Взаимодействие с галогенами и серой при высокой температуре.

Железо и его соединения

Кларк в земной коре 4,65 % по массе (4-е место по распространенности среди элементов, 2-е - среди металлов). В свободном виде почти не встречается. Основные формы рудоносных минералов - оксиды и сульфиды: магнетит Fe₃O₄, гематит Fe₂O₃, пирротин FeS, пирит FeS₂ (железный колчедан).

В организме человека содержится около 5 г железа, большая часть его (70%) входит в состав гемоглобина крови.

 

 

 

Физические свойства

В свободном состоянии железо - серебристо-белый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа - чугуны и стали.

Fe - самый главный и самый распространенный элемент из девяти d-металлов побочной подгруппы VIII группы. Вместе с кобальтом и никелем образует «семейство железа».

При образовании соединений с другими элементами чаще использует 2 или 3 электрона (В = II, III ).

Железо, как и почти все d-элементы VIII группы, не проявляет высшую валентность, равную номеру группы. Его максимальная валентность достигает VI и проявляется крайне редко.

 

Наиболее характерны соединения, в которых атомы Fe находятся в степенях окисления +2 и +3.

 

	Fe+2	Fe+3		Fe+6
Оксиды	FeO основный	Fe2O3 основный со слабыми признаками амфотерости		FeO3 - не выделен
Гидроксиды	Fe(OH)2 слабое основание	Fe(OH)3 ↔ HFeO2 + H2O		H2FeO4 кислота, в свободном состоянии не выделена
Соли	FeCl2, FeSO4, Fe(NO3)2 и др.	Тип I FeCl3	Тип II KFeO2	K2FeO4 BaFeO4 SrFeO4 ферраты (IV)

 

Способы получения железа

1. Техническое железо (в сплаве с углеродом и другими примесями) получают карботермическим восстановлением его природных соединений по схеме:

 

Восстановление происходит постепенно, в 3 стадии:

1) 3Fe₂O₃ + СО = 2Fe₃O₄ + СO₂

2) Fe₃O₄ + СО = 3FeO +СO₂

3) FeO + СО = Fe + СO₂

Образующийся в результате этого процесса чугун содержит более 2% углерода. В дальнейшем из чугуна получают стали - сплавы железа, содержащие менее 1,5 % углерода.

2. Очень чистое железо получают одним из способов:

а) разложение пентакарбонила Fe

Fe(CO)₅ = Fe + 5СО

б) восстановление водородом чистого FeO

FeO + Н₂ = Fe + Н₂O

в) электролиз водных растворов солей Fe⁺²

FeC₂O₄ = Fe + 2СO₂

оксалат железа (II)

Химические свойства

Fe - металл средней активности, проявляет общие свойства, характерные для металлов.

Уникальной особенностью является способность к «ржавлению» во влажном воздухе:

4Fe + 6Н₂O + 3O₂ = 4Fe(OH)₃

В отсутствие влаги с сухим воздухом железо начинает заметно реагировать лишь при Т > 150°С; при прокаливании образуется «железная окалина» Fe₃O₄:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄

В воде в отсутствие кислорода железо не растворяется. При очень высокой температуре Fe реагирует с водяным паром, вытесняя из молекул воды водород:

3 Fe + 4Н₂O(г) = 4H₂

Процесс ржавления по своему механизму является электрохимической коррозией. Продукт ржавления представлен в упрощенном виде. На самом деле образуется рыхлый слой смеси оксидов и гидроксидов переменного состава. В отличие от пленки Аl₂О₃, этот слой не предохраняет железо от дальнейшего разрушения.

Виды коррозии

Защита железа от коррозии

 

 

Взаимодействие с галогенами и серой при высокой температуре.

 

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

2Fe + 3F₂ = 2FeF₃

2Fe + 3Br₂ = 2FeBr₃

Fe + I₂ = FeI₂

Fe + S = FeS

Образуются соединения, в которых преобладает ионный тип связи.

2. Взаимодействие с фосфором, углеродом, кремнием (c N₂ и Н₂ железо непосредственно не соединяется, но растворяет их).

Fe + Р = Fe_xP_y

Fe + C = Fe_xC_y

Fe + Si = Fe_xSi_y

 

Образуются вещества переменного состава, т к. бертоллиды (в соединениях преобладает ковалентный характер связи)

 

3. Взаимодействие с «неокисляющими» кислотами (HCl, H₂SO₄ разб.)

 

Fe⁰ + 2Н⁺ → Fe²⁺ + Н₂↑

 

Поскольку Fe располагается в ряду активности левее водорода (Е°_Fe/Fe²⁺ = -0,44В), оно способно вытеснять Н₂ из обычных кислот.

Fe + 2HCl = FeCl₂ + Н₂↑

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + Н₂↑

 

 

4. Взаимодействие с «окисляющими» кислотами (HNO₃, H₂SO₄ конц.)

 

Fe⁰ - 3e^- → Fe³⁺

 

Концентрированные HNO₃ и H₂SO₄ «пассивируют» железо, поэтому при обычной температуре металл в них не растворяется. При сильном нагревании происходит медленное растворение (без выделения Н₂).

 

В разб. HNO₃ железо растворяется, переходит в раствор в виде катионов Fe³⁺ а анион кислоты восстанавливется до NO*:

 

Fe + 4HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2Н₂O

 

Очень хорошо растворяется в смеси НСl и HNO₃

 

Отношение к щелочам

 

В водных растворах щелочей Fe не растворяется. С расплавленными щелочами реагирует только при очень высоких температурах.

 

---

Дата добавления: 2018-10-27; просмотров: 172; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!