αντιδράσεων:

Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °C, —H 2 Ο) FeO(OH)→( 560-700° C στον αέρα, -H2O)→ Fe 2 O 3

FeO(OH) + ZNS1 (αρ.) = FeC13 + 2H2O

FeO(OH)→ Fe 2 Ο 3 . nH 2 Ο-κολλοειδές(NaOH (συμπ.))

FeO(OH)→ Νένα 3 [φάe(OH) 6 ]άσπρο Na 5 και K4 αντίστοιχα. Και στις δύο περιπτώσεις, ένα μπλε προϊόν της ίδιας σύνθεσης και δομής, το KFe III, κατακρημνίζεται. Στο εργαστήριο αυτό το ίζημα ονομάζεται κυανούν χρώμα, ή μπλε τουρμπουλ:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Χημικές ονομασίες των αντιδραστηρίων έναρξης και των προϊόντων αντίδρασης:

K 3 Fe III - εξακυανοφερτικό κάλιο (III)

K 4 Fe III - εξακυανοφερρικό κάλιο (II)

КFe III - εξακυανοφερματικός σίδηρος (III) κάλιο (II)

Επιπλέον, ένα καλό αντιδραστήριο για τα ιόντα Fe 3+ είναι το θειοκυανικό ιόν NСS -, ο σίδηρος (III) συνδυάζεται με αυτό και εμφανίζεται ένα έντονο κόκκινο ("αιματηρό") χρώμα:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Αυτό το αντιδραστήριο (για παράδειγμα, με τη μορφή άλατος KNCS) μπορεί ακόμη και να ανιχνεύσει ίχνη σιδήρου (III) στο νερό της βρύσης εάν περάσει από σιδερένιες σωλήνες επικαλυμμένους με σκουριά στο εσωτερικό.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Σίδερο- στοιχείο της όγδοης ομάδας της τέταρτης περιόδου Περιοδικός Πίνακαςχημικά στοιχεία του D. I. Mendeleev.

Και ο αριθμός τόμου είναι 26. Το σύμβολο είναι Fe (Λατινικά "ferrum"). Ένα από τα πιο κοινά μέταλλα στον φλοιό της γης (δεύτερη θέση μετά το αλουμίνιο).

Φυσικές ιδιότητες του σιδήρου

Ο σίδηρος είναι ένα γκρι μέταλλο. Στην καθαρή του μορφή είναι αρκετά μαλακό, εύπλαστο και παχύρρευστο. Ηλεκτρονική διαμόρφωσηεξωτερικός επίπεδο ενέργειας– 3d 6 4s 2 . Στις ενώσεις του, ο σίδηρος εμφανίζει καταστάσεις οξείδωσης «+2» και «+3». Το σημείο τήξης του σιδήρου είναι 1539 C. Ο σίδηρος σχηματίζει δύο κρυσταλλικές τροποποιήσεις: α- και γ-σίδηρος. Το πρώτο από αυτά έχει ένα κυβικό πλέγμα με κέντρο το σώμα, το δεύτερο έχει ένα κυβικό πλέγμα με επίκεντρο το πρόσωπο. Ο α-σίδηρος είναι θερμοδυναμικά σταθερός σε δύο κλίμακες θερμοκρασίας: κάτω από 912 και από 1394 C έως το σημείο τήξης. Μεταξύ 912 και 1394C ο γ-σίδηρος είναι σταθερός.

Οι μηχανικές ιδιότητες του σιδήρου εξαρτώνται από την καθαρότητά του - την περιεκτικότητα ακόμη και σε πολύ μικρές ποσότητες άλλων στοιχείων σε αυτόν. Ο συμπαγής σίδηρος έχει την ικανότητα να διαλύει πολλά στοιχεία στον εαυτό του.

Χημικές ιδιότητες του σιδήρου

Σε υγρό αέρα, ο σίδηρος σκουριάζει γρήγορα, δηλ. καλυμμένο με καφέ επίστρωση ενυδατωμένου οξειδίου του σιδήρου, το οποίο, λόγω της ευθρυπτότητάς του, δεν προστατεύει τον σίδηρο από περαιτέρω οξείδωση. Στο νερό, ο σίδηρος διαβρώνεται έντονα. με άφθονη πρόσβαση στο οξυγόνο, σχηματίζονται ένυδρες μορφές οξειδίου του σιδήρου (III):

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

Με έλλειψη οξυγόνου ή δύσκολη πρόσβαση, σχηματίζεται μικτό οξείδιο (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

Ο σίδηρος διαλύεται σε υδροχλωρικό οξύ οποιασδήποτε συγκέντρωσης:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2.

Η διάλυση σε αραιό θειικό οξύ συμβαίνει με παρόμοιο τρόπο:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

Σε πυκνά διαλύματα θειικού οξέος, ο σίδηρος οξειδώνεται σε σίδηρο (III):

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

Ωστόσο, στο θειικό οξύ, η συγκέντρωση του οποίου είναι κοντά στο 100%, ο σίδηρος γίνεται παθητικός και πρακτικά δεν εμφανίζεται καμία αλληλεπίδραση. Ο σίδηρος διαλύεται σε αραιά και μετρίως συμπυκνωμένα διαλύματα νιτρικού οξέος:

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

Σε υψηλές συγκεντρώσεις νιτρικού οξέος, η διάλυση επιβραδύνεται και ο σίδηρος γίνεται παθητικός.

Όπως και άλλα μέταλλα, ο σίδηρος αντιδρά με απλές ουσίες. Αντιδράσεις μεταξύ σιδήρου και αλογόνων (ανεξάρτητα από τον τύπο του αλογόνου) συμβαίνουν όταν θερμαίνονται. Η αλληλεπίδραση του σιδήρου με το βρώμιο συμβαίνει σε αυξημένη τάση ατμών του τελευταίου:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Η αλληλεπίδραση του σιδήρου με το θείο (σκόνη), το άζωτο και το φώσφορο εμφανίζεται επίσης όταν θερμαίνεται:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Ο σίδηρος είναι ικανός να αντιδρά με αμέταλλα όπως ο άνθρακας και το πυρίτιο:

3Fe + C = Fe 3 C;

Μεταξύ των αντιδράσεων αλληλεπίδρασης σιδήρου με σύνθετες ουσίεςΟι ακόλουθες αντιδράσεις παίζουν ιδιαίτερο ρόλο - ο σίδηρος είναι ικανός να μειώνει τα μέταλλα που βρίσκονται στη σειρά δραστηριότητας στα δεξιά του από διαλύματα αλάτων (1), μειώνοντας τις ενώσεις σιδήρου (III) (2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Ο σίδηρος, σε αυξημένη πίεση, αντιδρά με ένα οξείδιο που δεν σχηματίζει άλατα - CO για να σχηματίσει ουσίες σύνθετη σύνθεση– καρβονύλια - Fe(CO) 5, Fe 2 (CO) 9 και Fe 3 (CO) 12.

Ο σίδηρος, απουσία ακαθαρσιών, είναι σταθερός στο νερό και σε αραιά αλκαλικά διαλύματα.

Λήψη σιδήρου

Η κύρια μέθοδος λήψης σιδήρου είναι από σιδηρομετάλλευμα (αιματίτης, μαγνητίτης) ή ηλεκτρόλυση διαλυμάτων των αλάτων του (στην περίπτωση αυτή λαμβάνεται «καθαρός» σίδηρος, δηλαδή σίδηρος χωρίς ακαθαρσίες).

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση

Ζυγαριά σιδήρου Fe 3 O 4 βάρους 10 g κατεργάστηκε αρχικά με 150 ml διαλύματος υδροχλωρικού οξέος (πυκνότητα 1,1 g/ml) με κλάσμα μάζας υδροχλωρίου 20%, και στη συνέχεια προστέθηκε περίσσεια σιδήρου στο προκύπτον διάλυμα. Προσδιορίστε τη σύνθεση του διαλύματος (σε % κατά βάρος).

Λύση

Ας γράψουμε τις εξισώσεις αντίδρασης σύμφωνα με τις συνθήκες του προβλήματος: 8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2 FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). Γνωρίζοντας την πυκνότητα και τον όγκο ενός διαλύματος υδροχλωρικού οξέος, μπορείτε να βρείτε τη μάζα του: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) = 150×1,1 = 165 g. Ας υπολογίσουμε τη μάζα του υδροχλωρίου: m(HCl) = m sol (HCl) ×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165×20%/100% = 33 g. Μοριακή μάζα (μάζα ενός mole) υδροχλωρικού οξέος, υπολογισμένη χρησιμοποιώντας τον πίνακα χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev – 36,5 g/mol. Ας βρούμε την ποσότητα του υδροχλωρίου: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v(HCl) = 33/36,5 = 0,904 mol. Μοριακή μάζα (μάζα ενός mole) κλίμακας, υπολογισμένη χρησιμοποιώντας τον πίνακα χημικών στοιχείων του D.I. Mendeleev – 232 g/mol. Ας βρούμε την ποσότητα της ουσίας κλίμακας: v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0,043 mol. Σύμφωνα με την εξίσωση 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1:8, επομένως, v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0,344 mol. Τότε, η ποσότητα υδροχλωρίου που υπολογίζεται από την εξίσωση (0,344 mol) θα είναι μικρότερη από αυτή που υποδεικνύεται στη δήλωση του προβλήματος (0,904 mol). Ως εκ τούτου, υδροχλωρικό οξύείναι σε περίσσεια και θα εμφανιστεί άλλη αντίδραση: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα της ουσίας χλωριούχου σιδήρου που σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της πρώτης αντίδρασης (χρησιμοποιούμε δείκτες για να δηλώσουμε μια συγκεκριμένη αντίδραση): ν 1 (FeCl 2): ​​ν(Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol; ν 1 (FeCl 3): ν(Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα του υδροχλωρίου που δεν αντέδρασε στην αντίδραση 1 και την ποσότητα του χλωριούχου σιδήρου (II) που σχηματίστηκε κατά την αντίδραση 3: v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol. Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα της ουσίας FeCl 2 που σχηματίστηκε κατά την αντίδραση 2, τη συνολική ποσότητα της ουσίας FeCl 2 και τη μάζα της: v2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v2 (FeCl2) = 3/2× v2 (FeCl3) = 0,129 mol; v άθροισμα (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 mol; m(FeCl 2) = v άθροισμα (FeCl 2) × M (FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 g. Ας προσδιορίσουμε την ποσότητα της ουσίας και της μάζας του σιδήρου που εισήλθε στις αντιδράσεις 2 και 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol; v άθροισμα (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043+0,28 = 0,323 mol; m(Fe) = v άθροισμα (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. Ας υπολογίσουμε την ποσότητα της ουσίας και τη μάζα του υδρογόνου που απελευθερώνεται στην αντίδραση 3: v(H2) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol; m(H2) = v(H2) ×M(H2) = 0,28 x 2 = 0,56 g. Προσδιορίστε τη μάζα του διαλύματος που προκύπτει m’ sol και κλάσμα μάζας FeCl 2 σε αυτό: m’ sol = m sol (HCl) + m(Fe 3 O 4) + m(Fe) – m(H 2);

17. ρε -στοιχεία Σίδηρος, γενικά χαρακτηριστικά, ιδιότητες. Οξείδια και υδροξείδια, χαρακτηριστικά CO και OM, βιοόλη, ικανότητα σχηματισμού συμπλεγμάτων.

1. Γενικά χαρακτηριστικά.

Σίδερο - d-στοιχείο της πλευρικής υποομάδας της όγδοης ομάδας της τέταρτης περιόδου του PSHE με ατομικό αριθμό 26.

Ένα από τα πιο κοινά μέταλλα στον φλοιό της γης (δεύτερη θέση μετά το αλουμίνιο).

Η απλή ουσία σίδηρος είναι ένα εύπλαστο ασημί-λευκό μέταλλο με υψηλή χημική αντιδραστικότητα: σιδερώστε γρήγορα διαβρώνεταισε υψηλές θερμοκρασίες ή υψηλή υγρασία στον αέρα.

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

Ο σίδηρος καίγεται σε καθαρό οξυγόνο και σε λεπτή διασπορά αναφλέγεται αυθόρμητα στον αέρα.

3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3

3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3

FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (ζυγαριά σιδήρου)

Στην πραγματικότητα, ο σίδηρος ονομάζονται συνήθως κράματά του με χαμηλή περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες (έως 0,8%), τα οποία διατηρούν την απαλότητα και την ολκιμότητα του καθαρού μετάλλου. Στην πράξη, όμως, χρησιμοποιούνται συχνότερα κράματα σιδήρου με άνθρακα: χάλυβας (έως 2,14% κατά βάρος άνθρακα) και χυτοσίδηρος (περισσότερο από 2,14% κατά βάρος άνθρακα), καθώς και ανοξείδωτος (κράμα) χάλυβας με προσθήκη κράματος μέταλλα (χρώμιο, μαγγάνιο, νικέλιο κ.λπ.). Ο συνδυασμός των ειδικών ιδιοτήτων του σιδήρου και των κραμάτων του τον καθιστά «μέταλλο Νο. 1» σε σημασία για τον άνθρωπο.

Στη φύση, ο σίδηρος βρίσκεται σπάνια στην καθαρή του μορφή· τις περισσότερες φορές βρίσκεται σε μετεωρίτες σιδήρου-νικελίου. Η αφθονία του σιδήρου στον φλοιό της γης είναι 4,65% (4η θέση μετά τα O, Si, Al). Ο σίδηρος πιστεύεται επίσης ότι αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του πυρήνα της γης.

2.Ιδιότητες

1.Φυσική Αγ.Ο σίδηρος είναι ένα τυπικό μέταλλο· στην ελεύθερη του κατάσταση έχει ασημί-λευκό χρώμα με γκριζωπή απόχρωση. Το καθαρό μέταλλο είναι όλκιμο· διάφορες ακαθαρσίες (ιδιαίτερα ο άνθρακας) αυξάνουν τη σκληρότητα και την ευθραυστότητά του. Έχει έντονες μαγνητικές ιδιότητες. Η λεγόμενη «τριάδα σιδήρου» διακρίνεται συχνά - μια ομάδα τριών μετάλλων (σίδηρος Fe, κοβάλτιο Co, νικέλιο Ni) με παρόμοιες φυσικές ιδιότητες, ατομικές ακτίνες και τιμές ηλεκτραρνητικότητας.

2.Chemical St.

Κατάσταση οξείδωσης	Οξείδιο	Υδροξείδιο	Χαρακτήρας	Σημειώσεις
			Αδύναμα βασικά
			Πολύ αδύναμη βάση, μερικές φορές αμφοτερική
	Δεν έχει ληφθεί	*	Οξύ	Ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας

Ο σίδηρος χαρακτηρίζεται από καταστάσεις οξείδωσης του σιδήρου - +2 και +3.

Η κατάσταση οξείδωσης +2 αντιστοιχεί στο μαύρο οξείδιο FeO και το πράσινο υδροξείδιο Fe(OH) 2. Είναι βασικά στη φύση τους. Στα άλατα, ο Fe(+2) υπάρχει ως κατιόν. Ο Fe(+2) είναι ένας ασθενής αναγωγικός παράγοντας.

Η κατάσταση οξείδωσης +3 αντιστοιχεί στο κόκκινο-καφέ οξείδιο Fe 2 O 3 και στο καφέ υδροξείδιο Fe(OH) 3. Φοράνε αμφοτερικός χαρακτήρας, αν και τόσο οι όξινες όσο και οι βασικές ιδιότητες εκφράζονται ασθενώς. Έτσι, τα ιόντα Fe 3+ είναι πλήρως υδρολύουνακόμα και σε όξινο περιβάλλον. Το Fe(OH) 3 διαλύεται (και ακόμη και τότε όχι εντελώς) μόνο σε συμπυκνωμένα αλκάλια. Το Fe 2 O 3 αντιδρά με αλκάλια μόνο κατά τη σύντηξη, δίνοντας φερρίτες(τυπικά όξινα άλατα του οξέος HFeO 2, που δεν υπάρχει σε ελεύθερη μορφή):

Ο σίδηρος (+3) παρουσιάζει τις περισσότερες φορές ασθενείς οξειδωτικές ιδιότητες.

Οι καταστάσεις οξείδωσης +2 και +3 αλλάζουν εύκολα μεταξύ τους όταν αλλάζουν οι συνθήκες οξειδοαναγωγής.

Επιπλέον, υπάρχει το οξείδιο Fe 3 O 4, η τυπική κατάσταση οξείδωσης του σιδήρου στην οποία είναι +8/3. Ωστόσο, αυτό το οξείδιο μπορεί επίσης να θεωρηθεί ως φερρίτης σιδήρου (II) Fe +2 (Fe +3 O 2) 2.

Υπάρχει επίσης μια κατάσταση οξείδωσης +6. Το αντίστοιχο οξείδιο και υδροξείδιο δεν υπάρχουν σε ελεύθερη μορφή, αλλά λαμβάνονται άλατα - φερρικά (για παράδειγμα, K 2 FeO 4). Ο σίδηρος (+6) υπάρχει σε αυτά με τη μορφή ανιόντος. Τα Ferrates είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες.

Ο καθαρός μεταλλικός σίδηρος είναι σταθερός στο νερό και σε αραιά διαλύματα αλκάλια. Ο σίδηρος δεν διαλύεται σε ψυχρά συμπυκνωμένα θειικά και νιτρικά οξέα λόγω παθητικοποίησης της μεταλλικής επιφάνειας από ένα ισχυρό φιλμ οξειδίου. Το θερμό συμπυκνωμένο θειικό οξύ, ως ισχυρότερο οξειδωτικό μέσο, ​​αλληλεπιδρά με τον σίδηρο.

ΜΕ άλαςκαι αραιωμένο (περίπου 20%) θείο οξέαΟ σίδηρος αντιδρά για να σχηματίσει άλατα σιδήρου (II):

Όταν ο σίδηρος αντιδρά με περίπου 70% θειικό οξύ κατά τη θέρμανση, η αντίδραση προχωρά στον σχηματισμό θειικός σίδηρος (III).:

3.Οξείδια και υδροξείδια, χαρακτηριστικά CO και OM...

Ενώσεις σιδήρου(II).

Το οξείδιο του σιδήρου (II) FeO έχει βασικές ιδιότητες· η βάση Fe(OH) 2 αντιστοιχεί σε αυτό. Τα άλατα σιδήρου (II) έχουν ανοιχτό πράσινο χρώμα. Όταν αποθηκεύονται, ειδικά σε υγρό αέρα, γίνονται καφέ λόγω της οξείδωσης σε σίδηρο (III). Η ίδια διαδικασία συμβαίνει κατά την αποθήκευση υδατικών διαλυμάτων αλάτων σιδήρου(II):

Σταθερό από άλατα σιδήρου(II) σε υδατικά διαλύματα αλάτι Mohr- διπλό θειικό αμμώνιο και σίδηρο(II) (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O.

Ένα αντιδραστήριο για ιόντα Fe 2+ σε διάλυμα μπορεί να είναι εξακυανοφερρικό κάλιο (III) K 3 (κόκκινο άλας αίματος). Όταν τα ιόντα Fe 2+ και 3− αλληλεπιδρούν, σχηματίζεται ίζημα μπλε τουρμπουλ:

Για τον ποσοτικό προσδιορισμό του σιδήρου (II) σε διάλυμα, χρησιμοποιήστε φαινανθρολίνη, σχηματίζοντας ένα κόκκινο σύμπλοκο FePhen 3 με σίδηρο (II) σε μεγάλο εύρος pH (4-9)

Ενώσεις σιδήρου (III).

Οξείδιο σιδήρου (III) Fe 2 O 3 ασθενές αμφοτερικός, απαντάται από μια ακόμη ασθενέστερη βάση από το Fe(OH) 2, το Fe(OH) 3, που αντιδρά με οξέα:

Τα άλατα Fe 3+ είναι επιρρεπή στο σχηματισμό κρυσταλλικών υδριτών. Σε αυτά, το ιόν Fe 3+ συνήθως περιβάλλεται από έξι μόρια νερού. Τέτοια άλατα έχουν ροζ ή μοβ χρώμα.Το ιόν Fe 3+ υδρολύεται πλήρως ακόμη και σε όξινο περιβάλλον. Σε pH>4 αυτό το ιόν καταβυθίζεται σχεδόν πλήρως ως Fe(OH) 3:

Με τη μερική υδρόλυση του ιόντος Fe 3+, σχηματίζονται πολυπυρηνικά κατιόντα οξο- και υδροξοκίωσης, γι' αυτό τα διαλύματα γίνονται καφέ.Οι κύριες ιδιότητες του υδροξειδίου του σιδήρου (III) Fe(OH) 3 εκφράζονται πολύ ασθενώς. Είναι ικανό να αντιδρά μόνο με συμπυκνωμένα διαλύματα αλκαλίων:

Τα προκύπτοντα υδροξοσύμπλοκα σιδήρου (III) είναι σταθερά μόνο σε έντονα αλκαλικά διαλύματα. Όταν τα διαλύματα αραιώνονται με νερό, καταστρέφονται και καθιζάνει Fe(OH) 3.

Όταν κραματώνεται με αλκάλια και οξείδια άλλων μετάλλων, το Fe 2 O 3 σχηματίζει μια ποικιλία φερρίτες:

Οι ενώσεις σιδήρου (III) σε διαλύματα ανάγεται με μεταλλικό σίδηρο:

Ο σίδηρος (III) είναι ικανός να σχηματίζει διπλά θειικά άλατα με μονοφόρτιση κατιόντατύπος στυπτηρία, για παράδειγμα, KFe(SO 4) 2 - στυπτηρία σιδήρου-καλίου, (NH 4) Fe(SO 4) 2 - στυπτηρία σιδήρου-αμμωνίου, κ.λπ.

Για την ποιοτική ανίχνευση ενώσεων σιδήρου (III) σε διάλυμα, χρησιμοποιείται μια ποιοτική αντίδραση ιόντων Fe 3+ με θειοκυανικά ιόντα SCN − . Όταν τα ιόντα Fe 3+ αλληλεπιδρούν με τα ανιόντα SCN −, σχηματίζεται ένα μείγμα συμπλεγμάτων θειοκυανικού σιδήρου με έντονο κόκκινο χρώμα 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Η σύνθεση του μείγματος (και επομένως η ένταση του χρώματός του) εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, επομένως αυτή η μέθοδος δεν είναι εφαρμόσιμη για ακριβή ποιοτικό προσδιορισμό του σιδήρου.

Ένα άλλο αντιδραστήριο υψηλής ποιότητας για ιόντα Fe 3+ είναι εξακυανοφερρικό κάλιο (II) K 4 (κίτρινο άλας αίματος). Όταν τα ιόντα Fe 3+ και 4− αλληλεπιδρούν, σχηματίζεται ένα έντονο μπλε ίζημα κυανούν χρώμα:

Ενώσεις σιδήρου(VI).

Ferratas- άλατα του οξέος σιδήρου H 2 FeO 4, που δεν υπάρχει σε ελεύθερη μορφή. Πρόκειται για ενώσεις με βιολετί χρώμα, που θυμίζουν υπερμαγγανικά άλατα σε οξειδωτικές ιδιότητες και θειικά άλατα σε διαλυτότητα. Τα Ferrates παράγονται από τη δράση αερίων χλώριοή όζογια αιωρούμενο Fe(OH) 3 σε αλκάλιο , για παράδειγμα, φερτικό κάλιο(VI) K 2 FeO 4 . Τα Ferrates έχουν μοβ χρώμα.

Μπορείτε επίσης να προμηθευτείτε Ferratas ηλεκτρόλυση 30% αλκαλικό διάλυμα σε άνοδο σιδήρου:

Τα Ferrates είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες. Σε όξινο περιβάλλον αποσυντίθενται με την απελευθέρωση οξυγόνου:

Οι οξειδωτικές ιδιότητες των φερρατικών χρησιμοποιούνται για απολύμανση νερού.

4.Biorole

1) Στους ζωντανούς οργανισμούς, ο σίδηρος είναι ένα σημαντικό ιχνοστοιχείο που καταλύει τις διαδικασίες ανταλλαγής οξυγόνου (αναπνοή).

2) Ο σίδηρος περιλαμβάνεται συνήθως στα ένζυμα με τη μορφή συμπλόκου.Συγκεκριμένα αυτό το σύμπλεγμα υπάρχει στην αιμοσφαιρίνη, την πιο σημαντική πρωτεΐνη που εξασφαλίζει τη μεταφορά του οξυγόνου στο αίμα σε όλα τα όργανα του ανθρώπου και των ζώων. Και είναι αυτός που χρωματίζει το αίμα στο χαρακτηριστικό κόκκινο χρώμα του.

4) Μια υπερβολική δόση σιδήρου (200 mg και άνω) μπορεί να έχει τοξική δράση. Η υπερβολική δόση σιδήρου αναστέλλει το αντιοξειδωτικό σύστημα του οργανισμού, επομένως δεν συνιστάται σε υγιή άτομα να λαμβάνουν συμπληρώματα σιδήρου.

Τύπος:

Θειικός σίδηρος (II), θειικός σίδηρος, FeSO 4 - άλας θειικού οξέος και σίδηρος 2 σθένους. Σκληρότητα - 2.

Στη χημεία, ο θειικός σίδηρος ονομάζεται κρυσταλλικός ένυδρος. θειικός σίδηρος (II).. Οι κρύσταλλοι είναι ανοιχτό πράσινο. Χρησιμοποιείται στην κλωστοϋφαντουργία, στη γεωργία ως εντομοκτόνο και για την παρασκευή ορυκτών χρωμάτων.

Φυσικό ανάλογο - ορυκτό μελαντερίτης; στη φύση βρίσκεται σε κρυστάλλους του μονοκλινοεδρικού συστήματος, πράσινου-κίτρινου χρώματος, με τη μορφή κηλίδων ή εναποθέσεων.

Μοριακή μάζα: 151,91 g/mol

Πυκνότητα: 1,8-1,9 g/cm³

Θερμοκρασία τήξης: 400 °C

Διαλυτότητα στο νερό: 25,6 g/100 ml

Ο θειικός σίδηρος απελευθερώνεται σε θερμοκρασίες από 1,82 °C έως 56,8 °C από υδατικά διαλύματα με τη μορφή ανοιχτοπράσινων κρυστάλλων FeSO 4 · 7H 2 O, που ονομάζεται θειικός σίδηρος (κρυσταλλικός ένυδρος). Διαλύεται σε 100 g νερού: 26,6 g άνυδρου FeSO 4 στους 20 °C και 54,4 g στους 56 °C.

Διαλύματα θειικού σιδήρου υπό την επίδραση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου οξειδώνονται με την πάροδο του χρόνου και μετατρέπονται σε θειικό σίδηρο (III):

12FeSO 4 + O 2 + 6H 2 O = 4Fe 2 (SO 4) 3 + 4Fe (OH) 3 ↓

Όταν θερμαίνεται πάνω από 480 °C, αποσυντίθεται:

2FeSO 4 → Fe 2 O 3 + SO 2 + SO 3

Παραλαβή.

Ο θειικός σίδηρος μπορεί να παρασκευαστεί με τη δράση του αραιού θειικού οξέος σε παλιοσίδερο, μοσχεύματα σιδήρου στέγης κ.λπ. αφαιρέστε τα άλατα.

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

Μια άλλη μέθοδος είναι το οξειδωτικό ψήσιμο του πυρίτη:

2FeS 2 + 7O 2 + 2H 2 O = 2FeSO 4 + 2H 2 SO 4

Ποιοτική ανάλυση.

Αναλυτικές αντιδράσεις για κατιόν σιδήρου (II).

1. Με εξακυανοφερρικό κάλιο (III) κ 3 με το σχηματισμό ενός σκούρου μπλε ιζήματος εξακυανοφερρικού σιδήρου (II) καλίου (III) ("Turnboole blue"), αδιάλυτο σε οξέα, που αποσυντίθεται με αλκάλια για να σχηματίσει Fe(OH) 3 (HF).

FeSO 4 + K 3 KFe + K 2 SO 4

Η βέλτιστη τιμή pH για την αντίδραση είναι 2-3. Η αντίδραση είναι κλασματική, πολύ ευαίσθητη. Οι υψηλές συγκεντρώσεις Fe 3+ παρεμβαίνουν.

2. Με θειούχο αμμώνιο (NH 4 ) 2 μικρόμε το σχηματισμό μαύρου ιζήματος, διαλυτού σε ισχυρά οξέα(GF).

FeSO 4 + (NH 4) 2 S
FeS + (NH 4) 2 SO 4

3.2. Αναλυτικές αντιδράσεις για θειικά ιόντα.

1. Με ομαδικό αντιδραστήριο BaCl 2 + CaCl 2 ή BaCl 2 (GF).

Η κλασματική ανακάλυψη του θειικού ιόντος πραγματοποιείται σε όξινο περιβάλλον, το οποίο εξαλείφει την παρεμποδιστική επίδραση των CO 3 2-, PO 4 3-, κ.λπ., και με βρασμό του διαλύματος δοκιμής με 6 mol/dm 3 HCl για την απομάκρυνση του S 2 -, SO 3 2 - , S 2 O 3 2- ιόντα, τα οποία μπορούν να σχηματίσουν στοιχειακό θείο, το ίζημα του οποίου μπορεί να εκληφθεί λανθασμένα με το ίζημα BaSO 4. Το ίζημα BaSO 4 είναι ικανό να σχηματίζει ισόμορφους κρυστάλλους με KMnO 4 και να χρωματίζεται ροζ χρώμα(η ειδικότητα της αντίδρασης αυξάνεται).

Μεθοδολογία εκτελώντας την αντίδραση παρουσία 0,002 mol/dm 3 KMnO 4 .

Προσθέστε ίσους όγκους διαλυμάτων υπερμαγγανικού καλίου, χλωριούχου βαρίου και υδροχλωρικού οξέος σε 3-5 σταγόνες του διαλύματος δοκιμής και αναμείξτε ζωηρά για 2-3 λεπτά. Αφήστε να κατακαθίσει και, χωρίς να διαχωριστεί το ίζημα από το διάλυμα, προσθέστε 1-2 σταγόνες διαλύματος H 2 O 2 3%, αναμίξτε και φυγοκεντρήστε. Το ίζημα πρέπει να παραμείνει ροζ και το διάλυμα πάνω από το ίζημα πρέπει να γίνει άχρωμο.

2. Με οξικό μόλυβδο.

ΕΤΣΙ 4 2- + Pb 2+
PbSO 4 

Μεθοδολογία : Σε 2 cm 3 θειικού διαλύματος προσθέστε 0,5 cm 3 αραιού υδροχλωρικού οξέος και 0,5 cm 3 διαλύματος οξικού μολύβδου. σχηματίζεται ένα λευκό ίζημα, διαλυτό σε ένα κορεσμένο διάλυμα οξικού αμμωνίου ή υδροξειδίου του νατρίου.

PbSO 4  + 4 NaOH
Na 2 + Na 2 SO 4

Με άλατα στροντίου – ο σχηματισμός ενός λευκού ιζήματος, αδιάλυτου σε οξέα (σε αντίθεση με τα θειώδη).

ΕΤΣΙ 4 2 - + Sr 2+
SrSO 4 

Μεθοδολογία : Προσθέστε 4-5 σταγόνες ενός συμπυκνωμένου διαλύματος χλωριούχου στροντίου σε 4-5 σταγόνες του αναλυθέντος διαλύματος, σχηματίζεται ένα λευκό ίζημα.

Με άλατα ασβεστίου - ο σχηματισμός βελονοειδών κρυστάλλων γύψου CaSO 4  2H 2 O.

SO 4 2- + Ca 2+ + 2H 2 O
CaSO 4  2H 2 O

Μεθοδολογία: Τοποθετήστε μια σταγόνα από το διάλυμα δοκιμής και το αλάτι ασβεστίου σε μια γυάλινη πλάκα και στεγνώστε το ελαφρά. Οι κρύσταλλοι που προκύπτουν εξετάζονται σε μικροσκόπιο.

Ποσοτική ανάλυση.

Υπερμαγγανατομετρία.

Προσδιορισμός του κλάσματος μάζας του σιδήρου σε δείγμα άλατος Mohr (NH 4) 2 Fe(SO 4) 2 6H 2 O με την υπερμαγγανατομετρική μέθοδο

(επιλογή άμεσης τιτλοδότησης)

Ο προσδιορισμός βασίζεται στην οξείδωση του σιδήρου (II) από το υπερμαγγανικό κάλιο σε σίδηρο (III).

10 FeSO 4 + 2 KMnO 4 + 8Η 2 ΕΤΣΙ 4 = 5 Fe 2 (ΕΤΣΙ 4 ) 3 + 2 MnSO 4 +Κ 2 ΕΤΣΙ 4 + 8Η 2 Ο

Μ (Fe) = 55,85 g/mol

Μεθοδολογία: Το ακριβές ζυγισμένο μέρος του άλατος Mohr που απαιτείται για την παρασκευή 100 cm 3 ενός διαλύματος άλατος Mohr 0,1 M μεταφέρεται ποσοτικά σε μια ογκομετρική φιάλη 100 cm 3, διαλυμένη σε μικρή ποσότητα απεσταγμένου νερού, μετά από πλήρη διάλυση, προσαρμοσμένη στο σημάδι με νερό και αναμειγνύεται. Ένα κλάσμα του προκύπτοντος διαλύματος (ατομική εργασία) τοποθετείται σε φιάλη τιτλοδότησης και προστίθεται ίσος όγκοςαραιώστε το θειικό οξύ (1:5) και ογκομετρήστε αργά με διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου μέχρι το διάλυμα να γίνει ελαφρώς ροζ, σταθερό για 30 δευτερόλεπτα.

Εφαρμογή.

Χρησιμοποιείται στην παραγωγή μελάνι;

Στη βαφή (για χρωματισμό μαλλίστα μαύρα);

Για τη συντήρηση του ξύλου.

Βιβλιογραφία.

Lurie Yu.Yu. Εγχειρίδιο Αναλυτικής Χημείας. Μόσχα, 1972;

Μεθοδολογικές οδηγίες “Instrumental method of analysis”, Perm, 2004;

Μεθοδολογικές οδηγίες «Ποιοτική χημική ανάλυση», Perm, 2003;

Μεθοδολογικές οδηγίες “Quantitative chemical analysis”, Perm, 2004;

Rabinovich V.A., Khavin Z.Ya. Σύντομο βιβλίο αναφοράς χημικών, Λένινγκραντ, 1991;

"Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια"

Περίληψη με θέμα:

Θειικός σίδηρος (III).





Σχέδιο:

Εισαγωγή

• 1 Φυσικές ιδιότητες
• 2 Όντας στη φύση
  • 2.1 Άρης
• 3 Απόδειξη
• 4 Χημικές ιδιότητες
• 5 Χρήση
Σημειώσεις




Εισαγωγή

Θειικός σίδηρος (III).(λάτ. Ferrum sulfuricum oxydatum, Γερμανικά Eisensulfate (oxyd) Ferrisulfate ) - ανόργανο χημική ένωση, αλάτι, χημικός τύπος - .




1. Φυσικές ιδιότητες

Άνυδρος θειικός σίδηρος (III) - ανοιχτό κίτρινο, παραμαγνητικό, πολύ υγροσκοπικοί κρύσταλλοι μονοκλινικού συστήματος, διαστημική ομάδα P2 1 /m, παράμετροι μονάδας κυψέλης ένα= 0,8296 nm, σι= 0,8515 nm, ντο= 1.160 nm, β = 90,5°, Z = 4. Υπάρχουν ενδείξεις ότι ο άνυδρος θειικός σίδηρος σχηματίζει ορθορομβικές και εξαγωνικές τροποποιήσεις. Διαλυτό σε νερό και ακετόνη, αδιάλυτο σε αιθανόλη.

Κρυσταλλώνεται από το νερό με τη μορφή κρυσταλλικών ένυδρων Fe 2 (SO 4) 3 n H 2 O, όπου n= 12, 10, 9, 7, 6, 3. Ο πιο μελετημένος ένυδρος κρυστάλλος είναι ο εννευδρικός θειικός σίδηρος (III) Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O - κίτρινοι εξαγωνικοί κρύσταλλοι, παράμετροι μονάδων κυττάρων ένα= 1,085 nm, ντο= 1,703 nm, Ζ = 4. Εύκολα διαλυτό σε νερό (440 g ανά 100 g νερού) και αιθανόλη, αδιάλυτη σε ακετόνη. Σε υδατικά διαλύματα, ο θειικός σίδηρος (III) αποκτά κόκκινο-καφέ χρώμα λόγω της υδρόλυσης.

Όταν θερμαίνεται, το εννευδρικό μετατρέπεται στους 98 °C σε τετραένυδρο, στους 125 °C σε μονοένυδρο και στους 175 °C σε άνυδρο Fe 2 (SO 4) 3, το οποίο πάνω από τους 600 °C διασπάται σε Fe 2 O 3 και SO 3.




2. Το να είσαι στη φύση

Ένα ορυκτό που περιέχει ανάμεικτο θειικό σίδηρο-αλουμίνιο ονομάζεται μικασαΐτης. μικασαΐτη), Με χημική φόρμουλα(Fe 3+, Al 3+) 2 (SO 4) 3 είναι η ορυκτολογική μορφή του θειικού σιδήρου (III). Αυτό το ορυκτό φέρει την άνυδρη μορφή του θειικού σιδήρου και επομένως είναι πολύ σπάνιο στη φύση. Οι ενυδατωμένες μορφές είναι πιο κοινές, για παράδειγμα:

• Coquimbit (Αγγλικά) συνοικία) - Fe 2 (SO 4) 3 9H 2 O - εννευδρικό - το πιο κοινό μεταξύ τους.
• Parakokimbit (Αγγλικά) παρακοκουμπίτης) - το εννευδρικό - αντίθετα, είναι το πιο σπάνιο ορυκτό στη φύση.
• Cornelite (Αγγλικά) κορνελίτης) - επταένυδρος - και κουενστεντίτης (αγγλ. quenstedtite) - decahydrate - είναι επίσης σπάνια.
• Lausenite (Αγγλικά) λαυσινίτης) - εξα- ή πενταένυδρο, ένα ελάχιστα μελετημένο ορυκτό.

Όλες οι φυσικές ένυδρες ενώσεις σιδήρου που αναφέρονται παραπάνω είναι εύθραυστες ενώσεις και, όταν είναι ανοιχτές, διαβρώνονται γρήγορα.




2.1. Άρης

Ο θειικός σίδηρος και ο γιαροσίτης ανακαλύφθηκαν από δύο ρόβερ του Άρη: το Spirit και το Opportunity. Αυτές οι ουσίες είναι σημάδι ισχυρών οξειδωτικών συνθηκών στην επιφάνεια του Άρη. Τον Μάιο του 2009, το ρόβερ Spirit κόλλησε όταν οδηγούσε μέσα από το μαλακό χώμα του πλανήτη και χτύπησε εναποθέσεις θειικού σιδήρου που ήταν κρυμμένες κάτω από ένα στρώμα κανονικού χώματος. Λόγω του γεγονότος ότι ο θειικός σίδηρος έχει πολύ χαμηλή πυκνότητα, το rover κόλλησε τόσο βαθιά που μέρος του σώματός του άγγιξε την επιφάνεια του πλανήτη.




3. Απόδειξη

Στη βιομηχανία, ο θειικός σίδηρος (III) λαμβάνεται με φρύξη πυρίτη ή μαρκασίτη με NaCl στον αέρα:

ή διαλύστε οξείδιο του σιδήρου (III) σε θειικό οξύ:

Στην εργαστηριακή πρακτική, ο θειικός σίδηρος (III) μπορεί να ληφθεί από το υδροξείδιο του σιδήρου (III):

Ένα παρασκεύασμα της ίδιας καθαρότητας μπορεί να ληφθεί με οξείδωση θειικού σιδήρου (II) με νιτρικό οξύ:

Η οξείδωση μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με οξυγόνο ή οξείδιο του θείου:

Συμπυκνωμένο θείο και νιτρικό οξύοξειδώστε το θειούχο σίδηρο σε θειικό σίδηρο (III):

Το δισουλφίδιο του σιδήρου μπορεί να οξειδωθεί με πυκνό θειικό οξύ:

Το θειικό αμμώνιο σίδηρο(II) (άλας Mohr) μπορεί επίσης να οξειδωθεί με διχρωμικό κάλιο. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, απελευθερώνονται τέσσερα θειικά άλατα ταυτόχρονα - σίδηρος (III), χρώμιο (III), αμμωνία και κάλιο και νερό:

Ο θειικός σίδηρος (III) μπορεί να ληφθεί ως ένα από τα προϊόντα της θερμικής αποσύνθεσης του θειικού σιδήρου (II):

Τα Ferrates ανάγεται με αραιό θειικό οξύ σε θειικό σίδηρο (III):

Η θέρμανση του πενταένυδρου σε θερμοκρασία 70-175 °C θα αποκτήσει άνυδρο θειικό σίδηρο (III):

Ο θειικός σίδηρος (II) μπορεί να οξειδωθεί με έναν εξωτικό οξειδωτικό παράγοντα όπως το οξείδιο του ξένου (III):




4. Χημικές ιδιότητες

Ο θειικός σίδηρος (III) σε υδατικά διαλύματα υφίσταται ισχυρή υδρόλυση στο κατιόν και το διάλυμα γίνεται κοκκινοκαφέ:

Το ζεστό νερό ή ο ατμός αποσυνθέτει τον θειικό σίδηρο (III):

Ο άνυδρος θειικός σίδηρος (III) αποσυντίθεται όταν θερμαίνεται:

Τα αλκαλικά διαλύματα αποσυνθέτουν τον θειικό σίδηρο (III)· τα προϊόντα της αντίδρασης εξαρτώνται από τη συγκέντρωση του αλκαλίου:

Εάν ένα ισομοριακό διάλυμα θειικού σιδήρου (III) και θειικού σιδήρου (II) αντιδράσει με αλκάλια, το αποτέλεσμα είναι ένα σύνθετο οξείδιο του σιδήρου:

Ενεργά μέταλλα(όπως μαγνήσιο, ψευδάργυρος, κάδμιο, σίδηρος) μειώνουν το θειικό σίδηρο (III):

Μερικά θειούχα μέταλλα (π.χ. χαλκός, ασβέστιο, κασσίτερος, μόλυβδος, υδράργυρος). υδατικό διάλυμαμείωση του θειικού σιδήρου (III):

ΜΕ διαλυτά άλαταΤο ορθοφωσφορικό οξύ σχηματίζει αδιάλυτο φωσφορικό σίδηρο (III) (ετεροσίτης):




5.Χρήση

• Ως αντιδραστήριο για την υδρομεταλλουργική επεξεργασία μεταλλευμάτων χαλκού.
• Ως πηκτικό στον καθαρισμό Λυμάτων, δημοτικά και βιομηχανικά λύματα.
• Ως μυρωδάτο για τη βαφή υφασμάτων.
• Όταν μαυρίζετε το δέρμα.
• Για τουρσί από ανοξείδωτους ωστενιτικούς χάλυβες, χρυσό και κράματα αλουμινίου.
• Ως ρυθμιστής επίπλευσης για τη μείωση της άνωσης των μεταλλευμάτων.
• Στην ιατρική χρησιμοποιείται ως στυπτικός και αιμοστατικός παράγοντας.
• Στη χημική βιομηχανία ως οξειδωτικό και καταλύτης.