Хлорне залізо- середня сіль тривалентного заліза та соляної кислоти. На вигляд ця хімічна сировина є м'якою кристалічною масою іржаво-коричнево-чорного кольору. Температура його кипіння становить 319°С, температура плавлення – 309°С. Хлорне залізо утворюється внаслідок нагрівання заліза з хлором. Його можна отримати також як побічний продукт при виробництві хлориду титану TiCl4 та хлориду алюмінію AlCl3. Ще один спосіб одержання хлорного заліза – гаряче хлорування або окислення розчину FeCl2 з подальшим випарюванням розчину FeCl3.
Сфера застосування хлорного заліза є досить широкою. Його використовують як коагулянтдля очищення води як каталізатор в органічному синтезі, як протраву в процесі фарбування тканин, а також для приготування залізних пігментів та інших солей заліза. Ще розчин хлорного заліза використовують для травлення друкованих плат.
Досить широкого поширення хлорне залізо набуло як коагулянта в процесі очищення промислових та міських стічних вод. У порівнянні з іншими коагулянтами, зокрема із сірчанокислим алюмінієм, цей хімічний продукт має важливу перевагу – хлорид залізанаділений високою швидкістю осадження різноманітних домішок. В результаті гідролізу хлорне залізо утворює малорозчинний гідроксид заліза. У процесі його утворення захоплюються різні органічні та неорганічні домішки, утворюючи при цьому пухкі пластівці, які легко видаляються з стоків, що очищаються. Такі пластівці, щільністю 1001-1100 г/л і розміром 0,5-3,0 мм, мають досить велику поверхню з відмінною сорбційною активністю. У процесі утворення в структуру включаються зважені речовини (великі мікроорганізми, клітини планктону, мул, залишки рослин), колоїдні частинки, а також частина іонів забруднень, асоційованих на поверхні даних частинок. За допомогою цього продукту процес осадження шламу протікає набагато швидше та глибше. Ще одна перевага хлорного заліза – його сприятливий вплив на біохімічне розкладання шламу. Для якісного очищення стічних вод на кубічний метр потрібно 30 г хлорного заліза. Очищення вод хлорним залізом зменшує вміст розчинних домішок до 25 відсотків, а нерозчинних до 95 відсотків. У процесі проведення очищення стічних промислових та міських вод отруйні сполуки та мікроорганізми руйнуються гіпохлоритом натрію.
Завдяки своїм яскраво вираженим кислотним властивостям хлорид заліза використовується як каталізатор у процесах органічного синтезу, при отриманні термостійких смол та окислення нафтових бітумів. Залізо хлорне - енергійний хлоруючий агент, тому він застосовується для вибіркового вилучення деяких компонентів руд. Зокрема, ця хімічна сировина потрібна в ароматичних вуглеводнях для реакції електрофільного заміщення. Відомо також застосування водних розчинів хлорного заліза. Маючи досить м'які травильні властивості, вони використовуються в електронній промисловості та приладобудуванні для травлення друкованих плат, металевих деталей і мідної фольги. Застосовується хлорне залізота у будівництві. Його використовують як добавку до портландцементу для прискорення процесу схоплювання. Добавка хлорного заліза значно підвищує міцність бетону. Використовується цей продукт і в інших сферах життєдіяльності людини, зокрема:
з його допомогою освітлюються природні води у системах водопідготовки;
видаляється олія зі стоків олійно-жирових комбінатів;
він використовується при очищенні стічних вод шкіряно-хутряних підприємств від сполук хрому;
для пом'якшення господарсько-питної води;
а також у хлорорганічному синтезі
Загальні відомості про гідроліз хлориду заліза (III)
ВИЗНАЧЕННЯ
Хлорид заліза (III)– середня сіль, утворена слабкою основою – гідроксидом заліза (III) (Fe(OH) 3) та сильною кислотою – соляною (хлороводневою) (HCl). Формула - FeCl 3 .
Є речовиною з кристалічною структурою чорно-коричневого, темно-червоного, фіолетового або зеленого кольору, залежно від кута падаючого світла. Молярна маса – 162 г/моль.
Мал. 1. Хлорид заліза (ІІ). Зовнішній вигляд.
Гідроліз хлориду заліза (III)
Гідролізується по катіону. Характер середовища – кислий. Теоретично можливі другий і третій ступені. Рівняння гідролізу виглядає так:
Перший ступінь:
FeCl 3 ↔ Fe 3+ +3Cl - (дисоціація солі);
Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + (гідроліз по катіону);
Fe 3+ +3Cl - + HOH ↔ FeOH 2+ +3Cl - + H + (іонне рівняння);
FeCl 3 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl 2 + HCl (молекулярне рівняння).
Другий ступінь:
Fe(OH)Cl 2 ↔ FeOH 2+ + 2Cl — (дисоціація солі);
FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + H + (гідроліз по катіону);
FeOH 2+ + 2Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + 2Cl - + H + (іонне рівняння);
Fe(OH)Cl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 Cl+ HCl (молекулярне рівняння).
Третій ступінь:
Fe(OH) 2 Cl ↔ Fe(OH) 2 + + Cl - (дисоціація солі);
Fe(OH) 2 + + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H + (гідроліз по катіону);
Fe(OH) 2 + + Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + Cl - + H + (іонне рівняння);
Fe(OH) 2 Cl + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + HCl (молекулярне рівняння).
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
| Завдання | До розчину гідроксиду натрію масою 150 г (ω=10%) долили розчин хлориду заліза (III), у результаті випав осад бурого кольору – гідроксид заліза (III). Визначте його масу. |
| Рішення | Запишемо рівняння реакції взаємодії гідроксиду натрію та хлориду заліза (III): 3NaOH + FeCl 3 = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl. Розрахуємо масу розчиненої речовини гідроксиду натрію в розчині: ω = m solute/m solution ×100%; m solute = m solution × ω/100%; m solute (NaOH) = m solution (NaOH) × ω(NaOH)/100%; m solute (NaOH) = 150×10/100% = 15г. Знайдемо кількість речовини гідроксиду натрію (молярна маса – 40 г/моль): υ(NaOH) = m solute (NaOH)/M(NaOH) = 15/40 = 0,375моль. Відповідно до рівняння реакції υ(Fe(OH) 3) = 3×υ(NaOH) =3×0,375=1,125моль. Тоді розрахуємо масу осаду гідроксиду заліза (III) (молярна маса – 107 г/моль): m(Fe(OH) 3)= (Fe(OH) 3)×M(Fe(OH) 3)= 1,125 ×107 = 120,375г. |
| Відповідь | Маса гідроксиду заліза (III) дорівнює 120,375 г. |
ПРИКЛАД 2
| Завдання | Розрахуйте масові частки кожного із елементів, що входять до складу хлориду заліза (III). |
| Рішення | Масова частка елемента розраховується так: ω(X) = n×Ar(X)/Mr×100%, тобто. відношення відносної атомної маси з урахуванням кількості атомів, що входять до складу речовини, до молекулярної маси цієї речовини, виражене у відсотках. Молекулярна маса хлориду заліза (III) дорівнює 162. Розрахуємо масові частки елементів: залізо : ω(Fe) = n×Ar(Fe)/Mr (FeCl 3) ×100%; ω(Fe) = 1×56/162×100% =34,27%. хлор: ω(Cl) = n×Ar(Cl)/Mr (FeCl 3) ×100%; ω(Cl) = 3×35,5/162×100% = 65,73%. Щоб перевірити правильність розрахунку, шляхом складання отриманих масових часток ми маємо отримати 100%: ω(Fe) + ω(Cl) = 34,27 +65,73 = 100%. |
| Відповідь | Масова частка заліза дорівнює 34,27%, масова частка хлору дорівнює 65,73. |
Хлорид заліза (III) у вигляді розчину можна приготувати у лабораторії або в домашніх умовах. Потрібний термостійкий неметалічний посуд і чистий гарячий або дистильований). Після розчинення та відстоювання виходить темно-коричнева рідина. Є ряд особливостей приготування розчину хлорного заліза, про які слід дізнатися до того, як розпочинати роботу з ним.
Хлорне залізо
Безводне хлорне залізо, що випускається хімічною промисловістю — FeCl 3 — кристали темно-коричневого кольору з відтінками червоного, фіолетового, темно-зеленого. Молярна маса - 162,21 г/моль. Плавиться речовина за температури 307,5 °C, при 500 °C починає розкладатися. У 100 г води розчиняється навішування безводної солі:
- 74,4 г (0 °C);
- 99 г (25 °C);
- 315 г (50 °C);
- 536 м (100 °C).
Безводний (III) - дуже гігроскопічна речовина, що швидко притягує вологу з навколишнього середовища. На повітрі взаємодіє з водою, перетворюючись на жовті кристали гексагідрату FeCl 3 + 6Н 2 О. Масова частка безводного хлорного заліза в речовині, придбаній у торговельній мережі, досягає 95%. Є невелика кількість хлористого заліза FeCl 2 і нерозчинних домішок. Торгова назва - "Хлорне залізо". Речовина пожежо- і вибухобезпечна, але її розчин корозійно впливає на металеві предмети.
Гексагідрат хлориду заліза (III)
Крім безводного промисловість випускає кристалогідрат, у ньому масова частка хлорного заліза (III) становить 60%. Речовина є жовто-бурою кристалічною масою або пухкими шматками того ж відтінку. Важлива відмінна риса іонів дво- та тривалентного заліза - колір. Для ступеня окислення Fe 2+ характерний зелений відтінок, шестиводний кристалогідрат хлористого заліза - блакитно-зелене речовина. У ступені окислення Fe 3+ іони набувають кольору від жовтого до коричневого. Для якісного визначення розчин хлорного заліза діють реактивами:
- NaOH (з'являється бурий осад Fe(OH) 3);
- K 4 (з'являється осад KFe синього кольору);
- KCNS, NaCNS (утворюється роданід заліза Fe(CNS) 3 червоного кольору).
Як розвести хлорне залізо
Хлорид заліза (III) у вигляді розчину коричневого або червоного кольору можна знайти в торговій мережі, приготувати в лабораторії або в домашніх умовах. В останньому випадку обов'язково знадобиться термостійкий неметалічний посуд (скляний, пластиковий, керамічний). Воду для розчинення солі можна взяти із-під крана. Безпечніше - кип'ячена або дистильована. Нагріту до 50-70 ° C воду поміщають у ємність, а потім малими порціями насипають речовину. Пропорції хлорного заліза та води - 1:3. Якщо готувати розчин з кристалогідрату, то води потрібно менше, адже вона міститься в кристалогідраті (40% від маси). Додають речовину в розчин потроху, кожна порція - близько 5-10 г. Відразу насипати всю навішування не рекомендується через бурхливий характер реакції гідратації. Не можна використовувати металевий посуд (ложки, шпателі). Сіль повинна повністю розчинитись у теплій воді, для чого кристали потрібно добре перемішати з рідиною. Прискорює процес додавання соляної кислоти (1/10 маси кристалів). Після відстоювання протягом кількох годин на дні може з'явитися осад через присутність у навішуванні та утворення під час реакції гідроксиду заліза. Слід профільтрувати готовий розчин темно-коричневого кольору та зберігати у щільно закритій пластиковій тарі за помірної температури та відсутності прямого сонячного освітлення.
Застосування хлорного заліза у промисловості та комунальному господарстві. Побутове використання
Солі заліза знаходять застосування у багатьох сферах. Хлорид тривалентного металу використовується для обробки води, металів та закріплення фарб. Речовина застосовується у промисловому органічному синтезі (каталізатор, окислювач). Особливо цінуються коагулюючі властивості іона Fe 3+ в очищенні комунальних та виробничих стоків. Під дією хлориду заліза дрібні нерозчинні частинки домішок злипаються та осаджуються. Також відбувається зв'язування частини розчинних забруднень, які видаляють на очисних спорудах. Кристаллогідрат і безводна сіль FeCl 3 застосовуються в процесах травлення металевих друкованих форм. Додають речовину бетон для зміцнення його міцності.
Хімічні явища під час травлення плат. Заходи безпеки
Найпопулярніша хімічна речовина для травлення друкованих плат — хлорне залізо. Розчин для цих цілей готують із 0,150 кг солі та 0,200 л теплої води. У ньому містяться іони Fe 3+ , Cl - , а при гідролізі утворюється з'єднання коричневого кольору гідроксид тривалентного заліза. Процес йде за схемою: FeCl 3 + 3HOH↔ Fe(OH) 3 + 3Cl - + 3H + . Недолік методу полягає у забрудненні плати побічними продуктами реакції, які ускладнюють подальше травлення. Сама сіль - нелетюча речовина, але в процесі взаємодії з водою виділяє їдкі пари. Роботу необхідно проводити на свіжому повітрі або в кімнаті, що добре провітрюється. Попадання розчину на шкіру та слизові оболонки призводить до подразнення і може спричинити дерматити. Слід використовувати засоби індивідуального захисту (окуляри, рукавички). При дотику до їдкого розчину необхідно промити шкіру великою кількістю води.
РОЗДІЛ ІІ. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
8.
Металеві елементи та їх з'єднання. Метали
8.5. Ферум
8.5.2. З'єднання Заліза ( III)
Ферум(ІІІ) оксид Fe 2 О 3 - найстійкіша природна суперечка Заліза, порошок бурого кольору, має атомні кристалічні ґрати, у воді не розчиняється. Ферум(ІІІ) оксид виявляє слабкі амфотерні властивості (з величезним переважанням основних) - легко реагує з кислотами:
Виявляє слабкі кислотні властивості сплаву при лужах і карбонатах лужних металевих елементів:
Натрій ферит, що утворився у водному розчині, повністю розкладається водою (гідролізує):
Відновлювачі відновлюють залізо(III) оксид до заліза:
Видобуток ферум(ІІІ) оксиду Ферум(ІІІ) оксид одержують термічним розкладанням ферум(ІІІ) гідроксиду або ферум(III) нітрату:
Його також одержують під час випалу піриту FeS 2:
Феррум(III) гідроксид Fe (OH ) 3 1 - нерозчинна у воді речовина бурого кольору зі слабкими амфотерними властивостями (з переважанням основних):
Реакції з концентрованими розчинами лугів протікають лише за тривалого нагрівання. При цьому утворюється стійкий гідроксокомплекс. K 3 [Fe(OH)6]:
Видобуток ферум(ІІІ) гідроксиду
Феррум(III) гідроксид одержують із розчинних у воді солей Заліза(III) при їх взаємодії з лугами:
Солі Заліза (III), утворені сильними кислотами, добре розчиняються у воді, можуть утворювати кристалогідрати: Fe (N О 3 ) 3 · 9Н 2 O, Fe 2 (S O 4 ) 3 · 9Н 2 О, FeCl 3 · 6Н 2 О. Солі Fe 3+ гідролізують по катіону:
З'єднання Заліза(III) виявляють окислювальні властивості, а тому при взаємодії із відновниками Fe 3+ перетворюється на Fe 2+ :
Якісні реакції на іон Fe 3+ :
1. Реактив – калій гексаціаноферат(II) (жовта кров'яна сіль). Утворюється темно-синій осад - берлінська блакить:
2. Реактив – калій (або амоній) тіоціанат. Утворюється ферум(III) тіоціанат криваво-червоного кольору:
Використання заліза та сполук Заліза
Чорна металургія (виробництво заліза та її сплавів) становить 90 % світової металургії. Чорна металургія є основою розвитку багатьох галузей виробництва: машинобудування йде третину чорного металу, для будівництва (як конструкційний матеріал, виготовлення залізобетону) - чверть; значну частину використовують також у транспорті.
Сплави на основі заліза (феромагнітні) застосовують у електротехніці у виробництві трансформаторів та електродвигунів.
Ферум(ІІ) оксид FeO є одним із компонентів кераміки, пігмент для фарб та термостійкої емалі.
Ферум(ІІІ) оксид Fe 2 Про 3 використовують як мінеральну фарбу охру.
Магнетит Fe 3 Про 4 застосовують у виробництві жорстких дисків, а ультрадисперсний порошок – як тонер у чорно-білих лазерних принтерах.
Залізний купорос (залізо(II) сульфат гептагідрат) FeS У 4 · 7Н 2 Про використовують для боротьби зі шкідниками рослин, при виробництві мінеральних фарб, у будівництві.
Феррум(III) хлорид застосовують для очищення води як протраву при фарбуванні тканин, в радіотехніці для протруювання друкованих плат, в органічному синтезі - як каталізатор.
Водні розчини FeCl 2 FeCl 3 FeS У 4 використовують як коагулянти, щоб очистити воду для промислових підприємств.
Феррум(III) нітрат нонагідрат Fe (N Про 3) 3 · 9Н 2 застосовують як протраву в процесі фарбування тканин.
1 Як і у випадку з Fe 3 Про 4 , речовини з формулою Fe (OH ) 3 не існує. При спробі її отримання утворюється Fe 2 O 3 · n Н 2 O або FeO (OH ) - ферум(III) метагідроксид.
Хлорид заліза (FeCl₃, хлорне залізо, трихлорид заліза) – це сіль тривалентного заліза та . Є м'якою речовиною червоно-коричневого, зеленого або фіолетового відтінку з характерним металевим блиском. При з повітрям хлорид заліза набуває відтінку і за кольором і консистенцією стає схожим на вологий.
Ціла низка властивостей, якими володіє хлорид заліза завдяки своєму хімічному складу, робить цю речовину незамінною в промисловості. Так, хлорне залізо використовують у радіоелектроніці для потрави плат; у харчовій промисловості бере участь у процесі пивоваріння та випікання хлібобулочних виробів; входить до складу реактивів, які використовуються під час друку фотографій; у текстильній промисловості бере участь у виробництві тканин; за допомогою хлорного заліза очищають воду у промислових масштабах; хлорид заліза є важливим елементом у металургійній та хімічній промисловості.
Крім цього, хлорне залізо необхідне людині для нормальної життєдіяльності організму. Воно допомагає організму заповнити нестачу заліза, пов'язану із втратою крові або при порушенні засвоюваності заліза. Оскільки брак хлорного заліза може негативно вплинути на роботу організму, у фармакології існує безліч препаратів, до складу яких входить FeCl₃.
Способи отримання
Існує кілька способів одержання трихлориду заліза. Так, хлорид заліза внаслідок взаємодії одновалентного заліза з чистим хлором: 2Fe + 3Cl2 = FeCl₃.
Крім того, хлорид заліза можна одержати шляхом окислення двовалентного хлориду заліза хлором: 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl₃.
Також хлорид заліза виходить у процесі окислення хлориду заліза (II) сірчистим газом. У цьому випадку відбувається більш складна хімічна реакція: 4FeCl2 + SO2 + 4HCl = 4FeCl3 + S + 2H2O.
У домашніх умовах можна провести кілька цікавих експериментів, у ході яких вдасться одержати хлорид заліза.
Експеримент 1.
Потрібно сильно проржавіла залізна стружка (підійде звичайна іржа зі старої труби) та розчин соляної кислоти у пропорціях 1:3. Залізо необхідно покласти у скляну ємність та залити соляною кислотою. Оскільки хімічна реакція у разі протікає досить повільно, доведеться почекати кілька днів. Коли реактив набуде характерного жовто-коричневого відтінку, рідина з ємності зливається, а отриманий осад фільтрується.Експеримент 2.
У скляній ємності у пропорціях 2:2:6 змішати 30-відсотковий розчин перекису водню, соляну кислоту та воду. Внаслідок хімічної реакції утворюється розчин хлориду заліза.Експеримент 3.
Хлорид заліза також можна отримати в результаті реакції соляної кислоти та оксиду заліза Fe2O3. Для цього соляна кислота міститься у скляній ємності. Обережно, маленькими порціями до неї додається оксид заліза (залізний сурик).Важливо пам'ятати, що соляна кислота дуже токсична і при попаданні на шкіру спричиняє серйозні опіки. Крім того, в ході хімічних реакцій виділяються пари заліза, які можуть спричинити ураження дихальних та зорових органів. Гумові рукавички, захисна маска та окуляри допоможуть запобігти цим негативним наслідкам.
