Как определить с чем взаимодействует железо

Железо: качественные реакции на его ионы

Физические и химические свойства железа

Химический элемент железо известен людям еще с древности: старинные предметы быта, выполненные из этого материала, ученые приписывают к IV тысячелетию до нашей эры.

Жизнь человека невозможно представить без железа. Считается, что железо используется для промышленных нужд чаще, чем другие металлы. Из него изготавливают важнейшие конструкции. Также железо в небольших количествах содержится в крови. Именно содержание двадцать шестого элемента окрашивает кровь в красный цвет.

Физические свойства железа

Железо — металл бело-серого цвета с серебристым блеском.

Железо в чистом виде, без примесей, является довольно пластичным материалом, то есть не таким твердым, как мы его привыкли видеть.

У железа ярко выраженные магнитные свойства. Температура плавления металла равняется 1539 градусам Цельсия, а закипает вещество при 2862 градусах.

Химические свойства железа

Наиболее характерные степени окисления железа — +2 и +3, но также получено железо со степенью окисления +6. Железо +3 имеет слабые окислительные свойства.

При температуре до 200 °С железо покрывается плотной оксидной пленкой, которая мешает дальнейшему окислению. В присутствии влаги металл сильно окисляется, покрываясь ржавчиной.

Железо хорошо реагирует с соляной и разбавленной серной кислотами:

Fe + 2HCl = Fe­Cl₂ + H₂;

В кислороде железо горит, образуя оксид:

При нагревании железо может реагировать с неметаллами:

Также при температуре 700—900 °С вступает в реакцию с водяным паром:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.

Соединения железа

Как известно, у оксидов железа есть ионы с двумя степенями окисления: +2 и + 3. Знать это крайне важно, ведь для разных элементов будут проводиться совершенно разные качественные реакции.

Качественные реакции на железо

Качественная реакция нужна для того, чтобы без труда можно было определить присутствие ионов одного вещества в растворах или примесях другого. Рассмотрим качественные реакции двухвалентного и трехвалентного железа.

Качественные реакции на железо (III)

Определить содержание ионов трехвалентного железа в растворе можно с помощью щелочи. При положительном результате образуется основание — гидроксид железа (III) Fe(OH)₃.

Полученное вещество нерастворимо в воде и имеет бурую окраску. Именно бурый осадок может свидетельствовать о наличии ионов трехвалентного железа в растворе:

Fe­Cl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓+ 3Na­Cl.

Также определить ионы Fe(III) можно с помощью желтой кровяной соли K₃[Fe(CN)₆].

Раствор хлорида железа смешивают с желтоватым раствором кровяной соли. В результате можно увидеть красивый синеватый осадок, который и будет свидетельствовать о том, что в растворе присутствуют ионы трехвалентного железа. Здесь вы найдете зрелищные опыты на изучение свойств железа.

Качественные реакции на железо (II)

Ионы Fe²⁺ вступают в реакцию с красной кровяной солью K₄[Fe(CN)₆]. Если при добавлении соли образуется синеватый осадок, то эти ионы присутствуют в растворе.

Источник

Железо — общая характеристика элемента, химические свойства железа и его соединений

Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum). Один из самых распространённых в земной коре металлов (второе место после алюминия). Металл средней активности, восстановитель.

Читайте также:  Богачи которые стали бедными

Основные степени окисления — +2, +3

Простое вещество железо — ковкий металл серебристо-белого цвета с высокой химической реакционной способностью: железо быстро корродирует при высоких температурах или при высокой влажности на воздухе. В чистом кислороде железо горит, а в мелкодисперсном состоянии самовозгорается и на воздухе.

Химические свойства простого вещества — железа:

Ржавление и горение в кислороде

1) На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину — оксид железа (II, III):

2) При высокой температуре (700–900°C) железо реагирует с парами воды:

3) Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

Fe + S – t° → FeS (600 °С)

Fe+2S → Fe +2 (S 2 -1 ) (700°С)

4) В ряду напряжений стоит левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами НСl и Н 2 SO 4 , при этом образуются соли железа(II) и выделяется водород:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 ­ (реакции проводятся без доступа воздуха, иначе Fe +2 постепенно переводится кислородом в Fe +3 )

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании, оно сразу переходит в катион Фе 3+ :

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).

Железный гвоздь, погруженный в голубоватый раствор медного купороса, постепенно покрывается налетом красной металлической меди

5) Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Амфотерность железа проявляется только в концентрированных щелочах при кипячении:

и образуется осадок тетрагидроксоферрата(II) натрия.

Техническое железо — сплавы железа с углеродом: чугун содержит 2,06-6,67 % С, сталь 0,02-2,06 % С, часто присутствуют другие естественные примеси (S, Р, Si) и вводимые искусственно специальные добавки (Мn, Ni, Сr), что придает сплавам железа технически полезные свойства — твердость, термическую и коррозионную стойкость, ковкость и др .

Доменный процесс производства чугуна

Доменный процесс производства чугуна составляют следующие стадии:

а) подготовка (обжиг) сульфидных и карбонатных руд — перевод в оксидную руду:

б) сжигание кокса при горячем дутье:

в) восстановление оксидной руды угарным газом СО последовательно:

г) науглероживание железа (до 6,67 % С) и расплавление чугуна:

В чугуне всегда в виде зерен присутствуют цементит Fe 2 С и графит.

Производство стали

Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700-2000 °С. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СО 2 , SО 2 ), либо связываются в легко отделяемый шлак — смесь Са 3 (РO 4 ) 2 и СаSiO 3 . Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Получение чистого железа в промышленности — электролиз раствора солей железа, например:

FеСl 2 → Fе↓ + Сl 2 ↑ (90°С) (электролиз)

(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).

Читайте также:  Как определить марку стали для различных элементов

Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун — в производстве литья и стали, сталь — как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро- и коррозионно-стойкие.

Оксид железа(II) F еО . Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Фе 2+ O 2- . При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:

4FеО ⇌(Fe II Fe 2 III ) + Fе (560—700 °С , 900—1000°С)

FеО + Н 22 O + Фе (особо чистое) (350°С)

FеО + С (кокс) = Фе + СО (выше 1000 °С)

ФеО + СО = Фе + СО 2 (900°С)

6ФеО + O 2 = 2(Fe II Fe 2 III )O 4 (300—500°С)

Получение в лаборатории : термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:

FеСОз = FеО + СO 2 (490-550 °С)

Оксид дижелеза (III) – железа( II ) ( Fe II Fe 2 III )O 4 . Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe 2+ (Fе 3+ ) 2 ( O 2- ) 4 . Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок ( железный сурик ), керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий ( чернение, воронение ). По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe 3 O 4 не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:

2(Fe II Fe 2 III )O 4 = 6ФеО + O 2 (выше 1538 °С)

(Fe II Fe 2 III )O 4 + 4Н 2 = 4Н 2 O + 3Фе (особо чистое, 1000 °С)

(Fe II Fe 2 III )O 4 + СО =ЗФеО + СО 2 (500—800°C)

(Fe II Fe 2 III )O4 + Fе ⇌4FеО (900—1000 °С , 560—700 °С)

Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.

В природе — оксидная руда железа магнетит.

Оксид железа(III) F е 2 О 3 . Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Фе 3+ ) 2 (O 2- ) 3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Фе 2 O 32 О. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели (технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.

Уравнения важнейших реакций:

2 О 3 + МО=(М II Fе 2 II I )O 4 (М=Сu, Мn, Fе, Ni, Zn)

2 O 3 + ЗН 2 =ЗН 2 O+ 2Фе (особо чистое, 1050—1100 °С)

Получение в лаборатории — термическое разложение солей железа (III) на воздухе:

В природе — оксидные руды железа гематит2 O 3 и лимонит2 O 32 O

Гидроксид железа (II) F е(ОН) 2 . Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Фе — ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.

Читайте также:  Как расшифровать сплавы стали

Уравнения важнейших реакций:

4Fе(ОН) 2 (суспензия) + O 2 (воздух) →4FеО(ОН)↓ + 2Н 2 O (t)

Получение : осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:

Метагидроксид железа F еО(ОН). Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Фе — О и Фе — ОН преимущественно ковалентные. При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Фе 2 O 32 O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в ФеО(ОН). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Фе(ОН) 2 . Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.

Соединение состава Fе(ОН) 3 не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

2FеО(ОН) + Fе(ОН) 2 =( Fe II Fe 2 III )O 4 + 2Н 2 O (600—1000 °С)

2FеО(ОН) + ЗН 2 = 4Н 2 O+ 2Фе (особо чистое, 500—600 °С)

2FеО(ОН) + ЗВr 2 + 10КОН = 2К 2 FеO 4 + 6Н 2 O + 6КВr

Получение: осаждение из раствора солей железа(Ш) гидрата Фе 2 О 32 O и его частичное обезвоживание (см. выше).

В природе — оксидная руда железа лимонит2 O 32 О и минерал гётит FеО(ОН).

Феррат калия К 2 F еО 4 . Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель.

Качественная реакция — образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов — промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.

Уравнения важнейших реакций:

FеО 4 2- + Ва 2+ = ВаFеO 4 (красн.)↓ (в конц. КОН)

Получение : образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида ФеО(ОН), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо

и электролизе в растворе:

(феррат калия образуется на аноде).

Обнаружение ионов Фе 2+ и Fе 3+ в водном растворе проводят с помощью реактивов К 3 [Fе(СN) 6 ] и К 4 [Fе(СN) 6 ] соответственно; в обоих случаях выпадает синий продукт одинакового состава и строения, КФе III [Fе II (СN) 6 ]. В лаборатории этот осадок называют берлинская лазурь , или турнбуллева синь :

Fе 2+ + К + + [Fе(СN) 6 ] 3- = КFе III [Fе II (СN) 6 ]↓

Fе 3+ + К + + [Fе(СN) 6 ] 4- = КFе III [Fе II (СN) 6 ]↓

Химические названия исходных реактивов и продукта реакций:

К 3 Fе III [Fе(СN) 6 ]- гексацианоферрат (III) калия

К 4 Fе III [Fе (СN) 6 ]- гексацианоферрат (II) калия

КFе III [Fе II (СN) 6 ]- гексацианоферрат (II) железа (Ш) калия

Кроме того, хорошим реактивом на ионы Фе 3+ является тиоцианат-ион НСС — , железо (III) соединяется с ним, и появляется ярко-красная («кровавая») окраска:

Fе 3+ + 6NСS — = [Фе(НСС) 6 ] 3-

Этим реактивом (например, в виде соли КНСС) можно обнаружить даже следы железа (III) в водопроводной воде, если она проходит через железные трубы, покрытые изнутри ржавчиной.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни