ГМ-19 хімія 05.11.2020

 Виконану роботу надіслати на електронну пошту

nataliasuhina15@gmail.com 

05.11.2020

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 9.10. Залізо. Сполуки Феруму.

 

Опрацювати: Хімія 11 клас (за посиланням «Підручники»), §25, с.148-158

 

Виконати завдання:

1) що зустрічаються по ходу лекції;

2) № 194-197, с.156-157:

194. Складіть електронні формули катіонів Феруму та зобразіть їх графічні варіанти.

195. Допишіть схеми реакцій і складіть хімічні рівняння:

1) Fe + F₂ →

2) Fe + AgNO₃ →

3) Fe + FeCl₃ →

4) FeO + H₂SO₄ →

5) Fe₃O₄ + H₂ →

6) Fe₂O₃ + CaO →

7) Fe(OH)₂ + HCl →

8) Fe(OH)₃ + H₃PO₄ →

9) Fe(OH)₂ →

10) FeCl₂ + Na₂CO₃ →

11) Fe(NO₃)₃ + NaOH →

12) FeS + HBr →

196. Вставте замість крапок формули речовин і перетворіть схеми реакцій на хімічні рівняння:

1) FeO + … → Fe₃O₄;

2) … + O₂ → Fe₂O₃;

3) Fe₂(SO₄)₃ + … → FeCl₃ + … ;

4) Fe₂O₃ + … → LiFeO₂;

5) Fe(OH)₃ + … →Fe(NO₃)₃ + … ;

6) FeCl₃ + … →Fe(OH)₃ + NH₄Cl.

197. Напишіть рівняння реакцій, за допомогою яких можна здійснити такі перетворення:

а) Fe → FeCl₂ → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂(SO₄)₃ → FePO₄;

б) Fe₂O₃→Ba(FeO₂)₂→Fe₂(SO₄)₃→Fe(NO₃)₃→Fe(OH)₃→Fe₂O₃.

 

Ферум. Елемент Ферум розміщений у 4-му періоді в побічній підгрупі VIII групи.

Поширеність у природі. Ферум — один із найпоширеніших металічних елементів у літосфері; його атомна частка становить 1,8 %.

Відомо дуже багато природних сполук Феруму. Деякі з них слугують сировиною для виробництва заліза. Це — залізні руди: гематит (або червоний залізняк) Fe₂O₃, магнетит (магнітний залізняк) Fe₃O₄, лимоніт (бурий залізняк) Fe₂O₃•nH₂O.

Україна має потужні поклади червоного залізняку в Криворізькому басейні. Пірит, або залізний колчедан, FeS₂ для металургії не придатний, оскільки домішка Сульфуру в залізі робить метал крихким. Цю сполуку використовують у виробництві сульфатної кислоти.

Cамородне залізо у природі трапляється дуже рідко.

Невелика кількість катіонів Fe²⁺ міститься у природній воді. Окиснюючись розчиненим киснем, вони перетворюються на йони Fe³⁺, які осаджуються з води у складі бурого гідроксиду Fe(OH)₃. Такий відтінок іноді має дно річки чи озера, накип у чайнику.

У живих істотах Феруму дуже мало, проте без цього елемента їх існування було б неможливим. Йони Fe²⁺ входять до складу гемоглобіну крові. Нестача Феруму в організмі призводить до анемії (малокрів’я).

Електронна будова атома і йонів. В атомі Феруму містяться 26 електронів (порядковий номер цього елемента — 26), які перебувають на чотирьох енергетичних рівнях (Ферум — елемент 4-го періоду). Електронна формула

атома Феруму: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s².

? Зобразіть графічний варіант електронної формули цього атома.

Атом Феруму порівняно легко втрачає два електрони зовнішнього (четвертого) енергетичного рівня, перетворюючись на йон Fe²⁺.

Він може позбутися ще й третього електрона — одного із d-електронів. У цьому разі утворюється йон Fe³⁺. У кожній його d-орбіталі перебуває по одному електрону: 3d⁵.

Йони Fe²⁺ і Fe³⁺ містяться в сполуках Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ).

Проста речовина. Залізо — метал, який людина використовує вже кілька тисячоліть. Без заліза і сплавів на його основі не можна уявити розвитку нашої цивілізації.

Фізичні властивості. Залізо — сірувато-сріблястий пластичний метал. Він має густину 7,87 г/см³, плавиться за температури 1539 °С, є феромагнетиком. Цей метал утворює сплави з багатьма металами.

Хімічні властивості. Залізо виявляє в хімічних реакціях достатню активність.

Якщо його добути у вигляді дуже дрібного порошку (наприклад, розкладаючи органічні сполуки Феруму), то метал набуває здатності самозайматися на повітрі. Таку властивість речовини називають пірофoрністю. Термін походить від грецьких слів pyr — вогонь і phoros — той, що несе.

Реакції з неметалами. При нагріванні залізо реагує з багатьма неметалами. Сталеве лезо або пружинка із закріпленим палаючим сірником згоряє в кисні:

3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄.

                                ферум(ІІ, ІІІ) оксид

Залізо горить і в атмосфері хлору, при нагріванні активно взаємодіє із сіркою:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃;

Fe + S = FeS.

Реакції з водою. Якщо залізні ошурки або цвях помістити у воду, то з часом на поверхні металу з’явиться іржа. Це — продукт взаємодії заліза з водою і розчиненим у ній киснем.

Іржа має змінний склад — Fe₂O₃•nH₂O. У хімічному рівнянні її формулу для спрощення запишемо як Fe(OH)₃ (цю формулу можна подати і так: Fe₂O₃•3H₂O):

4Fe + 6H₂O + 3O₂ = 4Fe(OH)₃.

Розжарене залізо взаємодіє з водяною парою:

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.

Раніше на цій реакції ґрунтувався промисловий метод добування водню.

Реакції з кислотами. Залізо взаємодіє із хлоридною, розбавленою сульфатною та деякими іншими кислотами з виділенням водню й утворенням солей Феруму(II):

Fe + H₂SO_{4 (розб.)} = FeSO₄ + H₂↑.

Із концентрованими нітратною та сульфатною кислотами залізо, як і алюміній, за звичайних умов майже не реагує через утворення на поверхні металу хімічно пасивної оксидної плівки. Тому ці кислоти транспортують у

залізних цистернах. При нагріванні оксидна плівка взаємодіє з кислотою й відразу в реакцію вступає метал:

Fe + HNO_{3 (конц.)} → Fe(NO₃)₃ + NO₂↑ + H₂O;

Fe + H₂SO_{4 (конц.)} → Fe₂(SO₄)₃ + SO₂↑ + H₂O.

? Доберіть коефіцієнти методом електронного балансу.

Реакції із солями. Залізо «витісняє» із солей у розчинах менш активні метали — мідь, срібло, бісмут та ін. При цьому, крім них, утворюються солі Феруму(ІІ), але не Феруму(ІІІ):

3Fe + 2BiCl₃ = 3FeCl₂ + 2Bi.

Оксиди Феруму. Ферум утворює три сполуки з Оксигеном: прості оксиди FeO, Fe₂O₃ і подвійний оксид Fe₃O₄ (або FeO•Fe₂O₃). Це — тверді речовини чорного (FeO і Fe₃O₄) або коричневого (Fe₂O₃) кольору. Докладно розглядатимемо лише прості оксиди.

Ферум(ІІ) оксид і ферум(ІІІ) оксид можна добути термічним розкладом відповідних гідроксидів, деяких оксигеновмісних солей:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O↑;

FeCO₃ = FeO + CO₂↑;

4Fe(NO₃)₃ = 2Fe₂O₃ + 12NO₂↑ + 3O₂↑.

Необхідною умовою для добування чистого ферум(ІІ) оксиду є відсутність кисню, інакше сполука реагує з ним, перетворюючись на оксид Fe₃O₄ або Fe₂O₃.

Прості оксиди Феруму різняться за хімічним характером: FeO — оснoвний оксид, Fe₂O₃ — амфотерний. Вони реагують з кислотними оксидами та кислотами.

? Напишіть рівняння реакцій: а) між оксидами FeO і P₂O₅; б) оксиду Fe₂O₃ із сульфатною кислотою.

Ферум(ІІІ) оксид не реагує з розчином лугу. Взаємодія цього оксиду з лугами відбувається лише при сплавлянні чи спіканні сполук. Продуктами реакцій є солі — ферити:

Fe₂O₃ + 2KOH = 2KFeO₂ + H₂O↑.

Гідроксиди Феруму нерозчинні у воді; сполука Fe(OH)₂ має білий колір, іноді із зеленкуватим відтінком, а Fe(OH)₃ — бурий.

Добути чистий ферум(ІІ) гідроксид за реакцією обміну у водному розчині дуже важко; він досить швидко окиснюється розчиненим у воді киснем повітря й перетворюється на ферум(ІІІ) гідроксид:

Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → Fe(OH)₃.

? Перетворіть схему реакції на хімічне рівняння.

За хімічним характером гідроксиди Феруму подібні до відповідних оксидів: сполука Fe(OH)₂ є основою, а Fe(OH)₃ — амфотерним гідроксидом, який, однак, майже не реагує з розчином лугу за звичайних умов.

Солі Феруму. Елемент Ферум утворює багато солей. Солі Феруму(ІІ) містять катіони Fe²⁺, а в солях Феруму(ІІІ) цей металічний елемент може перебувати у формі катіонів Fe³⁺ (FeF₃, Fe₂(SO₄)₃) або бути складником аніонів кислотних залишків (NaFeO₂, K₃FeO₃).

Цікаво знати: деякі ферити використовують у техніці як магнітні матеріали.

? Чим зумовлене існування двох типів солей Феруму(ІІІ)?

Розчинні солі Феруму при випарюванні води з їх розчинів виділяються у вигляді кристалогідратів — FeSO₄•7H₂O (залізний купорос), FeCl₃•6H₂O тощо. Більшість солей Феруму(ІІ) зеленкувато-блакитні, а солі Феруму(ІІІ) мають різне забарвлення; зокрема, сполука FeCl₃•6H₂O — коричневий, Fe₂(SO₄)₃•9H₂O — білий, Fe(NO₃)₃•9H₂O — блідо-бузковий.

Солі Феруму зазнають гідролізу; їх розчини мають кисле середовище:

FeCl₂ + H₂O ↔ Fe(OH)Cl + HCl.

                                            гідроксоферум(ІІ) хлорид

Добути деякі солі Феруму(ІІІ) через одночасний гідроліз катіонів і аніонів не вдається:

FeCl₃ + Na₂CO₃ + H₂O → Fe(OH)₃↓ + H₂CO₃ + NaCl.

                                                                                                         CO₂↑+ H₂O

Застосування сполук Феруму. Сполуки Феруму широко використовують на практиці.

Оксиди Fe₂O₃ і Fe₃O₄ є сировиною для чорної металургії. Природні гідрати ферум(ІІІ) оксиду Fe₂O₃•nH₂O забарвлені в різні кольори — від жовто-коричневого до бурого; вони слугують пігментами у фарбах — охрі (жовта),

залізному сурику та мумії (червоно-коричневі). Подвійний оксид Fe₃O₄ використовують як матеріал електродів для електролізу, а також у лужних акумуляторах. Найважливішою сіллю Феруму є залізний купорос (ферум(ІІ) сульфат, гептагідрат) FeSO₄•7H₂O. Сполуку застосовують для консервування

деревини, боротьби із хворобами рослин, як відновник і вихідну речовину для добування різних сполук Феруму.

ВИСНОВКИ

Ферум — один із найважливіших металічних елементів. Він належить до d-елементів, утворює просту речовину — залізо.

Залізо реагує з більшістю неметалів, кислотами, розчинами багатьох солей, а за наявності води і кисню ржавіє.

Для Феруму відомі оксиди FeO, Fe₂O₃ і Fe₃O₄. Оксид FeO є основним, а Fe₂O₃ — амфотерним.

Гідроксиди Fe(OH)₂ і Fe(OH)₃ за хімічним характером подібні до відповідних оксидів.

Оксиди і гідроксиди Феруму реагують із кислотами, а ферум(ІІІ) оксид при нагріванні — ще й із лугами.

Солі Феруму мають різне забарвлення, а розчинні у воді утворюють кристалогідрати.

Оксиди та солі Феруму використовують у багатьох сферах.