Uvod
Proučavanje hemijskih svojstava pojedinih elemenata sastavni je deo kursa hemije u savremena škola, što omogućava, na osnovu induktivnog pristupa, da se napravi pretpostavka o singularitetima hemijska interakcija elemenata na osnovu njihovih fizičkih i hemijskih karakteristika. Međutim, mogućnosti školske hemijske laboratorije ne dozvoljavaju nam uvek u potpunosti da pokažemo zavisnost hemijskih svojstava elementa o njegovom položaju u periodnom sistemu. hemijski elementi, strukturne karakteristike jednostavnih supstanci.
Hemijska svojstva sumpora se koriste kako na početku izučavanja predmeta hemije da bi se pokazala razlika između hemijskih pojava i fizičkih, tako i u proučavanju karakteristika pojedinih hemijskih elemenata. Najčešće preporučena demonstracija u smjernicama je interakcija sumpora sa željezom, kao primjer kemijskih fenomena i primjer oksidacijskih svojstava sumpora. Ali u većini slučajeva ova reakcija se ili uopće ne odvija, ili se rezultati njenog tijeka ne mogu procijeniti golim okom. Razne opcije Ovaj eksperiment često karakteriše niska ponovljivost rezultata, što ne dozvoljava njihovu sistematsku upotrebu u karakterizaciji navedenih procesa. Stoga je relevantno tražiti opcije koje mogu predstavljati alternativu demonstraciji procesa interakcije gvožđa sa sumporom, adekvatne karakteristikama školske hemijske laboratorije.
Cilj: Istražiti mogućnost izvođenja reakcija na interakciju sumpora sa metalima u školskoj laboratoriji.
Zadaci:
Odrediti glavne fizičke i hemijske karakteristike sumpora;
Analizirati uslove za odvijanje i tok reakcija interakcije sumpora sa metalima;
Proučiti poznate metode za implementaciju interakcije sumpora sa metalima;
Odaberite sisteme za provođenje reakcija;
Procijeniti adekvatnost odabranih reakcija uslovima školske hemijske laboratorije.
Predmet studija: reakcije interakcije sumpora sa metalima
Predmet studija: izvodljivost reakcija interakcije između sumpora i metala u školskoj laboratoriji.
hipoteza: Alternativa interakciji gvožđa sa sumporom u uslovima školskog hemijskog laboratorija biće hemijska reakcija koja ispunjava zahteve jasnoće, ponovljivosti, relativne sigurnosti i dostupnosti reaktanata.
Želimo započeti naš rad kratkim opisom sumpora:
Položaj u periodnom sistemu: sumpor je u periodu 3, grupa VI, glavna (A) podgrupa, pripada s-elementima.
Atomski broj sumpora je 16, dakle, naelektrisanje atoma sumpora je + 16, broj elektrona je 16. Tri elektronska nivoa na spoljašnjem nivou su 6 elektrona
Šema rasporeda elektrona po nivoima:
16S )))
2 8 6
Jezgro 32 S atoma sumpora sadrži 16 protona (jednako nuklearnom naboju) i 16 neutrona ( atomska masa minus broj protona: 32 - 16 = 16).
Elektronska formula: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
Tabela 1
Vrijednosti jonizacijskih potencijala atoma sumpora
Potencijal jonizacije
Energija (eV)
Sumpor na hladnoći prilično inertan (snažno se povezuje samo sa fluor), ali kada se zagrije postaje vrlo reaktivan - reagira s halogenidima(osim joda), kiseonik, vodonik i skoro svi metali. Kao rezultat reakcije ovog drugog tipa, formiraju se odgovarajuća jedinjenja sumpora.
Reaktivnost sumpora, kao i bilo kojeg drugog elementa, u interakciji s metalima ovisi o:
aktivnost reagujućih supstanci. Na primjer, sumpor će najaktivnije komunicirati s alkalnim metalima
na temperaturu reakcije. Ovo se objašnjava termodinamičkim karakteristikama procesa.
Termodinamička mogućnost spontanih hemijskih reakcija u standardnim uslovima određena je standardnom Gibbsovom energijom reakcije:
ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает
ΔG 0 T > 0 - direktna reakcija je nemoguća
na stepen mlevenja reagujućih supstanci, pošto i sumpor i metali reaguju uglavnom u čvrstom stanju.
Date su termodinamičke karakteristike nekih reakcija interakcije sumpora sa metalima na slajdu 4
Iz tabele se vidi da je termodinamički moguće da sumpor interaguje i sa metalima početka niza napona i sa metalima niske aktivnosti.
Dakle, sumpor je prilično aktivan nemetal kada se zagrije, sposoban reagirati s metalima visoke aktivnosti (alkalni) i niske aktivnosti (srebro, bakar).
Proučavanje interakcije sumpora sa metalima
Izbor sistema za istraživanje
Za proučavanje interakcije sumpora sa metalima odabrani su sistemi, uključujući metale koji se nalaze na različitim mjestima Beketovljeve serije, koji imaju različite aktivnosti.
Kao uslovi izbora definisani su sledeći kriterijumi: brzina izvođenja, jasnoća, kompletnost reakcije, relativna sigurnost, ponovljivost rezultata, supstance treba da se značajno razlikuju u fizička svojstva, prisutnost supstanci u školskoj laboratoriji, postoje uspješni pokušaji da se sprovedu interakcije sumpora sa specifičnim metalima.
Da bi se procijenila ponovljivost provedenih reakcija, svaki eksperiment je izveden tri puta.
Na osnovu ovih kriterijuma za eksperiment su odabrani sledeći reakcioni sistemi:
SUMPOR I BAKAR Cu + S = CuS + 79 kJ/mol
Metodologija i očekivani efekat
Uzmimo 4 g sumpora u prahu i sipamo ga u epruvetu. Zagrijte sumpor u epruveti do ključanja. Zatim uzmite bakarnu žicu i zagrijte je na vatri. Kada se sumpor otopi i proključa, stavite bakarnu žicu u njega
Očekivani rezultat:Epruveta je ispunjena smeđim parama, žica se zagrijava i "izgara" stvaranjem krhkog sulfida.
2. Interakcija sumpora sa bakrom.
Pokazalo se da reakcija nije baš jasna, spontano zagrijavanje bakra također nije došlo. Kada je dodana hlorovodonična kiselina, nije uočeno posebno razvijanje gasa.
SUMPOR I GVOŽĐE Fe + S = FeS + 100,4 kJ/mol
Metodologija i očekivani efekat
Uzmite 4 g sumpora u prahu i 7 g gvožđa u prahu i promešajte. Dobijenu smjesu sipajte u epruvetu. Zagrevamo supstance u epruveti
Očekivani rezultat:Dolazi do snažnog spontanog zagrijavanja smjese. Dobijeni željezni sulfid se sinteruje. Supstanca se ne odvaja vodom i ne reaguje na magnet.
1. Interakcija sumpora sa željezom.
Izvedite reakciju kako biste dobili željezni sulfid bez ostatka laboratorijskim uslovima to je praktično nemoguće, veoma je teško odrediti kada su supstance u potpunosti reagovale, spontano zagrevanje reakcione smeše se ne primećuje. Dobivena supstanca je provjerena da se vidi da li je željezo sulfid. Za ovo smo koristili HCl. Kada smo ispustili hlorovodoničnu kiselinu na supstancu, ona je počela da se pjeni, oslobađao se sumporovodik.
SUMPOR I NATRIJUM 2Na + S \u003d Na 2 S + 370,3 kJ / mol
Metodologija i očekivani efekat
Uzmite 4 g sumpora u prahu i sipajte u malter, dobro izmrvite
Odrežemo komad natrijuma težine oko 2 g. Odrežemo oksidni film, samljemo ih zajedno.
Očekivani rezultat:Reakcija se odvija burno, moguće je samozapaljenje reagensa.
3. Interakcija sumpora sa natrijumom.
Interakcija sumpora sa natrijem je sama po sebi opasan i nezaboravan eksperiment. Nakon nekoliko sekundi trljanja, poletjele su prve varnice, natrijum i sumpor su se rasplamsali u malteru i počeli da gore. Kada proizvod stupi u interakciju sa hlorovodoničnom kiselinom, aktivno se oslobađa sumporovodik.
SUMPOR I CINK Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol
Metodologija i očekivani efekat
Uzmite sumpor i cink u prahu, po 4 g, pomiješajte tvari. Gotovu smjesu izlijte na azbestnu mrežicu. Donosimo vruću baklju do tvari
Očekivani rezultat:Reakcija se ne odvija odmah, već se burno formira zelenkasto-plavi plamen.
4. Interakcija sumpora sa cinkom.
Reakcija je vrlo teško započeti, potrebna je upotreba jakih oksidacijskih sredstava ili visoka temperatura da bi se pokrenula. Supstance bljeskaju zelenkasto-plavim plamenom. Kada se plamen ugasi, na ovom mjestu ostaje talog; pri interakciji sa hlorovodoničnom kiselinom, sumporovodik se lagano oslobađa.
SUMPOR I ALUMINIJUM 2Al + 3S \u003d Al 2 S 3 + 509,0 kJ / mol
Metodologija i očekivani efekat
Uzmite sumpor u prahu težine 4 g i aluminijum težine 2,5 g i promiješajte. Dobivenu smjesu stavljamo na azbestnu mrežu. Zapaliti smjesu sa zapaljenim magnezijem
Očekivani rezultat:Reakcija je bljesak.
5. Interakcija sumpora sa aluminijumom.
Reakcija zahtijeva dodavanje jak oksidant kao inicijator. Nakon paljenja sa zapaljenim magnezijem, došlo je do snažnog bljeska žućkasto-bijele boje, sumporovodik se oslobađa prilično aktivno.
SUMPOR I MAGNEZIJUM Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol
Metodologija i očekivani efekat
Uzmite magnezijum strugotine 2,5 g i sumpor u prahu 4 g i promiješajte
Dobivena smjesa će se staviti na azbestnu mrežu. Donesemo iver do rezultirajuće smjese.
Očekivani rezultat:Tokom reakcije dolazi do snažnog bljeska.
4. Interakcija sumpora sa magnezijumom.
Reakcija zahtijeva dodavanje čistog magnezija kao inicijatora. Postoji snažan bljesak bjelkaste boje, sumporovodik se aktivno oslobađa.
Zaključak
Reakcija za dobivanje željeznog sulfida nije završena, jer je ostao ostatak u obliku mješavine plastičnog sumpora i željeza.
Najaktivnije oslobađanje sumporovodika očitovalo se u natrijum sulfidu i magnezijum i aluminijum sulfidima.
Manje aktivno oslobađanje sumporovodika bilo je u bakar-sulfidu.
Provođenje eksperimenata za dobivanje natrijevog sulfida je opasno i ne preporučuje se u školskoj laboratoriji.
Reakcije za proizvodnju sulfida aluminijuma, magnezijuma i cinka najpogodnije su za izvođenje u školskim uslovima.
Očekivani i stvarni rezultati su se poklopili sa interakcijom sumpora sa natrijumom, magnezijumom i aluminijumom.
Zaključak
Uprkos postojećim preporukama da se pokaže interakcija željeza sa sumporom kao primjer za ilustraciju hemijski fenomeni i oksidacionim svojstvima sumpora u predmetu hemije opšte škole, stvarna implementacija takvog eksperimenta često nije praćena vidljivim efektom.
Prilikom određivanja alternative za ovu demonstraciju, odabrani su sistemi koji su ispunjavali zahtjeve za vidljivost, sigurnost i dostupnost reaktanata u školskoj laboratoriji. As opcije Reakcioni sistemi sumpora sa bakrom, gvožđem, cinkom, magnezijumom, aluminijumom, natrijumom izabrani su da bi se procenila efikasnost korišćenja reakcije interakcije sumpora sa različitim metalima kao demonstracionih eksperimenata u nastavi hemije.
Prema rezultatima eksperimenata, utvrđeno je da je za ove svrhe najoptimalnije koristiti reakcione sisteme sumpora sa metalima srednje visoke aktivnosti (magnezijum, aluminijum).
Na temelju eksperimenata kreiran je video koji demonstrira oksidirajuća svojstva sumpora na primjeru njegove interakcije s metalima, što omogućava opisivanje ovih svojstava bez provođenja eksperimenta u punoj mjeri. Kao dodatna pomoć napravljena je web stranica ( ), koji, između ostalog, prikazuje rezultate studije u vizuelnom obliku.
Rezultati istraživanja mogu postati osnova za dublje proučavanje karakteristika hemijskih svojstava nemetala, hemijske kinetike i termodinamike.
Hemijska svojstva gvožđa razmotrimo primjer njegove interakcije s tipičnim nemetalima - sumporom i kisikom.
Pomiješajte gvožđe i sumpor usitnjene do praškastog stanja u Petrijevoj posudi. Zagrijmo čeličnu iglu u plamenu i dodirnimo je mješavinom reagensa. Burna reakcija između željeza i sumpora je praćena oslobađanjem toplinske i svjetlosne energije. Čvrsti proizvod interakcije ovih supstanci - gvožđe (II) sulfid - je crne boje. Za razliku od gvožđa, magnet ga ne privlači.
Gvožđe reaguje sa sumporom i formira gvožđe(II) sulfid. Napišimo jednačinu reakcije:
Reakcija gvožđa sa kiseonikom takođe zahteva prethodno zagrevanje. Sipajte kvarcni pijesak u posudu debelih stijenki. Zagrijmo snop vrlo tanke željezne žice, takozvane željezne vune, u plamenu gorionika. Hajde da unesemo usijanu žicu u posudu sa kiseonikom. Gvožđe gori blistavim plamenom, raspršujući iskre - usijane čestice gvozdene ljuske Fe 3 O 4.
Ista reakcija se događa na zraku, kada se čelik jako zagrije trenjem tokom obrade.
Kada se željezo sagorijeva u kisiku ili u zraku, formira se željezni kamenac:
3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4, materijal sa sajta
ili 3Fe + 2O 2 \u003d FeO. Fe2O3.
Gvožđe oksid je jedinjenje u kome ima gvožđa različita značenja valencija.
Prolazak obje reakcije veze je praćen oslobađanjem toplinske i svjetlosne energije.
Na ovoj stranici materijal o temama:
Kakva je reakcija željeznog sulfida s kisikom
Napišite jednačinu između željeza i sumpora
Jednadžba reakcije željeza sa kisikom
Primjer kemijske reakcije kombinacije željeza sa sumporom
Jednačina za interakciju kiseonika sa gvožđem
Pitanja o ovoj stavci:
DEFINICIJA
Iron- element osme grupe četvrtog perioda Periodnog sistema hemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva.
A mršavi broj je 26. Simbol je Fe (lat. “ferrum”). Jedan od najčešćih u zemljine kore metali (drugo mjesto nakon aluminijuma).
Fizička svojstva gvožđa
Gvožđe je sivi metal. U svom čistom obliku, prilično je mekan, savitljiv i duktilan. Elektronska konfiguracija vanjskog energetskog nivoa je 3d 6 4s 2 . U svojim jedinjenjima, željezo pokazuje oksidaciona stanja "+2" i "+3". Tačka topljenja gvožđa je 1539C. Gvožđe formira dve kristalne modifikacije: α- i γ-gvožđe. Prvi od njih ima kubičnu rešetku usmjerenu na tijelo, a drugi ima kubičnu rešetku usmjerenu na lice. α-Gvožđe je termodinamički stabilno u dva temperaturna opsega: ispod 912 i od 1394C do tačke topljenja. Između 912 i 1394C, γ-gvožđe je stabilno.
Mehanička svojstva željeza zavise od njegove čistoće - sadržaja u njemu čak i vrlo malih količina drugih elemenata. Čvrsto gvožđe ima sposobnost da rastvori mnoge elemente u sebi.
Hemijska svojstva gvožđa
Na vlažnom vazduhu gvožđe brzo rđa, tj. prekriven smeđim premazom od hidratiziranog željeznog oksida, koji zbog svoje krhkosti ne štiti željezo od daljnje oksidacije. U vodi, željezo intenzivno korodira; uz obilan pristup kisika, nastaju hidratizirani oblici željeznog oksida (III):
2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.
Sa nedostatkom kiseonika ili sa otežanim pristupom, formira se mešani oksid (II, III) Fe 3 O 4:
3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.
Gvožđe se otapa u hlorovodoničnoj kiselini bilo koje koncentracije:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.
Slično, otapanje se događa u razrijeđenoj sumpornoj kiselini:
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
U koncentriranim otopinama sumporne kiseline, željezo se oksidira u željezo (III):
2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
Međutim, u sumpornoj kiselini, čija je koncentracija blizu 100%, željezo postaje pasivno i praktično ne dolazi do interakcije. U razrijeđenim i umjereno koncentriranim otopinama dušične kiseline, željezo se otapa:
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.
Pri visokim koncentracijama dušične kiseline, otapanje se usporava i željezo postaje pasivno.
Kao i drugi metali, gvožđe reaguje sa jednostavnim supstancama. Reakcije interakcije željeza s halogenima (bez obzira na vrstu halogena) se odvijaju pri zagrijavanju. Interakcija željeza s bromom odvija se pri povećanom tlaku pare potonjeg:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;
3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.
Interakcija željeza sa sumporom (prah), dušikom i fosforom također se javlja kada se zagrije:
6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;
2Fe + P = Fe 2 P;
3Fe + P = Fe 3 P.
Gvožđe je u stanju da reaguje sa nemetalima kao što su ugljenik i silicijum:
3Fe + C = Fe 3 C;
Među reakcijama interakcije gvožđa sa složenim supstancama posebnu ulogu imaju sledeće reakcije - gvožđe je u stanju da redukuje metale koji se nalaze u nizu aktivnosti desno od njega, od rastvora soli (1), do redukcije gvožđa (III) jedinjenja (2):
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);
Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).
Gvožđe, pri povišenom pritisku, reaguje sa oksidom koji ne stvara soli – CO da bi se formirale supstance složenog sastava – karbonili – Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 i Fe 3 (CO) 12.
Gvožđe je, u odsustvu nečistoća, stabilno u vodi i u razblaženim alkalnim rastvorima.
Dobivanje gvožđa
Glavni način dobijanja gvožđa je iz željezne rude (hematit, magnetit) ili elektrolizom rastvora njegovih soli (u ovom slučaju se dobija „čisto“ gvožđe, tj. gvožđe bez primesa).
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježba | Željezna vaga Fe 3 O 4 mase 10 g prvo je tretirana sa 150 ml otopine hlorovodonične kiseline (gustina 1,1 g/ml) sa masenim udjelom hlorovodonika od 20%, a zatim je u dobivenu otopinu dodan višak željeza. Odredite sastav otopine (u težinskim %). |
| Odluka | Reakcione jednadžbe zapisujemo prema uslovu zadatka: 8HCl + Fe 3 O 4 \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). Znajući gustinu i volumen otopine klorovodične kiseline, možete pronaći njegovu masu: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 g. Izračunajte masu hlorovodonika: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165 x 20%/100% = 33 g. Molarna masa (masa od jednog mola) hlorovodonične kiseline, izračunata pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev - 36,5 g / mol. Pronađite količinu klorovodikove supstance: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) = 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. Molarna masa (masa jednog mola) skale, izračunata pomoću tabele hemijskih elemenata D.I. Mendeljejev - 232 g/mol. Nađite količinu supstance kamenca: v (Fe 3 O 4) = 10/232 = 0,043 mol. Prema jednačini 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) = 1: 8, dakle, v (HCl) = 8 v (Fe 3 O 4) = 0,344 mol. Tada će količina supstancije hlorovodonika izračunata jednadžbom (0,344 mol) biti manja od one naznačene u uslovu zadatka (0,904 mol). Dakle, hlorovodonična kiselina je u višku i nastaviće se druga reakcija: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). Odredimo količinu tvari željeznog klorida nastala kao rezultat prve reakcije (indeksi označavaju određenu reakciju): v 1 (FeCl 2): v (Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. Odredimo količinu hlorovodonika koja nije reagovala u reakciji 1 i količinu supstance gvožđe (II) hlorida nastala tokom reakcije 3: v rem (HCl) = v (HCl) - v 1 (HCl) = 0,904 - 0,344 = 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol. Odredimo količinu FeCl 2 supstance koja nastaje tokom reakcije 2, ukupnu količinu FeCl 2 supstance i njenu masu: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2× v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol; v zbroj (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 = 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v zbroj (FeCl 2) × M (FeCl 2) = 0,452 × 127 = 57,404 g. Odredimo količinu tvari i masu željeza koja je ušla u reakcije 2 i 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2×v rem (HCl) = 0,28 mol; v zbroj (Fe) = v 2 (Fe) + v 3 (Fe) = 0,043 + 0,28 = 0,323 mol; m(Fe) = v zbroj (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. Izračunajmo količinu supstance i masu vodika oslobođenog u reakciji 3: v (H 2) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol; m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) = 0,28 × 2 = 0,56 g. Određujemo masu rezultirajuće otopine m ' sol i maseni udio FeCl 2 u njemu: m’ sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2); |
Gvožđe je element sekundarne podgrupe osme grupe četvrtog perioda periodični sistem hemijski elementi D. I. Mendeljejeva sa atomskim brojem 26. Označen je simbolom Fe (lat. Ferrum). Jedan od najčešćih metala u zemljinoj kori (drugo mjesto nakon aluminija). Metal srednje aktivnosti, redukciono sredstvo.
Glavna oksidaciona stanja - +2, +3
Jednostavna supstanca gvožđe je savitljiv srebrno-beli metal sa visokom hemijskom reaktivnošću: gvožđe brzo korodira kada visoke temperature oh ili pri visokoj vlažnosti u vazduhu. U čistom kiseoniku gvožđe gori, au fino raspršenom stanju se spontano zapali na vazduhu.
Hemijska svojstva jednostavne supstance - gvožđa:
Rđanje i gorenje u kiseoniku
1) Na vazduhu, gvožđe se lako oksidira u prisustvu vlage (rđanje):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
Zagrijana željezna žica gori u kisiku, stvarajući kamenac - željezni oksid (II, III):
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° C)
2) Na visokim temperaturama (700-900°C), gvožđe reaguje sa vodenom parom:
3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) Gvožđe reaguje sa nemetalima kada se zagreje:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 °C)
4) U nizu napona nalazi se lijevo od vodonika, reagira sa razrijeđenim kiselinama Hcl i H 2 SO 4, pri čemu nastaju soli željeza (II) i oslobađa se vodonik:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reakcije se odvijaju bez pristupa vazduha, inače se Fe +2 postepeno pretvara kiseonikom u Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (dif.) → FeSO 4 + H 2
U koncentriranim oksidirajućim kiselinama željezo se otapa tek kada se zagrije, odmah prelazi u Fe 3+ kation:
2Fe + 6H 2 SO 4 (konc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (konc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(u hladnoj, koncentrovane azotne i sumporne kiseline pasivirati
Gvozdeni ekser uronjen u plavkastu otopinu bakrenog sulfata postepeno se prekriva premazom od crvenog metalnog bakra.
5) Gvožđe istiskuje metale desno od sebe u rastvorima njihovih soli.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
Amfoternost gvožđa se manifestuje samo u koncentrisanim alkalijama tokom ključanja:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
i formira se talog natrijum tetrahidroksoferata(II).
Tehničko gvožđe- legure gvožđa sa ugljenikom: liveno gvožđe sadrži 2,06-6,67% C, čelikaČesto su prisutni 0,02-2,06% C, druge prirodne nečistoće (S, P, Si) i umjetno uneseni specijalni aditivi (Mn, Ni, Cr), što tehnički čini legure željeza korisne karakteristike– tvrdoća, otpornost na toplotu i koroziju, savitljivost itd. .
Proces proizvodnje gvožđa u visokim pećima
Proces proizvodnje željeza u visokoj peći sastoji se od sljedećih faza:
a) priprema (prženje) sulfidnih i karbonatnih ruda - pretvaranje u oksidnu rudu:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° C, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° C, -CO 2)
b) sagorevanje koksa sa vrućim udarom:
C (koks) + O 2 (vazduh) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700-1000 °C)
c) redukcija oksidne rude ugljen monoksid CO uzastopno:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe
d) karburizacija gvožđa (do 6,67% C) i topljenje livenog gvožđa:
Fe (t ) →(C(koka-kola)900-1200°S) Fe (g) (lijevano željezo, t pl 1145°C)
U livenom gvožđu cementit Fe 2 C i grafit su uvek prisutni u obliku zrna.
Proizvodnja čelika
Preraspodjela lijevanog željeza u čelik vrši se u posebnim pećima (konverterskim, otvorenim, električnim), koje se razlikuju po načinu grijanja; temperatura procesa 1700-2000 °C. Puhanjem zraka obogaćenog kisikom sagorijeva se višak ugljika iz lijevanog željeza, kao i sumpor, fosfor i silicijum u obliku oksida. U ovom slučaju, oksidi se ili hvataju u obliku izduvnih plinova (CO 2, SO 2), ili se vezuju u šljaku koja se lako odvaja - mješavinu Ca 3 (PO 4) 2 i CaSiO 3. Za dobivanje posebnih čelika, u peć se unose legirajući aditivi drugih metala.
Potvrdačisto željezo u industriji - elektroliza otopine željeznih soli, na primjer:
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektroliza)
(postoje i druge posebne metode, uključujući redukciju željeznih oksida vodonikom).
Čisto željezo se koristi u proizvodnji specijalnih legura, u proizvodnji jezgara elektromagneta i transformatora, liveno gvožđe se koristi u proizvodnji odlivaka i čelika, čelik se koristi kao konstrukcijski i alatni materijali, uključujući habanje, toplotu i koroziju -otporni materijali.
Gvožđe(II) oksid F EO . Amfoterni oksid sa velikom dominacijom osnovnih svojstava. Crna, ima jonsku strukturu Fe 2+ O 2-. Kada se zagreje, prvo se raspada, a zatim ponovo formira. Ne nastaje tokom sagorevanja gvožđa u vazduhu. Ne reaguje sa vodom. Razložen kiselinama, spojen sa alkalijama. Polako oksidira na vlažnom vazduhu. Oporavljen vodonikom, koksom. Učestvuje u visokopećnom procesu topljenja gvožđa. Koristi se kao komponenta keramike i mineralnih boja. Jednačine najvažnijih reakcija:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° C, 900-1000 ° C)
FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (konc.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4FeO3 (crveno.) trioksoferat(II)(400-500 °S)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (visoke čistoće) (350 ° C)
FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (iznad 1000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H 2 O (vlaga) + O 2 (vazduh) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° C)
Potvrda in laboratorije: termička razgradnja jedinjenja željeza (II) bez pristupa zraka:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° C)
Digvožđev oksid (III) - gvožđe ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Dvostruki oksid. Crna, ima jonsku strukturu Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termički stabilan do visokih temperatura. Ne reaguje sa vodom. Razloženo kiselinama. Redukuje ga vodonik, usijano gvožđe. Učestvuje u visokopećnom procesu proizvodnje gvožđa. Koristi se kao komponenta mineralnih boja ( minimalno gvožđe), keramika, obojeni cement. Proizvod posebne oksidacije površine čeličnih proizvoda ( crnjenje, plavilo). Sastav odgovara smeđoj rđi i tamnoj ljusci na željezu. Ne preporučuje se upotreba formule Fe 3 O 4. Jednačine najvažnijih reakcija:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (iznad 1538 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (konc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (vazduh) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (visoke čistoće, 1000 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° C, 560-700 ° C)
Potvrda: sagorevanje gvožđa (vidi) u vazduhu.
magnetit.
Gvožđe(III) oksid F e 2 O 3 . Amfoterni oksid sa dominantnim osnovnim svojstvima. Crveno-braon, ima jonsku strukturu (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termički stabilan do visokih temperatura. Ne nastaje tokom sagorevanja gvožđa u vazduhu. Ne reaguje sa vodom, iz rastvora se taloži smeđi amorfni hidrat Fe 2 O 3 nH 2 O. Polako reaguje sa kiselinama i alkalijama. Smanjuje se ugljičnim monoksidom, rastopljenim željezom. Legira sa oksidima drugih metala i formira dvostruke okside - spineli(tehnički proizvodi se nazivaju ferit). Koristi se kao sirovina za topljenje željeza u visokoj peći, kao katalizator u proizvodnji amonijaka, kao komponenta keramike, obojenih cementa i mineralnih boja, u termitnom zavarivanju čeličnih konstrukcija, kao nosač zvuka i slike. na magnetnim trakama, kao sredstvo za poliranje čelika i stakla.
Jednačine najvažnijih reakcija:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° C)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 °C, p)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (konc.) → H 2 O+ 2 NaFeO 2 (crveno)dioksoferat (III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (visoko čist, 1050-1100 ° C)
Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° C)
Potvrda u laboratoriju - termička razgradnja soli željeza (III) u zraku:
Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° C)
4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° C)
U prirodi - rude željeznog oksida hematit Fe 2 O 3 i limonit Fe 2 O 3 nH 2 O
Gvožđe(II) hidroksid F e(OH) 2 . Amfoterni hidroksid sa dominantnim osnovnim svojstvima. Bijele (ponekad sa zelenkastom nijansom), Fe-OH veze su pretežno kovalentne. Termički nestabilan. Lako oksidira na zraku, posebno kada je mokar (potamni). Nerastvorljivo u vodi. Reaguje sa razrijeđenim kiselinama, koncentriranim alkalijama. Tipičan restaurator. Intermedijarni proizvod u rđenju željeza. Koristi se u proizvodnji aktivne mase željezo-nikl baterija.
Jednačine najvažnijih reakcija:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, u atm.N 2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (plavo-zeleno) (ključanje)
4Fe(OH) 2 (suspenzija) + O 2 (vazduh) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe (OH) 2 (suspenzija) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (konc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° C)
Potvrda: taloženje iz rastvora sa alkalijama ili amonijačnim hidratom u inertnoj atmosferi:
Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓
Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4
Gvožđe metahidroksid F eO(OH). Amfoterni hidroksid sa dominantnim osnovnim svojstvima. Svijetlo smeđe, Fe-O i Fe-OH veze su pretežno kovalentne. Kada se zagreje, raspada se bez topljenja. Nerastvorljivo u vodi. Precipitira iz rastvora u obliku smeđeg amorfnog polihidrata Fe 2 O 3 nH 2 O, koji se, kada se drži u razblaženom alkalnom rastvoru ili kada se osuši, pretvara u FeO (OH). Reaguje sa kiselinama, čvrstim alkalijama. Slabo oksidaciono i redukciono sredstvo. Sinterovano sa Fe(OH) 2 . Intermedijarni proizvod u rđenju željeza. Koristi se kao osnova za žute mineralne boje i emajle, kao apsorber izduvnih gasova, kao katalizator u organskoj sintezi.
Sastav veze Fe(OH) 3 nije poznat (nije dobijen).
Jednačine najvažnijih reakcija:
Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °S, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C na zraku, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-koloid(NaOH (konc.))
FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH) 6 ]bijela, Na 5 i K 4, respektivno; u oba slučaja se taloži plavi produkt istog sastava i strukture, KFe III. U laboratoriji se ovaj talog naziva pruska plava, ili turnbull blue:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
Hemijski nazivi početnih reagensa i produkta reakcije:
K 3 Fe III - kalijum heksacijanoferat (III)
K 4 Fe III - kalijum heksacijanoferat (II)
KFe III - heksacijanoferat (II) gvožđe (III) kalijum
Osim toga, tiocijanatni ion NCS - je dobar reagens za Fe 3+ ione, s njim se kombinira željezo (III) i pojavljuje se svijetlo crvena („krvava“) boja:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Sa ovim reagensom (na primjer, u obliku KNCS soli), čak se i tragovi željeza (III) mogu otkriti u vodi iz slavine ako prođe kroz željezne cijevi prekrivene hrđom iznutra.
