Bevezetés
Az egyes elemek kémiai tulajdonságainak tanulmányozása a kémia tantárgy szerves részét képezi modern iskola, amely lehetővé teszi az induktív megközelítés alapján a szingularitások feltételezését kémiai kölcsönhatás elemeket fizikai és kémiai tulajdonságaik alapján. Az iskolai kémiai laboratórium lehetőségei azonban nem mindig teszik lehetővé, hogy teljes mértékben igazoljuk egy elem kémiai tulajdonságainak a periódusos rendszerben elfoglalt helyzetétől való függőségét. kémiai elemek, egyszerű anyagok szerkezeti jellemzői.
A kén kémiai tulajdonságait mind a kémiai kurzus tanulmányozásának kezdetén alkalmazzák a kémiai jelenségek és a fizikai jelenségek közötti különbség bemutatására, mind az egyes kémiai elemek jellemzőinek tanulmányozására. Az irányelvekben leggyakrabban javasolt demonstráció a kén és a vas kölcsönhatása, a kémiai jelenségek példájaként és a kén oxidáló tulajdonságainak példájaként. De a legtöbb esetben ez a reakció vagy egyáltalán nem megy végbe, vagy lefolyásának eredménye szabad szemmel nem értékelhető. Különféle lehetőségek Ezt a kísérletet gyakran az eredmények alacsony reprodukálhatósága jellemzi, ami nem teszi lehetővé azok szisztematikus felhasználását a fenti folyamatok jellemzésében. Ezért fontos olyan lehetőségek felkutatása, amelyek alternatívát jelenthetnek a vas és a kén kölcsönhatásának bemutatására, az iskolai kémiai laboratórium jellemzőinek megfelelően.
Cél: Vizsgálja meg a kén és fémek kölcsönhatásának reakcióinak lehetőségét iskolai laboratóriumban.
Feladatok:
Határozza meg a kén fő fizikai és kémiai jellemzőit;
Elemezze a kén és fémek kölcsönhatási reakcióinak lefolyásának és lefolyásának feltételeit;
Ismert módszerek tanulmányozása a kén és fémek kölcsönhatásának megvalósítására;
Válasszon rendszereket a reakciók végrehajtásához;
Mérje fel a kiválasztott reakciók megfelelőségét az iskolai kémiai laboratórium körülményeinek.
Tanulmányi tárgy: a kén és fém kölcsönhatás reakciói
Tanulmányi tárgy: a kén és fémek közötti kölcsönhatási reakciók megvalósíthatósága iskolai laboratóriumban.
Hipotézis: A vas és a kén kölcsönhatásának alternatívája az iskolai kémiai laboratórium körülményei között olyan kémiai reakció lesz, amely megfelel az átlátszóság, a reprodukálhatóság, a viszonylagos biztonság és a reagensek elérhetősége követelményeinek.
Munkánkat a kén rövid leírásával szeretnénk kezdeni:
Elhelyezés a periódusos rendszerben: a kén a 3. periódusban, VI. csoport, fő (A) alcsoport, s-elemekhez tartozik.
A kén atomszáma 16, ezért a kénatom töltése + 16, az elektronok száma 16. A külső szinten három elektronszint 6 elektron
Az elektronok szint szerinti elrendezésének sémája:
16S )))
2 8 6
A 32 S kénatom magja 16 protont (amely megegyezik a nukleáris töltéssel) és 16 neutront tartalmaz ( atomtömeg mínusz a protonok száma: 32 - 16 = 16).
Elektronikus képlet: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4
Asztal 1
A kénatom ionizációs potenciáljának értékei
Ionizációs potenciál
Energia (eV)
Kén a hidegben meglehetősen inert (erőteljesen csak a fluor), de hevítéskor nagyon reaktívvá válik - reagál halogenidekkel(a jód kivételével), oxigén, hidrogén és szinte minden fém. Ennek eredményeként reakciók az utóbbi típusból a megfelelő kénvegyületek keletkeznek.
A kén reaktivitása, mint bármely más elem, fémekkel való kölcsönhatás során a következőktől függ:
reagáló anyagok aktivitása. Például a kén a legaktívabb kölcsönhatásba lép az alkálifémekkel
a reakció hőmérsékletén. Ezt a folyamat termodinamikai jellemzői magyarázzák.
A spontán kémiai reakciók termodinamikai lehetőségét standard körülmények között a reakció standard Gibbs-energiája határozza meg:
ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает
ΔG 0 T > 0 - a közvetlen reakció lehetetlen
a reagáló anyagok őrlési fokán, mivel mind a kén, mind a fémek főleg szilárd állapotban reagálnak.
A kén és fémek kölcsönhatásának egyes reakcióinak termodinamikai jellemzőit adjuk meg a 4. diában
A táblázatból látható, hogy termodinamikailag lehetséges, hogy a kén kölcsönhatásba lép mind a feszültségsorozat kezdeti fémeivel, mind az alacsony aktivitású fémekkel.
Így a kén hevítve meglehetősen aktív nemfém, amely képes reagálni mind a nagy aktivitású (lúgos), mind az alacsony aktivitású fémekkel (ezüst, réz).
A kén fémekkel való kölcsönhatásának vizsgálata
Kutatási rendszerek kiválasztása
A kén és a fémek kölcsönhatásának tanulmányozására rendszereket választottak ki, köztük a Beketov sorozat különböző helyein elhelyezkedő, eltérő aktivitású fémeket.
Kiválasztási feltételekként a következő kritériumokat határozták meg: végrehajtási sebesség, átlátszóság, a reakció teljessége, relatív biztonság, az eredmény reprodukálhatósága, az anyagoknak jelentősen el kell térniük fizikai tulajdonságok, anyagok jelenléte az iskolai laboratóriumban, sikeres kísérletek történtek a kén és bizonyos fémek kölcsönhatására.
A végrehajtott reakciók reprodukálhatóságának értékelésére minden kísérletet háromszor végeztünk el.
Ezen kritériumok alapján a következő reakciórendszereket választottuk ki a kísérlethez:
KÉN ÉS RÉZ Cu + S = CuS + 79 kJ/mol
Módszertan és várható hatás
Vegyünk 4 g ként por alakban, és öntsük kémcsőbe. A ként kémcsőben felforraljuk. Ezután vegyen egy rézhuzalt, és melegítse lángon. Amikor a kén megolvad és felforr, tegyünk bele rézhuzalt
Várható eredmény:A kémcső megtelik barna gőzökkel, a huzal felmelegszik és rideg szulfid képződésével "kiég".
2. A kén és a réz kölcsönhatása.
A reakció nem volt túl egyértelmű, a réz spontán felmelegedése szintén nem fordult elő. Sósav hozzáadásakor nem figyeltek meg különösebb gázfejlődést.
KÉN ÉS VAS Fe + S = FeS + 100,4 kJ/mol
Módszertan és várható hatás
Vegyünk 4 g porított ként és 7 g vasport, és keverjük össze. A kapott keveréket öntsük egy kémcsőbe. A kémcsőben lévő anyagokat felmelegítjük
Várható eredmény:A keverék erős spontán felmelegszik. A kapott vas-szulfidot szinterelik. Az anyagot nem választja el víz, és nem reagál mágnessel.
1. A kén és a vas kölcsönhatása.
Hajtsa végre a reakciót, hogy vas-szulfidot kapjon maradék nélkül laboratóriumi körülmények gyakorlatilag lehetetlen, nagyon nehéz meghatározni, hogy az anyagok mikor reagáltak teljesen, a reakcióelegy spontán felmelegedése nem figyelhető meg. A kapott anyagot ellenőrizték, hogy vas-szulfid-e. Ehhez HCl-t használtunk. Amikor sósavat csepegtettünk az anyagra, habosodni kezdett, kénhidrogén szabadult fel.
KÉN ÉS NÁTRIUM 2Na + S \u003d Na 2S + 370,3 kJ / mol
Módszertan és várható hatás
Vegyünk 4 g porított ként, és öntsük mozsárba, jól őröljük meg
Vágjunk le egy kb 2 g-os nátriumdarabot, vágjuk le az oxidfilmet, őröljük össze.
Várható eredmény:A reakció hevesen megy végbe, a reagensek öngyulladása lehetséges.
3. A kén és a nátrium kölcsönhatása.
A kén és a nátrium kölcsönhatása önmagában is veszélyes és emlékezetes kísérlet. Néhány másodperces dörzsölés után felröppentek az első szikrák, a nátrium és a kén fellángolt a habarcsban, és égni kezdett. Amikor a termék kölcsönhatásba lép sósavval, hidrogén-szulfid aktívan szabadul fel.
KÉN ÉS CINK Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol
Módszertan és várható hatás
Vegyünk porított ként és cinket, egyenként 4 g-ot, keverjük össze az anyagokat. Öntse a kész keveréket azbeszthálóra. Forró fáklyát viszünk az anyagokhoz
Várható eredmény:A reakció nem azonnal megy végbe, hanem hevesen, zöldeskék láng keletkezik.
4. A kén és a cink kölcsönhatása.
A reakciót nagyon nehéz beindítani, erős oxidálószerek alkalmazása vagy magas hőmérséklet szükséges a beindításához. Az anyagok zöldeskék lánggal villannak fel. Amikor a láng kialszik, egy maradék marad ezen a helyen; sósavval való kölcsönhatás során hidrogén-szulfid enyhén felszabadul.
KÉN ÉS ALUMÍNIUM 2Al + 3S \u003d Al 2 S 3 + 509,0 kJ / mol
Módszertan és várható hatás
Vegyünk 4 g tömegű porított ként és 2,5 g alumíniumot, és keverjük össze. A kapott keveréket azbeszthálóra helyezzük. Gyújtsa meg a keveréket égő magnéziummal
Várható eredmény:A reakció egy villanás.
5. A kén és az alumínium kölcsönhatása.
A reakcióhoz hozzá kell adni erős oxidálószer kezdeményezőként. Égő magnéziummal való meggyújtás után erőteljes sárgásfehér színű villanás következett be, a hidrogén-szulfid meglehetősen aktívan szabadul fel.
KÉN ÉS MÁGNÉZIUM Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol
Módszertan és várható hatás
Vegyünk 2,5 g magnéziumforgácsot és 4 g porított ként, és keverjük össze
A kapott keveréket azbeszthálóra helyezzük. A szilánkot hozzáadjuk a kapott keverékhez.
Várható eredmény:A reakció során erőteljes villanás történik.
4. A kén és a magnézium kölcsönhatása.
A reakcióhoz iniciátorként tiszta magnézium hozzáadása szükséges. Erőteljes, fehéres színű villanás történik, a hidrogén-szulfid aktívan szabadul fel.
Kimenet
A vas-szulfid előállítására irányuló reakció nem fejeződött be, mivel a maradék műanyag kén és vas keveréke formájában maradt meg.
A hidrogén-szulfid legaktívabb felszabadulása nátrium-szulfidban, valamint magnézium- és alumínium-szulfidokban nyilvánult meg.
A hidrogén-szulfid kevésbé aktív felszabadulása a réz-szulfidban volt.
A nátrium-szulfid megszerzésére irányuló kísérletek végzése veszélyes, és nem ajánlott iskolai laboratóriumban.
Az alumínium-, magnézium- és cink-szulfidok előállítására szolgáló reakciók a legalkalmasabbak iskolai körülmények között történő lefolytatásra.
A várt és tényleges eredmények egybeestek a kén nátriummal, magnéziummal és alumíniummal való kölcsönhatásával.
Következtetés
Annak ellenére, hogy a vas és a kén kölcsönhatásának bemutatására vonatkozó meglévő ajánlások példát mutatnak be kémiai jelenségekés a kén oxidáló tulajdonságait egy általános iskola kémiatanfolyamán, egy ilyen kísérlet tényleges megvalósítása gyakran nem jár látható hatással.
A demonstráció alternatívájának meghatározásakor olyan rendszereket választottak ki, amelyek megfeleltek a láthatóság, a biztonság és a reaktánsok iskolai laboratóriumi elérhetősége követelményeinek. Mint opciók A kén rézzel, vassal, cinkkel, magnéziummal, alumíniummal, nátriummal való reakciórendszerét választottam a kén és a különböző fémek kölcsönhatásának hatásosságának értékelésére kémiaórákon demonstrációs kísérletként.
A kísérletek eredményei alapján megállapítottam, hogy erre a célra a kén és közepesen nagy aktivitású fémek (magnézium, alumínium) reakciórendszereinek alkalmazása a legoptimálisabb.
A kísérletek alapján egy videó készült, amely a kén oxidáló tulajdonságait mutatja be fémekkel való kölcsönhatásának példáján keresztül, amely lehetővé teszi ezen tulajdonságok leírását teljes körű kísérlet elvégzése nélkül. Kiegészítő segítségként egy weboldal készült ( ), amely egyebek mellett a vizsgálat eredményeit mutatja be vizuális formában.
A vizsgálat eredményei alapjául szolgálhatnak a nemfémek kémiai tulajdonságainak, a kémiai kinetikának és a termodinamikának a mélyebb vizsgálatához.
A vas kémiai tulajdonságai Nézzük meg a tipikus nemfémekkel - kénnel és oxigénnel - való kölcsönhatás példáját.
Petri-csészében keverjük össze a porszerűre zúzott vasat és ként. Lángban hevítsünk egy acéltűt, és reagensek keverékével érintsük meg. A vas és a kén közötti heves reakció hő- és fényenergia felszabadulásával jár. Ezen anyagok kölcsönhatásának szilárd terméke - a vas(II)-szulfid - fekete. A vassal ellentétben nem vonzza a mágnes.
A vas a kénnel reagálva vas(II)-szulfidot képez. Írjuk fel a reakcióegyenletet:
A vas és az oxigén reakciója szintén előmelegítést igényel. Öntsön kvarchomokot egy vastag falú edénybe. Melegítsünk fel egy köteg nagyon vékony vashuzalt, az úgynevezett vasgyapotot egy égő lángjában. Vigyük be a vörösen izzó vezetéket az edénybe oxigénnel. A vas vakító lánggal ég, szikrákat szórva - vörösen izzó vaskőszemcsék Fe 3 O 4.
Ugyanez a reakció megy végbe levegőben is, amikor az acélt a megmunkálás során a súrlódás miatt erősen felmelegítjük.
Amikor a vasat oxigénben vagy levegőben elégetik, vaskő képződik:
3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4, anyag az oldalról
vagy 3Fe + 2O 2 \u003d FeO. Fe2O3.
A vas-oxid olyan vegyület, amelyben vas van különböző jelentések vegyérték.
A kapcsolat mindkét reakciójának áthaladását hő- és fényenergia felszabadulása kíséri.
Ezen az oldalon a következő témákban található anyagok:
Milyen típusú reakció a vas-szulfid az oxigénnel
Írj egyenletet a vas és a kén közé!
A vas és az oxigén reakcióinak egyenlete
Példa a vas és a kén kombinációjának kémiai reakciójára
Az oxigén és a vas kölcsönhatásának egyenlete
Kérdések ezzel az elemmel kapcsolatban:
MEGHATÁROZÁS
Vas- D. I. Mengyelejev kémiai elemeinek periódusos rendszerének negyedik periódusának nyolcadik csoportjának eleme.
A bágyadt szám pedig 26. A szimbólum Fe (lat. „ferrum”). Az egyik leggyakoribb a földkéreg fémek (második hely az alumínium után).
A vas fizikai tulajdonságai
A vas egy szürke fém. Tiszta formájában meglehetősen puha, képlékeny és képlékeny. A külső energiaszint elektronikus konfigurációja 3d 6 4s 2. Vegyületeiben a vas „+2” és „+3” oxidációs állapotot mutat. A vas olvadáspontja 1539 C. A vas két kristálymódosulatot képez: α- és γ-vasat. Közülük az első köbös testközpontú rácsos, a második köbös arcközpontú rácsos. Az α-vas termodinamikailag két hőmérsékleti tartományban stabil: 912 °C alatt és 1394 °C-tól az olvadáspontig. 912 és 1394 °C között a γ-vas stabil.
A vas mechanikai tulajdonságai a tisztaságától függenek – még nagyon kis mennyiségű egyéb elem mennyiségétől is. A tömör vas képes önmagában sok elemet feloldani.
A vas kémiai tulajdonságai
Nedves levegőn a vas gyorsan rozsdásodik, i.e. hidratált vas-oxid barna bevonattal van bevonva, amely törékenysége miatt nem védi meg a vasat a további oxidációtól. Vízben a vas intenzíven korrodál; bőséges oxigén hozzáféréssel a vas-oxid (III) hidratált formái képződnek:
2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.
Oxigénhiány vagy nehéz hozzáférés esetén vegyes oxid (II, III) Fe 3 O 4 képződik:
3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.
A vas bármilyen koncentrációban oldódik sósavban:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.
Hasonló módon feloldódik híg kénsavban:
Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.
A kénsav tömény oldatában a vas vas (III) oxidálódik:
2Fe + 6H 2SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.
A kénsavban azonban, amelynek koncentrációja megközelíti a 100%-ot, a vas passzívvá válik, és gyakorlatilag nem lép fel kölcsönhatás. A salétromsav híg és mérsékelten tömény oldatában a vas feloldódik:
Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.
Magas salétromsavkoncentráció esetén az oldódás lelassul, a vas passzívvá válik.
Más fémekhez hasonlóan a vas is reakcióba lép egyszerű anyagokkal. A vas és a halogének kölcsönhatásának reakciói (a halogén típusától függetlenül) hevítés közben mennek végbe. A vas és a bróm kölcsönhatása az utóbbi megnövekedett gőznyomása mellett megy végbe:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;
3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.
A vas kölcsönhatása kénnel (por), nitrogénnel és foszforral hevítéskor is fellép:
6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;
2Fe + P = Fe 2P;
3Fe + P = Fe 3 P.
A vas képes reagálni nemfémekkel, például szénnel és szilíciummal:
3Fe + C = Fe 3 C;
A vas komplex anyagokkal való kölcsönhatásának reakciói között a következő reakciók játszanak kiemelt szerepet - a vas képes a tőle jobbra lévő tevékenységsorban lévő fémeket sóoldatokból (1) redukálni a vas (III) redukálására. vegyületek (2):
Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);
Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).
A vas megemelt nyomáson reagál egy nem sóképző oxiddal - CO, így összetett összetételű anyagok - karbonilok - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 és Fe 3 (CO) 12 képződnek.
A vas szennyeződések hiányában vízben és híg lúgos oldatokban stabil.
Vasat szerezni
A vas előállításának fő módja a vasérc (hematit, magnetit) vagy sói oldatainak elektrolízise (ebben az esetben „tiszta” vasat kapunk, azaz szennyeződés nélküli vasat).
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
| A feladat | A 10 g tömegű vasmaradékot Fe 3 O 4-hez először 150 ml sósavoldattal (sűrűsége 1,1 g/ml) 20%-os hidrogén-klorid tömeghányaddal kezeltük, majd a kapott oldathoz feleslegben vasat adtunk. Határozzuk meg az oldat összetételét (tömeg%-ban). |
| Megoldás | Felírjuk a reakcióegyenleteket a feladat feltételének megfelelően: 8HCl + Fe 3 O 4 \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). A sósavoldat sűrűségének és térfogatának ismeretében megtalálhatja a tömegét: m szol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m szol (HCl) = 150 × 1,1 \u003d 165 g. Számítsa ki a hidrogén-klorid tömegét: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165x20%/100% = 33 g. A sósav móltömege (1 mol tömege), a D.I. kémiai elemeinek táblázata alapján számítva. Mengyelejev - 36,5 g / mol. Keresse meg a hidrogén-klorid anyag mennyiségét: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. A skála moláris tömege (egy mól tömege), a D.I. kémiai elemeinek táblázata alapján számítva. Mengyelejev - 232 g/mol. Keresse meg a vízkőanyag mennyiségét: v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. Az 1. egyenlet szerint v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1:8, tehát v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Ekkor az egyenlettel számított hidrogén-klorid mennyisége (0,344 mol) kisebb lesz, mint a feladat feltételében jelzett (0,904 mol). Ezért a sósav feleslegben van, és egy másik reakció megy végbe: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). Határozzuk meg az első reakció eredményeként képződő vas-klorid anyag mennyiségét (az indexek egy adott reakciót jelölnek): v 1 (FeCl 2): v (Fe 2O 3) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl 3): v (Fe 2O 3) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. Határozzuk meg az 1. reakcióban nem reagáló hidrogén-klorid mennyiségét és a 3. reakció során keletkezett vas(II)-klorid anyag mennyiségét: v rem (HCl) \u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \u003d 0,904 - 0,344 \u003d 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol. Határozzuk meg a 2. reakció során képződő FeCl 2 anyag mennyiségét, az összes FeCl 2 anyag mennyiségét és tömegét: 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 összeg (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) = 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v összeg (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. Határozzuk meg a 2. és 3. reakcióba bevitt anyag mennyiségét és vas tömegét: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) = 0,043 mol; v3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol; v összeg (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v összeg (Fe) × M(Fe) = 0,323 × 56 = 18,088 g. Számítsuk ki a 3. reakcióban felszabaduló anyag mennyiségét és hidrogén tömegét: v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol; m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) = 0,28 × 2 = 0,56 g. Meghatározzuk a kapott oldat tömegét m ' sol és tömeghányad FeCl 2 benne: m’ szol \u003d m szol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2); |
A vas a negyedik periódus nyolcadik csoportjának másodlagos alcsoportjának eleme periodikus rendszer D. I. Mengyelejev kémiai elemei 26-os rendszámmal. Fe (lat. Ferrum) szimbólum jelöli. Az egyik leggyakoribb fém a földkéregben (a második helyen az alumínium után). Közepes aktivitású fém, redukálószer.
Főbb oxidációs állapotok - +2, +3
A vas egy egyszerű anyag, ezüst-fehér képlékeny fém, nagy kémiai reakcióképességgel: a vas gyorsan korrodálódik, ha magas hőmérsékletek oh vagy magas páratartalom mellett a levegőben. Tiszta oxigénben a vas ég, finoman eloszlatott állapotban levegőben spontán meggyullad.
Egy egyszerű anyag - vas - kémiai tulajdonságai:
Rozsdásodás és égés oxigénben
1) Levegőben a vas könnyen oxidálódik nedvesség jelenlétében (rozsdásodás):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
A felhevített vashuzal oxigénben ég, és vas-oxid (II, III) képződik:
3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)
2) Magas hőmérsékleten (700-900°C) a vas reagál a vízgőzzel:
3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) A vas hevítéskor reakcióba lép nem fémekkel:
2Fe+3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 °С)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)
4) Feszültségsorozatban a hidrogéntől balra, reagál híg savakkal Hcl és H 2 SO 4, miközben vas(II) sók keletkeznek és hidrogén szabadul fel:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (a reakciókat levegő hozzáférés nélkül hajtják végre, ellenkező esetben a Fe +2 oxigén hatására fokozatosan Fe +3-má alakul)
Fe + H 2 SO 4 (diff.) → FeSO 4 + H 2
Tömény oxidáló savakban a vas csak melegítés hatására oldódik fel, azonnal átmegy a Fe 3+ kationba:
2Fe + 6H 2SO 4 (tömény) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (tömény) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(hideg, tömény salétromsavban és kénsavban passziválni
A kékes réz-szulfát oldatba mártott vasszöget fokozatosan vörös fémréz bevonat borítja.
5) A vas kiszorítja a tőle jobbra lévő fémeket sóik oldatában.
Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
A vas amfotersége csak koncentrált lúgokban nyilvánul meg forrás közben:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
és nátrium-tetrahidroxoferrát(II) csapadék képződik.
Műszaki vas- vas ötvözetek szénnel: az öntöttvas 2,06-6,67% C-t tartalmaz, acél- 0,02-2,06% C, más természetes szennyeződések (S, P, Si) és mesterségesen bevitt speciális adalékok (Mn, Ni, Cr) gyakran jelen vannak, amitől a vasötvözetek műszakilag előnyös tulajdonságait– keménység, hő- és korrózióállóság, alakíthatóság stb. .
Nagyolvasztó vasgyártási folyamata
A vasgyártás nagyolvasztó folyamata a következő szakaszokból áll:
a) szulfid- és karbonátércek előállítása (pörkölése) - oxidércvé átalakítás:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)
b) koksz égetése forró fúvással:
C (koksz) + O 2 (levegő) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (koksz) ⇌ 2CO (700-1000 °C)
c) az oxidérc redukciója szén-monoxid CO szekvenciálisan:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) Haderő műszaki főtiszt →(CO) Fe
d) vas karburizálása (6,67% C-ig) és öntöttvas olvasztása:
Fe (t ) →(C(koksz)900-1200°С) Fe (g) (öntöttvas, t pl 1145°С)
Az öntöttvasban a cementit Fe 2 C és a grafit mindig szemcsék formájában van jelen.
Acélgyártás
Az öntöttvas acélba történő újraelosztását speciális kemencékben (átalakító, kandallós, elektromos) végzik, amelyek a fűtési módban különböznek egymástól; folyamat hőmérséklete 1700-2000 °C. Az oxigénnel dúsított levegő befújása az öntöttvasból a felesleges szenet, valamint a ként, a foszfort és a szilíciumot oxidok formájában égeti ki. Ebben az esetben az oxidokat vagy kipufogógázok (CO 2, SO 2) formájában rögzítik, vagy könnyen elválasztható salakba kötődnek - Ca 3 (PO 4) 2 és CaSiO 3 keverékébe. Speciális acélok előállításához más fémek ötvöző adalékait vezetik be a kemencébe.
Nyugta tiszta vas az iparban - vassók oldatának elektrolízise, például:
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektrolízis)
(vannak más speciális módszerek is, köztük a vas-oxidok redukciója hidrogénnel).
A tiszta vasat speciális ötvözetek, elektromágnesek és transzformátorok magjainak gyártásában használják, az öntöttvasat öntvények és acélgyártás, az acél szerkezeti és szerszámanyagként, beleértve a kopás-, hő- és korróziót is. - ellenálló anyagok.
Vas(II)-oxid F EO . Amfoter oxid az alapvető tulajdonságok túlsúlyával. Fekete, ionos szerkezete Fe 2+ O 2-. Hevítéskor először lebomlik, majd újra képződik. Nem keletkezik a vas levegőben történő égése során. Nem lép reakcióba vízzel. Savak hatására lebomlik, lúgokkal olvad össze. Nedves levegőn lassan oxidálódik. Hidrogénnel, koksszal visszanyerve. Részt vesz a vasolvasztó nagyolvasztó folyamatában. Kerámiák és ásványi festékek összetevőjeként használják. A legfontosabb reakciók egyenletei:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)
FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (tömény) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Na 4FeO3 (piros.) trioxoferrát (II)(400-500 °С)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (nagy tisztaságú) (350 °C)
FeO + C (koksz) \u003d Fe + CO (1000 ° C felett)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 °C)
4FeO + 2H 2 O (nedvesség) + O 2 (levegő) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)
Nyugta ban ben laboratóriumok: vas(II)-vegyületek hőbomlása levegő hozzáférés nélkül:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 °C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)
divas-oxid (III) - vas ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Kettős oxid. Fekete, Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 ionszerkezetű. Magas hőmérsékletig hőstabil. Nem lép reakcióba vízzel. Savak hatására bomlik. Hidrogén, vörösen izzó vas redukálja. Részt vesz a vasgyártás nagyolvasztó folyamatában. Ásványi festékek összetevőjeként használják ( mini vas), kerámia, színes cement. Acéltermékek felületének speciális oxidációjának terméke ( feketedés, elkékülés). A kompozíció barna rozsdának és sötét pikkelynek felel meg a vason. A Fe 3 O 4 formula használata nem javasolt. A legfontosabb reakciók egyenletei:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (1538 ° С felett)
(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 (tömény) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (levegő) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (nagy tisztaságú, 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 ° С, 560-700 ° С)
Nyugta: vas égése (lásd) levegőben.
magnetit.
Vas(III)-oxid F e 2 O 3 . Amfoter oxid, túlnyomórészt alapvető tulajdonságokkal. Vörös-barna, ionos szerkezetű (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Magas hőmérsékletig hőstabil. Nem keletkezik a vas levegőben történő égése során. Vízzel nem lép reakcióba, az oldatból barna amorf hidrát Fe 2 O 3 nH 2 O válik ki.Lassan reagál savakkal és lúgokkal. Csökkenti a szén-monoxid, az olvadt vas. Más fémek oxidjaival ötvözve kettős oxidokat képez spinellek(a műszaki termékeket ferriteknek nevezzük). Nyersanyagként használják vas olvasztásához a nagyolvasztó eljárásban, katalizátorként ammónia gyártásban, kerámiák, színes cementek és ásványi festékek összetevőjeként, acélszerkezetek termithegesztésénél, hordozóanyagként hangok és képek mágnesszalagokon, acél és üveg polírozószereként.
A legfontosabb reakciók egyenletei:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (tömény) → H 2 O+ 2 NdeFeO 2 (piros)dioxoferrát (III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (nagyon tiszta, 1050-1100 ° С)
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 ° С)
Nyugta laboratóriumban - vas(III)-sók hőbomlása levegőben:
Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)
4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)
A természetben - vas-oxid ércek vörösvasérc Fe 2 O 3 és limonit Fe 2 O 3 nH 2 O
vas(II)-hidroxid F e(OH)2. Amfoter hidroxid, túlnyomórészt bázikus tulajdonságokkal. A fehér (néha zöldes árnyalatú) Fe-OH kötések túlnyomórészt kovalensek. Termikusan instabil. Levegőn könnyen oxidálódik, különösen nedves állapotban (sötétedik). Vízben nem oldódik. Reagál híg savakkal, tömény lúgokkal. Tipikus restaurátor. Köztes termék a vas rozsdásodásakor. A vas-nikkel akkumulátorok aktív tömegének gyártásához használják.
A legfontosabb reakciók egyenletei:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 °C, atm.N 2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (kék-zöld) (forrás)
4Fe(OH) 2 (szuszpenzió) + O 2 (levegő) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe (OH) 2 (szuszpenzió) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (koncentráció) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)
Nyugta: kicsapódás lúgokkal vagy ammónia-hidráttal készült oldatból inert atmoszférában:
Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓
Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4
Vas metahidroxid F eO(OH). Amfoter hidroxid, túlnyomórészt bázikus tulajdonságokkal. A világosbarna, Fe-O és Fe-OH kötések túlnyomórészt kovalensek. Melegítéskor olvadás nélkül bomlik. Vízben nem oldódik. Az oldatból barna amorf Fe 2 O 3 nH 2 O polihidrát formájában válik ki, amely híg lúgos oldat alatt tartva vagy szárítva FeO-vá (OH) alakul. Reagál savakkal, szilárd lúgokkal. Gyengén oxidáló és redukálószer. Fe(OH) 2 -vel szinterezve. Köztes termék a vas rozsdásodásakor. Sárga ásványi festékek és zománcok alapjaként, kipufogógáz-elnyelőként, szerves szintézis katalizátoraként használják.
A Fe(OH) 3 csatlakozási összetétel nem ismert (nem érkezett).
A legfontosabb reakciók egyenletei:
Fe2O3. nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C levegőn, -H2O)→Fe 2 O 3
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (tömény))
FeO(OH)→ Na 3 [Fe(OH) 6 ]fehér, Na5 és K4, rendre; mindkét esetben azonos összetételű és szerkezetű kék termék, a KFe III válik ki. A laboratóriumban ezt a csapadékot ún porosz kék, vagy turnbull kék:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
A kezdeti reagensek és a reakciótermékek kémiai nevei:
K 3 Fe III – kálium-hexacianoferrát (III)
K 4 Fe III – kálium-hexacianoferrát (II)
KFe III - hexaciano-ferrát (II) vas (III) kálium
Ezenkívül a tiocianát ion NCS - jó reagens a Fe 3+ ionokhoz, a vas (III) kombinálódik vele, és élénkvörös ("véres") szín jelenik meg:
Fe 3+ + 6NCS - = 3-
Ezzel a reagenssel (például KNCS só formájában) még a vas (III) nyomai is kimutathatók a csapvízben, ha az belülről rozsdával borított vascsöveken halad át.
