Chlorek żelaza- średnia sól żelaza żelazowego i kwasu solnego. Z wyglądu ten surowiec chemiczny jest miękką krystaliczną masą o rdzawo-brązowo-czarnej barwie. Jego temperatura wrzenia wynosi 319°C, temperatura topnienia 309°C. Chlorek żelazowy powstaje w wyniku ogrzewania żelaza z chlorem. Można go również otrzymać jako produkt uboczny przy produkcji chlorku tytanu TiCl4 i chlorku glinu AlCl3. Innym sposobem otrzymania chlorku żelaza jest chlorowanie na gorąco lub utlenianie roztworu FeCl2, a następnie odparowanie roztworu FeCl3.
Zakres zastosowania chlorku żelaza jest dość szeroki. Jest używany jako koagulant do oczyszczania wody, jako katalizator w syntezie organicznej, jako zaprawa w procesie barwienia tkanin, a także do otrzymywania pigmentów żelaza i innych soli żelaza. Roztwór chlorku żelaza jest również używany do trawienia płytek drukowanych.
Chlorek żelazowy stał się dość powszechnym koagulantem w procesie oczyszczania ścieków przemysłowych i komunalnych. W porównaniu do innych koagulantów, w szczególności siarczanu glinu, ten produkt chemiczny ma ważną zaletę - Chlorek żelaza obdarzony wysokim współczynnikiem osadzania się różnych zanieczyszczeń. W wyniku hydrolizy chlorek żelazowy tworzy słabo rozpuszczalny wodorotlenek żelaza. Podczas jego powstawania wychwytywane są różne zanieczyszczenia organiczne i nieorganiczne, tworząc luźne płatki, które można łatwo usunąć z oczyszczanych ścieków. Płatki takie, o gęstości 1001–1100 g/l i wielkości 0,5–3,0 milimetrów, charakteryzują się dość dużą powierzchnią i doskonałą aktywnością sorpcyjną. W procesie ich powstawania w strukturę włączane są substancje zawieszone (duże mikroorganizmy, komórki planktonu, muł, szczątki roślin), cząstki koloidalne, a także część jonów zanieczyszczeń związanych na powierzchni tych cząstek. Dzięki temu produktowi proces sedymentacji osadów przebiega znacznie szybciej i głębiej. Kolejną zaletą chlorku żelaza jest jego korzystny wpływ na biochemiczny rozkład osadów. Do wysokiej jakości oczyszczania ścieków wymagane jest 30 g chlorku żelaza na metr sześcienny. Oczyszczanie wody chlorkiem żelaza zmniejsza zawartość zanieczyszczeń rozpuszczalnych do 25 proc., a nierozpuszczalnych do 95 proc. Podczas oczyszczania ścieków przemysłowych i komunalnych podchloryn sodu niszczy związki toksyczne i mikroorganizmy.
Ze względu na swoje wyraźne właściwości kwasowe, chlorek żelazowy stosowany jest jako katalizator w procesach syntezy organicznej, przy produkcji żywic żaroodpornych oraz przy utlenianiu bitumu naftowego. Chlorek żelaza jest energicznym środkiem chlorującym, dlatego służy do selektywnej ekstrakcji niektórych składników rudy. W szczególności ten surowiec chemiczny jest wymagany w węglowodorach aromatycznych w reakcjach podstawienia elektrofilowego. Znane jest również stosowanie wodnych roztworów chlorku żelaza. Posiadając dość łagodne właściwości trawiące, stosowane są w przemyśle elektronicznym oraz przy budowie przyrządów do trawienia płytek drukowanych, części metalowych i folii miedzianej. Odpowiedni Chlorek żelaza i w budownictwie. Stosowany jest jako dodatek do cementu portlandzkiego w celu przyspieszenia procesu wiązania. Dodatek chlorku żelaza znacznie zwiększa wytrzymałość betonu. Produkt ten znajduje zastosowanie także w innych obszarach życia człowieka, a w szczególności:
za jego pomocą oczyszczane są wody naturalne w systemach uzdatniania wody;
olej jest usuwany ze ścieków roślin oleistych i tłuszczowych;
stosuje się go do oczyszczania ścieków z przedsiębiorstw skórzanych i futrzarskich ze związków chromu;
do zmiękczania wody pitnej;
jak również w syntezie chloroorganicznego
Ogólne informacje na temat hydrolizy chlorku żelaza (III).
DEFINICJA
Chlorek żelaza(III).– sól średnia utworzona przez słabą zasadę – wodorotlenek żelaza (III) (Fe(OH) 3) i mocny kwas – solny (chlorowodorek) (HCl). Wzór – FeCl 3.
Jest to substancja o strukturze krystalicznej w kolorze czarnobrązowym, ciemnoczerwonym, fioletowym lub zielonym, w zależności od kąta padania światła. Masa cząsteczkowa – 162 g/mol.
Ryż. 1. Chlorek żelaza (II). Wygląd.
Hydroliza chlorku żelaza(III).
Hydrolizuje na kationie. Natura środowiska jest kwaśna. Teoretycznie możliwy jest drugi i trzeci etap. Równanie hydrolizy jest następujące:
Pierwszy etap:
FeCl 3 ↔ Fe 3+ +3Cl - (dysocjacja soli);
Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + (hydroliza kationowa);
Fe 3+ +3Cl - + HOH ↔ FeOH 2+ +3Cl - + H + (równanie jonowe);
FeCl 3 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl 2 + HCl (równanie cząsteczkowe).
Drugi etap:
Fe(OH)Cl 2 ↔ FeOH 2+ + 2Cl - (dysocjacja soli);
FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + H + (hydroliza kationowa);
FeOH 2+ + 2Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + 2Cl - + H + (równanie jonowe);
Fe(OH)Cl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 Cl + HCl (równanie cząsteczkowe).
Trzeci etap:
Fe(OH) 2 Cl ↔ Fe(OH) 2 + + Cl - (dysocjacja soli);
Fe(OH) 2 + + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H + (hydroliza kationowa);
Fe(OH) 2 + + Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + Cl - + H + (równanie jonowe);
Fe(OH) 2Cl + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + HCl (równanie cząsteczkowe).
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
| Ćwiczenia | Do roztworu wodorotlenku sodu o masie 150 g (ω = 10%) dodano roztwór chlorku żelaza(III), w wyniku czego wytrącił się brązowy osad – wodorotlenek żelaza(III). Określ jego masę. |
| Rozwiązanie | Zapiszmy równanie reakcji oddziaływania wodorotlenku sodu i chlorku żelaza (III): 3NaOH + FeCl 3 = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl. Obliczmy masę wodorotlenku sodu rozpuszczonego w roztworze: ω = m substancja rozpuszczona / m roztwór × 100%; m substancja rozpuszczona = m roztwór × ω/100%; m substancja rozpuszczona (NaOH) = m roztwór (NaOH) × ω(NaOH)/100%; m substancji rozpuszczonej (NaOH) = 150 × 10/100% = 15 g. Obliczmy ilość wodorotlenku sodu (masa molowa - 40 g/mol): υ(NaOH) = m substancja rozpuszczona (NaOH)/ M(NaOH) = 15/40 = 0,375 mol. Zgodnie z równaniem reakcji υ(Fe(OH) 3) = 3×υ(NaOH) =3×0,375=1,125 mol. Następnie obliczamy masę wytrąconego wodorotlenku żelaza(III) (masa molowa – 107 g/mol): m(Fe(OH) 3)= υ(Fe(OH) 3)×M(Fe(OH) 3)= 1,125 ×107 = 120,375g. |
| Odpowiedź | Masa wodorotlenku żelaza (III) wynosi 120,375 g. |
PRZYKŁAD 2
| Ćwiczenia | Oblicz ułamki masowe każdego pierwiastka tworzącego chlorek żelaza (III). |
| Rozwiązanie | Udział masowy pierwiastka oblicza się w następujący sposób: ω(X) = n×Ar(X)/Mr×100%, te. stosunek względnej masy atomowej, biorąc pod uwagę liczbę atomów tworzących substancję, do masy cząsteczkowej tej substancji, wyrażony w procentach. Masa cząsteczkowa chlorku żelaza (III) wynosi 162. Obliczmy ułamki masowe pierwiastków: żelazo : ω(Fe) = n×Ar(Fe)/Mr (FeCl3) ×100%; ω(Fe) = 1×56/162×100% =34,27%. chlor: ω(Cl) = n×Ar(Cl)/Mr (FeCl3) ×100%; ω(Cl) = 3×35,5/162×100% = 65,73%. Aby sprawdzić poprawność obliczeń, dodając otrzymane ułamki masowe powinniśmy otrzymać 100%: ω(Fe) +ω(Cl) = 34,27 +65,73 = 100%. |
| Odpowiedź | Udział masowy żelaza wynosi 34,27%, udział masowy chloru wynosi 65,73. |
Roztwór chlorku żelaza(III) można przygotować w laboratorium lub w domu. Będziesz potrzebował żaroodpornych naczyń niemetalowych i czystych naczyń gorących lub destylowanych). Po rozpuszczeniu i osadzeniu otrzymuje się ciemnobrązową ciecz. Przygotowanie roztworu chlorku żelaza ma wiele cech, o których należy się dowiedzieć przed rozpoczęciem pracy z nim.
Chlorek żelaza
Bezwodny chlorek żelaza, wytwarzany przez przemysł chemiczny - FeCl 3 - kryształy mają kolor ciemnobrązowy z odcieniami czerwieni, fioletu, ciemnozielonej. Masa cząsteczkowa - 162,21 g/mol. Substancja topi się w temperaturze 307,5°C i zaczyna się rozkładać w temperaturze 500°C. Próbkę soli bezwodnej rozpuszcza się w 100 g wody:
- 74,4 g (0°C);
- 99 g (25°C);
- 315 g (50°C);
- 536 g (100°C).
Bezwodny (III) jest substancją bardzo higroskopijną, która szybko przyciąga wilgoć z otoczenia. W powietrzu oddziałuje z wodą, zamieniając się w żółte kryształy heksahydratu FeCl 3 + 6H 2 O. Udział masowy bezwodnego chlorku żelaza w substancji kupowanej w sieci detalicznej sięga 95%. Zawiera niewielką ilość chlorku żelaza FeCl 2 i nierozpuszczalnych zanieczyszczeń. Nazwa handlowa: Chlorek żelaza. Substancja jest ognioodporna i przeciwwybuchowa, jednakże jej roztwór działa żrąco na przedmioty metalowe.
Chlorek żelaza(III), sześciowodny
Oprócz bezwodnego przemysł wytwarza hydrat krystaliczny, w którym udział masowy chlorku żelazowego (III) wynosi 60%. Substancja jest żółto-brązową krystaliczną masą lub luźnymi kawałkami tego samego odcienia. Ważną cechą wyróżniającą dwuwartościowe i trójwartościowe jony żelaza jest kolor. Stopień utlenienia Fe 2+ charakteryzuje się zielonkawym odcieniem, sześciowodny krystaliczny chlorek żelaza jest substancją niebieskawo-zieloną. Na stopniu utlenienia jonów Fe 3+ kolor waha się od żółtego do brązowego. W celu oznaczenia jakościowego roztwór chlorku żelaza traktuje się następującymi odczynnikami:
- NaOH (pojawia się brązowy osad Fe(OH) 3);
- K4 (pojawia się niebieski osad KFe);
- KCNS, NaCNS (powstaje czerwony tiocyjanian żelaza Fe(CNS) 3).
Jak rozcieńczyć chlorek żelaza
Chlorek żelaza (III) w postaci brązowego lub czerwonego roztworu można znaleźć w sklepach, przygotować go w laboratorium lub w domu. W tym drugim przypadku na pewno będziesz potrzebować żaroodpornych naczyń niemetalowych (szkło, plastik, ceramika). Wodę do rozpuszczenia soli można pobrać z kranu. Bezpieczniejsze - gotowane lub destylowane. Wodę podgrzaną do 50-70°C umieszcza się w pojemniku, a następnie wlewa substancję małymi porcjami. Proporcje chlorku żelaza i wody wynoszą 1:3. Jeśli przygotujesz roztwór z krystalicznego hydratu, będziesz potrzebować mniej wody, ponieważ jest ona zawarta w krystalicznym hydracie (40% wag.). Do roztworu dodawać substancję stopniowo, każda porcja wynosi około 5-10 g. Nie zaleca się wlewania całej próbki na raz ze względu na gwałtowny charakter reakcji hydratacji. Nie używaj metalowych przyborów kuchennych (łyżek, szpatułek). Sól musi całkowicie rozpuścić się w ciepłej wodzie, dla której kryształy należy dobrze wymieszać z cieczą. Proces przyspiesza się przez dodanie kwasu solnego (1/10 masy kryształów). Po kilkugodzinnym osadzaniu się na dnie może pojawić się osad wynikający z obecności w próbce wodorotlenku żelaza i powstawania wodorotlenku żelaza w trakcie reakcji. Przygotowany ciemnobrązowy roztwór należy przefiltrować i przechowywać w szczelnie zamkniętym plastikowym pojemniku, w umiarkowanej temperaturze i z dala od bezpośredniego światła słonecznego.
Zastosowanie chlorku żelaza w przemyśle i użyteczności publicznej. Do użytku domowego
Sole żelaza znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach. Trójwartościowy chlorek metalu stosuje się do uzdatniania wody, metali i farb. Substancja stosowana w przemysłowej syntezie organicznej (katalizator, utleniacz). Właściwości koagulacyjne jonu Fe 3+ są szczególnie cenione w oczyszczaniu ścieków komunalnych i przemysłowych. Pod wpływem chlorku żelaza drobne, nierozpuszczalne cząstki zanieczyszczeń sklejają się i wytrącają. Wiązana jest także część rozpuszczalnych zanieczyszczeń, które są usuwane w oczyszczalniach ścieków. Krystaliczny hydrat i bezwodna sól FeCl 3 stosowane są w procesach trawienia metalowych płyt drukarskich. Do betonu dodaje się substancję w celu wzmocnienia jego wytrzymałości.
Zjawiska chemiczne podczas trawienia desek. Środki bezpieczeństwa
Popularną substancją chemiczną do trawienia płytek drukowanych jest chlorek żelaza. Roztwór do tych celów przygotowuje się z 0,150 kg soli i 0,200 litrów ciepłej wody. Zawiera jony Fe 3+ i Cl -, a po hydrolizie powstaje brązowy związek - wodorotlenek żelaza. Proces przebiega według następującego schematu: FeCl 3 + 3HOH↔ Fe(OH) 3 + 3Cl - + 3H +. Wadą tej metody jest to, że płyta jest zanieczyszczona produktami ubocznymi reakcji, co utrudnia dalsze trawienie. Sól sama w sobie jest substancją nielotną, ale w kontakcie z wodą wydziela żrące opary. Prace należy wykonywać na świeżym powietrzu lub w dobrze wentylowanym pomieszczeniu. Kontakt roztworu ze skórą i błonami śluzowymi prowadzi do podrażnienia i może powodować zapalenie skóry. Należy stosować środki ochrony osobistej (okulary, rękawice). W przypadku kontaktu z roztworem żrącym należy przemyć skórę dużą ilością wody.
ROZDZIAŁ II. CHEMIA NIEORGANICZNA
8.
Elementy metalowe i ich związki. Metale
8.5. Ferum
8.5.2. Związki żelaza ( III)
Tlenek żelazowa(III) Fe 2 O 3 to najbardziej stabilny naturalny zarodnik żelaza, brązowy proszek, ma atomową sieć krystaliczną i nie rozpuszcza się w wodzie. Tlenek feru(III) wykazuje słabe właściwości amfoteryczne (z przewagą zasadowych) - łatwo reaguje z kwasami:
Stop wykazuje słabe właściwości kwasowe w połączeniu z zasadami i węglanami pierwiastków metali alkalicznych:
Powstały w roztworze wodnym ferryt sodu ulega całkowitemu rozkładowi pod wpływem wody (hydrolizuje):
Środki redukujące redukują tlenek żelaza (III) do żelaza:
Ekstrakcja tlenku żelaza(III) Tlenek żelaza(III) otrzymywany jest w wyniku termicznego rozkładu wodorotlenku żelaza(III) lub azotanu żelaza(III):
Otrzymuje się go także podczas prażenia pirytu FeS2:
Wodorotlenek żelaza(III). Fe(OH) 3 1 - nierozpuszczalna w wodzie brązowa substancja o słabych właściwościach amfoterycznych (z przewagą zasadowych):
Reakcje ze stężonymi roztworami zasad zachodzą tylko przy długotrwałym ogrzewaniu. W tym przypadku tworzy się stabilny kompleks hydroksylowy K3[Fe(OH)6]:
Ekstrakcja wodorotlenku żelaza(III).
Wodorotlenek żelaza(III) otrzymuje się z rozpuszczalnych w wodzie soli żelaza(III) w reakcji z zasadami:
Sole żelaza (III) utworzone przez mocne kwasy są dobrze rozpuszczalne w wodzie i mogą tworzyć krystaliczne hydraty: Fe (NO 3 ) 3 9H 2 O, Fe 2 (S O 4 ) 3 9H 2 O, FeCl 3 6H 2 O. Sole Fe 3+ hydrolizować przez kation:
Związki żelaza(III) wykazują właściwości utleniające, a co za tym idzie, oddziałując z czynnikami redukującymi Fe 3+ zamienia się w Fe 2+:
Jakościowe reakcje na jon Fe3+:
1. Odczynnik - heksacyjanożelazian(II) potasu (żółta sól krwi). Tworzy się ciemnoniebieski osad – błękit pruski:
2. Odczynnik - tiocyjanian potasu (lub amonu). Tworzy się krwistoczerwony tiocyjanian żelaza(III):
Stosowanie żelaza i związków żelaza
Metalurgia żelaza (produkcja żelaza i jego stopów) stanowi 90% światowej hutnictwa. Metalurgia żelaza jest podstawą rozwoju wielu gałęzi przemysłu: inżynieria mechaniczna wykorzystuje jedną trzecią metali żelaznych, budownictwo (jako materiał konstrukcyjny, do produkcji żelbetu) - jedną czwartą; znaczna część wykorzystywana jest także w transporcie.
Stopy na bazie żelaza (ferromagnetyczne) stosowane są w elektrotechnice do produkcji transformatorów i silników elektrycznych.
Tlenek żelazowa(II) FeO jest jednym ze składników ceramiki, pigmentem do farb i emalii żaroodpornej.
Tlenek żelazowa(III) Fe 2 O 3 ochra jest używana jako farba mineralna.
Magnetyt Fe 3 O 4 używany do produkcji dysków twardych, a ultradrobny proszek stosowany jest jako toner w czarno-białych drukarkach laserowych.
Siarczan żelazawy (siedmiowodny siarczan żelaza(II)) FeS B 4 7H 2 O stosowany jest do zwalczania szkodników roślin, przy produkcji farb mineralnych oraz w budownictwie.
Chlorek ferrum(III) stosowany jest do oczyszczania wody, jako zaprawa do barwienia tkanin, w radiotechnice do trawienia płytek drukowanych oraz w syntezie organicznej jako katalizator.
Wodne roztwory FeCl 2, FeCl 3, FeS B 4 stosuje się jako koagulanty do oczyszczania wody w przedsiębiorstwach przemysłowych.
Nonahydrat azotanu żelaza(III). Fe (NO 3 ) 3 · 9H 2B stosuje się jako zaprawę w procesie barwienia tkanin.
1 Podobnie jak w przypadku Fe 3 O 4, substancje z formułą Fe(OH ) 3 nie istnieje. Kiedy próbujesz to zdobyć, generuje się Fe 2 O 3 n H 2 O lub FeO (OH ) - metawodorotlenek żelaza(III).
Chlorek żelazowy (FeCl₃, chlorek żelazowy, trójchlorek żelazowy) to sól żelaza i żelaza. Jest to miękka substancja o czerwonobrązowej, zielonkawej lub fioletowej barwie z charakterystycznym metalicznym połyskiem. Pod wpływem powietrza chlorek żelaza przyjmuje odcień, a kolor i konsystencja przypomina mokry.
Szereg właściwości, jakie posiada chlorek żelaza ze względu na swój skład chemiczny, czyni tę substancję niezastąpioną w przemyśle. Dlatego chlorek żelazowy jest używany w elektronice radiowej do zatruwania płytek drukowanych; w przemyśle spożywczym uczestniczy w procesie warzenia i wypieku wyrobów piekarniczych; wchodzi w skład odczynników używanych podczas drukowania fotografii; w przemyśle tekstylnym uczestniczy w produkcji tkanin; zastosowanie chlorku żelaza do oczyszczania wody na skalę przemysłową; Chlorek żelaza jest ważnym pierwiastkiem w przemyśle metalurgicznym i chemicznym.
Ponadto chlorek żelaza jest niezbędny do normalnego funkcjonowania człowieka. Pomaga organizmowi uzupełnić niedobory żelaza związane z utratą krwi lub zaburzeniami wchłaniania żelaza. Ponieważ brak chlorku żelaza może negatywnie wpływać na funkcjonowanie organizmu, w farmakologii istnieje wiele leków, które zawierają FeCl₃.
Metody uzyskiwania
Istnieje kilka sposobów otrzymywania trójchlorku żelaza. Zatem chlorek żelazowy powstaje w wyniku oddziaływania jednowartościowego żelaza z czystym chlorem: 2Fe + 3Cl2 = FeCl₃.
Ponadto chlorek żelazowy można otrzymać przez utlenienie chlorku żelazawego chlorem: 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl₃.
Chlorek żelazowy wytwarza się również w wyniku utleniania chlorku żelaza (II) dwutlenkiem siarki. W tym przypadku zachodzi bardziej złożona reakcja chemiczna: 4FeCl2 + SO2 + 4HCl = 4FeCl3 + S + 2H2O.
W domu możesz przeprowadzić kilka ciekawych eksperymentów, w których możesz otrzymać chlorek żelaza.
Eksperyment 1.
Będziesz potrzebował mocno zardzewiałych opiłków żelaza (wystarczy zwykła rdza ze starej rury) i roztworu kwasu solnego w stosunku 1:3. Żelazo należy umieścić w szklanym pojemniku i napełnić kwasem solnym. Ponieważ reakcja chemiczna w tym przypadku przebiega dość powoli, będziesz musiał poczekać kilka dni. Gdy odczynnik nabierze charakterystycznego żółto-brązowego zabarwienia, ciecz jest spuszczana z pojemnika, a powstały osad jest filtrowany.Eksperyment 2.
W szklanym pojemniku zmieszać 30% roztwór nadtlenku wodoru, kwasu solnego i wody w stosunku 2:2:6. W wyniku reakcji chemicznej powstaje roztwór chlorku żelaza.Eksperyment 3.
Chlorek żelazowy można również otrzymać w reakcji kwasu solnego i tlenku żelaza Fe2O3. Aby to zrobić, kwas solny umieszcza się w szklanym pojemniku. Uważaj, tlenek żelaza (ołów żelaza) dodaje się do niego w małych porcjach.Należy pamiętać, że kwas solny jest bardzo toksyczny i powoduje poważne oparzenia w przypadku kontaktu ze skórą. Ponadto podczas reakcji chemicznych wydzielają się opary żelaza, które mogą powodować uszkodzenie narządów oddechowych i narządów wzroku. Gumowe rękawiczki, maska ochronna i okulary pomogą zapobiec tym negatywnym konsekwencjom.
