خواص شیمیایی پایه آهن اهن

17. د - عناصر آهن، خصوصیات کلی، خواص. اکسیدها و هیدروکسیدها، ویژگی های CO و OM، بیورول، توانایی تشکیل کمپلکس.

1. مشخصات کلی.

اهن - عنصر d زیرگروه جانبی گروه هشتم دوره چهارم PSHE با عدد اتمی 26.

یکی از رایج ترین فلزات در پوسته زمین (مقام دوم بعد از آلومینیوم).

ماده ساده آهن، فلزی شکل‌پذیر به رنگ سفید نقره‌ای با واکنش‌پذیری شیمیایی بالا است: به سرعت آهن کنید. خوردگی می کنددر دماهای بالا یا رطوبت زیاد هوا.

4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

آهن در اکسیژن خالص می سوزد و در حالت پراکنده ریز خود به خود در هوا مشتعل می شود.

3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3

3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3

FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (ترازو آهن)

در واقع، آهن را معمولاً آلیاژهای آن با محتوای ناخالصی کم (تا 0.8٪) می نامند که نرمی و شکل پذیری فلز خالص را حفظ می کند. اما در عمل، آلیاژهای آهن با کربن بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند: فولاد (تا 2.14 درصد وزنی کربن) و چدن (بیش از 2.14 درصد وزنی کربن)، و همچنین فولاد ضد زنگ (آلیاژی) با افزودن فلزات آلیاژی. (کروم، منگنز، نیکل و غیره). ترکیبی از خواص ویژه آهن و آلیاژهای آن، آن را به "فلز شماره 1" برای انسان تبدیل کرده است.

در طبیعت، آهن به ندرت به صورت خالص یافت می شود؛ اغلب در شهاب سنگ های آهن نیکل یافت می شود. فراوانی آهن در پوسته زمین 4.65 درصد است (مقام چهارم پس از O, Si, Al). همچنین اعتقاد بر این است که آهن بیشتر هسته زمین را تشکیل می دهد.

2. خواص

1.خیابان فیزیکیآهن یک فلز معمولی است و در حالت آزاد به رنگ سفید نقره ای با رنگ مایل به خاکستری است. فلز خالص انعطاف پذیر است، ناخالصی های مختلف (به ویژه کربن) باعث افزایش سختی و شکنندگی آن می شود. دارای خواص مغناطیسی بارز است. به اصطلاح "سه گانه آهن" اغلب متمایز می شود - گروهی از سه فلز (آهن آهن، شرکت کبالت، نیکل نیکل) با خواص فیزیکی مشابه، شعاع اتمی و مقادیر الکترونگاتیوی.

2.خیابان شیمیایی

حالت اکسیداسیون	اکسید	هیدروکسید	شخصیت	یادداشت
			ضعیف پایه
			پایه بسیار ضعیف، گاهی آمفوتریک
	دریافت نشد	*	اسید	عامل اکسید کننده قوی

آهن با حالت های اکسیداسیون آهن - 2 + و 3 + مشخص می شود.

حالت اکسیداسیون +2 مربوط به اکسید سیاه FeO و هیدروکسید سبز Fe(OH) 2 است. آنها در طبیعت پایه هستند. در نمک ها، Fe(+2) به صورت کاتیون وجود دارد. Fe(+2) یک عامل کاهنده ضعیف است.

حالت اکسیداسیون +3 مربوط به اکسید قرمز قهوه ای Fe 2 O 3 و هیدروکسید قهوه ای Fe(OH) 3 است. آنها ماهیتی آمفوتر دارند، اگرچه اسیدی هستند و خواص اساسی آنها ضعیف است. بنابراین، یون های Fe 3+ کاملاً هستند هیدرولیز کنیدحتی در محیط اسیدی Fe(OH) 3 فقط در قلیاهای غلیظ حل می شود (و حتی پس از آن نه به طور کامل). Fe 2 O 3 با قلیاها فقط در صورت همجوشی واکنش می دهد و می دهد فریت ها(نمک های اسیدی رسمی اسید HFeO 2 که به صورت آزاد وجود ندارد):

آهن (+3) اغلب خواص اکسید کننده ضعیفی از خود نشان می دهد.

حالت های اکسیداسیون +2 و +3 به راحتی با تغییر شرایط ردوکس بین یکدیگر تغییر می کنند.

علاوه بر این، اکسید Fe 3 O 4 وجود دارد که حالت اکسیداسیون رسمی آهن در آن +8/3 است. با این حال، این اکسید را می توان به عنوان آهن (II) فریت Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 نیز در نظر گرفت.

همچنین حالت اکسیداسیون 6+ وجود دارد. اکسید و هیدروکسید مربوطه به شکل آزاد وجود ندارد، اما نمک ها به دست می آیند - فرات ها (به عنوان مثال، K 2 FeO 4). آهن (6+) به صورت آنیون در آنها وجود دارد. فرات ها عوامل اکسید کننده قوی هستند.

آهن فلزی خالص در آب و محلول های رقیق پایدار است قلیایی ها. آهن در اسیدهای سولفوریک و نیتریک غلیظ سرد به دلیل غیرفعال شدن سطح فلز توسط یک لایه اکسید قوی حل نمی شود. اسید سولفوریک غلیظ داغ، به عنوان یک عامل اکسید کننده قوی تر، با آهن تعامل دارد.

با نمکو رقیق شده (تقریبا 20%) گوگرد اسیدهاآهن واکنش نشان می دهد و نمک های آهن (II) را تشکیل می دهد:

هنگامی که آهن پس از گرم شدن با اسید سولفوریک تقریباً 70 درصد واکنش می دهد، واکنش تشکیل می شود سولفات آهن (III).:

3. اکسیدها و هیدروکسیدها، ویژگی های CO و OM ...

ترکیبات آهن (II).

اکسید آهن (II) FeO دارای خواص اساسی است؛ پایه Fe(OH) 2 مربوط به آن است. نمک های آهن (II) دارای رنگ سبز روشن هستند. هنگامی که ذخیره می شوند، به ویژه در هوای مرطوب، به دلیل اکسیداسیون به آهن (III) قهوه ای می شوند. همین فرآیند هنگام ذخیره محلول های آبی نمک های آهن (II) اتفاق می افتد:

پایدار از نمک های آهن (II) در محلول های آبی نمک مور- دو سولفات آمونیوم و آهن (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

یک معرف برای یون های Fe 2+ در محلول می تواند باشد هگزاسیانوفرات پتاسیم (III) K 3 (نمک قرمز خون). هنگامی که یون های Fe 2+ و 3- برهم کنش می کنند، یک رسوب تشکیل می شود تورنبول آبی:

برای تعیین کمی آهن (II) در محلول، استفاده کنید فنانترولین، تشکیل یک کمپلکس قرمز FePhen 3 با آهن (II) در محدوده pH وسیع (4-9)

ترکیبات آهن (III).

اکسید آهن (III) Fe 2 O 3 ضعیف است آمفوتریک، با یک باز حتی ضعیف تر از Fe(OH) 2، Fe(OH) 3 پاسخ داده می شود که با اسیدها واکنش می دهد:

نمک های Fe 3+ مستعد تشکیل هیدرات های کریستالی هستند. در آنها، یون Fe 3+ معمولا توسط شش مولکول آب احاطه شده است. چنین نمک هایی دارای رنگ صورتی یا بنفش هستند.یون Fe 3+ حتی در محیط اسیدی کاملاً هیدرولیز می شود. در pH>4 این یون تقریباً به طور کامل رسوب می کند به عنوان Fe(OH) 3:

با هیدرولیز جزئی یون Fe 3+، کاتیون های اکسو و هیدروکسوکاسیون چند هسته ای تشکیل می شوند، به همین دلیل است که محلول ها قهوه ای می شوند.خواص اصلی هیدروکسید آهن (III) Fe(OH) 3 بسیار ضعیف بیان می شود. فقط با محلول های غلیظ قلیایی قادر به واکنش است:

کمپلکس های هیدروکسی حاصل از آهن (III) فقط در محلول های قلیایی قوی پایدار هستند. هنگامی که محلول ها با آب رقیق می شوند، از بین می روند و Fe(OH) 3 رسوب می کنند.

هنگامی که با قلیاها و اکسیدهای سایر فلزات آلیاژ می شود، Fe 2 O 3 انواع مختلفی را تشکیل می دهد. فریت ها:

ترکیبات آهن (III) در محلول ها توسط آهن فلزی کاهش می یابد:

آهن (III) قادر به تشکیل سولفات های مضاعف با بار منفرد است کاتیون هانوع زاجبه عنوان مثال، KFe(SO 4) 2 - آلوم آهن - پتاسیم، (NH 4) Fe(SO 4) 2 - آلوم آهن - آمونیوم و غیره.

برای تشخیص کیفی ترکیبات آهن (III) در محلول، از واکنش کیفی یون‌های Fe 3+ با یون‌های تیوسیانات استفاده می‌شود. SCN − . هنگامی که یون های Fe 3+ با آنیون های SCN- تعامل می کنند، مخلوطی از کمپلکس های تیوسیانات آهن قرمز روشن 2+، +، Fe(SCN) 3، - تشکیل می شود. ترکیب مخلوط (و بنابراین شدت رنگ آن) به عوامل مختلفی بستگی دارد، بنابراین این روش برای تعیین دقیق کیفی آهن قابل استفاده نیست.

یکی دیگر از معرف های با کیفیت بالا برای یون های Fe 3+ است هگزاسیانوفرات پتاسیم (II) K 4 (نمک خون زرد). هنگامی که یون های Fe 3+ و 4- برهم کنش می کنند، رسوب آبی روشن تشکیل می شود آبی پروس:

ترکیبات آهن (VI)

فراتاس- نمک های اسید آهن H 2 FeO 4 که به صورت آزاد وجود ندارد. اینها ترکیباتی به رنگ بنفش هستند که از نظر خواص اکسیداتیو یادآور پرمنگنات ها و در حلالیت سولفات ها هستند. فرات ها در اثر عمل گازها تولید می شوند کلریا ازنبرای Fe(OH) 3 معلق در قلیایی به عنوان مثال، فرات پتاسیم (VI) K 2 FeO 4 . فرات ها به رنگ بنفش هستند.

Ferratas را نیز می توان به دست آورد الکترولیزمحلول قلیایی 30 درصد روی آند آهن:

فرات ها عوامل اکسید کننده قوی هستند. در یک محیط اسیدی با آزاد شدن اکسیژن تجزیه می شوند:

از خواص اکسید کننده فرات ها استفاده می شود ضد عفونی آب.

4. بیورول

1) در موجودات زنده، آهن عنصر کمیاب مهمی است که فرآیندهای تبادل اکسیژن (تنفس) را کاتالیز می کند.

۲) آهن معمولاً به صورت کمپلکس در آنزیم ها قرار می گیرد به ویژه این کمپلکس در هموگلوبین، مهم ترین پروتئینی که انتقال اکسیژن در خون را به تمام اندام های انسان و حیوانات تضمین می کند، وجود دارد. و اوست که خون را به رنگ قرمز مشخص خود رنگ می کند.

4) دوز بیش از حد آهن (200 میلی گرم و بالاتر) می تواند اثر سمی داشته باشد. مصرف بیش از حد آهن سیستم آنتی اکسیدانی بدن را مهار می کند، بنابراین مصرف مکمل های آهن برای افراد سالم توصیه نمی شود.

تعریف

اهن- عنصر گروه هشتم دوره چهارم جدول تناوبی عناصر شیمیایی اثر D.I. مندلیف.

و عدد حجم 26 است. نماد Fe (لاتین "ferrum") است. یکی از رایج ترین فلزات در پوسته زمین (مقام دوم بعد از آلومینیوم).

خواص فیزیکی آهن

آهن یک فلز خاکستری است. در شکل خالص آن کاملا نرم، چکش خوار و چسبناک است. پیکربندی الکترونیکی سطح انرژی بیرونی 3d 6 4s 2 است. آهن در ترکیبات خود حالت های اکسیداسیون «2+» و «+3» را نشان می دهد. نقطه ذوب آهن 1539 درجه سانتیگراد است. آهن دو تغییر کریستالی ایجاد می کند: α- و γ-آهن. اولی آنها دارای یک شبکه مکعبی در مرکز بدنه است، دومی دارای یک شبکه مکعبی وجهی است. آهن α از نظر ترمودینامیکی در دو محدوده دمایی پایدار است: زیر 912 و از 1394 درجه سانتیگراد تا نقطه ذوب. بین 912 و 1394 C-آهن پایدار است.

خواص مکانیکی آهن به خلوص آن بستگی دارد - محتوای حتی مقادیر بسیار کمی از عناصر دیگر در آن. آهن جامد توانایی حل بسیاری از عناصر را در خود دارد.

خواص شیمیایی آهن

در هوای مرطوب، آهن به سرعت زنگ می زند، یعنی. با پوشش قهوه ای اکسید آهن هیدراته پوشانده شده است، که به دلیل شکنندگی آن، آهن را از اکسیداسیون بیشتر محافظت نمی کند. در آب، آهن به شدت خورده می شود. با دسترسی فراوان به اکسیژن، اشکال هیدرات اکسید آهن (III) تشکیل می شود:

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

با کمبود اکسیژن یا دسترسی دشوار، اکسید مخلوط (II، III) Fe 3 O 4 تشکیل می شود:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

آهن در اسید هیدروکلریک با هر غلظتی حل می شود:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2.

انحلال در اسید سولفوریک رقیق به طور مشابه رخ می دهد:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

در محلول های غلیظ اسید سولفوریک، آهن به آهن اکسید می شود (III):

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

اما در اسید سولفوریک که غلظت آن نزدیک به 100 درصد است، آهن غیرفعال می شود و عملاً هیچ اثر متقابلی رخ نمی دهد. آهن در محلولهای رقیق و با غلظت متوسط ​​اسید نیتریک حل می شود:

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

در غلظت های بالای اسید نیتریک، انحلال کند می شود و آهن غیرفعال می شود.

مانند سایر فلزات، آهن با مواد ساده واکنش می دهد. واکنش بین آهن و هالوژن (صرف نظر از نوع هالوژن) هنگام گرم شدن رخ می دهد. تعامل آهن با برم در افزایش فشار بخار دومی رخ می دهد:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

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

برهمکنش آهن با گوگرد (پودر)، نیتروژن و فسفر نیز هنگام گرم شدن رخ می دهد:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

آهن قادر به واکنش با غیر فلزات مانند کربن و سیلیکون است:

3Fe + C = Fe 3 C;

در میان واکنش های برهمکنش آهن با مواد پیچیده، واکنش های زیر نقش ویژه ای ایفا می کنند - آهن قادر است فلزاتی را که در سری فعالیت سمت راست آن قرار دارند از محلول های نمکی (1)، احیای ترکیبات آهن (III) را کاهش دهد. 2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

آهن، در فشار بالا، با اکسید غیر نمک ساز - CO با تشکیل موادی با ترکیب پیچیده - کربونیل ها - Fe (CO) 5، Fe 2 (CO) 9 و Fe 3 (CO) 12 واکنش می دهد.

آهن در غیاب ناخالصی ها در آب و محلول های قلیایی رقیق پایدار است.

گرفتن آهن

روش اصلی به دست آوردن آهن از سنگ آهن (هماتیت، مگنتیت) یا الکترولیز محلول های نمک های آن است (در این حالت آهن "خالص" به دست می آید، یعنی آهن بدون ناخالصی).

نمونه هایی از حل مسئله

مثال 1

ورزش

ترازو آهن Fe 3 O 4 با وزن 10 گرم ابتدا با 150 میلی لیتر محلول اسید کلریدریک (با چگالی 1.1 گرم در میلی لیتر) با کسر جرمی هیدروژن کلرید 20 درصد تیمار شد و سپس آهن اضافی به محلول حاصل اضافه شد. ترکیب محلول را (بر حسب درصد وزنی) تعیین کنید.

راه حل

اجازه دهید معادلات واکنش را با توجه به شرایط مسئله بنویسیم: 8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). با دانستن چگالی و حجم محلول اسید کلریدریک، می توانید جرم آن را پیدا کنید: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) = 150×1.1 = 165 گرم. بیایید جرم کلرید هیدروژن را محاسبه کنیم: m(HCl) = m sol (HCl) ×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165×20%/100% = 33 گرم. جرم مولی (جرم یک مول) اسید کلریدریک، با استفاده از جدول عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف - 36.5 گرم در مول. بیایید مقدار هیدروژن کلرید را پیدا کنیم: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v(HCl) = 33/36.5 = 0.904 مول. جرم مولی (جرم یک مول) مقیاس، با استفاده از جدول عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف - 232 گرم در مول. بیایید مقدار ماده مقیاس را پیدا کنیم: v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0.043 مول. طبق رابطه 1، v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1:8، بنابراین، v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0.344 مول. سپس مقدار کلرید هیدروژن محاسبه شده با معادله (0.344 mol) کمتر از مقدار نشان داده شده در بیان مسئله (0.904 mol) خواهد بود. بنابراین، اسید کلریدریک بیش از حد است و واکنش دیگری رخ می دهد: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). اجازه دهید مقدار ماده کلرید آهن تشکیل شده در نتیجه اولین واکنش را تعیین کنیم (برای نشان دادن یک واکنش خاص از شاخص ها استفاده می کنیم): v 1 (FeCl 2): ​​v (Fe 2 O 3) = 1: 1 = 0.043 مول؛ v 1 (FeCl 3): v(Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0.086 مول. اجازه دهید مقدار هیدروژن کلرید را که در واکنش 1 واکنش نشان نداد و مقدار کلرید آهن (II) تشکیل شده در واکنش 3 را تعیین کنیم: v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0.904 – 0.344 = 0.56 mol; v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0.28 مول. اجازه دهید مقدار ماده FeCl 2 تشکیل شده در طی واکنش 2، مقدار کل ماده FeCl 2 و جرم آن را تعیین کنیم: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0.086 مول؛ v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0.129 مول؛ v مجموع (FeCl2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0.043 + 0.129 + 0.28 = 0.452 مول. m(FeCl 2) = v مجموع (FeCl 2) × M (FeCl 2) = 0.452 × 127 = 57.404 گرم. اجازه دهید مقدار ماده و جرم آهن وارد شده به واکنش های 2 و 3 را تعیین کنیم: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0.043 مول؛ v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v رم (HCl) = 0.28 mol; v sum (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0.043+0.28 = 0.323 mol; m(Fe) = v مجموع (Fe) ×M(Fe) = 0.323 × 56 = 18.088 گرم. بیایید مقدار ماده و جرم هیدروژن آزاد شده در واکنش 3 را محاسبه کنیم: v(H2) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 mol; m(H2) = v(H2) ×M(H2) = 0.28 × 2 = 0.56 گرم. جرم محلول حاصل از m’sol و کسر جرمی FeCl 2 در آن را تعیین می کنیم: m’ sol = m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) – m (H 2);

اهداف درس:

• دانش آموزان را با عنصر گروه ثانویه جدول تناوبی - آهن، ساختار، خواص آن آشنا کنید.
• مکان آهن در طبیعت، روش های بدست آوردن آن، کاربرد، خواص فیزیکی را بشناسید.
• بتوانید آهن را به عنوان عنصری از یک زیر گروه ثانویه مشخص کنید.
• قادر به اثبات خواص شیمیایی آهن و ترکیبات آن، نوشتن معادلات واکنش به صورت مولکولی، یونی، ردوکس.
• توسعه مهارت های دانش آموزان در ترکیب معادلات واکنش های مربوط به آهن، ایجاد دانش دانش آموزان در مورد واکنش های کیفی به یون های آهن.
• علاقه به موضوع را در خود پرورش دهید.

تجهیزات:آهن (پودر، پین، صفحه)، گوگرد، فلاسک اکسیژن، اسید کلریدریک، سولفات آهن (II)، کلرید آهن (III)، هیدروکسید سدیم، نمک های قرمز و زرد خون.

در طول کلاس ها

I. لحظه سازمانی

II. بررسی تکالیف

III. یادگیری مطالب جدید

1. معرفی معلم.

- اهمیت آهن در زندگی، نقش آن در تاریخ تمدن. یکی از رایج ترین فلزات در پوسته زمین آهن است. استفاده از آن بسیار دیرتر از سایر فلزات (مس، طلا، روی، سرب، قلع) آغاز شد که به احتمال زیاد به دلیل شباهت کم سنگ آهن با فلز است. برای افراد بدوی بسیار دشوار بود که بفهمند می توان فلز را از سنگ معدن به دست آورد که می توان با موفقیت در ساخت اشیاء مختلف استفاده کرد؛ این به دلیل نبود ابزار و وسایل لازم برای سازماندهی چنین فرآیندی بود. زمان زیادی گذشت تا اینکه انسان آموخت که آهن را از سنگ معدن استخراج کند و از آن فولاد و چدن بسازد.
در حال حاضر، سنگ آهن یک ماده خام ضروری برای متالورژی آهنی است، آن مواد معدنی که هیچ کشور صنعتی پیشرفته ای نمی تواند بدون آنها کار کند. تولید سالانه سنگ آهن در جهان تقریباً 350000000 تن است. برای ذوب آهن (میزان کربن 0.2-0.4 درصد)، چدن (2.5-4 درصد کربن)، فولاد (2.5-1.5 درصد کربن) استفاده می شود.فولاد بیشترین کاربرد را در صنعت نسبت به آهن و چدن دارد. چرا تقاضای بیشتری برای ذوب آن وجود دارد.
برای ذوب چدن از سنگ‌های آهن، کوره‌های بلندی استفاده می‌شود که بر روی زغال سنگ یا کک کار می‌کنند؛ فولاد و آهن از چدن در کوره‌های بازتابنده، مبدل‌های بسمر یا روش توماس ذوب می‌شوند.
فلزات آهنی و آلیاژهای آنها در زندگی و توسعه جامعه بشری اهمیت زیادی دارند. انواع اقلام خانگی و مصرفی از آهن می باشد. صدها میلیون تن فولاد و چدن برای ساخت کشتی، هواپیما، حمل و نقل ریلی، اتومبیل، پل، راه آهن، ساختمان های مختلف، تجهیزات و موارد دیگر استفاده می شود. هیچ شاخه ای از کشاورزی و صنعت وجود ندارد که در آن از آهن و آلیاژهای مختلف آن استفاده نشود.
معدود مواد معدنی که معمولاً در طبیعت یافت می شوند و حاوی آهن هستند، سنگ آهن هستند. این کانی ها عبارتند از: سنگ آهن قهوه ای، هماتیت، مگنتیت و غیره که ذخایر بزرگی را تشکیل می دهند و مناطق وسیعی را اشغال می کنند.
رابطه شیمیایی مگنتیت یا سنگ آهن مغناطیسی که دارای رنگ سیاه مایل به آهن و خاصیت منحصر به فرد - مغناطیس است، ترکیبی است متشکل از اکسید آهن و اکسید آهن. در محیط طبیعی می توان آن را هم به صورت توده های دانه ای یا جامد و هم به صورت بلورهای خوش فرم یافت. سنگ آهن از نظر محتوای آهن فلزی مگنتیت (تا 72 درصد) غنی ترین است.
بزرگترین ذخایر سنگ معدن مگنتیت در کشور ما در اورال ها، در کوه های ویسوکایا، بلاگودات، مگنیتنایا، در برخی از مناطق سیبری - حوضه رودخانه آنگارا، کوه شوریا، در قلمرو شبه جزیره کولا قرار دارد.

2. با کلاس کار کنید. ویژگی های آهن به عنوان یک عنصر شیمیایی

الف) موقعیت در جدول تناوبی:

تمرین 1.موقعیت آهن را در جدول تناوبی مشخص کنید؟

پاسخ:آهن در دوره چهارم ماژور، ردیف زوج، گروه هشتم، گروه فرعی قرار دارد.

ب) ساختار اتم:

وظیفه 2.ترکیب و ساختار اتم آهن، فرمول الکترونیکی و سلول ها را ترسیم کنید.

پاسخ: Fe +3 2) 8) 14) 2) فلز

p = 26
e = 26
n = (56 - 26) = 30

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

سوالالکترون های ظرفیت روی کدام لایه های آهن قرار دارند؟ چرا؟

پاسخ.الکترون های ظرفیت در لایه های آخر و ماقبل آخر قرار دارند، زیرا این عنصری از زیر گروه ثانویه است.

آهن به عنوان یک عنصر d طبقه بندی می شود؛ بخشی از سه عنصر - فلزات (Fe-Co-Ni) است.

ج) خواص ردوکس آهن:

سوالآهن چیست - یک عامل اکسید کننده یا یک عامل کاهنده؟ چه حالت های اکسیداسیون و ظرفیتی از خود نشان می دهد؟

پاسخ:

Fe 0 – 2e = Fe +3) عامل کاهنده
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; ظرفیت = II و III، ظرفیت 7 - نشان نمی دهد.

د) ترکیبات آهن:

FeO - اکسید پایه
Fe(OH) 2 - باز نامحلول
Fe 2 O 3 - اکسید با علائم آمفوتریسیته
Fe(OH) 3 - پایه ای با علائم آمفوتریکی
ترکیبات هیدروژنی فرار نیستند.

د) در طبیعت بودن

آهن دومین فلز فراوان در طبیعت است (بعد از آلومینیوم) آهن در حالت آزاد فقط در شهاب سنگ ها یافت می شود مهمترین ترکیبات طبیعی:

FeO*3HO – سنگ آهن قهوه ای،
FeO - سنگ آهن قرمز،
FeO (FeO*FeO) - سنگ آهن مغناطیسی،
FeS – پیریت آهن (پیریت)

ترکیبات آهن در موجودات زنده یافت می شود.

3. خصوصیات ماده ساده آهن

الف) ساختار مولکولی، نوع پیوند، نوع شبکه کریستالی؛ (مستقل)

ب) خواص فیزیکی آهن

آهن یک فلز خاکستری نقره ای است که چکش خواری، شکل پذیری و خواص مغناطیسی قوی دارد. چگالی آهن 7.87 گرم بر سانتی متر مکعب، نقطه ذوب 1539 تن در سانتی گراد است.

ج) خواص شیمیایی آهن:

اتم های آهن در واکنش ها الکترون اهدا می کنند و حالت های اکسیداسیون +2، + 3 و گاهی + 6 را نشان می دهند.
در واکنش ها، آهن یک عامل کاهنده است. با این حال، در دماهای معمولی حتی با فعال ترین عوامل اکسید کننده (هالوژن ها، اکسیژن، گوگرد) برهمکنش نمی کند، اما هنگامی که گرم می شود فعال می شود و با آنها واکنش می دهد:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 کلرید آهن (III)
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) اکسید آهن (III)
Fe +S = FeS سولفید آهن (II).

در دماهای بسیار بالا، آهن با کربن، سیلیکون و فسفر واکنش می دهد.

3Fe + C = Fe 3 C کاربید آهن (سیمانیت)
سیلیسید آهن 3Fe + Si = Fe 3 Si
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 فسفید آهن

آهن با مواد پیچیده واکنش نشان می دهد.
در هوای مرطوب، آهن به سرعت اسیدی می شود (خورده می شود):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
زنگ

آهن در وسط سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات قرار دارد، بنابراین یک فلز است متوسط ​​فعالیتتوانایی کاهش آهن کمتر از فلزات قلیایی، قلیایی خاکی و آلومینیوم است. فقط در دماهای بالا آهن داغ با آب واکنش نشان می دهد:

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2

آهن با اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک رقیق واکنش می دهد و هیدروژن را از آنها می گیرد:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2 + + H 2 0

در دماهای معمولی، آهن با اسید سولفوریک غلیظ برهمکنش نمی‌کند، زیرا توسط آن غیرفعال می‌شود. اسید سولفوریک غلیظ هنگام گرم شدن، آهن را به سولفات آهن (III) اکسید می‌کند:

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

اسید نیتریک رقیق، آهن را به نیترات آهن (III) اکسید می کند:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

اسید نیتریک غلیظ آهن را غیرفعال می کند.

از محلول های نمک، آهن فلزاتی را که در سمت راست آن در سری ولتاژ الکتروشیمیایی قرار دارند جابجا می کند:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

د) استفاده از آهن (به تنهایی)

ه) دریافت (به همراه دانش آموزان)

در صنعت، آهن با احیای سنگ آهن با کربن (کک) و مونوکسید کربن (II) در کوره بلند به دست می آید.
شیمی فرآیند کوره بلند به شرح زیر است:

C + O = CO
CO + C = 2CO
3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2
FeO + CO = Fe + CO 2

4. ترکیبات آهن

خواص شیمیایی این ترکیبات

اضافهترکیبات آهن (II) ناپایدار هستند، آنها می توانند اکسید شوند و به ترکیبات آهن (III) تبدیل شوند.

Fe + 2 Cl 2 + Cl 2 = Fe + 3 Cl 3 خانه ردوکس را تشکیل می دهند
طرح های Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe + 3 (OH) 3، یکسان کنید.

خواص شیمیایی این ترکیبات

همچنین، یک واکنش کیفی به Fe + 2 واکنش نمک های آهن (II) با ماده ای به نام نمک قرمز خون K3 است - این یک ترکیب پیچیده است.

3FeCl + 2K 3 = Fe 3)