ГМ-20 хімія 04.11.21
Виконану роботу надіслати на електронну пошту
04.11.2021
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 + H2SO4 (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 + HNO3 (конц.) → Fe(NO3)3 + NO2↑ + H2O;
Fe + H2SO4 (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.
Комментарии
Отправить комментарий