Железо и его соединения
Железо и его соединения
Химические свойства
На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):
4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа (II,III):
3Fe + 2O2 →Fe3O4
При высокой температуре (700–9000C) железо реагирует с парами воды:
3Fe + 4H2O→Fe3O4 + 4H2
Железо реагирует с неметаллами при нагревании:
2Fe + 3Br2 → 2FeBr3
Fe + S → FeS
Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2
Fe + H2SO4(разб.) →FeSO4 + H2
В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании
2Fe + 6H2SO4(конц.) → Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3(конц.) → Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).
Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Соединения двухвалентного железа
Гидроксид железа (II)
Образуется при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:
FeCl + 2KOH →2KCl + Fе(OH)2
Fe(OH)2 - слабое основание, растворимо в сильных кислотах:
Fe(OH)2 + H2SO4 →FeSO4 + 2H2O
При прокаливании Fe(OH)2 без доступа воздуха образуется оксид железа (II) FeO:
Fe(OH)2 → FeO + H2O
В присутствии кислорода воздуха белый осадок Fe(OH)2, окисляясь, буреет – образуя гидроксид железа (III) Fe(OH)3:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O →4Fe(OH)3
Соединения железа (II) обладают восстановительными свойствами, они легко превращаются в соединения железа (III) под действием окислителей:
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 →3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
Соединения железа склонны к комплексообразованию (координационное число=6):
FeCl2 + 6NH3→ [Fe(NH3)6]Cl2
Fe(CN)2 + 4KCN → K4[Fe(CN)6](жёлтая кровяная соль)
Качественная реакция на Fe2+
При действии гексацианоферрата (III) калия K2[Fe(CN)6] (красной кровяной соли) на растворы солей двухвалентного железа образуется синий осадок (турнбулева синь):
3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] →Fe3[Fe(CN)6] + 3K2SO4
Соединения трёхвалентного железа
Оксид железа (III)
Образуется при сжигании сульфидов железа, например, при обжиге пирита:
4FeS2 + 11O2 →2Fe2O3 + 8SO2
или при прокаливании солей железа:
2FeSO4→Fe2O3 + SO2 + SO3
Fe2O3 - основной оксид, в незначительной степени проявляющий амфотерные свойства
Fe2O3 + 6HCl → 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 2NaOH + 3H2O →2Na[Fe(OH)4] тетрагидроксоферрат(III) калия
Fe2O3 + MgO → Mg(FeO2)2 феррит магния
Гидроксид железа (III)
Образуется при действии растворов щелочей на соли трёхвалентного железа: выпадает в виде красно–бурого осадка
Fe(NO3)3 + 3KOH→ Fe(OH)3+ 3KNO3
Fe(OH)3 – более слабое основание, чем гидроксид железа (II).
Это объясняется тем, что у Fe2+ меньше заряд иона и больше его радиус, чем у Fe3+, а поэтому, Fe2+ слабее удерживает гидроксид-ионы, т.е. Fe(OH)2 более легко диссоциирует.
В связи с этим соли железа (II) гидролизуются незначительно, а соли железа (III) - очень сильно. Гидролизом объясняется и цвет растворов солей Fe(III): несмотря на то, что ион Fe3+ почти бесцветен, содержащие его растворы окрашены в жёлто-бурый цвет, что объясняется присутствием гидроксоионов железа или молекул Fe(OH)3, которые образуются благодаря гидролизу:
Fe3+ + H2O → [Fe(OH)]2+ + H+
[Fe(OH)]2+ + H2O → [Fe(OH)2]+ + H+
[Fe(OH)2]+ + H2O → Fe(OH)3 + H+
При нагревании окраска темнеет, а при прибавлении кислот становится более светлой вследствие подавления гидролиза. Fe(OH)3 обладает слабо выраженной амфотерностью: он растворяется в разбавленных кислотах и в концентрированных растворах щелочей:
Fe(OH)3 + 3HCl →FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + NaOH →Na[Fe(OH)4]
Соединения железа (III) - слабые окислители, реагируют с сильными восстановителями:
2FeCl3 + H2S → S + 2FeCl2 + 2HCl
Качественные реакции на Fe3+
При действии гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (жёлтой кровяной соли) на растворы солей трёхвалентного железа образуется синий осадок (берлинская лазурь):
4FeCl3 +3K4[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl
При добавлении к раствору, содержащему ионы Fe3+ роданистого калия или аммония появляется интенсивная кроваво-красная окраска роданида железа(III):
FeCl3 + 3NH4CNS → 3NH4Cl + Fe(CNS)3
(при взаимодействии же с роданидами ионов Fe2+ раствор остаётся практически бесцветным).