§ 50. Важнейшие соединения железа

Оксиды и гидроксиды железа(II, III)

Оксид и гидроксид железа в степени окисления +2 обладают основными свойствами — они взаимодействуют с кислотами:

С другой стороны, соединения железа(II) участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, проявляя, как правило, восстановительные свойства. Без окисления соединения Fe(II) могут сохраняться только в инертной среде. На воздухе под действием кислорода или в водном растворе под действием окислителей, например О₂, H₂О₂, железо в гидроксиде железа(II) окисляется до степени окисления +3. При этом окраска суспензии гидроксида железа(II) меняется от белой с серо-зелёным оттенком до бурой (рис. 118, а, б, Приложение 3):

В то же время железо в оксиде FeO (рис. 118, в) восстанавливается в реакциях с водородом, углеродом, угарным газом, более активными металлами:

.

Гидроксид железа(II) получают действием раствора щёлочи на соли, например:

,

а оксид можно получить разложением гидроксида:

.

Оксид железа(II, III) Fe₃O₄ — магнетит — кристаллическое вещество, в котором железо находится в двух степенях окисления +2 и +3, или , обладает магнитными свойствами.

При его взаимодействии с кислотами образуется две соли:

.

Оксид и гидроксид железа(III). Оксид и гидроксид железа в степени окисления +3 нерастворимы в воде и обладают слабо выраженными амфотерными свойствами (рис. 118, б, г). Они легко взаимодействуют с кислотами и кислотными оксидами, проявляя основные свойства:

,

а со щелочами и основными оксидами реагируют лишь при спекании, образуя ферриты:

Гидроксид железа(III) получают из растворов солей осаждением раствором щёлочи:

.

Fe₂О₃ образуется при термическом разложении Fe(OH)₃:

.

Соли железа(II, III)

Соли железа(II) бесцветны, но из-за примесей солей железа(III) окрашены в зеленоватый цвет. При хранении они приобретают рыжеватый оттенок вследствие частичного окисления атомов железа кислородом воздуха до степени окисления +3. Таким образом, соли железа(II) обладают восстановительными свойствами. Например:

4FeCl₂ + O₂ + 2H₂O = 4FeOHCl₂.

Реакцию восстановления ионов серебра железом(II) в растворе использовали в первых фотографических процессах для проявления изображений:

Ag⁺ + Fe²⁺ = Ag↓ + Fe³⁺.

Соединения железа в степени окисления +3 способны проявлять окислительные свойства за счёт восстановления Fe(III) до Fe(II), например, при взаимодействии в растворах с медью:

2FeCl₃ + Сu = 2FeCl₂ + СuСl₂.

Качественные реакции на ионы железа(II) и железа(III)

Соли железа можно различить по окраске. В отличие от соединений железа(II) у соединений железа(III) тёмно-бурая окраска (рис. 118, д, е), которую придают примеси основных солей. В отсутствие этих примесей подкисленные растворы солей железа(III) имеют соломенно-жёлтый цвет.

В качестве реагентов на ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ проще всего использовать раствор щёлочи. При наличии ионов Fe²⁺ образуется белый осадок с серо-зелёным оттенком (рис. 118, а). При наличии в растворе ионов Fe³⁺ выпадает бурый осадок (рис. 118, б):

Fe²⁺ + 2ОН^– = Fe(ОН)₂↓;
Fe³⁺ + 3ОН^– = Fe(ОН)₃↓.

Для ионов Fe³⁺ наиболее чувствительным реагентом являются роданид-ионы NCS^–. При их взаимодействии с Fe³⁺ образуется вещество кроваво-красного цвета:

Fe³⁺ + 3NCS^– = Fe(NCS)₃ (Приложение 3).

Этим реагентом (например, в виде соли KNCS) можно обнаружить даже следы соединений железа(III) в водопроводной воде.

Биологическая роль железа

Железо — жизненно необходимый для растений элемент, участвующий в процессе фотосинтеза. Железо играет важную роль в ферментативных реакциях, в обеспечении иммунных функций, входит в состав гемоглобина — переносчика кислорода от органов дыхания к тканям.

В организме человека содержится 3–5 г железа. Недостаток железа в организме является одной из причин возникновения анемии, снижения интеллекта и нарушения нервно-психических функций.

В организм железо поступает с пищей. Наиболее богаты железом продукты животного происхождения (например, говяжья печень, мясо, рыба), где оно находится в легко усваиваемой форме. Менее усваиваемое железо содержится в растительных продуктах: тыкве, овсяной крупе, какао, горохе, инжире, изюме.

Вопросы, задания, задачи

1. Из перечня — FeSO₄, FeO, Fe(OН)₂, Fe₂O₃, FePO₄, Fe(NO₃)₃, Fe(OН)₃, Fe₂(SO₄)₃ — выпишите формулы:

• а) оксидов железа;
• б) солей железа(III).

Назовите вещества, представленные формулами.

2. Составьте формулы солей: нитрат железа(II), карбонат железа(II), сульфат железа(II), нитрат железа(III), хлорид железа(III), сульфат железа(III).

3. Определите массовую долю железа в железном купоросе FeSO₄ · 7H₂O.

4. Составьте уравнения реакций восстановления оксида FeO до металла водородом, углеродом, угарным газом, более активными металлами.

5. Рассчитайте объём хлора, затраченный на окисление 0,3 моль хлорида железа(II).

6. Даны вещества: соляная кислота, гидроксид калия, оксид калия, вода, оксид серы(VI). С каким из них может взаимодействовать:

• а) оксид железа(II);
• б) оксид железа(III);
• в) гидроксид железа(II);
• г) гидроксид железа(III)?

Составьте уравнения соответствующих реакций, укажите условия их проведения.

7. Предложите способ превращения оксида железа(II) и оксида железа(III) в соответствующие гидроксиды. Поясните уравнениями реакций.

8. В четыре пробирки с растворами сульфатов магния, калия, железа(II), железа(III) добавили раствор гидроксида натрия. При этом наблюдали выпадение осадков: в первой пробирке — зелёного, во второй — белого, в четвёртой — бурого. Укажите названия исходных веществ в каждой пробирке. Поясните уравнениями реакций в молекулярной и сокращённой ионной формах.

9. Для осенней обработки виноградной лозы от вредителей садовод приготовил раствор из 5 литров воды и 250 г железного купороса. Определите массовую долю сульфата железа(II) в этом растворе.

10. Составьте уравнения реакций согласно схеме:

• а)  ;
• б)  .

§ 50.1

§ 50.2

§ 50.3

*Самоконтроль

1. Только основными свойствами обладают:

• а) FeO;
• б) Fe₂O₃;
• в) Fe(OH)₂;
• г) Fe(OH)₃.

2. Окисляется кислородом воздуха и пероксидом водорода:

• а) Fe(OH)₃;
• б) Fe(OH)₂;
• в) Fe₂O₃;
• г) FeСl₃.

3. Ферриты образуются в реакциях:

• а) FeO + HCl →;
• б) Fe(OH)₃ + KOH_(тв) ;
• в) ВаО + Fe₂O₃ ;
• г) FeСl_3(р-р) + KOH_(р-р) →.

4. Осуществимы процессы:

• а) Hg(NO₃)₂ + Fe →;
• б) FeCl₃ + Cu →;
• в) CuCl₂ + Fe →;
• г) Fe(OH)₃ .

5. Зелёный, бурый и белый осадки соответственно выпадают при добавлении раствора щёлочи к растворам:

• а) FeСl₃, FeSO₄, CuSO₄;
• б) Ca(NO₃)₂, Fe(NO₃)₃, Mg(NO₃)₂;
• в) FeСl₂, FeСl₃, MgCl₂;
• г) FeSO₄, Fe(NO₃)₂, СаСl₂.