TANIM

Ütü- D. I. Mendeleev'in Periyodik kimyasal elementler sisteminin dördüncü periyodunun sekizinci grubunun bir elementi.

Ve durgun sayı 26'dır. Sembol Fe'dir (lat. "ferrum"). Yerkabuğundaki en yaygın metallerden biri (alüminyumdan sonra ikinci sırada).

Demirin fiziksel özellikleri

Demir gri bir metaldir. Saf haliyle oldukça yumuşak, dövülebilir ve sünektir. Harici enerji seviyesinin elektronik konfigürasyonu 3d 6 4s 2 şeklindedir. Bileşiklerinde demir, "+2" ve "+3" oksidasyon durumlarını sergiler. Demirin erime noktası 1539C'dir. Demir iki kristal modifikasyon oluşturur: α- ve γ-demir. Bunlardan ilki kübik gövde merkezli bir kafese sahiptir, ikincisi ise kübik yüz merkezli bir kafese sahiptir. α-Demir, iki sıcaklık aralığında termodinamik olarak kararlıdır: 912'nin altında ve 1394C'den erime noktasına kadar. 912 ile 1394C arasında γ-demir kararlıdır.

Demirin mekanik özellikleri, saflığına, yani içindeki diğer elementlerin çok küçük miktarlarının bile içeriğine bağlıdır. Katı demir, birçok elementi kendi içinde eritme özelliğine sahiptir.

Demirin kimyasal özellikleri

Nemli havada demir hızla paslanır, yani. gevrekliği nedeniyle demiri daha fazla oksidasyondan korumayan kahverengi bir hidratlı demir oksit kaplaması ile kaplanmıştır. Suda demir yoğun bir şekilde aşınır; bol oksijen erişimi ile hidratlı demir oksit (III) formları oluşur:

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

Oksijen eksikliği veya zor erişim ile karışık bir oksit (II, III) Fe304 oluşur:

3Fe + 4H2Ö (v) ↔ Fe3Ö4 + 4H2.

Demir, herhangi bir konsantrasyondaki hidroklorik asitte çözünür:

Fe + 2HCl \u003d FeCl2 + H2.

Benzer şekilde, seyreltik sülfürik asitte çözünme meydana gelir:

Fe + H2S04 \u003d FeS04 + H2.

Konsantre sülfürik asit çözeltilerinde demir, demire oksitlenir (III):

2Fe + 6H2S04 \u003d Fe2(S04) 3 + 3SO2 + 6H20.

Ancak konsantrasyonu %100'e yakın olan sülfürik asitte demir pasif hale gelir ve hemen hemen hiç etkileşim olmaz. Seyreltik ve orta derecede konsantre nitrik asit çözeltilerinde demir çözünür:

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H2O.

Yüksek nitrik asit konsantrasyonlarında çözünme yavaşlar ve demir pasif hale gelir.

Diğer metaller gibi demir de basit maddelerle reaksiyona girer. Demirin halojenlerle etkileşiminin reaksiyonları (halojenin türünden bağımsız olarak) ısıtıldığında devam eder. Demirin bromla etkileşimi, ikincisinin artan buhar basıncında ilerler:

2Fe + 3Cl2 \u003d 2FeCl3;

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

Demirin kükürt (toz), nitrojen ve fosfor ile etkileşimi ısıtıldığında da meydana gelir:

6Fe + N2 = 2Fe3N;

2Fe + P = Fe2P;

3Fe + P = Fe3P

Demir, karbon ve silikon gibi metal olmayanlarla reaksiyona girebilir:

3Fe + C = Fe3C;

Demirin karmaşık maddelerle etkileşiminin reaksiyonları arasında, aşağıdaki reaksiyonlar özel bir rol oynar - demir, sağındaki aktivite serisinde bulunan metalleri tuz çözeltilerinden (1) indirgemek için demiri (III) indirgeyebilir. ) bileşikler (2):

Fe + CuS04 \u003d FeS04 + Cu (1);

Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2 (2).

Demir, yüksek basınçta, tuz oluşturmayan bir oksit - CO ile reaksiyona girerek karmaşık bileşime sahip maddeler - karboniller - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 ve Fe 3 (CO) 12 oluşturur.

Demir, safsızlıkların yokluğunda, suda ve seyreltik alkali çözeltilerde stabildir.

Demir almak

Demir elde etmenin ana yolu demir cevherinden (hematit, manyetit) veya tuzlarının çözeltilerinin elektrolizinden (bu durumda “saf” demir elde edilir, yani safsızlık içermeyen demir).

Problem çözme örnekleri

ÖRNEK 1

Egzersiz yapmak

10 g ağırlığındaki demir ölçeği Fe304 ilk önce %20 hidrojen klorür kütle fraksiyonu ile 150 ml hidroklorik asit çözeltisi (yoğunluk 1.1 g/ml) ile işlendi ve daha sonra elde edilen çözeltiye fazla miktarda demir ilave edildi. Çözeltinin bileşimini belirleyin (ağırlıkça % olarak).

Çözüm

Problemin durumuna göre reaksiyon denklemlerini yazıyoruz: 8HCl + Fe304 \u003d FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20 (1); 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 (2). Bir hidroklorik asit çözeltisinin yoğunluğunu ve hacmini bilerek kütlesini bulabilirsiniz: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 gr. Hidrojen klorür kütlesini hesaplayın: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/%100; m(HCl) = 165 x %20/%100 = 33 gr. D.I.'nin kimyasal element tablosu kullanılarak hesaplanan hidroklorik asidin molar kütlesi (bir mol kütlesi). Mendeleyev - 36,5 g / mol. Hidrojen klorür maddesi miktarını bulun: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36.5 \u003d 0.904 mol. D.I.'nin kimyasal element tablosu kullanılarak hesaplanan ölçeğin molar kütlesi (bir mol kütlesi). Mendeleyev - 232 g/mol. Kireç maddesi miktarını bulun: v (Fe304) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. Denklem 1'e göre v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8, bu nedenle v (HCl) \u003d 8 v (Fe3 O 4) \u003d 0.344 mol. O halde denkleme göre hesaplanan hidrojen klorür maddesi miktarı (0,344 mol), problemin koşulunda belirtilenden (0,904 mol) daha az olacaktır. Bu nedenle, hidroklorik asit fazladır ve başka bir reaksiyon devam eder: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2(3). İlk reaksiyon sonucunda oluşan demir klorür maddesi miktarını belirleyelim (endeksler belirli bir reaksiyonu gösterir): v 1 (FeCl 2): ​​​​v (Fe203) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl3): v (Fe203) = 2:1; v 1 (FeCl3) = 2 × v (Fe203) = 0,086 mol. 1. reaksiyonda reaksiyona girmeyen hidrojen klorür miktarını ve 3. reaksiyonda oluşan demir (II) klorür maddesi miktarını belirleyelim: 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 (FeCl2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol. 2. reaksiyon sırasında oluşan FeCl2 maddesi miktarını, toplam FeCl2 maddesi miktarını ve kütlesini belirleyelim: 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 toplamı (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 (FeCl2) \u003d v toplam (FeCl2) × M (FeCl2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. 2. ve 3. reaksiyonlara giren demirin kütlesini ve madde miktarını belirleyelim: v2(Fe): v2(FeCl3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl3) \u003d 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v3(Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0.28 mol; v toplamı (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v toplam (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. 3. reaksiyonda salınan madde miktarını ve hidrojen kütlesini hesaplayalım: v (H2) \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. Ortaya çıkan çözeltinin kütlesini m ' sol ve içindeki FeCl2'nin kütle fraksiyonunu belirleriz: m’ sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe304) + m (Fe) - m (H2);

giriiş

Bireysel elementlerin kimyasal özelliklerinin incelenmesi, modern okuldaki kimya dersinin ayrılmaz bir parçasıdır; bu, endüktif yaklaşım temelinde, elementlerin kimyasal etkileşimlerinin özellikleri hakkında bir varsayımda bulunmaya izin verir. fizikokimyasal özellikler. Bununla birlikte, okul kimya laboratuvarının yetenekleri, bir elementin kimyasal özelliklerinin periyodik kimyasal elementler sistemindeki konumuna, basit maddelerin yapısal özelliklerine bağımlılığını göstermeye her zaman tam olarak izin vermez.

Sülfürün kimyasal özellikleri, hem kimyasal olaylarla fiziksel olaylar arasındaki farkı göstermek için bir kimya dersinin başlangıcında hem de bireysel kimyasal elementlerin özelliklerinin incelenmesinde kullanılır. Kılavuzlarda en sık önerilen gösterim, kimyasal olgulara ve sülfürün oksitleyici özelliklerine bir örnek olarak sülfürün demir ile etkileşimidir. Ancak çoğu durumda bu reaksiyon ya hiç ilerlemez ya da seyrinin sonuçları çıplak gözle değerlendirilemez. Bu deneyi yürütmek için çeşitli seçenekler, genellikle sonuçların düşük tekrarlanabilirliği ile karakterize edilir, bu da bunların yukarıdaki işlemleri karakterize etmede sistematik olarak kullanılmalarına izin vermez. Bu nedenle, bir okul kimya laboratuvarının özelliklerine uygun, demirin kükürt ile etkileşim sürecini göstermeye alternatif oluşturabilecek seçeneklerin araştırılması önemlidir.

Hedef: Bir okul laboratuvarında kükürtün metallerle etkileşimi üzerine reaksiyonlar gerçekleştirme olasılığını araştırın.

Görevler:

Sülfürün ana fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirleyin;

Sülfürün metallerle etkileşim reaksiyonlarının yürütülmesi ve akışı için koşulları analiz edin;

Sülfürün metallerle etkileşiminin uygulanması için bilinen yöntemleri incelemek;

Reaksiyonları gerçekleştirmek için sistemleri seçin;

Okulun kimya laboratuvarının koşullarına seçilen reaksiyonların yeterliliğini değerlendirin.

çalışmanın amacı: kükürtün metallerle etkileşiminin reaksiyonları

Çalışma konusu: Bir okul laboratuvarında kükürt ve metaller arasındaki etkileşim reaksiyonlarının uygulanabilirliği.

Hipotez: Bir okul kimya laboratuvarı koşullarında demirin kükürt ile etkileşimine bir alternatif, reaktanların berraklık, tekrar üretilebilirlik, göreceli güvenlik ve mevcudiyet gereksinimlerini karşılayan bir kimyasal reaksiyon olacaktır.

Çalışmamıza kükürtün kısa bir tanımıyla başlamak istiyoruz:

Periyodik sistemdeki konumu: kükürt periyot 3'te, grup VI, ana (A) alt grubu, s elementlerine aittir.

Kükürdün atom numarası 16'dır, bu nedenle kükürt atomunun yükü + 16, elektron sayısı 16'dır. Dış seviyedeki üç elektronik seviye 6 elektrondur.

Elektronların seviyelere göre düzenlenmesi şeması:

16S )))
2 8 6

32 S kükürt atomunun çekirdeği 16 proton (nükleer yüke eşit) ve 16 nötron (atomik kütle eksi proton sayısı: 32 - 16 = 16) içerir.

Elektronik formül: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

tablo 1

Kükürt atomunun iyonlaşma potansiyellerinin değerleri

iyonlaşma potansiyeli

Enerji (eV)

soğukta kükürt oldukça inert (yalnızca güçlü bir şekilde bağlanır flor), ancak ısıtıldığında çok reaktif hale gelir - halojenürlerle reaksiyona girer(iyot hariç), oksijen, hidrojen ve neredeyse tüm metaller. Sonuç olarak reaksiyonlar ikinci tipte, karşılık gelen kükürt bileşikleri oluşur.

Diğer elementler gibi kükürtün metallerle etkileşime girdiğinde reaktivitesi şunlara bağlıdır:

reaksiyona giren maddelerin aktivitesi. Örneğin, kükürt en aktif olarak alkali metallerle etkileşime girecektir.

reaksiyon sıcaklığında. Bu, sürecin termodinamik özellikleri ile açıklanmaktadır.

Standart koşullar altında kendiliğinden kimyasal reaksiyonların termodinamik olasılığı, reaksiyonun standart Gibbs enerjisi ile belirlenir:

ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 T > 0 - doğrudan reaksiyon mümkün değil

Hem kükürt hem de metaller esas olarak katı halde reaksiyona girdiğinden, reaksiyona giren maddelerin öğütme derecesine bağlıdır.

Sülfürün metallerle etkileşiminin bazı reaksiyonlarının termodinamik özellikleri verilmiştir. 4. slaytta

Sülfürün hem bir dizi gerilimin başlangıcındaki metallerle hem de düşük aktiviteli metallerle etkileşime girmesinin termodinamik olarak mümkün olduğu tablodan görülebilir.

Bu nedenle, kükürt ısıtıldığında hem yüksek aktiviteye (alkalin) hem de düşük aktiviteye (gümüş, bakır) sahip metallerle reaksiyona girebilen oldukça aktif bir metal değildir.

Kükürtün metallerle etkileşiminin incelenmesi

Araştırma için sistem seçimi

Sülfürün metallerle etkileşimini incelemek için, Beketov serisinin farklı yerlerinde bulunan ve farklı aktivitelere sahip metaller de dahil olmak üzere sistemler seçildi.

Seçim koşulları olarak aşağıdaki kriterler belirlendi: gerçekleştirme hızı, görünürlük, reaksiyonun eksiksizliği, göreceli güvenlik, sonucun tekrarlanabilirliği, maddelerin fiziksel özelliklerinde belirgin farklılıklar olması, maddelerin okul laboratuvarında bulunması, başarılı denemelerin olması kükürtün belirli metallerle etkileşimlerini yürütmek.

Yürütülen reaksiyonların tekrar üretilebilirliğini değerlendirmek için her deney üç kez gerçekleştirildi.

Bu kriterlere dayanarak, deney için aşağıdaki reaksiyon sistemleri seçildi:

KÜKÜRT VE BAKIR Cu + S = CuS + 79 kJ/mol

Metodoloji ve beklenen etki

Toz halindeki 4 gr kükürdü alıp bir test tüpüne dökelim. Kükürdü bir test tüpünde kaynama noktasına kadar ısıtın. Ardından bir bakır tel alın ve bir alev üzerinde ısıtın. Kükürt eriyip kaynayınca içine bakır tel koyun.

Beklenen Sonuç:Test tüpü kahverengi buharlarla doldurulur, tel ısınır ve kırılgan sülfit oluşumu ile "yanar".

2. Kükürtün bakır ile etkileşimi.

Reaksiyonun çok net olmadığı ortaya çıktı, bakırın kendiliğinden ısınması da gerçekleşmedi. Hidroklorik asit eklendiğinde özel bir gaz oluşumu gözlenmedi.

KÜKÜRT VE DEMİR Fe + S = FeS + 100,4 kJ/mol

Metodoloji ve beklenen etki

4 gr toz kükürt ve 7 gr toz demir alın ve karıştırın. Elde edilen karışımı bir test tüpüne dökün. Test tüpündeki maddeleri ısıtıyoruz

Beklenen Sonuç:Karışımda güçlü bir kendiliğinden ısınma vardır. Ortaya çıkan demir sülfür sinterlenir. Madde su ile ayrılmaz ve bir mıknatısa tepki vermez.

1. Sülfürün demir ile etkileşimi.

Laboratuar koşullarında kalıntı bırakmadan demir sülfür elde etmek için bir reaksiyon gerçekleştirmek pratik olarak imkansızdır, maddelerin ne zaman tamamen reaksiyona girdiğini belirlemek çok zordur, reaksiyon karışımının kendiliğinden ısınması gözlenmez. Ortaya çıkan maddenin demir sülfit olup olmadığı kontrol edildi. Bunun için HCl kullandık. Maddenin üzerine hidroklorik asit döktüğümüzde köpürmeye başladı, hidrojen sülfür açığa çıktı.

KÜKÜRT VE SODYUM 2Na + S \u003d Na2S + 370,3 kJ / mol

Metodoloji ve beklenen etki

4 gr toz kükürt alın ve havana dökün, iyice öğütün

Yaklaşık 2 gr ağırlığında bir parça sodyum keselim, oksit filmi keselim, birlikte öğütelim.

Beklenen Sonuç:Reaksiyon şiddetli bir şekilde ilerler, reaktiflerin kendiliğinden tutuşması mümkündür.

3. Sülfürün sodyum ile etkileşimi.

Sülfürün sodyum ile etkileşiminin kendisi tehlikeli ve akılda kalıcı bir deneydir. Birkaç saniye sürtünmeden sonra ilk kıvılcımlar uçuştu, sodyum ve kükürt havanda alevlendi ve yanmaya başladı. Ürün hidroklorik asit ile etkileşime girdiğinde, aktif olarak hidrojen sülfit salınır.

KÜKÜRT VE ÇİNKO Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol

Metodoloji ve beklenen etki

Her biri 4 g toz kükürt ve çinko alın, maddeleri karıştırın. Bitmiş karışımı bir asbest ağına dökün. Maddelere sıcak bir meşale getiriyoruz

Beklenen Sonuç:Reaksiyon hemen ilerlemez, ancak şiddetli bir şekilde yeşilimsi mavi bir alev oluşur.

4. Kükürtün çinko ile etkileşimi.

Reaksiyonu başlatmak çok zordur, başlatmak için güçlü oksitleyici ajanların veya yüksek sıcaklığın kullanılmasını gerektirir. Maddeler yeşilimsi mavi bir alevle yanıp söner. Alev söndüğünde bu yerde bir kalıntı kalır, hidroklorik asit ile etkileşime girdiğinde hidrojen sülfür hafifçe salınır.

KÜKÜRT VE ALÜMİNYUM 2Al + 3S \u003d Al2S3 + 509,0 kJ / mol

Metodoloji ve beklenen etki

4 gr ağırlığında toz kükürt ve 2,5 gr ağırlığında alüminyum alın ve karıştırın. Ortaya çıkan karışımı bir asbest ağı üzerine yerleştiriyoruz. Karışımı yanan magnezyum ile tutuşturun

Beklenen Sonuç:Tepki bir flaştır.

5. Sülfürün alüminyum ile etkileşimi.

Reaksiyon, başlatıcı olarak güçlü bir oksitleyici ajanın eklenmesini gerektirir. Yanan magnezyumla tutuşturulduktan sonra, güçlü bir sarımsı beyaz renk parlaması oldu, hidrojen sülfit oldukça aktif bir şekilde salınır.

KÜKÜRT VE MAGNEZYUM Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol

Metodoloji ve beklenen etki

2,5 g magnezyum talaşı ve 4 g toz kükürt alın ve karıştırın

Nihai karışım, bir asbest ağı üzerine yerleştirilecektir. Kıymığı elde edilen karışıma getiriyoruz.

Beklenen Sonuç:Reaksiyon sırasında güçlü bir flaş meydana gelir.

4. Sülfürün magnezyum ile etkileşimi.

Reaksiyon, başlatıcı olarak saf magnezyum eklenmesini gerektirir. Beyazımsı renkte güçlü bir flaş var, hidrojen sülfür aktif olarak salınır.

Çözüm

Plastik kükürt ve demir karışımı şeklinde bir tortu kaldığı için demir sülfit elde etme reaksiyonu tamamlanmadı.

Hidrojen sülfitin en aktif salınımı, sodyum sülfit ve magnezyum ve alüminyum sülfürlerde kendini gösterdi.

Hidrojen sülfürün daha az aktif salınımı bakır sülfürdeydi.

Sodyum sülfit elde etmek için deneyler yapmak tehlikelidir ve bir okul laboratuvarında önerilmez.

Alüminyum, magnezyum ve çinko sülfitlerin üretimi için reaksiyonlar, okul koşullarında yürütülmesi için en uygundur.

Beklenen ve gerçek sonuçlar, sülfürün sodyum, magnezyum ve alüminyum ile etkileşimi ile çakıştı.

Çözüm

Bir genel okul kimya dersinde kükürdün kimyasal olaylarını ve oksitleyici özelliklerini gösteren bir örnek olarak demirin kükürt ile etkileşimini göstermeye yönelik mevcut tavsiyelere rağmen, böyle bir deneyin fiilen uygulanmasına genellikle görünür bir etki eşlik etmez.

Bu gösterime bir alternatif belirlenirken, okul laboratuvarında reaktanların görünürlük, güvenlik ve mevcudiyeti için gereksinimleri karşılayan sistemler seçildi. Olası seçenekler olarak, kükürtün bakır, demir, çinko, magnezyum, alüminyum, sodyum ile reaksiyon sistemleri seçildi ve kükürtün çeşitli metallerle etkileşiminin kimya derslerinde gösteri deneyleri olarak kullanılmasının etkinliğinin değerlendirilmesine izin verildi.

Deneylerin sonuçlarına göre, bu amaçlar için orta-yüksek aktiviteye sahip metallerle (magnezyum, alüminyum) kükürt reaksiyon sistemlerinin kullanılmasının en uygun olduğu belirlenmiştir.

Deneylere dayanarak, metallerle etkileşimi örneğini kullanarak sülfürün oksitleyici özelliklerini gösteren ve bu özellikleri tam ölçekli bir deney yapmadan açıklamayı mümkün kılan bir video oluşturuldu. Ek bir yardım olarak bir web sitesi oluşturuldu ( ), diğer şeylerin yanı sıra, çalışmanın sonuçlarını görsel bir biçimde sunar.

Çalışmanın sonuçları, metal olmayanların kimyasal özelliklerinin, kimyasal kinetiğin ve termodinamiğin özelliklerinin daha derin bir incelemesinin temeli olabilir.

Demirin kimyasal özellikleri tipik metal olmayanlar - kükürt ve oksijen ile etkileşiminin örneğini ele alalım.

Bir Petri kabında toz haline gelene kadar ezilmiş demir ve kükürdü karıştırın. Çelik bir iğneyi alevde ısıtalım ve reaktif karışımıyla dokunduralım. Demir ve kükürt arasındaki şiddetli reaksiyona, ısı ve ışık enerjisinin salınması eşlik eder. Bu maddelerin - demir (II) sülfür - etkileşiminin katı ürünü siyahtır. Demirden farklı olarak mıknatıs tarafından çekilmez.

Demir, demir (II) sülfit oluşturmak için kükürt ile reaksiyona girer. Reaksiyon denklemini yazalım:

Demirin oksijenle reaksiyonu da ön ısıtma gerektirir. Kuvars kumunu kalın duvarlı bir kaba dökün. Demir yünü denen çok ince bir demir tel demetini bir bek alevinde ısıtalım. Kızgın teli oksijen dolu kaba getirelim. Demir, göz kamaştırıcı bir alevle yanar, saçılan kıvılcımlar - kırmızı-sıcak demir ölçeği Fe 3 O 4 parçacıkları.

Aynı reaksiyon, çelik işleme sırasında sürtünme ile güçlü bir şekilde ısıtıldığında havada meydana gelir.

Demir, oksijende veya havada yandığında, demir tortusu oluşur:

3Fe + 2O2 \u003d Fe3O4, siteden malzeme

veya 3Fe + 2O2 \u003d FeO. Fe2O3.

Demir oksit, demirin farklı değerlik değerlerine sahip olduğu bir bileşiktir.

Bağlantının her iki reaksiyonunun geçişine, termal ve ışık enerjisinin salınması eşlik eder.

Bu sayfada, konulardaki materyaller:

• Oksijen ile demir sülfür ne tür bir reaksiyondur?

• Demir ve kükürt arasında bir denklem yazın

• Demirin oksijenle reaksiyonlarının denklemi

• Demir ile kükürt kombinasyonunun kimyasal reaksiyonuna bir örnek

• Oksijenin demir ile etkileşimi için denklem

Bu öğe hakkında sorular:

Demir, atom numarası 26 olan D. I. Mendeleev'in periyodik kimyasal elementler sisteminin dördüncü periyodunun sekizinci grubunun bir yan alt grubunun bir elementidir. Fe (lat. Ferrum) sembolü ile gösterilir. Yerkabuğundaki en yaygın metallerden biri (alüminyumdan sonra ikinci sırada). Orta aktiviteli metal, indirgeyici ajan.

Ana oksidasyon durumları - +2, +3

Basit bir madde demir, yüksek kimyasal reaktiviteye sahip, dövülebilir gümüş-beyaz bir metaldir: demir, yüksek sıcaklıklarda veya havadaki yüksek nemde hızla paslanır. Saf oksijende demir yanar ve ince dağılmış halde havada kendiliğinden tutuşur.

Basit bir maddenin kimyasal özellikleri - demir:

Oksijende paslanma ve yanma

1) Havada, nem varlığında demir kolayca oksitlenir (paslanma):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

Isıtılmış bir demir tel oksijen içinde yanarak kireç oluşturur - demir oksit (II, III):

3Fe + 2O2 → Fe3O4

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

2) Yüksek sıcaklıklarda (700–900°C), demir su buharı ile reaksiyona girer:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Demir ısıtıldığında metal olmayanlarla reaksiyona girer:

2Fe+3Cl2 →2FeCl3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) Bir dizi voltajda hidrojenin solundadır, seyreltik asitler Hcl ve H2S04 ile reaksiyona girerken demir (II) tuzları oluşur ve hidrojen açığa çıkar:

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2 (reaksiyonlar hava erişimi olmadan gerçekleştirilir, aksi takdirde Fe +2, oksijen tarafından kademeli olarak Fe +3'e dönüştürülür)

Fe + H 2 SO 4 (fark) → FeSO 4 + H 2

Konsantre oksitleyici asitlerde, demir yalnızca ısıtıldığında çözünür, hemen Fe 3+ katyonuna geçer:

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

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

(soğuk, konsantre nitrik ve sülfürik asitlerde pasifleştirmek

Mavimsi bir bakır sülfat çözeltisine batırılmış bir demir çivi, kademeli olarak kırmızı metalik bakır kaplama ile kaplanır.

5) Demir, tuzlarının çözeltilerinde metalleri sağında yer değiştirir.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Demirin amfoterisitesi, kaynama sırasında yalnızca konsantre alkalilerde kendini gösterir:

Fe + 2NaOH (%50) + 2H2O \u003d Na2 ↓ + H2

ve bir sodyum tetrahidroksoferrat(II) çökeltisi oluşur.

teknik demir- karbonlu demir alaşımları: dökme demir %2.06-6.67 C içerir, çelik% 0.02-2.06 C, diğer doğal safsızlıklar (S, P, Si) ve yapay olarak eklenen özel katkı maddeleri (Mn, Ni, Cr) sıklıkla bulunur, bu da demir alaşımlarına teknik olarak yararlı özellikler verir - sertlik, termal ve korozyon direnci, işlenebilirlik, vb. . .

Yüksek fırın demir üretim süreci

Demir üretiminin yüksek fırın süreci aşağıdaki aşamalardan oluşur:

a) sülfür ve karbonat cevherlerinin hazırlanması (kavurma) - oksit cevherine dönüştürme:

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) kok kömürünün sıcak hava ile yakılması:

C (kok) + O 2 (hava) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (kok) ⇌ 2CO (700-1000 °C)

c) art arda karbon monoksit CO ile oksit cevherinin indirgenmesi:

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

d) demirin karbonlanması (%6,67 C'ye kadar) ve dökme demirin eritilmesi:

Fe (t ) →(C(kola)900-1200°С) Fe (g) (dökme demir, t pl 1145°С)

Dökme demirde sementit Fe 2 C ve grafit her zaman tanecikler halinde bulunur.

çelik üretimi

Dökme demirin çeliğe yeniden dağıtılması, ısıtma yönteminde farklılık gösteren özel fırınlarda (dönüştürücü, açık ocak, elektrik) gerçekleştirilir; proses sıcaklığı 1700-2000 °C. Oksijenle zenginleştirilmiş havanın üflenmesi, dökme demirdeki fazla karbonun yanı sıra oksit formundaki kükürt, fosfor ve silikonu yakar. Bu durumda, oksitler ya egzoz gazları (CO2, SO2) şeklinde yakalanır ya da kolayca ayrılan bir cüruf - Ca3 (P04)2 ve CaSiO3 karışımı) halinde bağlanır. Özel çelikler elde etmek için fırına diğer metallerin alaşım katkı maddeleri verilir.

Fiş endüstride saf demir - bir demir tuzları çözeltisinin elektrolizi, örneğin:

FeCl2 → Fe↓ + Cl2 (90°C) (elektroliz)

(demir oksitlerin hidrojenle indirgenmesi dahil olmak üzere başka özel yöntemler de vardır).

Saf demir, özel alaşımların üretiminde, elektromıknatısların ve transformatörlerin çekirdeklerinin imalatında, dökme demir, döküm ve çelik üretiminde, çelik ise aşınma, ısı ve korozyon dahil yapısal ve alet malzemeleri olarak kullanılır. dayanıklı malzemeler.

Demir(II) oksit F EO . Temel özelliklerin büyük bir baskınlığına sahip amfoterik oksit. Siyah, Fe 2+ O 2- iyonik yapıya sahiptir. Isıtıldığında önce ayrışır, sonra yeniden oluşur. Demirin havada yanması sırasında oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez. Asitlerle ayrışır, alkalilerle kaynaşır. Nemli havada yavaşça oksitlenir. Hidrojen, kok ile geri kazanılır. Yüksek fırın demir eritme işlemine katılır. Seramik ve mineral boyaların bileşeni olarak kullanılır. En önemli reaksiyonların denklemleri:

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

FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H20

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

FeO + 4NaOH \u003d 2H20 + N4FeÖ3(kırmızı.) trioksoferrat(II)(400-500 °С)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (yüksek saflık) (350 ° C)

FeO + C (kok) \u003d Fe + CO (1000 ° C'nin üzerinde)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H2O (nem) + O2 (hava) → 4FeO (OH) (t)

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

Fiş V laboratuvarlar: hava erişimi olmadan demir (II) bileşiklerinin termal ayrışması:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H20 (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

Diiron oksit (III) - demir ( III ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Çift oksit. Siyah, Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 iyonik yapısına sahiptir. Yüksek sıcaklıklara kadar termal kararlılık. Su ile reaksiyona girmez. Asitler tarafından ayrıştırılır. Hidrojen, kızgın demir ile indirgenir. Demir üretiminin yüksek fırın sürecine katılır. Mineral boyaların bir bileşeni olarak kullanılır ( asgari demir), seramik, renkli çimento. Çelik ürünlerin yüzeyinin özel oksidasyon ürünü ( kararma, mavileşme). Kompozisyon, demir üzerinde kahverengi pas ve koyu pullara karşılık gelir. Fe 3 O 4 formülünün kullanılması tavsiye edilmez. En önemli reaksiyonların denklemleri:

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

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

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

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

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (yüksek saflıkta, 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)

Fiş: demirin havada yanması (bkz.).

manyetit.

Demir(III) oksit F e 2 O 3 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik oksit. Kırmızı-kahverengi, iyonik bir yapıya sahiptir (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Yüksek sıcaklıklara kadar termal olarak kararlıdır. Demirin havada yanması sırasında oluşmaz. Su ile reaksiyona girmez, kahverengi amorf hidrat Fe 2 O 3 nH 2 O çözeltiden çökelir, asitler ve alkaliler ile yavaş reaksiyona girer. Karbon monoksit, erimiş demir ile indirgenir. Diğer metallerin oksitleriyle alaşımlar ve çift oksitler oluşturur - spineller(teknik ürünlere ferrit denir). Yüksek fırın prosesinde demir ergitmede hammadde olarak, amonyak üretiminde katalizör olarak, seramik, renkli çimento ve mineral boyaların bileşeni olarak, çelik yapıların termit kaynağında, ses ve görüntü taşıyıcı olarak kullanılır. manyetik bantlarda, çelik ve cam için bir parlatıcı olarak.

En önemli reaksiyonların denklemleri:

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

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

Fe 2 O 3 + 2NaOH (kons.) → H 2 O+ 2 NAFeÖ 2 (kırmızı)dioksoferrat(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 (yüksek saflıkta, 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)

Fiş laboratuvarda - havadaki demir (III) tuzlarının termal ayrışması:

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)

Doğada - demir oksit cevherleri hematit Fe 2 O 3 ve limonit Fe 2 O 3 nH 2 O

Demir(II) hidroksit F e(OH)2 . Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Beyaz (bazen yeşilimsi bir tonla), Fe-OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Termal olarak kararsız. Özellikle ıslandığında (koyulaştığında) havada kolayca oksitlenir. Suda çözünmez. Seyreltik asitler, konsantre alkaliler ile reaksiyona girer. Tipik restoratör. Demirin paslanmasında ara ürün. Demir-nikel pillerin aktif kütlesinin imalatında kullanılır.

En önemli reaksiyonların denklemleri:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H20 (150-200 ° C, atm.N 2 cinsinden)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H20

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> %50) \u003d Na2 ↓ (mavi-yeşil) (kaynar)

4Fe(OH) 2 (süspansiyon) + O 2 (hava) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe (OH) 2 (süspansiyon) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

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

Fiş: inert bir atmosferde alkaliler veya amonyak hidrat içeren çözeltiden çökelme:

Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH3H20) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4

demir metahidroksit F eO(OH). Temel özelliklerin baskın olduğu amfoterik hidroksit. Açık kahverengi, Fe-O ve Fe-OH bağları ağırlıklı olarak kovalenttir. Isıtıldığında erimeden ayrışır. Suda çözünmez. Çözeltiden, seyreltik bir alkali çözelti altında tutulduğunda veya kurutulduğunda FeO'ya (OH) dönüşen kahverengi amorf polihidrat Fe203nH20 formunda çökelir. Asitler, katı alkaliler ile reaksiyona girer. Zayıf oksitleyici ve indirgeyici ajan. Fe(OH)2 ile sinterlendi. Demirin paslanmasında ara ürün. Sarı mineral boyalar ve emayeler için baz olarak, egzoz gazı emici olarak, organik sentezde katalizör olarak kullanılır.

Fe(OH)3 bağlantı bileşimi bilinmiyor (alınmadı).

En önemli reaksiyonların denklemleri:

Fe203 . nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 Ö) FeO(OH)→( 560-700°C havada, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H20

FeO(OH)→ Fe 2 Ö 3 . nH 2 Ö-kolloid(NaOH (kons.))

FeO(OH)→ Nbir 3 [Fe(OH)6 ]beyaz, sırasıyla Na5 ve K4; her iki durumda da aynı bileşim ve yapıya sahip mavi bir ürün olan KFe III çökelir. Laboratuvarda bu çökeltiye denir. Prusya mavisi, veya turnbull mavi:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

İlk reaktiflerin ve reaksiyon ürününün kimyasal adları:

K 3 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (III)

K 4 Fe III - potasyum hekzasiyanoferrat (II)

KFe III - hekzasiyanoferrat (II) demir (III) potasyum

Ek olarak, tiyosiyanat iyonu NCS - Fe3+ iyonları için iyi bir reaktiftir, demir (III) onunla birleşir ve parlak kırmızı (“kanlı”) bir renk görünür:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Bu reaktifle (örneğin, KNCS tuzu formunda), içeriden pasla kaplı demir borulardan geçerse, musluk suyunda eser miktarda demir (III) bile tespit edilebilir.