MÄÄRATLUS

Raud- D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi neljanda perioodi kaheksanda rühma element.

Ja loid number on 26. Sümbol on Fe (lat. “ferrum”). Üks levinumaid metalle maapõues (alumiiniumi järel teine ​​koht).

Raua füüsikalised omadused

Raud on hall metall. Puhtal kujul on see üsna pehme, tempermalmist ja plastiline. Välise energiataseme elektrooniline konfiguratsioon on 3d 6 4s 2 . Oma ühendites on raua oksüdatsiooniastmed "+2" ja "+3". Raua sulamistemperatuur on 1539C. Raud moodustab kaks kristallilist modifikatsiooni: α- ja γ-raud. Esimene neist on kuupkujulise kehakeskse võrega, teisel on kuupkujuline näokeskne võre. α-raud on termodünaamiliselt stabiilne kahes temperatuurivahemikus: alla 912 °C ja 1394 °C kuni sulamistemperatuurini. Temperatuurivahemikus 912–1394 °C on γ-raud stabiilne.

Raua mehaanilised omadused sõltuvad selle puhtusest – isegi väga väikeses koguses muude elementide sisaldusest selles. Tahkel raual on omadus lahustada paljusid elemente iseenesest.

Raua keemilised omadused

Niiskes õhus raud kiiresti roostetab, s.t. kaetud pruuni hüdraatunud raudoksiidi kattega, mis oma rabeduse tõttu ei kaitse rauda edasise oksüdeerumise eest. Vees korrodeerub raud intensiivselt; Rikkaliku hapniku juurdepääsu korral moodustuvad raudoksiidi (III) hüdreeritud vormid:

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

Hapnikupuuduse või raske juurdepääsu korral moodustub segaoksiid (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H2O (v) ↔ Fe3O4 + 4H2.

Raud lahustub mis tahes kontsentratsiooniga vesinikkloriidhappes:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.

Samamoodi toimub lahustumine lahjendatud väävelhappes:

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.

Väävelhappe kontsentreeritud lahustes oksüdeeritakse raud rauaks (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Väävelhappes, mille kontsentratsioon on 100% lähedal, muutub raud aga passiivseks ja koostoimet praktiliselt ei toimu. Lahjendatud ja mõõdukalt kontsentreeritud lämmastikhappe lahustes lahustub raud:

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Lämmastikhappe kõrge kontsentratsiooni korral lahustumine aeglustub ja raud muutub passiivseks.

Nagu teisedki metallid, reageerib raud lihtsate ainetega. Raua ja halogeenide interaktsiooni reaktsioonid (olenemata halogeeni tüübist) kulgevad kuumutamisel. Raua interaktsioon broomiga toimub viimase suurenenud aururõhul:

2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Raua koostoime väävli (pulber), lämmastiku ja fosforiga toimub ka kuumutamisel:

6Fe + N2 = 2Fe3N;

2Fe + P = Fe2P;

3Fe + P = Fe 3P.

Raud on võimeline reageerima mittemetallidega nagu süsinik ja räni:

3Fe + C = Fe3C;

Raua ja komplekssete ainetega interaktsiooni reaktsioonide hulgas on eriline roll järgmistel reaktsioonidel - raud suudab redutseerida metalle, mis asuvad temast paremal olevas aktiivsusreas soolalahustest (1), redutseerida rauda (III ) ühendid (2):

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2 (2).

Raud reageerib kõrgendatud rõhul mittesoola moodustava oksiidiga - CO, moodustades keeruka koostisega aineid - karbonüüle - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 ja Fe 3 (CO) 12.

Raud on lisandite puudumisel vees ja lahjendatud leeliselahustes stabiilne.

Raua saamine

Peamine viis raua saamiseks on rauamaak (hematiit, magnetiit) või selle soolade lahuste elektrolüüs (sel juhul saadakse “puhas” raud, s.t. lisanditeta raud).

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Harjutus

10 g kaaluvat rauakaalu Fe 3 O 4 töödeldi esmalt 150 ml vesinikkloriidhappe lahusega (tihedus 1,1 g/ml) 20% vesinikkloriidi massiosaga ja seejärel lisati saadud lahusele raua liig. Määrake lahuse koostis (massiprotsentides).

Lahendus

Kirjutame reaktsioonivõrrandid vastavalt ülesande tingimusele: 8HCl + Fe3O4 = FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O (1); 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 (2). Teades vesinikkloriidhappe lahuse tihedust ja mahtu, saate teada selle massi: msool (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sool (HCl) = 150 × 1,1 \u003d 165 g. Arvutage vesinikkloriidi mass: m(HCl)=msool(HCl)xω(HCl)/100%; m(HCl) = 165 x 20%/100% = 33 g. Vesinikkloriidhappe molaarmass (ühe mooli mass), mis on arvutatud D.I. keemiliste elementide tabeli abil. Mendelejev - 36,5 g / mol. Leidke vesinikkloriidi aine kogus: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. Skaala molaarmass (ühe mooli mass), mis on arvutatud D.I keemiliste elementide tabeli abil. Mendelejev - 232 g/mol. Leidke katlakivi aine kogus: v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. Vastavalt võrrandile 1 on v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8, seega v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Siis on võrrandi järgi arvutatud vesinikkloriidaine kogus (0,344 mol) väiksem kui ülesande tingimuses näidatud (0,904 mol). Seetõttu on vesinikkloriidhapet liias ja toimub järgmine reaktsioon: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (3). Määrame esimese reaktsiooni tulemusena tekkinud raudkloriidi koguse (indeksid tähistavad konkreetset reaktsiooni): v1 (FeCl2): v (Fe2O3) = 1:1 = 0,043 mol; v1 (FeCl3): v (Fe2O3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. Määrame reaktsioonis 1 mittereageerinud vesinikkloriidi koguse ja reaktsiooni 3 käigus tekkinud raud(II)kloriidi aine koguse: v rem (HCl) \u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \u003d 0,904 - 0,344 \u003d 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol. Määrame reaktsiooni 2 käigus tekkinud FeCl 2 aine koguse, FeCl 2 aine üldkoguse ja selle massi: v2 (FeCl3) = v1 (FeCl3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v2 (FeCl2) = 3/2 × v2 (FeCl3) = 0,129 mol; v summa (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v summa (FeCl 2) × M (FeCl 2) = 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. Määrame 2. ja 3. reaktsioonides osalenud aine koguse ja raua massi: v2 (Fe): v2 (FeCl3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol; v3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v3 (Fe) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol; v summa (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v summa (Fe) × M(Fe) = 0,323 × 56 = 18,088 g. Arvutame reaktsioonis 3 vabaneva aine koguse ja vesiniku massi: v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol; m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) \u003d 0,28 × 2 = 0,56 g. Määrame saadud lahuse massi m 'sol ja selles sisalduva FeCl 2 massiosa: m’ sool \u003d m sool (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2);

Sissejuhatus

Üksikute elementide keemiliste omaduste uurimine on tänapäevase kooli keemiakursuse lahutamatu osa, mis võimaldab induktiivse lähenemisviisi alusel teha eelduse elementide keemilise interaktsiooni tunnuste kohta nende põhjal. füüsikalis-keemilised omadused. Kuid kooli keemialabori võimalused ei võimalda alati täielikult demonstreerida elemendi keemiliste omaduste sõltuvust selle positsioonist keemiliste elementide perioodilises süsteemis, lihtainete struktuuriomadusi.

Väävli keemilisi omadusi kasutatakse nii keemiakursuse õppe alguses, et demonstreerida keemiliste nähtuste ja füüsikaliste nähtuste erinevust, kui ka üksikute keemiliste elementide omaduste uurimisel. Kõige sagedamini soovitatakse juhendites demonstreerida väävli ja raua koostoimet keemiliste nähtuste ja väävli oksüdeerivate omaduste näitena. Kuid enamikul juhtudel see reaktsioon kas ei kulge üldse või ei saa selle kulgu tulemusi palja silmaga hinnata. Selle katse läbiviimise erinevaid võimalusi iseloomustab sageli tulemuste madal reprodutseeritavus, mis ei võimalda neid süstemaatiliselt kasutada ülaltoodud protsesside iseloomustamisel. Seetõttu on asjakohane otsida võimalusi, mis võiksid olla alternatiiviks raua ja väävli interaktsiooni protsessi demonstreerimisele, mis vastab kooli keemialabori omadustele.

Sihtmärk: Uurige koolilaboris väävli ja metallide koostoime reaktsioonide läbiviimise võimalust.

Ülesanded:

Määrake väävli peamised füüsikalised ja keemilised omadused;

Analüüsida väävli ja metallide vastastikmõju reaktsioonide läbiviimise ja kulgemise tingimusi;

Uurida tuntud meetodeid väävli ja metallide interaktsiooni rakendamiseks;

Valige reaktsioonide läbiviimiseks süsteemid;

Hinda valitud reaktsioonide sobivust kooli keemialabori tingimustega.

Õppeobjekt: Väävli ja metallide interaktsiooni reaktsioonid

Õppeaine: väävli ja metallide interaktsioonireaktsioonide teostatavus koolilaboris.

Hüpotees: Alternatiiviks raua ja väävli interaktsioonile kooli keemialabori tingimustes on keemiline reaktsioon, mis vastab selguse, reprodutseeritavuse, suhtelise ohutuse ja reagentide kättesaadavuse nõuetele.

Tahame oma tööd alustada väävli lühikirjeldusega:

Asukoht perioodilisuse süsteemis: väävel on 3. perioodis, VI rühmas, põhi(A) alarühmas, kuulub s-elementide hulka.

Väävli aatomarv on 16, seega on väävliaatomi laeng + 16, elektronide arv 16. Välistasandi kolm elektroonilist taset on 6 elektroni

Elektronide paigutuse skeem tasemete järgi:

16S )))
2 8 6

32 S väävliaatomi tuum sisaldab 16 prootonit (võrdne tuumalaenguga) ja 16 neutronit (aatommass miinus prootonite arv: 32 - 16 = 16).

Elektrooniline valem: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Tabel 1

Väävliaatomi ionisatsioonipotentsiaalide väärtused

Ionisatsioonipotentsiaal

Energia (eV)

Väävel külmas üsna inertne (ühendab jõuliselt ainult fluor), kuid kuumutamisel muutub see väga reaktiivseks - reageerib halogeniididega(va jood), hapnik, vesinik ja peaaegu kõik metallid. Tulemusena reaktsioonid viimase tüübi puhul tekivad vastavad väävliühendid.

Väävli, nagu iga teise elemendi, reaktsioonivõime metallidega suhtlemisel sõltub:

reageerivate ainete aktiivsus. Näiteks väävel interakteerub kõige aktiivsemalt leelismetallidega

reaktsiooni temperatuuril. Seda seletatakse protsessi termodünaamiliste omadustega.

Spontaansete keemiliste reaktsioonide termodünaamilise võimaluse standardtingimustes määrab reaktsiooni standardne Gibbsi energia:

ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 T > 0 - otsene reaktsioon on võimatu

reageerivate ainete jahvatusastmest, kuna nii väävel kui metallid reageerivad peamiselt tahkes olekus.

Esitatakse mõnede väävli ja metallide interaktsiooni reaktsioonide termodünaamilised omadused slaidil 4

Tabelist on näha, et väävlil on termodünaamiliselt võimalik interakteeruda nii pingerea alguse metallidega kui ka madala aktiivsusega metallidega.

Seega on väävel kuumutamisel üsna aktiivne mittemetall, mis on võimeline reageerima nii kõrge aktiivsusega (leeliseline) kui ka madala aktiivsusega metallidega (hõbe, vask).

Väävli ja metallide vastasmõju uurimine

Süsteemide valik uurimiseks

Väävli ja metallide koostoime uurimiseks valiti välja süsteemid, sealhulgas Beketovi seeria erinevates kohtades asuvad metallid, millel on erinev tegevus.

Valikutingimusteks määrati järgmised kriteeriumid: läbiviimise kiirus, nähtavus, reaktsiooni täielikkus, suhteline ohutus, tulemuse reprodutseeritavus, ained peaksid füüsikaliste omaduste poolest oluliselt erinema, ainete olemasolu koolilaboris, on edukaid katseid. väävli interaktsioonide läbiviimiseks konkreetsete metallidega.

Läbiviidud reaktsioonide reprodutseeritavuse hindamiseks viidi iga katse läbi kolm korda.

Nende kriteeriumide alusel valiti katse jaoks järgmised reaktsioonisüsteemid:

VÄÄVEL JA VASK Cu + S = CuS + 79 kJ/mol

Metoodika ja oodatav mõju

Võtame 4 g väävlit pulbrina ja valame katseklaasi. Kuumuta väävel katseklaasis keemiseni. Seejärel võtke vasktraat ja soojendage seda leegi kohal. Kui väävel sulab ja keeb, pange sellesse vasktraat

Oodatud Tulemus:Katseklaas täidetakse pruunide aurudega, traat kuumeneb ja "põleb läbi" hapra sulfiidi moodustumisega.

2. Väävli koostoime vasega.

Reaktsioon osutus ebaselgeks, samuti ei toimunud vase spontaanset kuumenemist. Vesinikkloriidhappe lisamisel erilist gaasi eraldumist ei täheldatud.

VÄÄVEL JA RAUD Fe + S = FeS + 100,4 kJ/mol

Metoodika ja oodatav mõju

Võtke 4 g väävlipulbrit ja 7 g rauapulbrit ning segage. Valage saadud segu katseklaasi. Kuumutame katseklaasis olevaid aineid

Oodatud Tulemus:Toimub tugev segu spontaanne kuumenemine. Saadud raudsulfiid paagutatakse. Aine ei ole veega eraldatud ega reageeri magnetile.

1. Väävli koostoime rauaga.

Reaktsiooni läbiviimine jäägita raudsulfiidi saamiseks on laboritingimustes praktiliselt võimatu, väga raske on kindlaks teha, millal ained on täielikult reageerinud, reaktsioonisegu spontaanset kuumenemist ei täheldata. Saadud ainet kontrolliti, kas see on raudsulfiid. Selleks kasutasime HCl. Kui vesinikkloriidhapet ainele tilgutasime, hakkas see vahutama, eraldus vesiniksulfiid.

VÄÄVEL JA NAATRIUM 2Na + S \u003d Na2S + 370,3 kJ / mol

Metoodika ja oodatav mõju

Võtke 4 g pulbrilist väävlit ja valage see uhmrisse, jahvatage hästi

Naatriumi lõikame maha umbes 2 g kaaluva tüki Lõika ära oksiidkile, jahvata need kokku.

Oodatud Tulemus:Reaktsioon kulgeb ägedalt, reaktiivide isesüttimine on võimalik.

3. Väävli koostoime naatriumiga.

Väävli ja naatriumi koostoime on iseenesest ohtlik ja meeldejääv eksperiment. Pärast mõnesekundilist hõõrumist lendasid esimesed sädemed, naatrium ja väävel lahvatasid uhmris ning hakkasid põlema. Kui toode interakteerub vesinikkloriidhappega, vabaneb aktiivselt vesiniksulfiid.

VÄÄVEL JA tsink Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol

Metoodika ja oodatav mõju

Võtke pulber väävel ja tsink, kumbki 4 g, segage ained. Valage valmis segu asbestvõrgule. Toome ainete juurde kuuma tõrviku

Oodatud Tulemus:Reaktsioon ei kulge kohe, vaid ägedalt, tekib rohekassinine leek.

4. Väävli koostoime tsingiga.

Reaktsiooni on väga raske käivitada, selle käivitamiseks on vaja tugevaid oksüdeerivaid aineid või kõrget temperatuuri. Ained vilguvad rohekassinise leegiga. Kui leek kustub, jääb sellesse kohta jääk, vesinikkloriidhappega suhtlemisel eraldub veidi vesiniksulfiid.

VÄÄVEL JA ALUMIINIUM 2Al + 3S \u003d Al 2S 3 + 509,0 kJ / mol

Metoodika ja oodatav mõju

Võtke väävlipulber kaaluga 4 g ja alumiinium kaaluga 2,5 g ning segage. Asetame saadud segu asbestvõrgule. Süütage segu põleva magneesiumiga

Oodatud Tulemus:Reaktsioon on välk.

5. Väävli koostoime alumiiniumiga.

Reaktsioon nõuab initsiaatorina tugeva oksüdeeriva aine lisamist. Pärast süütamist põletava magneesiumiga tekkis võimas kollakasvalge värvus, vesiniksulfiid vabaneb üsna aktiivselt.

VÄÄVLI JA MAGNEESIUM Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol

Metoodika ja oodatav mõju

Võtke 2,5 g magneesiumilaaste ja 4 g väävlipulbrit ning segage

Saadud segu asetatakse asbestvõrgule. Toome killu saadud segusse.

Oodatud Tulemus:Reaktsiooni käigus tekib võimas sähvatus.

4. Väävli koostoime magneesiumiga.

Reaktsioon nõuab initsiaatorina puhta magneesiumi lisamist. Ilmub võimas valkja värvi välk, vesiniksulfiid vabaneb aktiivselt.

Järeldus

Reaktsioon raudsulfiidi saamiseks ei lõppenud, kuna jääk jäi plastilise väävli ja raua segu kujul.

Kõige aktiivsem vesiniksulfiidi vabanemine ilmnes naatriumsulfiidis ning magneesium- ja alumiiniumsulfiidides.

Vähem aktiivne vesiniksulfiidi vabanemine oli vasksulfiidis.

Naatriumsulfiidi saamiseks katsete läbiviimine on ohtlik ja seda ei soovitata koolilaboris.

Alumiiniumi, magneesiumi ja tsinksulfiidide tootmise reaktsioonid on kõige sobivamad koolitingimustes läbiviimiseks.

Oodatud ja tegelikud tulemused langesid kokku väävli koosmõjuga naatriumi, magneesiumi ja alumiiniumiga.

Järeldus

Hoolimata olemasolevatest soovitustest raua ja väävli interaktsiooni demonstreerimiseks näitena, mis illustreerib väävli keemilisi nähtusi ja oksüdeerivaid omadusi üldkooli keemiakursusel, ei kaasne sellise katse tegeliku läbiviimisega sageli nähtavat efekti.

Sellele demonstratsioonile alternatiivi määramisel valiti välja süsteemid, mis vastasid nähtavuse, ohutuse ja reagentide kättesaadavuse nõuetele koolilaboris. Võimalike variantidena valiti väävli reaktsioonisüsteemid vase, raua, tsingi, magneesiumi, alumiiniumi, naatriumiga, võimaldades hinnata väävli ja erinevate metallidega interaktsiooni reaktsiooni kasutamise efektiivsust näidiskatsetena keemiatundides.

Katsete tulemuste põhjal tehti kindlaks, et nendel eesmärkidel on kõige optimaalsem kasutada väävli reaktsioonisüsteeme keskmise ja kõrge aktiivsusega metallidega (magneesium, alumiinium).

Katsete põhjal koostati video, mis demonstreerib väävli oksüdeerivaid omadusi selle interaktsiooni näitel metallidega, mis võimaldab kirjeldada neid omadusi ilma täismahus katset tegemata. Lisaabiks on loodud veebileht ( ), mis esitab muuhulgas ka uuringu tulemused visuaalsel kujul.

Uuringu tulemused võivad saada aluseks mittemetallide keemiliste omaduste tunnuste, keemilise kineetika ja termodünaamika sügavamale uurimisele.

Raua keemilised omadused vaatleme näidet selle koostoimest tüüpiliste mittemetallidega - väävli ja hapnikuga.

Sega Petri tassis pulbriks purustatud raud ja väävel. Kuumutame terasnõela leegis ja puudutame seda reaktiivide seguga. Raua ja väävli ägeda reaktsiooniga kaasneb soojus- ja valgusenergia vabanemine. Nende ainete koosmõju tahke produkt – raud(II)sulfiid – on must. Erinevalt rauast ei tõmba seda magnet.

Raud reageerib väävliga, moodustades raud(II)sulfiidi. Kirjutame reaktsioonivõrrandi:

Raua reaktsioon hapnikuga nõuab samuti eelkuumutamist. Valage kvartsliiv paksu seinaga nõusse. Kuumutame põleti leegis väga õhukese raudtraadi, nn raudvilla kimbu. Toome punaselt kuuma traadi hapnikuga anumasse. Raud põleb pimestava leegiga, hajutades sädemeid - raua katlakivi Fe 3 O 4 kuumad osakesed.

Sama reaktsioon toimub õhus, kui teras kuumeneb töötlemisel hõõrdumise tõttu tugevalt.

Raua põletamisel hapnikus või õhus moodustub rauakivi:

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4, materjali saidilt

või 3Fe + 2O 2 \u003d FeO. Fe2O3.

Raudoksiid on ühend, milles raual on erinevad valentsväärtused.

Ühenduse mõlema reaktsiooni läbimisega kaasneb soojus- ja valgusenergia vabanemine.

Sellel lehel on materjalid teemadel:

• Millist tüüpi reaktsioon on raudsulfiid hapnikuga

• Kirjutage võrrand raua ja väävli vahel

• Raua ja hapniku reaktsioonide võrrand

• Näide raua ja väävli kombinatsiooni keemilisest reaktsioonist

• Hapniku ja raua vastasmõju võrrand

Küsimused selle üksuse kohta:

Raud on D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi neljanda perioodi kaheksanda rühma külgmise alamrühma element aatomnumbriga 26. Seda tähistatakse sümboliga Fe (lat. Ferrum). Üks levinumaid metalle maapõues (alumiiniumi järel teine ​​koht). Keskmise aktiivsusega metall, redutseerija.

Peamised oksüdatsiooniastmed - +2, +3

Lihtaine raud on tempermalmist hõbevalge metall, millel on kõrge keemiline reaktsioonivõime: raud korrodeerub kiiresti kõrgel temperatuuril või kõrge õhuniiskuse korral. Puhtas hapnikus raud põleb ja peeneks hajutatud olekus süttib õhu käes spontaanselt.

Lihtsa aine - raua keemilised omadused:

Roostetamine ja põlemine hapnikus

1) Õhus oksüdeerub raud niiskuse juuresolekul kergesti (roostetamine):

4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH) 3

Kuumutatud raudtraat põleb hapnikus, moodustades katlakivi - raudoksiidi (II, III):

3Fe + 2O2 → Fe3O4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)

2) Kõrgel temperatuuril (700–900°C) reageerib raud veeauruga:

3Fe + 4H 2O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Raud reageerib kuumutamisel mittemetallidega:

2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) Pingete seerias on see vesinikust vasakul, reageerib lahjendatud hapetega Hcl ja H 2 SO 4, samal ajal moodustuvad raua (II) soolad ja eraldub vesinik:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaktsioonid viiakse läbi ilma õhu juurdepääsuta, vastasel juhul muutub Fe +2 hapniku toimel järk-järgult Fe +3-ks)

Fe + H 2 SO 4 (erinev) → FeSO 4 + H 2

Kontsentreeritud oksüdeerivates hapetes lahustub raud ainult kuumutamisel, see läheb kohe Fe 3+ katiooniks:

2Fe + 6H 2SO 4 (konts.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (konts.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(külmas, kontsentreeritud lämmastik- ja väävelhappes passiivne

Sinakasse vasksulfaadi lahusesse sukeldatud raudnael kaetakse järk-järgult punase metallilise vase kattega.

5) Raud tõrjub endast paremale jäävaid metalle nende soolade lahustes.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Raua amfoteersus avaldub keemise ajal ainult kontsentreeritud leelistes:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2

ja moodustub naatriumtetrahüdroksoferraat(II) sade.

Tehniline raud- rauasulamid süsinikuga: malm sisaldab 2,06–6,67% C, terasest 0,02-2,06% C, sageli esinevad muud looduslikud lisandid (S, P, Si) ja kunstlikult sisse viidud spetsiaalsed lisandid (Mn, Ni, Cr), mis annab rauasulamitele tehniliselt kasulikud omadused - kõvaduse, termilise ja korrosioonikindluse, vormitavuse jne. . .

Kõrgahju raua tootmisprotsess

Raua tootmise kõrgahjuprotsess koosneb järgmistest etappidest:

a) sulfiid- ja karbonaatmaakide valmistamine (röstimine) – muundamine oksiidmaagiks:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)

b) koksi põletamine kuuma puhumisega:

C (koks) + O 2 (õhk) → CO 2 (600–700 ° C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700–1000 ° C)

c) oksiidmaagi redutseerimine süsinikmonooksiidi COga järjestikku:

Fe2O3 → (CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 → (CO) FeO → (CO) Fe

d) raua karburiseerimine (kuni 6,67% C) ja malmi sulatamine:

Fe (t ) →(C(koks)900-1200°С) Fe (g) (malm, t pl 1145°C)

Malmis on tsementiit Fe 2 C ja grafiit alati terade kujul.

Terase tootmine

Malmi ümberjaotamine teraseks toimub spetsiaalsetes ahjudes (konverter, lahtine kolle, elektriline), mis erinevad kuumutamismeetodi poolest; protsessi temperatuur 1700-2000 °C. Hapnikuga rikastatud õhu puhumine põletab malmist liigse süsiniku, aga ka oksiididena väävli, fosfori ja räni. Sel juhul püütakse oksiidid kinni heitgaaside (CO 2, SO 2) kujul või seotakse kergesti eraldatavasse räbu - Ca 3 (PO 4) 2 ja CaSiO 3 segusse. Spetsiaalsete teraste saamiseks sisestatakse ahju teiste metallide legeerivad lisandid.

Kviitung puhas raud tööstuses - rauasoolade lahuse elektrolüüs, näiteks:

FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektrolüüs)

(on ka teisi erimeetodeid, sealhulgas raudoksiidide redutseerimine vesinikuga).

Puhast rauda kasutatakse spetsiaalsete sulamite tootmisel, elektromagnetite ja trafode südamike valmistamisel, malmi kasutatakse valandite ja terase tootmisel, terast kasutatakse konstruktsiooni- ja tööriistamaterjalina, sh kulumis-, kuumus- ja korrosioonimaterjalina. - vastupidavad materjalid.

Raud(II)oksiid F EO . Amfoteerne oksiid, millel on suur põhiomaduste ülekaal. Must, ioonstruktuuriga Fe 2+ O 2-. Kuumutamisel see kõigepealt laguneb, seejärel moodustub uuesti. See ei moodustu raua põlemisel õhus. Ei reageeri veega. Lagunenud hapete toimel, sulanud leelistega. Niiskes õhus oksüdeerub aeglaselt. Taastatud vesiniku, koksi abil. Osaleb raua sulatamise kõrgahjuprotsessis. Seda kasutatakse keraamika ja mineraalvärvide komponendina. Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:

4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560–700 ° С, 900–1000 ° С)

FeO + 2HC1 (rasb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (konts.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4FeO3 (punane.) trioksoferraat (II)(400-500 °С)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (kõrge puhtusastmega) (350 ° C)

FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (üle 1000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H 2O (niiskus) + O 2 (õhk) → 4FeO (OH) (t)

6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Kviitung V laborid: raud(II)ühendite termiline lagunemine ilma õhu juurdepääsuta:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

diraudoksiid (III) - raud ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Topeltoksiid. Must, sellel on Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 ioonstruktuur. Termiliselt stabiilne kuni kõrgete temperatuurideni. Ei reageeri veega. Laguneb hapete toimel. Seda redutseerib vesinik, kuum raud. Osaleb raua tootmise kõrgahjuprotsessis. Seda kasutatakse mineraalvärvide komponendina ( minimaalne raud), keraamika, värviline tsement. Terasetoodete pinna erilise oksüdatsiooni saadus ( mustamine, sinetamine). Koostis vastab pruunile roostele ja raua tumedale katlakivile. Fe 3 O 4 valemi kasutamine ei ole soovitatav. Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (üle 1538 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (diff.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (konts.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (õhk) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (kõrge puhtusastmega, 1000 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500–800 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900–1000 ° С, 560–700 ° С)

Kviitung: raua põlemine (vt) õhus.

magnetiit.

Raud(III)oksiid F e 2 O 3 . Amfoteerne oksiid, mille põhiomadused on ülekaalus. Punakaspruun, ioonse struktuuriga (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termiliselt stabiilne kuni kõrgete temperatuurideni. See ei moodustu raua põlemisel õhus. Ei reageeri veega, lahusest sadestub pruun amorfne hüdraat Fe 2 O 3 nH 2 O. Reageerib aeglaselt hapete ja leelistega. Seda vähendavad süsinikmonooksiid, sula raud. Sulamid teiste metallide oksiididega ja moodustavad topeltoksiide - spinellid(tehnilisi tooteid nimetatakse ferriitideks). Kasutatakse toorainena kõrgahjuprotsessis raua sulatamisel, katalüsaatorina ammoniaagi tootmisel, keraamika, värviliste tsementide ja mineraalvärvide komponendina, teraskonstruktsioonide termiitkeevitamisel, heli- ja pildikandjana. magnetlintidele terase ja klaasi poleerimisvahendina.

Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:

6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (rasb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (konts.) → H 2 O+ 2 NAFeO 2 (punane)dioksoferraat (III)

Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (väga puhas, 1050–1100 ° С)

Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)

Kviitung laboris - raua (III) soolade termiline lagunemine õhus:

Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)

4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)

Looduses - raudoksiidi maagid hematiit Fe 2 O 3 ja limoniit Fe 2 O 3 nH 2 O

Raud(II)hüdroksiid F e(OH)2. Amfoteerne hüdroksiid, mille põhiomadused on ülekaalus. Valged (mõnikord roheka varjundiga) Fe-OH sidemed on valdavalt kovalentsed. Termiliselt ebastabiilne. Oksüdeerub kergesti õhu käes, eriti märjana (tumeneb). Vees lahustumatu. Reageerib lahjendatud hapetega, kontsentreeritud leelistega. Tüüpiline restauraator. Vahesaadus raua roostetamisel. Seda kasutatakse raud-nikkelakude aktiivmassi tootmiseks.

Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, atm.N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (rasb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (sinakasroheline) (keevad)

4Fe(OH)2 (suspensioon) + O 2 (õhk) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2O (t)

2Fe (OH) 2 (suspensioon) + H 2 O 2 (rasb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (konts.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)

Kviitung: leelise või ammoniaakhüdraadi lahusest sadestumine inertses atmosfääris:

Fe 2+ + 2OH (rasb.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4

Raudmetahüdroksiid F eO(OH). Amfoteerne hüdroksiid, mille põhiomadused on ülekaalus. Helepruunid, Fe-O ja Fe-OH sidemed on valdavalt kovalentsed. Kuumutamisel laguneb see sulamata. Vees lahustumatu. See sadestub lahusest pruuni amorfse polühüdraadi Fe 2 O 3 nH 2 O kujul, mis lahjendatud aluselise lahuse all hoidmisel või kuivatamisel muutub FeO-ks (OH). Reageerib hapetega, tahkete leelistega. Nõrk oksüdeeriv ja redutseeriv aine. Paagutatud Fe(OH)2-ga. Vahesaadus raua roostetamisel. Seda kasutatakse kollaste mineraalvärvide ja emailide alusena, heitgaaside absorbeerijana, orgaanilise sünteesi katalüsaatorina.

Ühenduse koostis Fe(OH) 3 ei ole teada (ei ole saadud).

Kõige olulisemate reaktsioonide võrrandid:

Fe2O3. nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560–700 °C õhus, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (rasb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (konts.))

FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH)6]valge, Na5 ja K4 vastavalt; mõlemal juhul sadestub sama koostise ja struktuuriga sinine saadus KFe III. Laboris nimetatakse seda sadet Preisi sinine, või turnbull sinine:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Algreaktiivide ja reaktsioonisaaduste keemilised nimetused:

K 3 Fe III – kaaliumheksatsüanoferraat (III)

K 4 Fe III – kaaliumheksatsüanoferraat (II)

KFe III - heksatsüanoferraat (II) raud (III) kaalium

Lisaks on tiotsüanaadi ioon NCS - hea reagent Fe 3+ ioonidele, sellega ühineb raud (III) ja ilmub helepunane (“verine”) värvus:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Selle reagendiga (näiteks KNCS soola kujul) võib kraanivees tuvastada isegi raua (III) jälgi, kui see läbib seestpoolt roostega kaetud raudtorusid.