Апреля
Железо. Строение атома. Нахождение в природе.
Физические и химические свойства простого вещества.
Строение атома железа. В отличие от всех изученных вами ранее элементов, атом элемента железа располагается в VIII группе побочной подгруппы. Электроны в атоме железа распределены по энергетическим уровням следующим образом:
26Fe: 2ē, 8ē, 14ē, 2ē
Видно, что незавершенными у железа являются внешний уровень (на нем 2ē, а максимально может быть 8), и предпоследний уровень (на нем 14ē, а максимально может быть 18). Так как на внешнем энергетическом уровне атома железа всего 2 электрона, то он легко может отдавать их, вступая во взаимодействия с другими элементами, и проявлять при этом степень окисления +2:
Fe0 - 2ē = Fe+2
Но так как предпоследний уровень атома железа тоже не завершен, то атом железа при взаимодействиях с другими элементами может дополнительно отдавать 1 электрон с предпоследнего уровня и проявлять при этом степень окисления +3:
Fe0 - 3ē = Fe+3
Нахождение в природе. Железо после алюминия – самый распространенный в природе металл. Общее содержание в земной коре железа составляет более 5%. Железо входит в состав многих минералов, важнейшими рудами являются магнитный железняк Fe3O4, красный железняк Fe2O3, бурый железняк Fe2O3·H2O, серный колчедан (пирит) FeS2. Изредка встречается в природе практически чистое метеоритное железо.
Физические свойства. Железо – блестящий серебристо-белый металл, его плотность 7,89 г/см3, температура плавления 1539ºС. Обладает хорошей пластичностью, легко намагничивается и размагничивается.
Химические свойства.
Чистое железо – химически стойкое, железо с примесями – легко реакционное.
1. Взаимодействие с простыми веществами:
1) С кислородом:
4Fe + 3O2 + nH2O = 2Fe2O3·nH2O – без нагревания
3Fe + 2O2 = FeO·Fe2O3 (Fe3O4) – при нагревании
железная окалина
С хлором
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 – при слабом нагревании
С серой
Fe + S = FeS – при слабом нагревании
С углеродом
3Fe + C = Fe3C – при сильном нагревании
цементит
2. Взаимодействие со сложными веществами:
С водой
3Fe + 4H2O = FeO·Fe2O3 + 4H2↑ - при температуре 700-900°
пары
С разбавленными кислотами (кроме азотной)
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
С разбавленной азотной кислотой
8Fe + 30 HNO3 = 8Fe(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O
С концентрированными кислотами
2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2↑
Взаимодействие с концентрированной соляной кислотой такое же, как и с разбавленной.
С концентрированной азотной кислотой при комнатной температуре не взаимодействует. При нагревании:
Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)2 + 2NO↑ + 2H2O
С растворами солей
Взаимодействует с растворами солей менее активных металлов (см. ряд активности металлов):
Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4
Важнейшие соединения железа
Железо в соединениях может проявлять степень окисления +2 и +3.
Соединения Fe+2– FeO, Fe(OH)2, FeCl2, FeSO4.
Соединения Fe+3 – Fe2O3, Fe(OH)3, FeCl3, Fe2(SO4)3.
Смешанные оксиды, Fe+2и Fe+3 - FeO·Fe2O3 или Fe3O4
Соединения Fe+2 – FeO, Fe(OH)2, FeCl2, FeSO4
Оксид железа (II) – черный порошок. Проявляет основные свойства, растворяясь в кислотах с образованием солей железа (II):
FeO + 2HCl = H2O + FeCl2 – соль зеленого цвета
Гидроксид железа (II) – осадок белого цвета, сначала зеленеющий, а потом буреющий на воздухе. Проявляет основные свойства, растворяясь в кислотах с образованием солей железа (II):
Fe(OH)2 + 2HCl = 2H2O + FeCl2 – соль зеленого цвета
Позеленение и побурение гидроксида железа (II) на воздухе объясняется его взаимодействием с кислородом воздуха:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
Соли железа (II) получают взаимодействием железа с растворами соляной или серной кислот.
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
Качественными реакциями на соли железа (II) являются:
1. Взаимодействие со щелочами. При этом образуется белый осадок, быстро зеленеющий, а затем буреющий на воздухе:
FeCl2 + 2KOH = 2KCl + Fe(OH)2↓ - белый, зеленеющий, а затем буреющий
2. Взаимодействие с красной кровяной солью K3[Fe(CN)6]. При этом образуется темно-синий осадок, который называется турнбулева синь:
3FeCl2 + 2K3[Fe(CN)6] = 6KCl + Fe3[Fe(CN)6]2↓ - темно-синий
турнбулева синь
Соединения Fe+3 – Fe2O3, Fe(OH)3, FeCl3, Fe2(SO4)3
Оксид железа (III) – темно-бурый порошок. Проявляет слабые амфотерные свойства, т.е. может взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами:
Fe2O3+ 6HCl = 3H2O + 2FeCl3 – соль буро-желтого, в кристаллах - бурого цвета
Fe2O3 + 2KOH = H2O + 2KFeO2
феррат калия
Гидроксид железа (III) – красно-бурый осадок. Проявляет слабые амфотерные свойства, растворяясь в кислотах и в концентрированных растворах щелочей:
Fe(OH)3+ 3HCl = 3H2O + FeCl3 – соль желто-бурого цвета
Fe(OH)3 + KOH = K[Fe(OH)4]
тетрагидроксоферрат калия
Соли железа (III) получают сжиганием железа в хлоре или путем взаимодействия железа с концентрированной кислотой:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O + 3SO2↑
Качественными реакциями на соли железа (III) являются:
1. Взаимодействие со щелочами. При этом образуется бурый осадок:
FeCl3 + 3KOH = 3KCl + Fe(OH)3↓ - бурый
2. Взаимодействие с растворимым роданидом калия или аммония. При этом образуется кроваво-красный раствор роданида железа (III):
FeCl3 + 3KSCN = 3KCl + Fe(SCN)3 – кроваво-красный раствор
роданид калия роданид железа(III)
3. Взаимодействие с желтой кровяной солью K4[Fe(CN)6]. При этом образуется темно-синий осадок, который называется берлинская лазурь:
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = 12KCl + Fe4[Fe(CN)6]3↓ - темно-синий
берлинская лазурь
Домашнее задание:
1. Выучить § 48, 49, конспект.