Урок №55. Соединения железа

ОКСИДЫ

Дополнительно в учебнике "Фоксфорд"

Оксид железа (II)

Оксид железа (II) – это твердое, нерастворимое в воде вещество черного цвета.

Способы получения

Оксид железа (II) можно получить различными методами:

1. Частичным восстановлением оксида железа (III).

Например, частичным восстановлением оксида железа (III) водородом:

Fe2O3+H2=2FeO+H2O

Или частичным восстановлением оксида железа (III) угарным газом:

Fe2O3+CO=2FeO+CO2

Еще один пример: восстановление оксида железа (III) железом:

Fe2O3+Fe=3FeO

2. Разложение гидроксида железа (II) при нагревании:

Fe(OH)2=t=FeO+H2O

Химические свойства

Оксид железа (II) — типичный основный оксид.

1. При взаимодействии оксида железа (II) с кислотными оксидами образуются соли.

Например, оксид железа (II) взаимодействует с оксидом серы (VI):

FeO+SO3=FeSO4

2. Оксид железа (II) взаимодействует с растворимыми кислотами. При этом также образуются соответствующие соли.

Например, оксид железа (II) взаимодействует с соляной кислотой:

FeO+2HCl=FeCl2+H2O

3. Оксид железа (II) не взаимодействует с водой.

4. Оксид железа (II) малоустойчив, и легко окисляется до соединений железа (III).

Например, при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуются нитрат железа (III), оксид азота (IV) и вода:

FeO+4HNO3(конц.) =t= NO2+Fe(NO3)3+2H2O

При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой образуется оксид азота (II). Реакция идет при нагревании:

3FeO+10HNO3(разб.) = 3Fe(NO3)3+NO+5H2O

5. Оксид железа (II) проявляет слабые окислительные свойства.

Например, оксид железа (II) реагирует с угарным газом при нагревании:

FeO+CO =t= Fe+CO2

Оксид железа (III)

Образуется при сжигании сульфидов железа, например, при обжиге пирита:

4FeS2 + 11O2 t˚C→ 2Fe2O3 + 8SO2

или при прокаливании солей железа:

2FeSO4 t˚C→ Fe2O3 + SO2­ + SO3

Fe2O3 - оксид красно-коричневого цвета, в незначительной степени проявляющий амфотерные свойства

Fe2O3 + 6HCl t˚C→2FeCl3 + 3H2O

Fe2O3 + 6H+ t˚C→2Fe3+ + 3H2O

Fe2O3 +2NaOH +3H2O t˚C→2Na[Fe(OH)4],

образуется соль – тетрагидроксоферрат (III) натрия

Fe2O3 + 2OH- + 3H2O t˚C→ 2[Fe(OH)4]-

При сплавлении с основными оксидами или карбонатами щелочных металлов образуются ферриты:

Fe2O3 + Na2O t˚C→ 2NaFeO2

Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2

Оксид железа (III) не взаимодействует с водой.

Оксид железа (III) окисляется сильными окислителями до соединений железа (VI).

Fe2O3+KClO3+4KOH=2K2FeO4+KCl+2H2O

Нитраты и нитриты в щелочной среде также окисляют оксид железа (III):

Fe2O3+3KNO3+4KOH=2K2FeO4+3KNO2+2H2O

Оксид железа (III) проявляет окислительные свойства.

Оксид железа (III) реагирует с угарным газом при нагревании. При этом возможно восстановление как до чистого железа, так и до оксида железа (II) или железной окалины:

Fe2O3+3СO=t=2Fe+3CO2

Также оксид железа (III) восстанавливается водородом:

Fe2O3+3Н2=t=2Fe+3H2O

Железом можно восстановить оксид железа только до оксида железа (II):

Fe2O3+Fe=t=3FeO

Оксид железа (III) реагирует с более активными металлами. Например, с алюминием (алюмотермия): Fe2O3+2Al=t=2Fe+Al2O3

Оксид железа (III) реагирует также с некоторыми другими сильными восстановителями.

Fe2O3+3NaH=3NaOH+2Fe

Оксид железа (II, III)

Оксид железа (II, III) (железная окалина, магнетит) – это твердое, нерастворимое в воде вещество черного цвета.

Способы получения

Оксид железа (II, III) можно получить различными методами:

1. Горение железа на воздухе:

3Fe+2O2=t=Fe3O4

2. Частичное восстановление оксида железа (III) водородом или угарным газом:

3Fe2O3 + Н2 =t=2Fe3O4 + H2O

3. При высокой температуре раскаленное железо реагирует с водой, образуя двойной оксид железа (II, III):

3Fe + 4H2O(пар) =t= Fe3O4 + 4H2

Химические свойства

Свойства оксида железа (II, III) определяются свойствами двух оксидов, из которых он состоит: основного оксида железа (II) и амфотерного оксида железа (III).

1. При взаимодействии оксида железа (II, III) с кислотными оксидами и кислотами образуются соли железа (II) и железа (III).

C соляной кислотой образуются две соли – хлорид железа (II) и хлорид железа (III):

Fe3O4 + 8HCl=FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O

Оксид железа (II, III) взаимодействует с разбавленной серной кислотой.

Fe3O4 + 4H2SO4(разб.) = Fe2(SO4)3 + FeSO4 + 4Н2О

2. Оксид железа (II, III) взаимодействует с сильными кислотами-окислителями

Fe3O4 + 10HNO3(конц.) = NO2↑ + 3Fe(NO3)3 + 5H2O

Разбавленной азотной кислотой окалина окисляется при нагревании:

3Fe3O4 + 28HNO3(разб.) =t= 9Fe(NO3)3 + NO + 14H2O

Оксид железа (II, III) окисляется концентрированной серной кислотой:

2Fe3O4 + 10H2SO4(конц.) = 3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O

Также окалина окисляется кислородом воздуха:

4Fe3O4 + O2(воздух) = 6Fe2O3

3. Оксид железа (II, III) не взаимодействует с водой.

4. Железная окалина проявляет окислительные свойства.

Например, оксид железа (II, III) реагирует с угарным газом при нагревании. При этом возможно восстановление как до чистого железа, так и до оксида железа (II):

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

Также железная окалина восстанавливается водородом:

Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O

Оксид железа (II, III) реагирует с более активными металлами.

Например, с алюминием (алюмотермия):

3Fe3O4 + 8Al = 9Fe + 4Al2O3

Оксид железа (II, III) реагирует также с некоторыми другими сильными восстановителями (йодидами и сульфидами). Например, с йодоводородом:

Fe3O4 + 8HI = 3FeI2 + I2 + 4H2O

ГИДРОКСИДЫ

Гидроксид железа (II)

Образуется при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

FeCl2 + 2KOH = 2KCl + Fе(OH)2

Гидроксид железа (II) можно получить действием раствора аммиака на соли железа (II).

FeCl2+2NH3+2H2O=Fe(OH)2+2NH4Cl

Fe(OH)2 - слабое основание, растворимо в сильных кислотах:

Fe(OH)2 + H2SO4 = FeSO4 + 2H2O

Fe(OH)2 + 2H+ = Fe2+ + 2H2O

Получение гидроксида железа (II) и взаимодействие его с кислотами

Гидроксид железа (II) взаимодействует с пероксидом водорода:

2Fe(OH)2 +H2O2 = 2Fe(OH)3

При растворении Fe(OH)2 в азотной или концентрированной серной кислотах образуются соли железа (III):

2Fe(OH)2+4H2SO4(конц.) = Fe2(SO4)3+SO2+6H2O

При прокаливании Fe(OH)2 без доступа воздуха образуется оксид железа (II) FeO - соединение черного цвета:

Fe(OH)2 t˚C→ FeO + H2O

В присутствии кислорода воздуха серо-зелёный осадок Fe(OH)2, окисляясь, буреет – образуя гидроксид железа (III) Fe(OH)3:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Качественная реакция на Fe2+

Опыт

При действии гексацианоферрата (III) калия K3[Fe(CN)6] (красной кровяной соли) на растворы солей двухвалентного железа образуется синий осадок (турнбулева синь):

Fe2+Cl2 + K3[Fe3+(CN)6] → 2KCl + KFe2+[Fe3+(CN)6]↓

(турнбулева синь – гексацианоферрат (III) железа (II)-калия)

Гидроксид железа (III)

Гидролиз солей - гидроксид железа (III) образуется при взаимодействии растворимых солей железа (III) с растворами карбонатов и сульфитов.

Карбонаты и сульфиты железа (III) необратимо гидролизуются в водном растворе.

Например, бромид железа (III) реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида железа (III), выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:

2FeBr3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr

Реакция обмена - 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

Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3

Получение гидроксида железа (III) и взаимодействие его с кислотами

Качественные реакции на Fe3+

Опыт

1) При действии гексацианоферрата (II) калия K4[Fe(CN)6] (жёлтой кровяной соли) на растворы солей трёхвалентного железа образуется синий осадок (берлинская лазурь):

Fe3+Cl3 + K4[Fe2+(CN)6] → 3KCl + KFe3+[Fe2+(CN)6]↓

(берлинская лазурь - гексацианоферрат (II) железа (III)-калия)

2) При добавлении к раствору, содержащему ионы Fe3+ роданистого калия или аммония появляется интенсивная кроваво-красная окраска раствора роданида железа(III):

2FeCl3 + 6KCNS = 6KCl + FeIII[FeIII(CNS)6]

(при взаимодействии же с роданидами ионов Fe2+ раствор остаётся практически бесцветным).

СОЛИ

Термическое разложение нитратов

Нитрат железа (II) при нагревании разлагается на оксид железа (III), оксид азота (IV) и кислород:

4Fe(NO3)2 =t= 2Fe2O3 + 8NO2 + O2

Нитрат железа (III) при нагревании разлагается также на оксид железа (III), оксид азота (IV) и кислород:

4Fe(NO3)3 =t= 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2

Гидролиз солей железа

Растворимые соли железа, образованные кислотными остатками сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. частично:

I ступень: Fe3+ + H2O ↔ FeOH2+ + H+

II ступень: FeOH2+ + H2O ↔ Fe(OH)2+ + H+

III ступень: Fe(OH)2+ + H2O ↔ Fe(OH)3 + H+

Но, сульфиты и карбонаты железа (III) и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Fe2(SO4)3 + 6NaHSO3 = 2Fe(OH)3↓ + 6SO2 + 3Na2SO4

2FeBr3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + CO2↑ + 6NaBr

2Fe(NO3)3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 6NaNO3 + 3CO2

2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 6NaCl + 3CO2

Fe2(SO4)3 + 3K2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3CO2↑ + 3K2SO4

При взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает ОВР:

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

Соли железа (III) - окислители

Так, при взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает окислительно-восстановительная реакция.

Так, хлорид железа (III) взаимодействует с сульфидом натрия. При этом образуется сера, хлорид натрия и либо черный осадок сульфида железа (II) (в избытке сульфида натрия), либо хлорид железа (II) (в избытке хлорида железа (III)):

2FeCl3 + 3Na2S = 2FeS + S + 6NaCl

2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S + 2HCl

По такому же принципу соли железа (III) реагируют с сероводородом:

2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S + 2HCl

Соли железа (III) также вступают в окислительно-восстановительные реакции с йодидами.

С йодидом калия образуются хлорид железа (II), молекулярный йод и хлорид калия:

2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl