Print bookPrint book

§ 50. Важнейшие соединения железа

Site: Профильное обучение
Course: Химия. 11 класс
Book: § 50. Важнейшие соединения железа
Printed by: Guest user
Date: Sunday, 26 May 2024, 8:44 AM

Оксиды и гидроксиды железа(II, III)

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

FeO space plus space 2 НСl space equals space FeCl subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight O comma
Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 space plus space 2 НСl space equals space FeCl subscript 2 space plus space 2 straight H subscript 2 straight O.

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):

img
Рис. 118. Соединения железа

4 Fe with plus 2 on top left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 space plus space straight О subscript 2 space plus space 2 straight H subscript 2 straight О space equals space 4 Fe with plus 3 on top left parenthesis OH right parenthesis subscript 3 semicolon
2 Fe with plus 2 on top left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 space plus space straight H subscript 2 straight О subscript 2 space equals space 2 Fe with plus 3 on top left parenthesis OH right parenthesis subscript 3.

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

Fe with plus 2 on top straight O space plus space СО space equals stack space Fe with 0 on top space plus space CO subscript 2.

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

FeCl subscript 2 space plus space 2 NaOH space equals space Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 not stretchy downwards arrow space plus space 2 NaCl,

а оксид можно получить разложением гидроксида:

Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 2 stack space equals space with t on top FeO space plus space straight H subscript 2 straight O.

Оксид железа(II, III) Fe3O4 — магнетит — кристаллическое вещество, в котором железо находится в двух степенях окисления +2 и +3, или Fe with plus 2 on top straight O space bold times space Fe with plus 3 on top subscript 2 straight O subscript 3, обладает магнитными свойствами.

При его взаимодействии с кислотами образуется две соли:

Fe with plus 2 on top straight O space bold times stack space Fe with plus 3 on top subscript 2 straight O subscript 3 space plus space 8 НСl space equals stack space Fe with plus 2 on top Cl subscript 2 space plus space 2 Fe with plus 3 on top Cl subscript 3 space plus space 4 straight Н subscript 2 straight О.

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:

2 Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 3 space plus space 3 straight H subscript 2 SО subscript 4 space equals space Fe subscript 2 left parenthesis SО subscript 4 right parenthesis subscript 3 space plus space 6 straight Н subscript 2 straight О,

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

Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 3 space plus space NaOH stack space equals space with t on top NaFeО subscript 2 space plus space 2 straight Н subscript 2 straight О semicolon
Fe subscript 2 straight О subscript 3 space plus space СaО stack space equals space with t on top Ca left parenthesis FeО subscript 2 right parenthesis subscript 2.

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

FeCl subscript 3 space plus space 3 NaOH space equals space Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 3 not stretchy downwards arrow space plus space 3 NаCl.

Fe2О3 образуется при термическом разложении Fe(OH)3:

2 Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 3 stack space equals space with t on top Fe subscript 2 straight О subscript 3 space plus space 3 straight Н subscript 2 straight О.

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.

img

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↓.

img

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.

Оксид и гидроксид железа(II) обладают основными свойствами, проявляют преимущественно восстановительную способность.

Оксид и гидроксид железа(III) обладают слабо выраженными амфотерными свойствами, проявляют преимущественно окислительную способность.

Ионы Fe2+ и Fe3+ под действием щёлочи образуют окрашенные осадки: Fe(ОН)2 — белый с серовато-зелёным оттенком и Fe(ОН)3 — бурый.

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)  begin mathsize 14px style stack Fe space with 0 on top stack not stretchy rightwards arrow with 1 on top space with blank on top stack Fe space with plus 2 on top not stretchy rightwards arrow with 2 on top space stack Fe space with plus 3 on top not stretchy rightwards arrow with 3 on top Fe with plus 2 on top space not stretchy rightwards arrow with 4 on top stack space Fe with 0 on top space not stretchy rightwards arrow with 5 on top Fe with plus 3 on top end style;
  • б)  begin mathsize 14px style Fe left parenthesis NO subscript 3 right parenthesis subscript 3 not stretchy rightwards arrow with 1 on top Fe left parenthesis OH right parenthesis subscript 3 not stretchy rightwards arrow with 2 on top Fe subscript 2 straight O subscript 3 not stretchy rightwards arrow with 3 on top Fe not stretchy rightwards arrow with 4 on top FeCl subscript 2 not stretchy rightwards arrow with 5 on top FeCl subscript 3 end style.
Повышенный уровень
§ 50.1
Повышенный уровень
§ 50.2
Повышенный уровень
§ 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) not stretchy rightwards arrow with t on top;
  • в) ВаО + Fe2O3 not stretchy rightwards arrow with t on top;
  • г) FeСl3(р-р) + KOH(р-р) →.

4. Осуществимы процессы:

  • а) Hg(NO3)2 + Fe →;
  • б) FeCl3 + Cu →;
  • в) CuCl2 + Fe →;
  • г) Fe(OH)3 not stretchy rightwards arrow with t on top.

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.