Երկաթի հիմնական քիմիական հատկությունները. Երկաթ

17. դ -տարրեր Երկաթ, ընդհանուր բնութագրեր, հատկություններ. Օքսիդներ և հիդրօքսիդներ, CO և OM բնութագրեր, բիորոլ, կոմպլեքսներ առաջացնելու ունակություն:

1. Ընդհանուր բնութագրեր.

Երկաթ - 26 ատոմային համարով PSHE-ի չորրորդ շրջանի ութերորդ խմբի կողային ենթախմբի d-տարր:

Երկրակեղևի ամենատարածված մետաղներից մեկը (երկրորդ տեղը ալյումինից հետո)։

Երկաթ պարզ նյութը հյուծվող արծաթ-սպիտակ մետաղ է՝ բարձր քիմիական ռեակտիվությամբ. կոռոզիայի է ենթարկվումբարձր ջերմաստիճանի կամ օդի բարձր խոնավության դեպքում:

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

Երկաթը այրվում է մաքուր թթվածնի մեջ, իսկ նուրբ ցրված վիճակում օդում ինքնաբուխ բռնկվում է։

3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3

3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3

FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (երկաթի կշեռք)

Իրականում, երկաթը սովորաբար կոչվում է դրա համաձուլվածքներ՝ ցածր կեղտոտ պարունակությամբ (մինչև 0,8%), որոնք պահպանում են մաքուր մետաղի փափկությունն ու ճկունությունը։ Բայց գործնականում ավելի հաճախ օգտագործվում են ածխածնի հետ երկաթի համաձուլվածքներ՝ պողպատ (մինչև 2,14 wt.% ածխածին) և չուգուն (ավելի քան 2,14 wt.% ածխածին), ինչպես նաև չժանգոտվող (համաձուլված) պողպատ՝ համաձուլվող մետաղների հավելումներով։ (քրոմ, մանգան, նիկել և այլն): Երկաթի և դրա համաձուլվածքների առանձնահատուկ հատկությունների համադրությունը դարձնում է այն մարդկանց համար «թիվ 1 մետաղ»:

Բնության մեջ երկաթը հազվադեպ է հանդիպում մաքուր տեսքով, առավել հաճախ այն հանդիպում է երկաթ-նիկելային երկնաքարերում։ Երկրակեղևում երկաթի առատությունը կազմում է 4,65% (4-րդ տեղ՝ O, Si, Al-ից հետո)։ Ենթադրվում է, որ նաև երկաթը կազմում է երկրագնդի միջուկի մեծ մասը:

2.Հատկություններ

1.Ֆիզիկական Սբ.Երկաթը տիպիկ մետաղ է, ազատ վիճակում այն ​​արծաթափայլ սպիտակ է՝ մոխրագույն երանգով։ Մաքուր մետաղը ճկուն է, տարբեր կեղտերը (մասնավորապես ածխածինը) մեծացնում են դրա կարծրությունն ու փխրունությունը: Ունի ընդգծված մագնիսական հատկություններ։ Հաճախ առանձնանում է այսպես կոչված «երկաթի եռյակը»՝ երեք մետաղների խումբ (երկաթ Fe, կոբալտ Co, նիկել Ni)՝ նմանատիպ ֆիզիկական հատկություններով, ատոմային շառավիղներով և էլեկտրաբացասական արժեքներով։

2.Քիմիական Սբ.

Օքսիդացման վիճակ	Օքսիդ	Հիդրօքսիդ	Բնավորություն	Նշումներ
			Թույլ հիմնական
			Շատ թույլ հիմք, երբեմն ամֆոտեր
	Չի ստացվել	*	Թթու	Ուժեղ օքսիդացնող նյութ

Երկաթը բնութագրվում է երկաթի օքսիդացման աստիճաններով՝ +2 և +3։

Օքսիդացման աստիճանը +2 համապատասխանում է FeO սև օքսիդին և Fe(OH) 2 կանաչ հիդրօքսիդին: Դրանք հիմնական են: Աղերում Fe(+2) առկա է որպես կատիոն։ Fe(+2) թույլ վերականգնող նյութ է։

+3 օքսիդացման աստիճանը համապատասխանում է կարմիր-շագանակագույն օքսիդին Fe 2 O 3 և շագանակագույն հիդրօքսիդին Fe(OH) 3: Դրանք իրենց բնույթով ամֆոտեր են, թեև թթվային, և նրանց հիմնական հատկությունները թույլ են արտահայտված։ Այսպիսով, Fe 3+ իոնները ամբողջությամբ հիդրոլիզացնելնույնիսկ թթվային միջավայրում: Fe (OH) 3-ը լուծվում է (և նույնիսկ այն ժամանակ ոչ ամբողջությամբ), միայն խտացված ալկալիներում: Fe 2 O 3-ը ալկալիների հետ արձագանքում է միայն միաձուլման դեպքում՝ տալով ֆերիտներ(Թթվի պաշտոնական աղեր, որոնք գոյություն չունեն HFeO 2 թթվի ազատ ձևով).

Երկաթը (+3) ամենից հաճախ թույլ օքսիդացնող հատկություն է ցուցաբերում։

Օքսիդացման վիճակները +2 և +3 հեշտությամբ փոխվում են միմյանց միջև, երբ փոխվում են ռեդոքսի պայմանները:

Բացի այդ, կա Fe 3 O 4 օքսիդ, երկաթի պաշտոնական օքսիդացման վիճակը, որի մեջ +8/3 է: Այնուամենայնիվ, այս օքսիդը կարող է համարվել նաև որպես երկաթի (II) ֆերիտ Fe +2 (Fe +3 O 2) 2:

Կա նաև +6 օքսիդացման աստիճան: Համապատասխան օքսիդը և հիդրօքսիդը ազատ ձևով գոյություն չունեն, բայց ստացվում են աղեր՝ ֆերատներ (օրինակ՝ K 2 FeO 4)։ Դրանցում երկաթը (+6) առկա է անիոնի տեսքով։ Ֆերատները ուժեղ օքսիդացնող նյութեր են:

Մաքուր մետաղական երկաթը կայուն է ջրի և նոսր լուծույթների մեջ ալկալիներ. Երկաթը չի լուծվում սառը խտացված ծծմբային և ազոտական ​​թթուներում՝ ուժեղ օքսիդային թաղանթով մետաղի մակերեսի պասիվացման պատճառով: Տաք խտացված ծծմբաթթուն, լինելով ավելի ուժեղ օքսիդացնող նյութ, փոխազդում է երկաթի հետ։

ՀԵՏ աղև նոսրացված (մոտ 20%) ծծումբ թթուներերկաթը արձագանքում է երկաթի (II) աղերի ձևավորմանը.

Երբ երկաթը տաքացման ժամանակ փոխազդում է մոտավորապես 70% ծծմբաթթվի հետ, ռեակցիան առաջանում է երկաթ (III) սուլֆատ:

3.Օքսիդներ և հիդրօքսիդներ, CO և OM բնութագրեր...

Երկաթի (II) միացություններ

Երկաթի (II) օքսիդ FeO-ն ունի հիմնական հատկություններ, դրան համապատասխանում է Fe(OH) 2 հիմքը: Երկաթի (II) աղերն ունեն բաց կանաչ գույն։ Պահպանվելիս, հատկապես խոնավ օդում, դրանք շագանակագույն են դառնում երկաթի օքսիդացման պատճառով (III): Նույն գործընթացը տեղի է ունենում երկաթի (II) աղերի ջրային լուծույթների պահպանման ժամանակ.

Կայուն է երկաթի (II) աղերից ջրային լուծույթներում Մոհրի աղ- կրկնակի ամոնիում և երկաթ (II) սուլֆատ (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O:

Լուծման մեջ Fe 2+ իոնների ռեագենտ կարող է լինել կալիումի հեքսացիանոֆերատ (III) K 3 (արյան կարմիր աղ): Երբ Fe 2+ և 3− իոնները փոխազդում են, առաջանում է նստվածք turnbull կապույտ:

Լուծույթում երկաթի (II) քանակական որոշման համար օգտագործեք ֆենանտրոլին, ձևավորելով կարմիր կոմպլեքս FePhen 3 երկաթի (II) հետ pH լայն տիրույթում (4-9)

Երկաթի (III) միացություններ

Երկաթի (III) օքսիդ Fe 2 O 3 թույլ ամֆոտերիկ, դրան պատասխանվում է նույնիսկ ավելի թույլ հիմքով, քան Fe(OH) 2, Fe(OH) 3, որը փոխազդում է թթուների հետ.

Fe 3+ աղերը հակված են բյուրեղային հիդրատների առաջացմանը: Դրանցում Fe 3+ իոնը սովորաբար շրջապատված է ջրի վեց մոլեկուլներով։ Նման աղերն ունեն վարդագույն կամ մանուշակագույն գույն։Fe 3+ իոնը լիովին հիդրոլիզվում է նույնիսկ թթվային միջավայրում։ pH>4 դեպքում այս իոնը գրեթե ամբողջությամբ նստվածք է ստանում որպես Fe(OH) 3:

Fe 3+ իոնի մասնակի հիդրոլիզով առաջանում են բազմմիջուկային օքսո- և հիդրոքսոկացիոն կատիոններ, ինչի պատճառով լուծույթները դառնում են դարչնագույն։Երկաթի (III) հիդրօքսիդի Fe(OH) 3-ի հիմնական հատկությունները շատ թույլ են արտահայտված։ Այն ի վիճակի է արձագանքել միայն ալկալիների խտացված լուծույթների հետ.

Ստացված երկաթի (III) հիդրոքսոմպլեքսները կայուն են միայն ուժեղ ալկալային լուծույթներում։ Երբ լուծույթները ջրով նոսրացվում են, դրանք քայքայվում են, և Fe(OH) 3-ը նստում է:

Երբ համաձուլվում է ալկալիների և այլ մետաղների օքսիդների հետ, Fe 2 O 3-ը ձևավորում է մի շարք ֆերիտներ:

Երկաթի (III) միացությունները լուծույթներում կրճատվում են մետաղական երկաթով.

Երկաթը (III) ունակ է միայնակ լիցքավորված կրկնակի սուլֆատներ առաջացնել կատիոններտիպ շիբ, օրինակ, KFe (SO 4) 2 - կալիումի երկաթի շիբ, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - երկաթի ամոնիումի շիբ և այլն:

Լուծույթում երկաթի (III) միացությունների որակական հայտնաբերման համար օգտագործվում է Fe 3+ իոնների որակական ռեակցիա թիոցիանատ իոնների հետ. SCN − . Երբ Fe 3+ իոնները փոխազդում են SCN − անիոնների հետ, ձևավորվում է վառ կարմիր երկաթի թիոցիանատ 2+, +, Fe(SCN) 3, - խառնուրդ։ Խառնուրդի բաղադրությունը (հետևաբար դրա գույնի ինտենսիվությունը) կախված է տարբեր գործոններից, ուստի այս մեթոդը կիրառելի չէ երկաթի ճշգրիտ որակական որոշման համար:

Fe 3+ իոնների մեկ այլ բարձրորակ ռեագենտ է կալիումի հեքսացիանոֆերատ (II) K 4 (դեղին արյան աղ): Երբ Fe 3+ և 4− իոնները փոխազդում են, ձևավորվում է վառ կապույտ նստվածք Պրուսական կապույտ:

Երկաթի (VI) միացություններ

Ֆերատաներ- երկաթի թթվի H 2 FeO 4 աղեր, որոնք ազատ ձևով գոյություն չունեն. Սրանք մանուշակագույն միացություններ են, որոնք օքսիդացնող հատկություններով հիշեցնում են պերմանգանատները, իսկ լուծելիությամբ՝ սուլֆատները։ Ֆերատները առաջանում են գազային նյութի ազդեցությամբ քլորինկամ օզոնկասեցված Fe(OH) 3-ի համար ալկալիում օրինակ՝ կալիումի ֆերատ (VI) K 2 FeO 4 ։ Ֆերատները գունավոր են մանուշակագույն:

Ferratas-ը նույնպես կարելի է ձեռք բերել էլեկտրոլիզ 30% ալկալի լուծույթ երկաթի անոդի վրա.

Ֆերատները ուժեղ օքսիդացնող նյութեր են: Թթվային միջավայրում դրանք քայքայվում են թթվածնի արտազատմամբ.

Օգտագործվում են ֆերատների օքսիդացնող հատկությունները ջրի ախտահանում.

4.Բիորոլ

1) Կենդանի օրգանիզմներում երկաթը կարևոր միկրոտարր է, որը կատալիզացնում է թթվածնի փոխանակման (շնչառության) գործընթացները։

2) Երկաթը սովորաբար մտնում է ֆերմենտների մեջ կոմպլեքսի տեսքով, մասնավորապես, այս բարդույթը առկա է հեմոգլոբինում՝ ամենակարեւոր սպիտակուցը, որն ապահովում է արյան մեջ թթվածնի տեղափոխումը մարդկանց և կենդանիների բոլոր օրգաններ։ Եվ հենց նա է արյունը ներկում իրեն բնորոշ կարմիր գույնով։

4) Երկաթի չափազանց մեծ չափաբաժինը (200 մգ և ավելի) կարող է թունավոր ազդեցություն ունենալ: Երկաթի չափից մեծ չափաբաժինն արգելակում է օրգանիզմի հակաօքսիդանտ համակարգը, ուստի առողջ մարդկանց խորհուրդ չի տրվում երկաթի հավելումներ ընդունել:

ՍԱՀՄԱՆՈՒՄ

Երկաթ- Դ.Ի. Մենդելեևի Քիմիական տարրերի պարբերական աղյուսակի չորրորդ շրջանի ութերորդ խմբի տարրը:

Իսկ ծավալի համարը 26 է: Խորհրդանիշն է Fe (լատիներեն «ferrum»): Երկրակեղևի ամենատարածված մետաղներից մեկը (երկրորդ տեղը ալյումինից հետո)։

Երկաթի ֆիզիկական հատկությունները

Երկաթը մոխրագույն մետաղ է։ Իր մաքուր տեսքով այն բավականին փափուկ է, ճկուն և մածուցիկ: Արտաքին էներգիայի մակարդակի էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան 3d 6 4s 2 է: Իր միացություններում երկաթն ունի «+2» և «+3» օքսիդացման վիճակներ։ Երկաթի հալման ջերմաստիճանը 1539C է։ Երկաթը ձևավորում է երկու բյուրեղային ձևափոխումներ՝ α- և γ-երկաթ: Դրանցից առաջինն ունի մարմնակենտրոն խորանարդ վանդակ, երկրորդը՝ դեմքակենտրոն խորանարդ վանդակ։ α-երկաթը թերմոդինամիկորեն կայուն է երկու ջերմաստիճանի միջակայքում՝ 912-ից ցածր և 1394C-ից մինչև հալման կետ: 912-ի և 1394C-ի միջև γ-երկաթը կայուն է:

Երկաթի մեխանիկական հատկությունները կախված են նրա մաքրությունից՝ նրա մեջ նույնիսկ շատ փոքր քանակությամբ այլ տարրերի պարունակությունից: Պինդ երկաթն ունի իր մեջ բազմաթիվ տարրեր լուծելու հատկություն։

Երկաթի քիմիական հատկությունները

Խոնավ օդում երկաթը արագ ժանգոտում է, այսինքն. ծածկված է հիդրատացված երկաթի օքսիդի շագանակագույն ծածկով, որն իր փխրունության շնորհիվ չի պաշտպանում երկաթը հետագա օքսիդացումից: Ջրի մեջ երկաթը ինտենսիվ կոռոզիայի է ենթարկվում. թթվածնի առատ հասանելիությամբ ձևավորվում են երկաթի (III) օքսիդի հիդրատ ձևեր.

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

Թթվածնի պակասի կամ դժվար հասանելիության դեպքում ձևավորվում է խառը օքսիդ (II, III) Fe 3 O 4.

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2:

Երկաթը լուծվում է ցանկացած կոնցենտրացիայի աղաթթվի մեջ.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2:

Նոսրած ծծմբաթթվի մեջ լուծարումը տեղի է ունենում նույն կերպ.

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

Ծծմբաթթվի խտացված լուծույթներում երկաթը օքսիդացվում է երկաթի (III).

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

Սակայն ծծմբաթթվի մեջ, որի կոնցենտրացիան մոտ է 100%-ին, երկաթը դառնում է պասիվ և գործնականում փոխազդեցություն չի առաջանում։ Երկաթը լուծվում է ազոտաթթվի նոսր և չափավոր խտացված լուծույթներում.

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

Ազոտական ​​թթվի բարձր կոնցենտրացիաների դեպքում տարրալուծումը դանդաղում է, և երկաթը դառնում է պասիվ:

Ինչպես մյուս մետաղները, երկաթը փոխազդում է պարզ նյութերի հետ։ Երկաթի և հալոգենների (անկախ հալոգենի տեսակից) ռեակցիաները տեղի են ունենում տաքացման ժամանակ։ Երկաթի փոխազդեցությունը բրոմի հետ տեղի է ունենում վերջինիս գոլորշիների ճնշման բարձրացման դեպքում.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

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

Երկաթի փոխազդեցությունը ծծմբի (փոշի), ազոտի և ֆոսֆորի հետ տեղի է ունենում նաև տաքացնելիս.

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Երկաթը ի վիճակի է արձագանքել ոչ մետաղների հետ, ինչպիսիք են ածխածինը և սիլիցիումը.

3Fe + C = Fe 3 C;

Երկաթի բարդ նյութերի հետ փոխազդեցության ռեակցիաների մեջ առանձնահատուկ դեր են խաղում հետևյալ ռեակցիաները. երկաթն ի վիճակի է աղի լուծույթներից (1) նվազեցնելու այն մետաղները, որոնք գտնվում են ակտիվության շարքի մեջ՝ աղի լուծույթներից (1), նվազեցնելով երկաթի (III) միացությունները ( 2):

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

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

Երկաթը, բարձր ճնշման դեպքում, փոխազդում է ոչ աղ առաջացնող օքսիդի՝ CO-ի հետ՝ առաջացնելով բարդ բաղադրությամբ նյութեր՝ կարբոնիլներ՝ Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 և Fe 3 (CO) 12։

Երկաթը, կեղտերի բացակայության դեպքում, կայուն է ջրի և նոսր ալկալիների լուծույթներում:

Երկաթ ստանալը

Երկաթի ստացման հիմնական եղանակը երկաթի հանքաքարից (հեմատիտ, մագնետիտ) կամ դրա աղերի լուծույթների էլեկտրոլիզն է (այս դեպքում ստացվում է «մաքուր» երկաթ, այսինքն՝ երկաթ առանց կեղտոտության):

Խնդիրների լուծման օրինակներ

ՕՐԻՆԱԿ 1

Զորավարժություններ

10 գ կշռող երկաթի կշեռք Fe 3 O 4 նախ մշակվել է 150 մլ աղաթթվի լուծույթով (խտությունը 1,1 գ/մլ) քլորաջրածնի զանգվածային բաժնով 20%, ապա ստացված լուծույթին ավելացվել է ավելցուկ երկաթ։ Որոշեք լուծույթի բաղադրությունը (ըստ կշռի տոկոսներով):

Լուծում

Գրենք ռեակցիայի հավասարումները՝ ըստ խնդրի պայմանների. 8HCl + Fe 3 O 4 = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2): Իմանալով աղաթթվի լուծույթի խտությունը և ծավալը, կարող եք գտնել դրա զանգվածը. m sol (HCl) = V (HCl) × ρ (HCl); մ սոլ (HCl) = 150×1,1 = 165 գ: Եկեք հաշվարկենք քլորաջրածնի զանգվածը. m(HCl) = m sol (HCl) ×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165×20%/100% = 33 գ. Աղաթթվի մոլային զանգվածը (մեկ մոլի զանգվածը)՝ հաշվարկված Դ.Ի.-ի քիմիական տարրերի աղյուսակի միջոցով։ Մենդելեև – 36,5 գ/մոլ. Եկեք գտնենք քլորաջրածնի քանակը. v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v(HCl) = 33/36.5 = 0.904 մոլ: Կշեռքի մոլային զանգված (մեկ մոլի զանգված), որը հաշվարկված է քիմիական տարրերի աղյուսակի միջոցով Դ.Ի. Մենդելեև – 232 գ/մոլ. Եկեք գտնենք մասշտաբի նյութի քանակը. v(Fe 3 O 4) = 10/232 = 0.043 մոլ: Համաձայն 1 հավասարման՝ v(HCl)՝ v(Fe 3 O 4) = 1:8, հետևաբար, v(HCl) = 8 v(Fe 3 O 4) = 0.344 մոլ: Այնուհետև (0,344 մոլ) հավասարմամբ հաշվարկված քլորաջրածնի քանակությունը պակաս կլինի խնդրի դրույթում նշվածից (0,904 մոլ): Հետևաբար, աղաթթունն ավելցուկ է, և մեկ այլ ռեակցիա տեղի կունենա. Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3): Եկեք որոշենք առաջին ռեակցիայի արդյունքում ձևավորված երկաթի քլորիդ նյութի քանակը (հատուկ ռեակցիան նշելու համար օգտագործում ենք ինդեքսներ). v 1 (FeCl 2):v(Fe 2 O 3) = 1:1 = 0.043 մոլ; v 1 (FeCl 3):v(Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 մոլ: Եկեք որոշենք քլորաջրածնի քանակը, որը չի արձագանքել ռեակցիա 1-ում և երկաթի (II) քլորիդի քանակը, որը ձևավորվել է ռեակցիայի 3-ի ժամանակ. v rem (HCl) = v(HCl) – v 1 (HCl) = 0,904 – 0,344 = 0,56 մոլ; v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0.28 մոլ: Որոշենք 2-րդ ռեակցիայի ընթացքում ձևավորված FeCl 2 նյութի քանակը, FeCl 2 նյութի ընդհանուր քանակը և դրա զանգվածը. v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 մոլ; v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 մոլ; v գումար (FeCl 2) = v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 մոլ; m(FeCl 2) = v գումար (FeCl 2) × M (FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 գ: Եկեք որոշենք նյութի և երկաթի զանգվածը, որը մտել է 2 և 3 ռեակցիաների մեջ. v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) = 1/2× v 2 (FeCl 3) = 0.043 մոլ; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 մոլ; v գումար (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043+0,28 = 0,323 մոլ; m(Fe) = v գումար (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 գ: Հաշվարկենք նյութի քանակությունը և ջրածնի զանգվածը, որը թողարկվել է 3-րդ ռեակցիայում. v(H 2) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 մոլ; m(H 2) = v(H 2) ×M(H 2) = 0.28 × 2 = 0.56 գ: Որոշում ենք ստացված m’sol լուծույթի զանգվածը և դրանում FeCl 2-ի զանգվածային բաժինը. m’ sol = m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) – m (H 2);

Դասի նպատակները.

• Սովորողներին ծանոթացնել Պարբերական աղյուսակի երկրորդական խմբի տարրին՝ երկաթին, նրա կառուցվածքին, հատկություններին:
• Իմանալ երկաթի գտնվելու վայրը բնության մեջ, դրա ստացման եղանակները, կիրառությունը, ֆիզիկական հատկությունները:
• Կարողանալ բնութագրել երկաթը որպես երկրորդական ենթախմբի տարր:
• Կարողանալ ապացուցել երկաթի և նրա միացությունների քիմիական հատկությունները, գրել ռեակցիայի հավասարումներ մոլեկուլային, իոնային, ռեդոքսային ձևերով:
• Սովորողների մոտ զարգացնել երկաթի հետ կապված ռեակցիաների հավասարումներ կազմելու հմտությունները, ձևավորել ուսանողների գիտելիքները երկաթի իոնների նկատմամբ որակական ռեակցիաների վերաբերյալ:
• Մշակել հետաքրքրություն առարկայի նկատմամբ:

Սարքավորումներ:երկաթ (փոշի, քորոց, ափսե), ծծումբ, թթվածնի կոլբ, աղաթթու, երկաթ (II) սուլֆատ, երկաթ (III) քլորիդ, նատրիումի հիդրօքսիդ, կարմիր և դեղին արյան աղեր:

ԴԱՍԵՐԻ ԺԱՄԱՆԱԿ

I. Կազմակերպչական պահ

II. Տնային առաջադրանքների ստուգում

III. Նոր նյութ սովորելը

1. Ուսուցչի ներածություն.

– Երկաթի նշանակությունը կյանքում, նրա դերը քաղաքակրթության պատմության մեջ: Երկրակեղևի ամենատարածված մետաղներից մեկը երկաթն է: Այն սկսել է օգտագործել շատ ավելի ուշ, քան մյուս մետաղները (պղինձ, ոսկի, ցինկ, կապար, անագ), ինչը, ամենայն հավանականությամբ, պայմանավորված է մետաղի հետ երկաթի հանքաքարի ցածր նմանությամբ։ Նախնադարյան մարդկանց համար շատ դժվար էր գիտակցել, որ հանքաքարից կարելի է մետաղ ստանալ, որը հաջողությամբ կարող է օգտագործվել տարբեր առարկաների արտադրության մեջ, դա պայմանավորված էր նման գործընթաց կազմակերպելու համար գործիքների և անհրաժեշտ սարքերի բացակայության պատճառով: Բավականին երկար ժամանակ է անցել, մինչև մարդը սովորեց հանքաքարից երկաթ հանել և դրանից պողպատ և չուգուն պատրաստել։
Այս պահին երկաթի հանքաքարերը սեւ մետալուրգիայի համար անհրաժեշտ հումք են, այն օգտակար հանածոները, առանց որոնց ոչ մի զարգացած արդյունաբերական երկիր չի կարող անել։ Երկաթի հանքաքարի համաշխարհային տարեկան արտադրությունը կազմում է մոտավորապես 350,000,000 տոննա։ Օգտագործվում են երկաթի (ածխածնի պարունակությունը 0,2–0,4%), չուգունի (2,5–4% ածխածին), պողպատի (2,5–1,5% ածխածին) ձուլման համար։ ինչու է դրա հալման ավելի մեծ պահանջարկը։
Երկաթի հանքաքարերից չուգուն հալեցնելու համար օգտագործվում են պայթուցիկ վառարաններ, որոնք աշխատում են ածխի կամ կոքսի վրա, պողպատը և երկաթը հալվում են չուգունից՝ ռեվերբերացիոն բաց օջախ վառարաններում, Բեսեմերի փոխարկիչներում կամ Թոմասի մեթոդով։
Սև մետաղները և դրանց համաձուլվածքները մեծ նշանակություն ունեն մարդկային հասարակության կյանքում և զարգացման համար: Բոլոր տեսակի կենցաղային և սպառողական իրերը պատրաստված են երկաթից։ Նավերի, ինքնաթիռների, երկաթուղային տրանսպորտի, մեքենաների, կամուրջների, երկաթուղիների, տարբեր շենքերի, սարքավորումների և այլ իրերի կառուցման համար օգտագործվում են հարյուր միլիոնավոր տոննա պողպատ և չուգուն։ Գյուղատնտեսության և արդյունաբերության ճյուղ չկա, որ չօգտագործի երկաթը և դրա տարբեր համաձուլվածքները։
Մի քանի հանքանյութեր, որոնք հաճախ հանդիպում են բնության մեջ, իրենց բաղադրության մեջ երկաթ ունենալով, հենց երկաթի հանքաքար են: Այդ միներալներից են՝ շագանակագույն երկաթի հանքաքարը, հեմատիտը, մագնետիտը և այլն, որոնք մեծ հանքավայրեր են կազմում և զբաղեցնում հսկայական տարածքներ:
Մագնետիտի կամ մագնիսական երկաթի հանքաքարի քիմիական հարաբերակցությունը, որն ունի երկաթ-սև գույն և յուրահատուկ հատկություն՝ մագնիսականություն, երկաթի օքսիդից և երկաթի օքսիդից բաղկացած միացություն է։ Բնական միջավայրում այն ​​հանդիպում է ինչպես հատիկավոր կամ շարունակական զանգվածների, այնպես էլ լավ ձևավորված բյուրեղների տեսքով։ Երկաթի հանքաքարը մետաղական երկաթի մագնետիտի պարունակությամբ ամենահարուստն է (մինչև 72%)։
Մեր երկրում մագնետիտի հանքաքարերի ամենամեծ հանքավայրերը գտնվում են Ուրալում, Բարձր, Բլագոդատ, Մագնիտնայա լեռներում, Սիբիրի որոշ շրջաններում՝ Անգարա գետի ավազանում, Գորնայա Շորիա, Կոլա թերակղզու տարածքում:

2. Աշխատեք դասարանի հետ: Երկաթի՝ որպես քիմիական տարրի բնութագրերը

ա) Դիրքը պարբերական աղյուսակում.

Վարժություն 1.Որոշե՞լ երկաթի դիրքը Պարբերական աղյուսակում:

Պատասխան.Երկաթը գտնվում է 4-րդ խոշոր շրջանում, զույգ շարք, 8-րդ խումբ, կողային խումբ։

բ) ատոմի կառուցվածքը.

Առաջադրանք 2.Գծե՛ք երկաթի ատոմի բաղադրությունը և կառուցվածքը, էլեկտրոնային բանաձևը և բջիջները:

Պատասխան. Fe +3 2) 8) 14) 2) մետաղ

p = 26
e = 26
n = (56 – 26) = 30

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

Հարց.Երկաթի ո՞ր շերտերի վրա են գտնվում վալենտային էլեկտրոնները. Ինչո՞ւ։

Պատասխանել.Վալենտային էլեկտրոնները գտնվում են վերջին և նախավերջին շերտերի վրա, քանի որ սա կողմնակի ենթախմբի տարր է:

Երկաթը դասակարգվում է որպես d-տարր, այն տարրերի եռյակի մի մասն է՝ մետաղներ (Fe-Co-Ni);

գ) երկաթի ռեդոքսային հատկությունները.

Հարց.Ի՞նչ է երկաթը՝ օքսիդացնող նյութ, թե՞ վերականգնող։ Ի՞նչ օքսիդացման վիճակներ և վալենտություն է այն ցուցադրում:

Պատասխան.

Fe 0 – 2e = Fe +3) վերականգնող նյութ
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; վալենտություն = II և III, վալենտություն 7 – ցույց չի տալիս;

դ) երկաթի միացություններ.

FeO - հիմնական օքսիդ
Fe(OH) 2 – չլուծվող հիմք
Fe 2 O 3 – օքսիդ՝ ամֆոտերության նշաններով
Fe(OH) 3 – հիմք` ամֆոտերության նշաններով
Ցնդող ջրածնի միացությունները չեն:

դ) բնության մեջ լինելը.

Երկաթը բնության մեջ երկրորդ ամենաառատ մետաղն է (ալյումինից հետո): Ազատ վիճակում երկաթը հանդիպում է միայն երկնաքարերում: Ամենակարևոր բնական միացությունները.

FeO*3HO - շագանակագույն երկաթի հանքաքար,
FeO - կարմիր երկաթի հանքաքար,
FeO (FeO*FeO) - մագնիսական երկաթի հանքաքար,
FeS - երկաթի պիրիտ (պիրիտ)

Երկաթի միացությունները հանդիպում են կենդանի օրգանիզմներում։

3. Երկաթ պարզ նյութի բնութագրերը

ա) մոլեկուլային կառուցվածք, կապի տեսակ, բյուրեղային ցանցի տեսակ; (անկախ)

բ) երկաթի ֆիզիկական հատկությունները

Երկաթը արծաթագույն-մոխրագույն մետաղ է, ունի մեծ ճկունություն, ճկունություն և ուժեղ մագնիսական հատկություններ: Երկաթի խտությունը 7,87 գ/սմ 3 է, հալման կետը՝ 1539 տ o C։

գ) երկաթի քիմիական հատկությունները.

Երկաթի ատոմները ռեակցիաների ժամանակ տալիս են էլեկտրոններ և ցույց են տալիս օքսիդացման վիճակներ + 2, + 3 և երբեմն + 6:
Ռեակցիաներում երկաթը վերականգնող նյութ է։ Այնուամենայնիվ, սովորական ջերմաստիճանում այն ​​չի փոխազդում նույնիսկ ամենաակտիվ օքսիդացնող նյութերի հետ (հալոգեններ, թթվածին, ծծումբ), բայց երբ տաքացվում է, այն ակտիվանում է և արձագանքում դրանց հետ.

2Fe +3Cl 2 = 2FeCl 3 Երկաթի (III) քլորիդ
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) Երկաթի (III) օքսիդ
Fe +S = FeS Երկաթի (II) սուլֆիդ

Շատ բարձր ջերմաստիճանի դեպքում երկաթը փոխազդում է ածխածնի, սիլիցիումի և ֆոսֆորի հետ։

3Fe + C = Fe 3 C Երկաթի կարբիդ (ցեմենտիտ)
3Fe + Si = Fe 3 Si Երկաթի սիլիցիդ
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Երկաթի ֆոսֆիդ

Երկաթը փոխազդում է բարդ նյութերի հետ։
Խոնավ օդում երկաթը արագ թթվում է (կոռոզիայից).

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

Երկաթը գտնվում է մետաղների էլեկտրաքիմիական լարման շարքի մեջտեղում, հետևաբար այն մետաղ է միջին ակտիվություն.Երկաթի վերականգնողական կարողությունը ավելի քիչ է, քան ալկալային, հողալկալիական մետաղները և ալյումինը: Միայն բարձր ջերմաստիճանի դեպքում է տաք երկաթը արձագանքում ջրի հետ.

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

Երկաթը փոխազդում է նոսր ծծմբական և աղաթթուների հետ՝ դրանցից հեռացնելով ջրածինը.

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0

Սովորական ջերմաստիճանում երկաթը չի փոխազդում խտացված ծծմբաթթվի հետ, քանի որ այն պասիվացվում է դրա կողմից: Երբ տաքացվում է, խտացված ծծմբաթթուն երկաթը օքսիդացնում է երկաթի (III) սուլֆատի.

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

Նոսրացված ազոտական ​​թթուն երկաթը օքսիդացնում է երկաթի (III) նիտրատի.

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

Խտացված ազոտական ​​թթուն պասիվացնում է երկաթը:

Աղի լուծույթներից երկաթը տեղահանում է մետաղները, որոնք գտնվում են իրենից աջ էլեկտրաքիմիական լարման շարքում.

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

դ) երկաթի օգտագործումը (ինքնուրույն)

ե) ստանալը (ուսանողների հետ միասին)

Արդյունաբերության մեջ երկաթը ստացվում է պայթուցիկ վառարաններում ածխածնով (կոքսով) և ածխածնի օքսիդով (II) երկաթի հանքաքարերից վերացնելով։
Պայթուցիկ վառարանի գործընթացի քիմիան հետևյալն է.

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

4. Երկաթի միացություններ

Այս միացությունների քիմիական հատկությունները.

Հավելում.Երկաթի (II) միացությունները անկայուն են, կարող են օքսիդանալ և վերածվել երկաթի (III) միացությունների

Fe +2 Cl 2 + Cl 2 = Fe +3 Cl 3 կազմում են ռեդոքս տունը
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 \u003d Fe +3 (OH) 3 սխեմաներ, հավասարեցրեք:

Այս միացությունների քիմիական հատկությունները

Նաև Fe +2-ի նկատմամբ որակական ռեակցիան երկաթի (II) աղերի ռեակցիան է մի նյութի հետ, որը կոչվում է արյան կարմիր աղ K3 - սա բարդ միացություն է:

3FeCl + 2K 3 = Fe 3)