Неорганическая химия. Переходные элементы и их соединения.

Переходные элементы и их соединения

Железо

Валентные электроны …3d 6 4s²

Ст.о. от +2, +3, +6, +8, наиболее устойчивы и распространены соединения, в которых

cт.о. +2 , +3

Природные соединения: гематит – Fe 2 O 3 , лимонит – Fe 2 O 3 ●H 2 O, Fe 3 O 4 – магнетит, FeS 2 - пирит

Получение: термическое восстановление его оксидов Н 2 , AI, СО, C (кокс) (t)

Fe 2 O 3 + 2AI = 2Fe + AI 2 O 3

Наиболее чистый – электролизом растворов солей

Железо

• Серебристо - серый металл
• Плотность 7,87 г/см 3
• пластичный, ковкий металл, мягкий, легко прокатывается в листы, плавится при температуре 1539 С 0
• Обладает магнитными свойствами

Железо

• Активные неметаллы (фтор, хлор, бром) окисляют до устойчивой ст.о. +3, а менее активные (сера, йод ) – до ст.о. +2 Все реакции идут при нагревании.

2Fe + 3Br 2 = 2FeBr 3 Fe + S = FeS

• При взаимодействии с кислородом (при t)

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (двойной оксид)

• При взаимодействии с водой(пар) (при t)

3Fe + 4H 2 O = Fe 3 O 4 + 4H 2 ↑

• В воде в присутствии кислорода корродирует

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

Железо

• Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2 (раствор кислоты)
• Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
• Fe + CuSO 4 = Cu + FeSO 4
• При обычных условиях конц. серная и азотная кислоты пассивируют железо
• при нагревании с конц. серной кислотой

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

• с конц. азотной кислотой при нагревании

Fe + 6HNO 3 = Fe(NO 3 ) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

• Fe + KClO 3 + 2KOH = K 2 FeO 4 + KC l + H 2 O

(со щелочами в присутствии окислителей)

Соединения железа

+2 FeO – основный, черный порошок, не растворим в воде

Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2 (t)

Fe(OH) 2 – основание, белого цвета, неустойчив на воздухе (О 2 , Н 2 О) буреет

4Fe(OH) 2 +O 2 + 2H 2 O= 4Fe(OH) 3

FeSO 4 + 2NaOH= Fe(OH) 2 + Na 2 SO 4

Соединения железа

• Соединения Fe (II) являются активными восстановителями

3FeO + 10HNO 3(р-р) = 3Fe(NO 3 ) 3 + NO + 5H 2 O

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

4FeСI 2 + O 2 + 2H 2 O = 4FeOHCI 2

При нагревании сульфатов и нитратов происходит внутримолекулярная ОВР

FeSO 4 = 2Fe 2 O 3 + O 2 + 4SO 2 (t)

4Fe(NO 3 ) 2 = 2Fe 2 O 3 + O 2 + 8NO 2 (t)

Соединения железа

+3 Fe 2 O 3 – порошок бурого цвета

Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O (t)

FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2 (t)

Оксид и гидроксид железа(III) проявляют слабо выраженные амфотерные свойства, с преобладанием основных.

Они легко реагируют с кислотами, но трудно со щелочами

Соединения железа

Fe 2 O 3 не взаимодействует с растворами щелочей , но при сплавлении с оксидами, гидроксидами и карбонатами щелочных и щ/з металлов образует ферраты (III)

Fe 2 O 3 + Na 2 CO 3 = 2NaFeO 2 + CO 2 (t)

NaFeO 2 + 2H 2 O = Fe(OH) 3 + 2NaOH

Fe(OH) 3 + 3NaOH (конц) = Na 3 [Fe(OH) 6 ] (при длительном нагревании)

Соединения железа

• Соединения железа(III) проявляет окислительно-восстановительные свойства, с преобладанием окислительных:
• Окислительные свойства солей Fe 3+

2FeCI 3 + 2KI = 2FeCI 2 + I 2 + 2KCI

2FeCI 3 + H 2 S = 2FeCI 2 + S+ 2HCI

• Но могут выступать и в роли восстановителя, образуя ферраты (VI)

Fe 2 O 3 + 4KOH +3KNO 3 = 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 +2H 2 O

2Fe(OH) 3 + 10NaOH +3Br 2 = 2Na 2 FeO 4 + 6NaBr +8H 2 O

Соединения железа

• Ферраты очень сильные окислители (сильнее хроматов и дихроматов)

2K 2 FeO 4 + 2NH 3 •H 2 O = 2Fe(OH) 3 + N 2 + 4KOH

Соединения железа

Fe 3 O 4 – двойной оксид железа (II, III) вещество черного цвета

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4 (t)

Fe 3 O 4 + 8HCl = FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O

Fe 3 O 4 + 8HI = 3FeI 2 + l 2 + 4H 2 O

3Fe 3 O 4 + 28HNO 3(р-р) = 9Fe(NO 3 ) 3 + NO + 14H 2 O