17. D - pierwiastki Żelazo, ogólna charakterystyka, właściwości. Tlenki i wodorotlenki, charakterystyka CO i OM, biorola, zdolność do tworzenia kompleksów.
1. Charakterystyka ogólna.
Żelazo - element d drugorzędnej podgrupy ósmej grupy czwartego okresu PSCE o liczbie atomowej 26.
Jeden z najpowszechniejszych metali w skorupie ziemskiej (drugie miejsce po aluminium).
Żelazo o prostej substancji to ciągliwy, srebrnobiały metal o wysokiej reaktywności chemicznej: żelazo szybko koroduje przy wysokich temperaturach lub dużej wilgotności powietrza.
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
W czystym tlenie żelazo pali się, a w stanie drobno rozproszonym zapala się samorzutnie w powietrzu.
3Fe + 2O2 = FeO + Fe2O3
3Fe + 4H2O = FeO*Fe2O3
FeO*Fe2O3 = Fe3O4 (skala żelaza)
Właściwie żelazo nazywa się zwykle jego stopami o niskiej zawartości zanieczyszczeń (do 0,8%), które zachowują miękkość i plastyczność czystego metalu. Jednak w praktyce częściej stosuje się stopy żelaza z węglem: stal (do 2,14% wag. węgla) i żeliwo (ponad 2,14% wag. węgla), a także stal nierdzewną (stopową) z dodatkiem stopu metale (chrom, mangan, nikiel itp.). Połączenie specyficznych właściwości żelaza i jego stopów sprawia, że jest to „metal numer 1” pod względem znaczenia dla człowieka.
W przyrodzie żelazo rzadko występuje w czystej postaci, najczęściej występuje w postaci meteorytów żelazowo-niklowych. Występowanie żelaza w skorupie ziemskiej wynosi 4,65% (4 miejsce po O, Si, Al). Uważa się również, że żelazo stanowi większość jądra Ziemi.
2.Właściwości
1.Fizyczny św.Żelazo jest typowym metalem, w stanie wolnym ma srebrzystobiałą barwę z szarawym odcieniem. Czysty metal jest plastyczny, różne zanieczyszczenia (w szczególności węgiel) zwiększają jego twardość i kruchość. Ma wyraźne właściwości magnetyczne. Często wyróżnia się tzw. „triadę żelazną” – grupę trzech metali (żelazo Fe, kobalt Co, nikiel Ni), które mają podobne właściwości fizyczne, promienie atomowe i wartości elektroujemności.
2.Chemiczne Wyspy St.
|
Stan utlenienia |
Tlenek |
Wodorotlenek |
Postać |
Notatki |
|
Słabo zasadowy |
||||
|
Bardzo słaba zasada, czasami amfoteryczna |
||||
|
Nieotrzymany |
|
Kwas |
Silny środek utleniający |
W przypadku żelaza charakterystyczne są stopnie utlenienia żelaza - +2 i +3.
Stopień utlenienia +2 odpowiada czarnemu tlenkowi FeO i zielonemu wodorotlenkowi Fe(OH) 2 . Są podstawowe. W solach Fe(+2) występuje jako kation. Fe(+2) jest słabym środkiem redukującym.
+3 stopnie utlenienia odpowiadają czerwonobrązowemu tlenkowi Fe 2 O 3 i brązowemu wodorotlenkowi Fe(OH) 3. Mają charakter amfoteryczny, chociaż ich właściwości kwasowe i zasadowe są słabo wyrażone. Zatem jony Fe 3+ są całkowicie hydrolizowany nawet w kwaśnym środowisku. Fe (OH) 3 rozpuszcza się (i nawet wtedy nie całkowicie) tylko w stężonych zasadach. Fe 2 O 3 reaguje z zasadami tylko po stopieniu, dając ferryty(formalne sole kwasu, który nie występuje w wolnej postaci kwasu HFeO 2):
Żelazo (+3) najczęściej wykazuje słabe właściwości utleniające.
Stopnie utlenienia +2 i +3 łatwo przechodzą między sobą, gdy zmieniają się warunki redoks.
Ponadto istnieje tlenek Fe 3 O 4, formalny stopień utlenienia żelaza, który wynosi +8/3. Jednakże tlenek ten można również uznać za ferryt żelaza (II) Fe +2 (Fe +3 O 2) 2 .
Istnieje również stopień utlenienia +6. Odpowiedni tlenek i wodorotlenek nie występują w postaci wolnej, ale otrzymano sole - żelazorany (na przykład K 2 FeO 4). Żelazo (+6) występuje w nich w postaci anionu. Żelazany są silnymi utleniaczami.
Czyste metaliczne żelazo jest stabilne w wodzie i rozcieńczonych roztworach. alkalia. Żelazo nie rozpuszcza się w zimnych stężonych kwasach siarkowych i azotowych ze względu na pasywację powierzchni metalu silną warstwą tlenku. Gorący stężony kwas siarkowy, będący silniejszym utleniaczem, oddziałuje z żelazem.
Z chlorowodorowy i rozcieńczony (około 20%) siarkowy kwasyżelazo reaguje tworząc sole żelaza(II):
Gdy żelazo reaguje po podgrzaniu z około 70% kwasem siarkowym, reakcja przebiega wraz z tworzeniem się siarczan żelaza(III).:
3. Tlenki i wodorotlenki, CO i OM char-ka ...
Związki żelaza(II).
Tlenek żelaza (II) FeO ma podstawowe właściwości, odpowiada zasadzie Fe (OH) 2. Sole żelaza (II) mają jasnozielony kolor. Podczas przechowywania, zwłaszcza w wilgotnym powietrzu, brązowieją w wyniku utlenienia do żelaza (III). Ten sam proces zachodzi podczas przechowywania wodnych roztworów soli żelaza(II):
Soli żelaza(II) w roztworach wodnych, trwały sól morska- podwójny siarczan amonu i żelaza (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.
Odczynnikiem dla jonów Fe 2+ w roztworze może być heksacyjanożelazian(III) potasu K3 (czerwona sól krwi). Kiedy jony Fe 2+ i 3− oddziałują, wytrąca się osad niebieski Turnbull:
Do ilościowego oznaczania żelaza (II) w roztworze należy zastosować fenantrolina, który tworzy czerwony kompleks FePhen 3 z żelazem (II) w szerokim zakresie pH (4-9)
Związki żelaza(III).
Tlenek żelaza(III) Fe 2 O 3 słabo amfoteren, odpowiada jeszcze słabszej niż Fe (OH) 2 zasadzie Fe (OH) 3, która reaguje z kwasami:
Sole Fe 3+ mają tendencję do tworzenia krystalicznych hydratów. W nich jon Fe 3+ jest zwykle otoczony sześcioma cząsteczkami wody. Takie sole mają kolor różowy lub fioletowy.Jon Fe 3+ ulega całkowitej hydrolizie nawet w środowisku kwaśnym. Przy pH>4 jon ten ulega prawie całkowitemu wytrąceniu w postaci Fe (OH) 3:
Przy częściowej hydrolizie jonu Fe 3+ powstają wielopierścieniowe okso- i hydroksyokacje, dzięki czemu roztwory stają się brązowe.Główne właściwości wodorotlenku żelaza (III) Fe (OH) 3 są bardzo słabo wyrażone. Jest w stanie reagować tylko ze stężonymi roztworami alkalicznymi:
Powstałe hydroksykompleksy żelaza (III) są trwałe tylko w roztworach silnie zasadowych. Po rozcieńczeniu roztwory wodą ulegają zniszczeniu i wytrąca się Fe (OH) 3.
Po stopieniu z zasadami i tlenkami innych metali Fe 2 O 3 tworzy różnorodne ferryty:
Związki żelaza(III) w roztworach są redukowane przez metaliczne żelazo:
Żelazo(III) jest zdolne do tworzenia podwójnych siarczanów z pojedynczym ładunkiem kationy typ ałun, na przykład KFe (SO 4) 2 - ałun potasowo-żelazowy, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - ałun żelazowo-amonowy itp.
Do jakościowego wykrywania związków żelaza(III) w roztworze wykorzystuje się jakościową reakcję jonów Fe 3+ z jonami tiocyjanianowymi SCN − . Kiedy jony Fe 3+ oddziałują z anionami SCN -, powstaje mieszanina jasnoczerwonych kompleksów tiocyjanianów żelaza 2+ , + , Fe(SCN) 3 , -. Skład mieszaniny (a co za tym idzie intensywność jej barwy) zależy od różnych czynników, dlatego metoda ta nie ma zastosowania do dokładnego jakościowego oznaczania żelaza.
Kolejnym wysokiej jakości odczynnikiem do jonów Fe 3+ jest heksacyjanożelazian(II) potasu K 4 (żółta sól krwi). Kiedy jony Fe 3+ i 4− oddziałują, powstaje jasnoniebieski osad pruski błękit:
Związki żelaza(VI).
żelaziany- sole kwasu żelazawego H 2 FeO 4, które nie występują w postaci wolnej. Są to związki o barwie fioletowej, przypominające nadmanganianami właściwościami utleniającymi i siarczanami rozpuszczalnością. Żelazany otrzymuje się w wyniku działania gazów chlor Lub ozon na zawiesinie Fe (OH) 3 w zasadach na przykład żelazian(VI) potasu K 2 FeO 4 . Żelazany są zabarwione na fioletowo.
Można również otrzymać żelazoraty elektroliza 30% roztwór alkaliczny na anodzie żelaznej:
Żelazany są silnymi utleniaczami. W środowisku kwaśnym rozkładają się z wydzieleniem tlenu:
Wykorzystuje się właściwości utleniające nadżelazianów dezynfekcja wody.
4.Biorol
1) W organizmach żywych żelazo jest ważnym pierwiastkiem śladowym, który katalizuje procesy wymiany tlenu (oddychanie).
2) Żelazo zwykle występuje w enzymach w postaci kompleksu, w szczególności kompleks ten występuje w hemoglobinie, najważniejszym białku zapewniającym transport tlenu z krwią do wszystkich narządów ludzi i zwierząt. I to on plami krew na charakterystyczny czerwony kolor.
4) Nadmierna dawka żelaza (200 mg i więcej) może działać toksycznie. Przedawkowanie żelaza osłabia układ antyoksydacyjny organizmu, dlatego nie zaleca się stosowania preparatów żelaza u osób zdrowych.
DEFINICJA
Żelazo- pierwiastek ósmej grupy czwartego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa.
A leniwa liczba to 26. Symbolem jest Fe (łac. „ferrum”). Jeden z najpowszechniejszych metali w skorupie ziemskiej (drugie miejsce po aluminium).
Właściwości fizyczne żelaza
Żelazo to szary metal. W czystej postaci jest dość miękki, kowalny i ciągliwy. Konfiguracja elektroniczna poziomu energii zewnętrznej to 3d 6 4s 2 . W swoich związkach żelazo wykazuje stopnie utlenienia „+2” i „+3”. Temperatura topnienia żelaza wynosi 1539°C. Żelazo tworzy dwie modyfikacje krystaliczne: żelazo α i γ. Pierwsza z nich ma sześcienną siatkę skupioną na ciele, druga ma sześcienną siatkę skupioną na twarzy. Żelazo α jest stabilne termodynamicznie w dwóch zakresach temperatur: poniżej 912°C i od 1394°C do temperatury topnienia. Pomiędzy 912 a 1394C żelazo γ jest stabilne.
Właściwości mechaniczne żelaza zależą od jego czystości – zawartości w nim nawet bardzo małych ilości innych pierwiastków. Żelazo stałe ma zdolność rozpuszczania w sobie wielu pierwiastków.
Właściwości chemiczne żelaza
W wilgotnym powietrzu żelazo szybko rdzewieje, tj. pokryty brązową powłoką uwodnionego tlenku żelaza, który ze względu na swoją kruchość nie chroni żelaza przed dalszym utlenianiem. W wodzie żelazo intensywnie koroduje; przy obfitym dostępie tlenu powstają uwodnione formy tlenku żelaza (III):
2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.
Przy braku tlenu lub przy utrudnionym dostępie powstaje mieszany tlenek (II, III) Fe 3 O 4:
3Fe + 4H 2O (v) ↔ Fe 3O 4 + 4H 2.
Żelazo rozpuszcza się w kwasie solnym o dowolnym stężeniu:
Fe + 2HCl \u003d FeCl2 + H2.
Podobnie rozpuszczanie zachodzi w rozcieńczonym kwasie siarkowym:
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
W stężonych roztworach kwasu siarkowego żelazo utlenia się do żelaza (III):
2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
Jednak w kwasie siarkowym, którego stężenie jest bliskie 100%, żelazo staje się pasywne i praktycznie nie ma interakcji. W rozcieńczonych i średnio stężonych roztworach kwasu azotowego żelazo rozpuszcza się:
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.
Przy wysokich stężeniach kwasu azotowego rozpuszczanie ulega spowolnieniu, a żelazo staje się bierne.
Podobnie jak inne metale, żelazo reaguje z prostymi substancjami. Reakcje oddziaływania żelaza z halogenami (niezależnie od rodzaju halogenu) zachodzą po podgrzaniu. Oddziaływanie żelaza z bromem przebiega przy zwiększonej prężności pary tego ostatniego:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;
3Fe + 4I 2 = Fe 3 Ja 8.
Oddziaływanie żelaza z siarką (proszek), azotem i fosforem zachodzi również po podgrzaniu:
6Fe + N2 = 2Fe3N;
2Fe + P = Fe2P;
3Fe + P = Fe3P.
Żelazo może reagować z niemetalami, takimi jak węgiel i krzem:
3Fe + C = Fe 3C;
Wśród reakcji interakcji żelaza z substancjami złożonymi szczególną rolę odgrywają następujące reakcje - żelazo jest w stanie redukować metale znajdujące się w szeregu aktywności po prawej stronie, z roztworów soli (1), w celu redukcji żelaza (III ) związki (2):
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);
Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).
Żelazo pod podwyższonym ciśnieniem reaguje z nietworzącym soli tlenkiem - CO, tworząc substancje o złożonym składzie - karbonylki - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 i Fe 3 (CO) 12.
Żelazo przy braku zanieczyszczeń jest stabilne w wodzie i rozcieńczonych roztworach alkalicznych.
Zdobywanie żelaza
Główną metodą pozyskiwania żelaza jest ruda żelaza (hematyt, magnetyt) lub elektroliza roztworów jego soli (w tym przypadku otrzymuje się żelazo „czyste”, czyli pozbawione zanieczyszczeń).
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
| Ćwiczenia | Żelazną łuskę Fe 3 O 4 o masie 10 g najpierw zadano 150 ml roztworu kwasu solnego (gęstość 1,1 g/ml) o udziale masowym chlorowodoru 20%, a następnie do otrzymanego roztworu dodano nadmiar żelaza. Określić skład roztworu (w % wagowych). |
| Rozwiązanie | Równania reakcji piszemy zgodnie z warunkiem problemu: 8HCl + Fe 3 O 4 \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 (2). Znając gęstość i objętość roztworu kwasu solnego, możesz znaleźć jego masę: m zol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m zol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 g. Oblicz masę chlorowodoru: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165 x 20%/100% = 33 g. Masa molowa (masa jednego mola) kwasu solnego, obliczona na podstawie tabeli pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew - 36,5 g / mol. Znajdź ilość substancji zawierającej chlorowodór: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. Masa molowa (masa jednego mola) skali, obliczona na podstawie tabeli pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew – 232 g/mol. Znajdź ilość substancji skali: v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. Zgodnie z równaniem 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8 zatem v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Wówczas ilość substancji chlorowodorowej obliczona według równania (0,344 mol) będzie mniejsza niż wskazana w stanie zadania (0,904 mol). Dlatego kwas solny jest w nadmiarze i będzie przebiegać inna reakcja: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (3). Określmy ilość substancji chlorku żelaza powstałej w wyniku pierwszej reakcji (wskaźniki oznaczają konkretną reakcję): v 1 (FeCl 2): v (Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. Określmy ilość chlorowodoru, która nie przereagowała w reakcji 1 oraz ilość substancji chlorku żelaza(II) powstałej w reakcji 3: 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. Określmy ilość substancji FeCl 2 powstałej podczas reakcji 2, całkowitą ilość substancji FeCl 2 i jej masę: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2 × v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol; v suma (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \u003d 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v suma (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. Wyznaczmy ilość substancji i masę żelaza, które weszło w reakcje 2 i 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \u003d 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol; v suma (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v suma (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. Obliczmy ilość substancji i masę wodoru uwolnionego w reakcji 3: 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 \u003d 0,56 g. Określamy masę powstałego roztworu m 'sol i udział masowy FeCl 2 w nim: m’ zol \u003d m zol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2); |
Cele Lekcji:
- Zapoznanie studentów z pierwiastkiem grupy bocznej układu okresowego - żelazem, jego budową, właściwościami.
- Poznanie obecności żelaza w przyrodzie, metod jego wytwarzania, zastosowania, właściwości fizycznych.
- Potrafi scharakteryzować żelazo jako pierwiastek podgrupy wtórnej.
- Potrafić wykazać właściwości chemiczne żelaza i jego związków, zapisać równania reakcji w postaci molekularnej, jonowej, redoks.
- Rozwijanie umiejętności układania równań reakcji gruczołów, ugruntowanie wiedzy studentów na temat jakościowych reakcji na jony gruczołów.
- Pielęgnuj zainteresowanie tematem.
Sprzęt:żelazo (proszek, szpilka, płytka), siarka, kolba tlenowa, kwas solny, siarczan żelaza(II), chlorek żelaza(III), wodorotlenek sodu, czerwone i żółte sole krwi.
PODCZAS ZAJĘĆ
I. Moment organizacyjny
II. Sprawdzanie pracy domowej
III. Nauka nowego materiału
1. Wprowadzenie nauczyciela.
- Wartość żelaza w życiu, jego rola w historii cywilizacji. Jednym z najczęściej występujących metali w skorupie ziemskiej jest żelazo. Zaczęto go stosować znacznie później niż inne metale (miedź, złoto, cynk, ołów, cyna), co najprawdopodobniej wynika z małego podobieństwa rudy żelaza do metalu. Ludziom prymitywnym bardzo trudno było odgadnąć, że z rudy można otrzymać metal, który z powodzeniem można wykorzystać do wytworzenia różnych przedmiotów, ze względu na brak narzędzi i niezbędnych urządzeń do zorganizowania takiego procesu. Do czasu, gdy człowiek nauczył się wydobywać żelazo z rudy i wytwarzać z niej stal i żeliwo, minęło dość dużo czasu.
W tej chwili rudy żelaza są niezbędnym surowcem dla hutnictwa żelaza, minerałów, bez których żaden rozwinięty kraj przemysłowy nie może się obejść. W tym roku światowa produkcja rud żelaza wynosi około 350 000 000 ton. Stosowane są do wytopu żelaza (zawartość węgla 0,2-0,4%), żeliwa (2,5-4% węgla), stali (2,5-1,5% węgla). Stal ma najszersze zastosowanie w przemyśle niż żelazo i surówka, dlatego też nie jest większe zapotrzebowanie na jego wytapianie.
Do wytapiania surówki z rud żelaza wykorzystuje się wielkie piece pracujące na węglu lub koksie, przetapianie stali i żelaza z surówki odbywa się w piecach refleksyjnych martenowskich, konwertorach Bessemera lub metodą Thomasa.
Metale żelazne i ich stopy mają ogromne znaczenie w życiu i rozwoju społeczeństwa ludzkiego. Z żelaza wykonane są wszelkiego rodzaju artykuły gospodarstwa domowego i towary konsumpcyjne. Do budowy statków, samolotów, transportu kolejowego, samochodów, mostów, linii kolejowych, różnych budynków, sprzętu i innych rzeczy wykorzystuje się setki milionów ton stali i żeliwa. Nie ma gałęzi rolnictwa i przemysłu, która nie wykorzystuje żelaza i jego różnych stopów.
Niewiele minerałów często występujących w przyrodzie, mających w swoim składzie żelazo, to właśnie rudy żelaza. Do minerałów tych należą: ruda żelaza brunatnego, hematyt, magnetyt i inne, które tworzą duże złoża i zajmują rozległe obszary.
Stosunek chemiczny magnetytu lub magnetycznej rudy żelaza, który ma żelazowo-czarny kolor i wyjątkową właściwość - magnetyzm, jest związkiem składającym się z tlenku żelaza i tlenku żelaza. W środowisku naturalnym można go spotkać zarówno w postaci ziarnistych lub ciągłych mas, jak i w postaci dobrze uformowanych kryształów. Ruda żelaza jest najbogatsza w zawartość metalicznego magnetytu żelaza (do 72%).
Największe złoża rud magnetytu w naszym kraju znajdują się na Uralu, w górach Wysokich, Blagodat, Magnitnaya, w niektórych regionach Syberii - dorzecze rzeki Angara, Gornaya Shoria, na terytorium Półwyspu Kolskiego.
2. Pracuj z klasą. Charakterystyka żelaza jako pierwiastka chemicznego
a) Pozycja w układzie okresowym:
Ćwiczenie 1. Określ położenie żelaza w układzie okresowym?
Odpowiedź:Żelazo znajduje się w czwartym głównym okresie, parzystym rzędzie, ósmej grupie, grupie bocznej.
b) budowa atomu:
Zadanie 2. Naszkicuj skład i strukturę atomu żelaza, wzór elektronowy oraz komórki.
Odpowiedź: Fe +3 2) 8) 14) 2) metal
p = 26
mi = 26
n = (56 - 26) = 301s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2
Pytanie. Które warstwy żelaza mają elektrony walencyjne? Dlaczego?
Odpowiedź. Elektrony walencyjne znajdują się na ostatniej i przedostatniej warstwie, ponieważ jest to element podgrupy bocznej.
Żelazo zaliczane jest do pierwiastka D, wchodzi w skład triady pierwiastków – metale (Fe-Co-Ni);
c) właściwości redoks żelaza:
Pytanie. Co to jest środek utleniający lub redukujący? Jakie stopnie utlenienia i wartościowość wykazuje?
Odpowiedź:
Fe 0 - 2e \u003d Fe +3) środek redukujący
Fe 0 - 3e \u003d Fe +3
sd + 2, + 3; wartościowość \u003d II i III, wartościowość 7 - nie pokazuje;
d) związki żelaza:
FeO - tlenek zasadowy
Fe (OH) 2 - nierozpuszczalna zasada
Fe 2 O 3 - tlenek ze śladami amfoteryzmu
Fe (OH) 3 - zasada ze śladami amfoteryzmu
Lotne związki wodoru nie.
e) przebywanie w naturze.
Żelazo jest drugim najpowszechniejszym metalem w przyrodzie (po aluminium).W stanie wolnym żelazo występuje tylko w meteorytach.Najważniejsze związki naturalne:
FeO*3HO – ruda żelaza brunatna,
FeO - czerwona ruda żelaza,
FeO (FeO*FeO) - magnetyczna ruda żelaza,
FeS - piryt żelaza (piryt)
Związki żelaza są częścią organizmów żywych.
3. Charakterystyka prostej substancji żelaznej
a) budowa cząsteczki, rodzaj wiązania, rodzaj sieci krystalicznej; (niezależnie)
b) właściwości fizyczne żelaza
Żelazo jest metalem srebrnoszarym, ma dużą plastyczność, ciągliwość i silne właściwości magnetyczne. Gęstość żelaza wynosi 7,87 g / cm3, temperatura topnienia wynosi 1539 do o C.
c) właściwości chemiczne żelaza:
Atomy żelaza oddają elektrony w reakcjach i wykazują stopnie utlenienia + 2, + 3, a czasami + 6.
W reakcjach żelazo jest środkiem redukującym. Jednak w normalnej temperaturze nie wchodzi w interakcję nawet z najbardziej aktywnymi utleniaczami (halogenami, tlenem, siarką), ale po podgrzaniu staje się aktywny i reaguje z nimi:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3 Chlorek żelaza (III)
3Fe + 2O 2 \u003d Fe 2 O 3 (FeO * Fe O) Tlenek żelaza (III)
Fe + S = FeS Siarczek żelaza(II).
W bardzo wysokich temperaturach żelazo reaguje z węglem, krzemem i fosforem.
3Fe + C = Fe 3 C Węglik żelaza (cementyt)
3Fe + Si = Fe 3Si Krzemek żelaza
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 Fosforek żelaza
Żelazo reaguje ze złożonymi substancjami.
W wilgotnym powietrzu żelazo szybko się utlenia (koroduje):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O \u003d 4Fe (OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
Rdza
Żelazo znajduje się pośrodku szeregu napięć elektrochemicznych metali, dlatego jest metalem średnia aktywność. Zdolność redukcyjna żelaza jest mniejsza niż w przypadku metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych i aluminium. Tylko w wysokich temperaturach gorące żelazko reaguje z wodą:
3Fe + 4H 2 O \u003d Fe 3 O 4 + 4H 2
Żelazo reaguje z rozcieńczonymi kwasami siarkowymi i chlorowodorowymi, wypierając z nich wodór:
Fe + 2HCl \u003d FeCl2 + H2
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2+ + H 2 0
W zwykłych temperaturach żelazo nie oddziałuje ze stężonym kwasem siarkowym, ponieważ jest przez niego pasywowane.Po podgrzaniu stężony kwas siarkowy utlenia żelazo do siarczanu żelaza (III):
2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Rozcieńczony kwas azotowy utlenia żelazo do azotanu żelaza(III):
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
Stężony kwas azotowy pasywuje żelazo.
Z roztworów soli żelazo wypiera metale znajdujące się po jego prawej stronie w elektrochemicznym szeregu napięć:
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu,
d) użycie żelaza (niezależnie)
e) przyjmowanie (wraz ze studentami)
W przemyśle żelazo otrzymuje się poprzez redukcję go z rud żelaza węglem (koksem) i tlenkiem węgla (II) w wielkich piecach.
Chemia procesu domeny jest następująca:
C+O=CO
CO + C = 2 CO
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO \u003d 3FeO + CO 2
FeO + CO \u003d Fe + CO2
4. Związki żelaza
Właściwości chemiczne tych związków.
Dodatek. Związki żelaza(II) są niestabilne, mogą się utleniać i przekształcać w związki żelaza(III).
Fe +2 Cl 2 + Cl 2 \u003d Fe +3 Cl 3 tworzą domy redoks
Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 \u003d Fe +3 (OH) 3 schematy, wyrównaj.
Właściwości chemiczne tych związków
Również jakościową reakcją na Fe + 2 jest reakcja soli żelaza (II) z substancją zwaną solą czerwonej krwi K3 - jest to związek złożony.
3FeCl + 2K 3 \u003d Fe 3)
