Железо в природе (4,7% в земной коре)

Железо в организме химическая формула. Железо: строение атома, распространение в природе. Физические и химические свойства железа

Железо – металлический элемент побочной подгруппы VИИИ группы 4 периода периодической системы химических элементов. Он является представителем d-элементов. На внешнем энергетическом уровне атома железа находится два s-электроны

А на передзовнишньому энергетическом уровне происходит заполнение d-подуровня. В своих соединениях Ферум способен проявлять степени окисления +2 и +3.

Массовая доля железа в земной коре составляет 5%. Он занимает четвертое место по распространенности в природе. Важнейшими железными рудами являются: магнетит Fе3О4, гематит Fe2О3, лимонитом – Fe2O3 nH2O, сидерит FеСО3, пирит FеS2.

Железо является биологически важным элементом. Он содержится в организмах всех животных и в растениях. Железо входит в состав цитоплазмы растений, участвует в процессе фотосинтеза. В организме взрослого человека содержится около 4 г железа. Он накапливается преимущественно в печени, костном мозге, селезенке.

Но основная часть железа входит в состав гемоглобина – красного пигмента крови, который выполняет функцию переноса кислорода от легких к тканям, а в обратном направлении – углекислого газа. Недостаток железа приводит к опасной болезни – малокровие.

Поэтому обязательно надо употреблять пищевые продукты, богатые Ферум: петрушку, печень, телятину, гречку, курагу и др..

Чистое железо – серебристо-белый блестящий металл с температурой плавления 1535 ? С и плотностью 7,87 г/см3. От других металлов железо отличается магнитными свойствами. Железо является очень пластичным металлом и легко поддается обработке.

Железо относится к числу металлов средней активности. Химически чистое железо устойчиво к коррозии. Однако ничтожные доли примесей лишают его этого свойства.

Железо сгорает в кислороде. Продукт этой реакции – железная ожарина:

3Fe + 2O2 = Fe3O4.

Железо реагирует и с другими неметаллами – галогенами, серой, углеродом. При взаимодействии с сильными окислителями, например, хлором образуются соединения железа со степенью окисления +3:

2Fe + 3Сl2 = 2FeCl3,

а при взаимодействии с менее активными окислителями образуются соединения со степенью окисления железа +2:

При высокой температуре железо реагирует с водяным паром. В результате реакции образуются железная ожарина и водород:

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 ?.

Железо реагирует с растворами кислот с образованием солей и выделением газообразного водорода:

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 ?.

Под действием концентрированных серной и азотной кислот на поверхности железа образуется плотная оксидная пленка, ибо эти концентрированные кислоты можно хранить и транспортировать в стальных цистернах.

Железо замещает менее активные металлы при взаимодействии с растворами их солей:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu.

На влажном воздухе железо подвергается коррозии. Ее продуктом является ржавчина. Вследствие своей пористости ржавчина не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу, что приводит к дальнейшему разрушению металла.

Железо – важнейший металл современной техники. В чистом виде железо почти не используется, но примерно 90% металлов, используемых человечеством – это сплавы на основе железа.

Железа выплавляется в мире очень много, примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о других металлов. На основе железа создают сплавы, способные выдерживать воздействие высоких и низких температур, вакуума и высоких давлений, агрессивных сред и т.д.

. Сплавы железа широко применяют как конструкционные и художественные материалы.

Рассмотрим электронное строение атома железа, а также его расположение в таблице Менделеева. Выявим основные физические и химические свойства данного элемента, области использования.

Положение в ПС

Железо является д-элементом 8 группы (побочной подгруппы). Имеет 26 порядковый номер, относительную атомную массу – 56, в его атоме содержится 26 протонов, 26 электронов, а также 30 нейтронов. Данный металл имеет среднюю химическую активность, проявляет восстановительные свойства. Характерные степени окисления: +2, +3.

Особенности строения атома

Что собой представляет электронная железа? Если рассматривать распределение электронов по энергетическим уровням, получим следующий вариант:

2е; 8е; 14 е; 2е. Такое строение электронной оболочки атома железа свидетельствует о его расположении в побочной подгруппе, подтверждает принадлежность к д-семейству элементов.

Нахождение в природе

Железо является одним из наиболее распространенных в природе химических элементов. В земной коре его процентное содержание составляет около 5,1%. В большем количестве в недрах нашей планеты присутствует только три элемента: кремний, алюминий, кислород.

Железные руды встречаются в разных регионах Земли. Алхимиками были обнаружены соединения данного металла в почвах. При производстве железа выбирают руды, в которых его содержание превышает 30 процентов.

В магнитном железняке содержится около семидесяти двух процентов металла. Основные месторождения магнетита располагаются в Курской магнитной аномалии, а также на Южном Урале. В кровавике процентное количество железа достигает 65 процентов. Гематит был обнаружен в Криворожском районе.

Значение для растений и животных

Какую роль в живых организмах выполняет железо? Строение атома поясняет его восстановительные свойства. Данный химический элемент входит в состав гемоглобина, придавая ему характерную красную окраску.

Около трех граммов чистого железа, большая часть которого включена в гемоглобин, обнаружена в организме взрослого человека.

Основным предназначением является перенос к тканям из легких активного кислорода, а также вывод образующегося углекислого газа.

Необходим этот металл и растениям. Входя в состав цитоплазмы, он принимает активное участие в процессах фотосинтеза. Если в растении недостаточно железа, его листья имеют белую окраску. При минимальных подкормках солями железа листья растений приобретают зеленый цвет.

Физические свойства

Мы рассмотрели строение атома железа. Схема подтверждает наличие у данного элемента металлического блеска (есть валентные электроны). У серебристо-белого металла довольно высокая температура плавления (1539 градусов по Цельсию). Благодаря хорошей пластичности данный металл легко поддается прокатке, штамповке, ковке.

Способность к намагничиванию и размагничиванию, характерная для железа, сделала его отличным материалом для производства сердечников мощных электромагнитов в разных аппаратах и электрических машинах.

Насколько активно железо? Строение атома показывает наличие на внешнем уровне двух электронов, которые будут отданы в ходе химической реакции. Для увеличения его твердости и прочности осуществляют дополнительную прокатку и закалку металла. Такие процессы не сопровождаются изменением строения атома.

Разновидности железа

Электронное строение атома железа, схема которого была рассмотрена выше, объясняет его химические характеристики. В технически чистом металле, являющемся низкоуглеродистой сталью, основным компонентом является железо. В качестве примесей выявлено около 0,04 процента углерода, также присутствуют фосфор, азот, сера.

Химически чистое железо по своим внешним параметрам аналогично платине. Оно обладает повышенной стойкостью к процессам коррозии, устойчиво к действию кислот. При малейшем введении примесей в чистый металл его уникальные характеристики исчезают.

Варианты получения

Строение атомов алюминия и железа свидетельствуют о принадлежности амфотерного алюминия к главной подгруппе, возможности использования его в процессе выделения железа из его оксидов. Алюмотермия, осуществляемая при повышенной температуре, позволяет выделять чистый металл из природных руд. Кроме алюминия в качестве сильных восстановителей выбирают углерода (2), уголь.

Особенности химических свойств

Какие химические свойства имеет железо? Строение атома поясняет его восстановительную активность. Для железа характерно образование двух рядов соединений, имеющих степени окисления +2, +3.

Во влажном воздухе происходит процесс ржавления (коррозии) металла, в результате образуется гидроксид железа (3). С кислородом нагретая железная проволока реагирует с появлением черного порошка оксида железа (2,3), называемого железной окалиной.

При высокой температуре металл способен взаимодействовать с парами воды, образуя при этом смешанный оксид. Процесс сопровождается выделением водорода.

Реакция с неметаллами происходит только при предварительном нагревании исходных компонентов.

Железо можно растворить в разбавленной серной или соляной кислотах без предварительного подогрева смеси. Концентрированные серная и соляная кислоты пассивируют этот металл.

Какими еще химическими свойствами обладает железо? Строение атома данного элемента свидетельствует о его средней активности. Это подтверждается расположением железа до водорода (Н2) в ряду напряжений.

Следовательно, оно может вытеснять из солей все металлы, располагающиеся правее в ряду Бекетова.

Так, в реакции с хлоридом меди (2), осуществляемой при нагревании, происходит выделение чистой меди и получение раствора хлорида железа (2).

Области применения

Основную часть всего железа используют в производстве чугуна и стали. В чугуне процентное содержание углерода составляет 3-4 процента, в стали – не больше 1,4 процентов. Этот неметалл выполняет функцию элемента, повышающего прочность соединения. Кроме того, он позитивно воздействует на коррозионные свойства сплавов, повышает устойчивость материала к повышенной температуре.

Добавки ванадия необходимы для повышения механической прочности стали. Хром увеличивает стойкость к действию агрессивных химических веществ.

Ферромагнитные свойства этого химического элемента сделали его востребованным в промышленных установках, включающих в состав электромагниты. Кроме того, железо нашло свое использование и в сувенирной промышленности. На его основе изготавливают различные сувениры, например красочные магнитики на холодильник.

Прочность и ковкость позволяют применять металл для создания брони, различных видов оружия.

(3) применяют для очистки воды от примесей. В медицине 26 элемент периодической применяют при лечении такого заболевания, как анемия. В случае недостатка красных кровяных телец возникает быстрая утомляемость, кожа приобретает неестественный бледный цвет.

Препараты железа помогают устранять подобную проблему, возвращать организм к полноценной деятельности. Особое значение железо имеет для деятельности щитовидной железы, печени.

Чтобы в организме человека не возникало серьезных проблем, достаточно употреблять в день около 20 мг этого металла.

Здесь Вы можете скачать Урок по теме: “Железо. Положение железа в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства железа” для предмета: Химия. Данный документ поможет вам подготовить хороший и качественный материал для урока.

Дата_____________ Класс_______________

Тема: Железо. Положение железа в периодической системе и строение его атома. Нахождение в природе. Физические и химические свойства железа .

Цели урока: рассмотреть электронное строение атома железа; изучить его химические и физические свойства.

Ход работы

1. Организационный момент урока.

2. Изучение нового материала.

Железо – химический элемент

1. Положение железа в периодической таблице химических элементов и строение его атома

Стали используются для изготовления машин, различных строительных материалов, балок, листов, проката, рельсов, инструмента и множества других изделий. Для производства различных сортов сталей применяют так называемые легирующие добавки, которыми служат различные металлы: Мn , Сr , Мо и другие, улучшающие качество стали.

3. Закрепление изученного материала

№1. Составьте уравнения реакций получения железа из его оксидов Fe 2 O 3 и Fe 3 O 4 , используя в качестве восстановителя:а) водород;б) алюминий;в) оксид углерода (II).

Для каждой реакции составьте электронный баланс.

Минералы железа

Начало железа

Железо — один из самых распространённых элементов в Солнечной системе, особенно на планетах земной группы, в частности, на Земле.

Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, в том числе Земли, где его содержание достигает 90%. Содержание железа в земной коре составляет от 4 до 5%, а в мантии около 12 %.

Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86% всего железа, а в мантии 14%.

Содержание железа значительно повышается в изверженных породах основного состава, где оно связано с пироксеном, амфиболом, оливином и биотитом.

В промышленных концентрациях железо накапливается в течение почти всех экзогенных и эндогенных процессов, происходящих в земной коре.

В морской воде железо содержится в очень малых количествах 0,002 – 0,02 мг/л. В речной воде несколько выше – 2 мг/л.

Большую роль железо играет в биосфере, так как атом железа входит в состав гемоглобина – белка красных клеток крови у высших организмов. Гемоглобин участвует в доставке кислорода к тканям и клеткам.

Считается, что железо вместе с никелем, кобальтом и кислородом (по другой теории – водородом) входит в состав земного ядра. Давление в центре Земли колоссальное (около 3 миллионов атмосфер), и свойства этих элементов, в том числе и железа должны стать необычными.

Ученые полагают, что при таких сжатиях водород становится металлом, а электронная структура атомов железа и других металлов (прежде всего, внешние электронные оболочки) может сильно изменяться.

Однако, хотя фантасты уже много раз описали путешествие к центру Земли, непосредственно состав земного ядра мы изучить не можем: геохимики судят о нем на основе косвенных данных.

Геохимические свойства железа

Важнейшая геохимическая особенность железа — наличие у него нескольких степеней окисления.

Железо в нейтральной форме — металлическое — слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре. Закисное железо FeO — основная форма нахождения железа в мантии и земной коре.

Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.

По кристаллохимическим свойствам ион Fe2+ близок к ионам Mg2+ и Ca2+ — другим главным элементам, составляющим значительную часть всех земных пород. В силу кристаллохимического сходства железо замещает магний и, частично, кальций во многих силикатах. При этом содержание железа в минералах переменного состава обычно увеличивается с уменьшением температуры.

Минералы железа

В земной коре железо распространено достаточно широко — на его долю приходится около 4,1 % массы земной коры (4-е место среди всех элементов, 2-е среди металлов). В мантии и земной коре железо сосредоточено главным образом в силикатах, при этом его содержание значительно в основных и ультраосновных породах, и мало — в кислых и средних породах.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо. Рудами называются природные минералы, содержащие железо в таких количествах и соединениях, при которых промышленное извлечение из них металла экономически целесообразно. Содержание железа в промышленных рудах изменяется в широких пределах – от 16 до 70%.

В зависимости от химического составажелезные руды применяются для выплавки чугуна в естественном виде или, если они содержат менее 50% Fe, после обогащения. Бóльшая часть железных руд используется для выплавки чугунов, сталей, а также ферросплавов.

В относительно небольших количествах они используются в качестве природных красок (охры) и утяжелителей буровых глинистых растворов.

Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeO.Fe2O3, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O).

Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в коре выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды.

В них часто встречается вивианит Fe(3PO4)2·8H2O, имеющий форму чёрных удлинённых кристаллов и радиально-лучистых агрегатов.

В природе также широко распространены сульфиды железа — пирит FeS2 (серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой — пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

Другие часто встречающиеся минералы железа:

·  Сидерит — FeCO3 — содержит примерно 35 % железа. Обладает желтовато-белым (с серым или коричневым оттенком в случае загрязнения) цветом.

·  Марказит — FeS2 — содержит 46,6 % железа. Встречается в виде жёлтых, как латунь, бипирамидальных ромбических кристаллов.

·  Лёллингит — FeAs2 — содержит 27,2 % железа и встречается в виде серебристо-белых бипирамидальных ромбических кристаллов.

·  Миспикель — FeAsS — содержит 34,3 % железа. Встречается в виде белых моноклинных призм.

·  Мелантерит — FeSO4·7H2O — реже встречается в природе и представляет собой зелёные (или серые из-за примесей) моноклинные кристаллы, обладающие стеклянным блеском, хрупкие.

·  Вивианит — Fe3(PO4)2·8H2O — встречается в виде сине-серых или зелено-серых моноклинных кристаллов.

В земной коре содержатся и другие, менее распространенные минералы железа, например:

ильменит — FeTiO3 магномагнетит — (Fe, Mg)[Fe2O4] фиброферрит — FeSO4(OH)·4,5H2O ярозит — KFe3(SO4)2(OH)6 кокимбит — Fe2(SO4)3·9H2O рёмерит — Fe2+Fe3+2(SO4)4·14H2O графтонит — (Fe, Mn)3(PO4)2 скородит — Fe3+AsO4·2H2O альмандит — Fe3Al2[SiO4]3 андарадит — Ca3Fe2[SiO4]3 гиперстен — (Fe, Mg)2[Si2O6] геденбергит — (Ca, Fe)[Si2O6] эгирин — (Na, Fe)[Si2O6] шамозит — e2+4Al[AlSi3O10](OH)6·nH2O нонтронит — (Fe3+, Al)2[Si4O10](OH)2·nH2O

штренгит — FePO4·2H2O

Железо

Железо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum).

Атомный номер26
Атомная масса55,845

Плотность, кг/м³7860

Температура плавления, °С1536

Теплоемкость, кДж/(кг·°С)0,46

Электроотрицательность1,8

Ковалентный радиус, Å1,17

1-й ионизац. потенциал, эв7,87

История железа

Железо как инструментальный материал известно с древнейших времён, самые древние изделия из железа, найденные при археологических раскопках, датируются 4-м тысячелетием до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям.

Это наконечники для стрел и украшения из метеоритного железа, то есть, сплава железа и никеля (содержание последнего колеблется от 5 до 30 %), из которого состоят метеориты.

От их небесного происхождения идёт, видимо, одно из наименований железа в греческом языке: «сидер» (а на латыни это слово значит «звёздный»).

Изделия из железа, полученного искусственно, известны со времени расселения арийских племён из Европы в Азию и острова Средиземного моря (4—3-е тысячелетие до н. э.).

Самый древний железный инструмент из известных — стальное долото, найденное в каменной кладке пирамиды Хеопса в Египте (построена около 2550 года до н. э.). Железо часто упоминается в древнейших (3-е тысячелетие до н. э.

) текстах хеттов, основавших свою империю на территории современной Анатолии в Турции.

Содержание железа в земле

По содержанию в литосфере (4,65% по массе) Железо занимает второе место среди металлов (на первом алюминий). Оно энергично мигрирует в земной коре, образуя около 300 минералов (окислы, сульфиды, силикаты, карбонаты, титанаты, фосфаты и т. д.).

Железо принимает активное участие в магматических, гидротермальных и гипергенных процессах, с которыми связано образование различных типов его месторождений. Железо – металл земных глубин, оно накапливается на ранних этапах кристаллизации магмы, в ультраосновных (9,85%) и основных (8,56%) породах (в гранитах его всего 2,7%).

В биосфере Железо накапливается во многих морских и континентальных осадках, образуя осадочные руды.

Значительная часть железа планет земной группы находится в ядрах планет, где его содержание, по оценкам, около 90 %. Содержание железа в земной коре составляет 5 %, а в мантии около 12%. Из металлов железо уступает по распространённости в коре только алюминию. При этом в ядре находится около 86 % всего железа, а в мантии 14 %.

Содержание железа значительно повышается в изверженных породах основного состава, где оно связано с пироксеном, амфиболом, оливином и биотитом. В промышленных концентрациях железо накапливается в течение почти всех экзогенных и эндогенных процессов, происходящих в земной коре. В морской воде железо содержится в очень малых количествах 0,002 – 0,02 мг/л.

В речной воде несколько выше – 2 мг/л.

Особенность железа — наличие у него нескольких степеней окисления.

Железо в нейтральной форме — металлическое — слагает ядро земли, возможно, присутствует в мантии и очень редко встречается в земной коре.

Закисное железо FeO — основная форма нахождения железа в мантии и земной коре. Окисное железо Fe2O3 характерно для самых верхних, наиболее окисленных, частей земной коры, в частности, осадочных пород.

Известно большое число руд и минералов, содержащих железо.

Наибольшее практическое значение имеют красный железняк (гематит, Fe2O3; содержит до 70 % Fe), магнитный железняк (магнетит, FeFe2O4, Fe3O4; содержит 72,4 % Fe), бурый железняк или лимонит (гётит и гидрогётит, соответственно FeOOH и FeOOH·nH2O), а также шпатовый железняк (сидерит, карбонат железа(II), FeCO3; содержит около 48 % Fe). Гётит и гидрогётит чаще всего встречаются в корах выветривания, образуя так называемые «железные шляпы», мощность которых достигает несколько сотен метров. Также они могут иметь осадочное происхождение, выпадая из коллоидных растворов в озёрах или прибрежных зонах морей. При этом образуются оолитовые, или бобовые, железные руды. В них часто встречается вивианит Fe(3PO4)2·8H2O, образующий чёрные удлинённые кристаллы и радиально-лучистые агрегаты.

В природе также широко распространены сульфиды железа — пирит FeS2 (серный или железный колчедан) и пирротин. Они не являются железной рудой — пирит используют для получения серной кислоты, а пирротин часто содержит никель и кобальт.

По запасам железных руд Россия занимает первое место в мире.

Физические свойства железа

Значение Железа в современное технике определяется не только его широким распространением в природе, но и сочетанием весьма ценных свойств. Оно пластично, легко куется как в холодном, так и нагретом состоянии, поддается прокатке, штамповке и волочению. Способность растворять углерод и других элементы служит основой для получения разнообразных железных сплавов.

Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость.

Обладает ярко выраженными магнитными свойствами.

Часто выделяют так называемую «триаду железа» — группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.

Металловедение не выделяет β-Fe как отдельную фазу, и рассматривает её как разновидность α-Fe.

Для чистого железа при нормальном давлении, с точки зрения металловедения, существуют следующие устойчивые модификации:

• От абсолютного нуля до 910 °C устойчива α-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.
• От 910 до 1400 °C устойчива γ-модификация с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической решёткой.

• От 1400 до 1539 °C устойчива δ-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.

Наличие в стали углерода и легирующих элементов существенным образом изменяет температуры фазовых переходов.

Железо тугоплавко, относится к металлам средней активности. Температура плавления железа 1539 °C, температура кипения — 2862 °C.

Ниже приводятся физические свойства Железа, относящиеся в основном к металлу с общим содержанием примесей менее 0,01% по массе:

Атомный радиус 1,26Å

Ионные радиусы Fe2+0,80Å, Fe3+ 0.67Å

Плотность (20°C) 7 ,874 г/см3

tпл 1539°С

tкип около 3200°С

Температурный коэффициент линейного расширения (20°С) 11,7·10-6

Теплопроводность (25°С) 74,04 вт/(м·K) [0,177 кал/(см·сек·град)]

Теплоемкость Железа зависит от его структуры и сложным образом изменяется с температурой; средняя удельная теплоемкость (0-1000°С) 640,57 дж/(кг·К) [0,153 кал/(г·град)].

Удельное электрическое сопротивление (20°С) 9,7·10-8 ом·м

Температурный коэффициент электрического сопротивления (0-100°С) 6,51·10-3

Модуль Юнга 190-210·103 Мн/м2 (19-21·103 кгс/мм2)

Температурный коэффициент модуля Юнга 4·10-6

Модуль сдвига 84,0·103 Мн/м2

Кратковременная прочность на разрыв 170-210 Мн/м2

Относительное удлинение 45-55%

Твердость по Бринеллю 350-450 Мн/м2

Предел текучести 100 Мн/м2

Ударная вязкость 300 Мн/м2

Химические свойства железа

Основные степени окисления железа — +2 и +3.

При хранении на воздухе при температуре до 200 °C железо постепенно покрывается плотной плёнкой оксида, препятствующего дальнейшему окислению металла.

Во влажном воздухе железо покрывается рыхлым слоем ржавчины, который не препятствует доступу кислорода и влаги к металлу и его разрушению.

Ржавчина не имеет постоянного химического состава, приближённо её химическую формулу можно записать как Fe2O3·xH2O.

С кислородом железо реагирует при нагревании. При сгорании железа на воздухе образуется оксид Fe3O4, при сгорании в чистом кислороде — оксид Fe2O3. Если кислород или воздух пропускать через расплавленное железо, то образуется оксид FeO. При нагревании порошка серы и железа образуется сульфид, приближённую формулу которого можно записать как FeS.

Железо при нагревании реагирует с галогенами. Так как FeF3 нелетуч, железо устойчиво к действию фтора до температуры 200—300 °C. При хлорировании железа (при температуре около 200 °C) образуется летучий димер Fe3Cl6.

Если взаимодействие железа и брома протекает при комнатной температуре или при нагревании и повышенном давлении паров брома, то образуется FeBr3.

При нагревании FeCl3 и, особенно, FeBr3 отщепляют галоген и превращаются в галогениды железа(II).

Получение железа

В древности железо получали в домницах. Сыродутный процесс был несовершенен и во многом зависел от погоды: нужно было, чтобы ветер обязательно задувал в «трубу». Стремление избавиться от капризов погоды привело к созданию мехов, которыми раздували огонь в сыродутном горне.

С появлением мехов отпала надобность устраивать сыродутные горны на склонах. Появились печи нового типа – так называемые волчьи ямы, которые выкапывали в земле, и домницы, которые возвышались над землей. Их делали из камней, скрепленных глиной.

В отверстие у основания домницы вставляли трубку мехов и начинали раздувать печь. Уголь сгорал, а в горне печи оставалась крица. Обычно, чтобы вытащить ее наружу, выламывали несколько камней в нижней части печи.

Затем их опять закладывали на место, заполняли печь углем и рудой, и все начиналось сначала.

Само слово «домница» происходит от славянского слова «дмути», что означает «дуть». От этого же слова происходят слова «надменный» (надутый) и «дым». По-английски доменная печь называется, как и по-русски, дутьевой – blast furnace. А во французском и немецком языках эти печи получили название высоких (Hochofen по-немецки и haut fourneau по-французски).

Домницы становились все больше. Увеличивалась производительность мехов: уголь горел все жарче, и железо насыщалось углеродом.

При извлечении крицы из печи выливался и расплавленный чугун – железо, содержащее более 2% углерода плавящееся при более низких температурах. В твердом виде чугун нельзя ковать, он разлетается на куски от одного удара молотом.

Поэтому чугун, как и шлак, считался вначале отходом производства. Англичане даже назвали его «свинским железом» – pig iron.

Только потом металлурги сообразили, что жидкий чугун можно заливать в формы и получать из него различные изделия, например пушечные ядра.

К XIV…XV вв. доменные печи, производившие чугун, прочно вошли в промышленность. Высота их достигала 3 м более, они выплавляли литейный чугун, из которого лили уже не только ядра, но и сами пушки.

Подлинный поворот от домницы к домне произошел лишь в 80-х годах XVIII в.

, когда одному из демидовских приказчиков пришла в голову мысль подавать дутье в доменную печь не через одно сопло, а через два, расположив их по обеим сторонам горна.

Лиха беда начало! Число сопел, или фурм (как их теперь называют), росло, дутье становилось все более равномерным, увеличивался диаметр горна, повышалась производительность печей.

Еще два открытия сильно повлияли на развитие доменного производства. Долгие годы топливом доменных печей был древесный уголь. Существовала целая отрасль промышленности, занимавшаяся выжиганием угля из дерева.

В результате леса в Англии вырубили до такой степени, что был издан специальный указ королевы, запрещающий уничтожать лес ради нужд черной металлургии. После этого английская металлургия стала быстро хиреть. Британия была вынуждена ввозить чугун из-за границы, главным образом из России. Так продолжалось до середины XVIII в.

, когда Абрагам Дерби нашел способ получения кокса из каменного угля, запасы которого в Англии очень велики. Кокс стал основным топливом для доменных печей.

С изобретением кокса связана легенда о Даде Дадли, который якобы изобрел коксование еще в XVI в., задолго до Дерби. Но фабриканты древесного угля испугались за свои доходы и, сговорившись, убили изобретателя.

В 1829 г. Дж. Нилсон на заводе Клейд (Шотландия) впервые применил вдувание в домны нагретого воздуха. Это нововведение повысило производительность печей и резко снизило расход топлива.

Значительное усовершенствование доменного процесса произошло уже в наши дни. Суть его – замена части кокса дешевым природным газом. Впоследствии стали применяться электроплавильные доменные печи.

Применение железа

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.

Свойства сталей разнообразны. Есть стали, предназначенные для долгого пребывания в морской воде, стали, выдерживающие высокую температуру и агрессивное действие горячих газов, стали, из которых делают мягкую увязочную проволоку, и стали для изготовления упругих и жестких пружин…

Примерно 9/10 всех используемых человечеством металлов и сплавов – это сплавы на основе железа. Железа выплавляется в мире примерно в 50 раз больше, чем алюминия, не говоря уже о прочих металлах.

Пластмассы? Но они в наше время чаще всего выполняют в различных конструкциях самостоятельную роль, а если уж их в соответствии с традицией пытаются ввести в ранг «незаменимых заменителей», то чаще они заменяют цветные металлы, а не черные.

На замену стали идут лишь несколько процентов потребляемых нами пластиков.

Сплавы на основе железа универсальны, технологичны, доступны и в массе – дешевы. Сырьевая база этого металла тоже не вызывает опасений: уже разведанных запасов железных руд хватило бы по меньшей мере на два века вперед. Железу еще долго быть фундаментом цивилизации.

Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.

Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.

Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.

Ультрадисперсный порошок магнетита используется в черно-белых лазерных принтерах в качестве тонера.

Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей.

Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.

Влияние железа на организм человека

В организме взрослого человека содержится около 3,5 грамма железа (около 0,02 %), из которых 75 % являются главным действующим элементом гемоглобина крови, остальное входит в состав ферментов других клеток, катализируя процессы дыхания в клетках. Недостаток железа проявляется как болезнь организма (хлороз у растений и анемия у животных).

Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет.

Суточная потребность человека в железе следующая: дети — от 4 до 18 мг, взрослые мужчины — 10 мг, взрослые женщины — 18 мг, беременные женщины во второй половине беременности — 33 мг.

У женщин потребность несколько выше, чем у мужчин.

Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять железосодержащие препараты и пищевые добавки.

Содержание железа в воде больше 1—2 мг/л значительно ухудшает её органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делает воду малопригодной для использования, вызывает у человека аллергические реакции, может стать причиной болезни крови и печени (гемохроматоз). ПДК железа в воде 0,3 мг/л.

Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсическое действие. Передозировка железа угнетает антиоксидантную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется.

Свойства железа. Нахождение в природе

2.04.2012г. 54 урок 9 класс

Урок на тему: Железо. Нахождение в природе. Свойства железа.

Цель:

1. Мотивировать учащихся к учебной деятельности;

2. Определить содержательные рамки урока:1) Создание условий для возникновения внутренней потребности включения ребёнка в деятельность («хочу») 2) Исходя из решенных ранее задач – создание ориентировочной основы действий («могу»)

Формы работы

Действия и вопросы учителя.

Размышление о значимости железа в нашей жизни. Диалог)

2. Актуализация знаний (подготовка мышления детей, воспроизведение учебного содержания, необходимого и достаточного для восприятия ими нового материала, и указание ситуации, демонстрирующей недостаточность имеющихся знаний)

Цель:

1. Актуализировать учебное содержание, необходимое и достаточное для восприятия нового материала (умение работать с ПСХЭ Д.И. Менделеева, давать характеристику химическому элементу на основе атомно-молекулярного учения, знание общих свойств металлов);

2. Зафиксировать ситуацию, демонстрирующую недостаточность имеющихся знаний (указать существенное свойство задания, планируемого для организации учебного затруднения).

Организация учебного процесса на этапе 2:

Организация учебного процесса на этапе 3:

Формы работы (побуждающий или подводящий диалог; похвала…)

Посмотрите технологическую карту (см. приложение 2) нашего урока и скажите: «Что предстоит нам изучить на сегодняшнем уроке?» (Ответ:

• «
• Положение железа в периодической системе химических элементов и строение его атома.
• Распространение в природе.
• Получение железа.
• Физические свойства железа.
• Химические свойства железа.
• Применение железа.
• Биологическое значение железа»)

Какие знания о металлах нам пригодились? «Характеристика Х.Э.- металлов по их положению в ПСХЭ, физическим и химическим свойствам, общим способам получения)

Достаточно ли нам тех знаний, что мы имеем для того, чтобы дать полную характеристику железу по тому плану, что положен в основу нашего урока? (Ответ: «Нет»). В изучении нового материала нам сегодня будут помогать учащиеся, работавшие по вопросам темы, и представят свою работу в виде презентации.

• Люди впервые овладели железом в четвертом-третьем тысячелетиях до н. э., подбирая упавшие с неба камни — железные метеориты — и превращая их в украшения, орудия труда и охоты. Их и сейчас находят у жителей Северной и Южной Америки, Гренландии и Ближнего Востока, а также при археологических раскопках на всех континентах.
• Не случайно на некоторых древних языках железо именуется «небесным камнем».

Вопрос: «Что вы сможете сказать о

Изотопы железа

Послушаем третью группу.

Содержание в земной коре.

В земной коре содержится 4,65% (по массе) железа. По распространенности железо занимает 4-е место после кислорода, кремния, алюминия. Редко встречается самородное железо (метеоритного или земного происхождения).

Названиеминерала	магнетит (магнитный железняк)	гематит (красный железняк)	гидрогетит (бурые железняки)	сидерит (шпатовый железняк)	пирит
Химическая формула	Fе3О4	Fе2О3	НFеО2 • nН2О(n = 1- 4)	FеСО3	FеS2

а) водородом при нагревании

г) коксом С

Вы наверняка знаете, как выглядит железо, и представляете его физические свойства. Расскажите о них на основе выполненной лабораторной работы.

Лабораторная работа №1 «Изучение физических свойств железа» (инструкционная карта №1(см. приложение 3), инструкция по ТБ №1(см. приложение 5))

Ответ: «Металл, темного цвета, тугоплавкий, тяжелее воды, намагничивается»). Добавьте в свой портфель знаний следующие сведения о физических свойствах железа.

• Чистое железо весьма пластичный

металл серебристо-белого цвета.

• В отличие от многих других металлов железо обладает магнитными свойствами»

Давайте вспомним, с чем реагируют металлы, в том числе и железо? (Ответ: «С неметаллами (серой, кислородом, галогенами), кислотами, водой, солями менее активных металлов»).

Задания учащимся класса:

1. Прослушав выступление группы 6, запишите уравнения реак­ций в молекулярном виде; реакций с растворами кислот в моле­кулярном и ионном виде.

«Чистое железо на воздухе устойчиво. На практике используют железо с примесями. Такое железо легко подвергается коррозии.

Взаимодействие с простыми веществами:

3Fe+2O2=Fe+32O3 х Fe+2O (Fe3O4)

2Fe+3Cl2=2Fe+3Cl3

Fe + S=Fe+2S

Взаимодействие со сложными веществами:

Fe+2HCl=Fe+2Cl2+H2

2Fe+6H2SO4(конц)=Fe+32 (SO4)3+3SO2+6H2O

Fe+CuSO4=Fe+2SO4+Cu»

Где же мы сталкиваемся в нашей жизни с железом? (Ответ уч-ся: «Железные конструкции (сплавы) и т.д.»)

«Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления сердечников, трансфо-, мембраноматоров, электромагнитов и мембран микрофонов. Больше всего на практике используют сплавы железа – чугуна и стали»

Знакома ли вам фраза: «Мне врачи прописали железо». Я думаю, что каждый из вас слышал подобные фразы. О чем они говорят? (Ответ: «Соединения железа прописывают врачи в ряде заболеваний»)

Какую же роль играет железо в нашем организме? На этот вопрос нам ответят ребята 8 группы.

• Большая часть железа (около 70%) сосредоточена в гемоглобине крови.
• Гемоглобин — красный пигмент эритроцитов.
• В100 мл крови в норме содержится около 15 г гемоглобина.

Строение гемоглобина:

Ферментативная роль железа.

• Железо входит также в состав большой группы ферментов, катализирующих процесс переноса электронов в митохондриях, это так называемые цитохромы (ЦХ).
• За одну секунду одна молекула каталазы разлагает около 50 тыс. молекул Н2О2.

каталаза

Применение железа и его соединений в медицине.

В медицинской практике применяются различные соединения железа.

4. Первичное закрепление

Цель:

Зафиксировать изученное содержание.

Ребята, давайте ещё раз повторим, что мы сегодня изучили.

Формы и способы организации учебной деятельности (по «цепочке» уч-ся повторяют все вопросы этого урока, используя слайды презентации учителя, составленные на базе презентаций учащихся)

Выявление возможных затруднений и способы их коррекции.

Самоконтроль с самопроверкой

Цель:

Проверить на основе сопоставления с эталоном своё умение запоминать и ориентироваться в новом материале.

Задания самостоятельной работы и образцы их правильного решения (по типу «вопрос – ответ» с эталон ответов на экране)

ВОПРОС

ОТВЕТ

Какова плотность, цвет и температура плавления железа?

Плотность железа – 7, 86 г/см3

Цвет- серебристо-белый

Температура плавления 15390 С

Назовите положение железа в периодической системе химических элементов?

Железо находится в побочной подгруппе (VIII) группы.

Расскажите о нахождении железа в природе?

В природе железо находится в следующих минералах магнетит Fe3О4 (Fe2О3 х FeO) содержит до 72% железа. Гематит (Fe2О3) содержит до 65% . Лимонит содержит до 60% железа. Пирит содержит примерно 47% железа.

Каким способом можно получить железо?

Восстановлением железа из его оксида, например, Fe2О3 водородом при нагревании;

2) Восстановлением железа из его оксидов Fe2О3 и Fe3О4 алюминотермическим методом; 3) Электролизом водных растворов солей железа 2-х валентного.

С чем реагирует железо при комнатной температуре, при нагревании?

При комнатной температуре:

1). С кислородом во влажном воздухе образуется Fe2O3 х nH2O

2). C разбавленными кислотами и HCI, H2SO4:

Fe + 2HCI FeCI2+ H2

3) С солями в водном растворе:

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

При нагревании:

1) С кислородом

3Fe + 2O2 Fe2O3 х FeO

2) С хлором:

2Fe + 3Cl22FeCl3

3) С серой:

Fe + S FeS

4) С парами воды:

3Fe + 4H2O Fe2O3хFeO + 4H2

5) С концентрированными кислотами H2SO4 и HNO3 при нагревании:

2Fe + 6H2SO4 Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O.

Fe + 4HNO3 Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

Где применяется железо?

для изготовления сердечников, трансфо-, мембраноматоров, электромагнитов и мембран микрофонов. Больше всего на практике используют сплавы железа – чугуна и стали

Насколько важно для нашего организма присутствие железа?

Железо относится к микроэлементам, и выполняет важную структурную и ферментативную роль.

Возможные ошибки и способы их коррекции (обратиться к первоисточнику, к записям в тетради)

5. Подведение итогов. Выставление оценок . Д/З. §44-45 , стр.135 упр. 6 письм, упр. 11 а); б) желающим получить оценку.

Формы работы (индивидуальная)

1. иодида калия

2. иодоводорода

3. сульфата натрия

4. сульфата магния

Иодоводорода

Железо реагирует со следующими веществами:

1. кислород

2. медь

3. хлор

4. вода

5. щелочь

6. соляная кислота

Кислород

хлор

вода

соляная кислота

В цепочке превращений

использование соляной кислоты возможно на этапах

1

2

3

4

1

4

Правильная формула валентных подуровней атома железа – это…

Железную стружку можно отделить от алюминиевой с помощью

1. раствора NaOH

2. магнита

3. раствора NH3

4. HCl(конц)

Магнита

Железо будет вытеснять водород из…

1. NaOH(конц)

2. NH3*H2O(конц)

3. HNO3(разб)

4. H2SO4(разб)

Укажите реакции получения хлорида железа (III):

со­ответствуют реагенты

7. Рефлексия учебной деятельности на уроке.

Цель:

1. Зафиксировать новое знание, полученное на уроке

1. Оценить собственную деятельность на уроке

1. Оценить учебную деятельность класса

1. Зафиксировать неразрешённые затруднения как направления будущей учебной деятельности

1. Обсудить и записать домашнее задание

§ 43, упр. 1-3, задачи 1, 4 (с. 136)

Железо и его соединения

Кларк в земной коре 4,65 % по массе (4-е место по распространенности среди элементов, 2-е – среди металлов). В свободном виде почти не встречается. Основные формы рудоносных минералов – оксиды и сульфиды: магнетит Fe3O4, гематит Fe2O3, пирротин FeS, пирит FeS2 (железный колчедан).

В организме человека содержится около 5 г железа, большая часть его (70%) входит в состав гемоглобина крови.

Физические свойства

В свободном состоянии железо – серебристо-белый металл с сероватым оттенком. Чистое железо пластично, обладает ферромагнитными свойствами. На практике обычно используются сплавы железа – чугуны и стали.

Fe – самый главный и самый распространенный элемент из девяти d-металлов побочной подгруппы VIII группы. Вместе с кобальтом и никелем образует «семейство железа».

При образовании соединений с другими элементами чаще использует 2 или 3 электрона (В = II, III ).

Железо, как и почти все d-элементы VIII группы, не проявляет высшую валентность, равную номеру группы. Его максимальная валентность достигает VI и проявляется крайне редко.

Наиболее характерны соединения, в которых атомы Fe находятся в степенях окисления +2 и +3.

Fe+2	Fe+3	Fe+6
Оксиды	FeO основный	Fe2O3 основный со слабыми признаками амфотерости	FeO3 – не выделен
Гидроксиды	Fe(OH)2 слабое основание	Fe(OH)3 ↔ HFeO2 + H2O	H2FeO4 кислота, в свободном состоянии не выделена
Соли	FeCl2, FeSO4, Fe(NO3)2 и др.	Тип I FeCl3	Тип II KFeO2	K2FeO4 BaFeO4 SrFeO4 ферраты (IV)

Способы получения железа

1. Техническое железо (в сплаве с углеродом и другими примесями) получают карботермическим восстановлением его природных соединений по схеме:

Восстановление происходит постепенно, в 3 стадии:

1) 3Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СO2

2) Fe3O4 + СО = 3FeO +СO2

3) FeO + СО = Fe + СO2

Образующийся в результате этого процесса чугун содержит более 2% углерода. В дальнейшем из чугуна получают стали – сплавы железа, содержащие менее 1,5 % углерода.

2. Очень чистое железо получают одним из способов:

а) разложение пентакарбонила Fe

Fe(CO)5 = Fe + 5СО

б) восстановление водородом чистого FeO

FeO + Н2 = Fe + Н2O

в) электролиз водных растворов солей Fe+2

FeC2O4 = Fe + 2СO2

оксалат железа (II)

Химические свойства

Fe – металл средней активности, проявляет общие свойства, характерные для металлов.

Уникальной особенностью является способность к «ржавлению» во влажном воздухе:

4Fe + 6Н2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

В отсутствие влаги с сухим воздухом железо начинает заметно реагировать лишь при Т > 150°С; при прокаливании образуется «железная окалина» Fe3O4:

3Fe + 2O2 = Fe3O4

В воде в отсутствие кислорода железо не растворяется. При очень высокой температуре Fe реагирует с водяным паром, вытесняя из молекул воды водород:

3 Fe + 4Н2O(г) = 4H2

Процесс ржавления по своему механизму является электрохимической коррозией. Продукт ржавления представлен в упрощенном виде. На самом деле образуется рыхлый слой смеси оксидов и гидроксидов переменного состава. В отличие от пленки Аl2О3, этот слой не предохраняет железо от дальнейшего разрушения.

Виды коррозии

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

2Fe + 3F2 = 2FeF3

2Fe + 3Br2 = 2FeBr3

Fe + I2 = FeI2

Fe + S = FeS

Образуются соединения, в которых преобладает ионный тип связи.

2. Взаимодействие с фосфором, углеродом, кремнием (c N2 и Н2 железо непосредственно не соединяется, но растворяет их)

Fe + Р = FexPy

Fe + C = FexCy

Fe + Si = FexSiy

Образуются вещества переменного состава, т к. бертоллиды (в соединениях преобладает ковалентный характер связи)

3. Взаимодействие с «неокисляющими» кислотами (HCl, H2SO4 разб.)

Поскольку Fe располагается в ряду активности левее водорода (Е°Fe/Fe2+ = -0,44В), оно способно вытеснять Н2 из обычных кислот.

Fe + 2HCl = FeCl2 + Н2↑

Fe + H2SO4 = FeSO4 + Н2↑

4. Взаимодействие с «окисляющими» кислотами (HNO3, H2SO4 конц.)

Концентрированные HNO3 и H2SO4 «пассивируют» железо, поэтому при обычной температуре металл в них не растворяется. При сильном нагревании происходит медленное растворение (без выделения Н2).

В разб. HNO3 железо растворяется, переходит в раствор в виде катионов Fe3+ а анион кислоты восстанавливется до NO*:

Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO↑ + 2Н2O

Очень хорошо растворяется в смеси НСl и HNO3

5. Отношение к щелочам

В водных растворах щелочей Fe не растворяется. С расплавленными щелочами реагирует только при очень высоких температурах.

6. Взаимодействие с солями менее активных металлов

Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu

Fe0 + Cu2+ = Fe2+ + Cu0

7. Взаимодействие с газообразным монооксидом углерода (t = 200°C, P)

Fe(порошок) + 5CO (г) = Fe0(CO)5пентакарбонил железа

Соединения Fe(III)

Fe2O3 – оксид железа (III)

Красно-бурый порошок, н. р. в Н2O. В природе — «красный железняк».

Способы получения:

1) разложение гидроксида железа (III)

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

2) обжиг пирита

4FeS2 + 11O2 = 8SO2 + 2Fe2O3

3) разложение нитрата

4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2

Химические свойства

Fe2O3 – основный оксид с признаками амфотерности.

I. Основные свойства проявляются в способности реагировать с кислотами:

Fe2О3 + 6Н+ = 2Fe3+ + ЗН2О

Fe2О3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H2O

Fe2О3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O

II. Слабокислотные свойства. В водных растворах щелочей Fe2O3 не растворяется, но при сплавлении с твердыми оксидами, щелочами и карбонатами происходит образование ферритов:

Fe2О3 + СаО = Ca(FeО2)2

Fe2О3 + 2NaOH = 2NaFeО2 + H2O

Fe2О3 + MgCO3 = Mg(FeO2)2 + CO2

III. Fe2О3 – исходное сырье для получения железа в металлургии:

Fe2О3 + ЗС = 2Fe + ЗСО или Fe2О3 + ЗСО = 2Fe + ЗСO2

Fe(OH)3 – гидроксид железа (III)

Получают при действии щелочей на растворимые соли Fe3+:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3 + 3NaCl

В момент получения Fe(OH)3 – красно-бурый слизистоаморфный осадок.

Гидроксид Fe(III) образуется также при окислении на влажном воздухе Fe и Fe(OH)2:

4Fe + 6Н2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

4Fe(OH)2 + 2Н2O + O2 = 4Fe(OH)3

Гидроксид Fe(III) является конечным продуктом гидролиза солей Fe3+.

Химические свойства

Fe(OH)3 – очень слабое основание (намного слабее, чем Fe(OH)2). Проявляет заметные кислотные свойства. Таким образом, Fe(OH)3 имеет амфотерный характер:

1) реакции с кислотами протекают легко:

Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O

2) свежий осадок Fe(OH)3 растворяется в горячих конц. растворах КОН или NaOH с образованием гидроксокомплексов:

Fe(OH)3 + 3КОН = K3[Fe(OH)6]

В щелочном растворе Fe(OH)3 может быть окислен до ферратов (солей не выделенной в свободном состоянии железной кислоты H2FeO4):

2Fe(OH)3 + 10КОН + 3Br2 = 2K2FeO4 + 6КВr + 8Н2O

Соли Fe3+

Наиболее практически важными являются: Fe2(SO4)3, FeCl3, Fe(NO3)3, Fe(SCN)3, K3[Fe(CN)6).

Характерно образование двойных солей – железных квасцов: (NH4)Fe(SO4)2•12Н2O, KFe(SO4)2• 12Н2O

Соли Fe3+ часто имеют окраску как в твердом состоянии, так и в водном растворе. Это объясняется наличием гидратированных форм или продуктов гидролиза.

Способы получения

1. Fe + неметалл

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

2.Fe + кислота

Fe + 4HNO3 разб = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

3. Fe2O3 + кислота

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SО4)3 + 3H2O

4. Fe(OH)3 + кислота

Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O

5. Окисление Fe2+ до Fe3+

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3

2Fe2O3 + H2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 2H2O

Химические свойства

I. Все растворимые соли Fe3+ в водных растворах сильно гидролизованы:

Fe3+ + Н2O = FeOH2+ + Н+

FeOH2+ + Н2O = Fe(OH)2+ + Н+

Fe(OH)2+ Н2O = Fe(OH)3 + Н+

Водные растворы солей Fe3+ имеют сильнокислую реакцию. Соли Fe3+ с анионами слабых кислот подвергаются необратимому гидролизу.

II. В реакциях с сильными восстановителями соли Fe3+ проявляют окислительную активность:

2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl

Fe2(SO4)3 + H2S = 2FeSO4 + S + H2SO4

III. При действии щелочей и водных растворов аммиака на растворы солей Fe3+ образуется осадок:

Fe3+ + ЗОН- = Fe(OH)3

IV. При нагревании многие соли разлагаются:

2FeCl3 = 2FeCl2 + Cl2

Fe2(SO4)3 = Fe2O3 + 3SO3

4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 12NO2 + 3O2

V. Качественные реакции для обнаружения катионов Fe3+:

а) 4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4-желтая кровяная соль = Fe4[Fe(CN)6]3 берлинская лазурь (темно-синий осадок)

б) Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3 роданид Fe(III) (р-р кроваво-красного цвета)