introduzione

Lo studio delle proprietà chimiche dei singoli elementi è parte integrante del corso di chimica in scuola moderna, che consente, sulla base dell'approccio induttivo, di fare un'ipotesi sulle singolarità interazione chimica elementi in base alle loro caratteristiche fisiche e chimiche. Tuttavia, le capacità del laboratorio chimico scolastico non sempre ci consentono di dimostrare completamente la dipendenza delle proprietà chimiche di un elemento dalla sua posizione nel sistema periodico. elementi chimici, caratteristiche strutturali delle sostanze semplici.

Le proprietà chimiche dello zolfo vengono utilizzate sia all'inizio dello studio di un corso di chimica per dimostrare la differenza tra fenomeni chimici e fisici, sia nello studio delle caratteristiche dei singoli elementi chimici. La dimostrazione più frequentemente raccomandata nelle linee guida è l'interazione dello zolfo con il ferro, come esempio di fenomeni chimici e come esempio delle proprietà ossidanti dello zolfo. Ma nella maggior parte dei casi, questa reazione non procede affatto o i risultati del suo corso non possono essere valutati ad occhio nudo. Varie opzioni Questo esperimento è spesso caratterizzato da una bassa riproducibilità dei risultati, che non ne consente un uso sistematico nella caratterizzazione dei processi di cui sopra. Pertanto, è rilevante ricercare opzioni che possano costituire un'alternativa alla dimostrazione del processo di interazione del ferro con lo zolfo, adeguata alle caratteristiche di un laboratorio chimico scolastico.

Bersaglio: Indagare la possibilità di effettuare reazioni sull'interazione dello zolfo con i metalli in un laboratorio scolastico.

Compiti:

Determinare le principali caratteristiche fisiche e chimiche dello zolfo;

Analizzare le condizioni per la conduzione e il flusso delle reazioni di interazione dello zolfo con i metalli;

Studiare metodi noti per l'implementazione dell'interazione dello zolfo con i metalli;

Selezionare i sistemi per l'esecuzione delle reazioni;

Valutare l'adeguatezza delle reazioni selezionate alle condizioni del laboratorio chimico della scuola.

Oggetto di studio: reazioni di interazione dello zolfo con i metalli

Materia di studio: la fattibilità di reazioni di interazione tra zolfo e metalli in un laboratorio scolastico.

Ipotesi: Un'alternativa all'interazione del ferro con lo zolfo nelle condizioni di un laboratorio chimico scolastico sarà una reazione chimica che soddisfi i requisiti di chiarezza, riproducibilità, sicurezza relativa e disponibilità dei reagenti.

Vogliamo iniziare il nostro lavoro con una breve descrizione dello zolfo:

Posizione nel sistema periodico: lo zolfo è nel periodo 3, il gruppo VI, sottogruppo principale (A), appartiene agli elementi s.

Il numero atomico di zolfo è 16, quindi la carica dell'atomo di zolfo è + 16, il numero di elettroni è 16. Tre livelli elettronici nel livello esterno sono 6 elettroni

Schema di disposizione degli elettroni per livelli:

16S )))
2 8 6

Il nucleo dell'atomo di zolfo 32 S contiene 16 protoni (pari alla carica nucleare) e 16 neutroni ( massa atomica meno il numero di protoni: 32 - 16 = 16).

Formula elettronica: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Tabella 1

I valori dei potenziali di ionizzazione dell'atomo di zolfo

Potenziale di ionizzazione

Energia (eV)

Zolfo al freddo piuttosto inerte (si collega vigorosamente solo con fluoro), ma quando riscaldato diventa molto reattivo - reagisce con gli alogenuri(tranne iodio), ossigeno, idrogeno e quasi tutti i metalli. Di conseguenza reazioni di quest'ultimo tipo si formano i corrispondenti composti solforati.

La reattività dello zolfo, come qualsiasi altro elemento, quando interagisce con i metalli dipende da:

attività delle sostanze reagenti. Ad esempio, lo zolfo interagirà più attivamente con i metalli alcalini

sulla temperatura di reazione. Ciò è spiegato dalle caratteristiche termodinamiche del processo.

La possibilità termodinamica di reazioni chimiche spontanee in condizioni standard è determinata dall'energia standard di Gibbs della reazione:

ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 T > 0 - la reazione diretta è impossibile

sul grado di macinazione delle sostanze reagenti, poiché sia ​​lo zolfo che i metalli reagiscono principalmente allo stato solido.

Vengono fornite le caratteristiche termodinamiche di alcune reazioni di interazione dello zolfo con i metalli nella diapositiva 4

Dalla tabella si può vedere che è termodinamicamente possibile che lo zolfo interagisca sia con metalli all'inizio di una serie di sollecitazioni sia con metalli a bassa attività.

Pertanto, lo zolfo è un non metallo piuttosto attivo quando riscaldato, in grado di reagire con metalli sia ad alta attività (alcalini) che a bassa attività (argento, rame).

Studio dell'interazione dello zolfo con i metalli

Selezione di sistemi per la ricerca

Per studiare l'interazione dello zolfo con i metalli, sono stati selezionati sistemi, inclusi metalli situati in luoghi diversi della serie Beketov, con attività diverse.

I seguenti criteri sono stati definiti come condizioni di selezione: velocità di esecuzione, chiarezza, completezza della reazione, sicurezza relativa, riproducibilità del risultato, le sostanze dovrebbero differire notevolmente in Proprietà fisiche, la presenza di sostanze nel laboratorio scolastico, ci sono tentativi riusciti di condurre interazioni di zolfo con metalli specifici.

Per valutare la riproducibilità delle reazioni effettuate, ogni esperimento è stato effettuato tre volte.

Sulla base di questi criteri, per l'esperimento sono stati selezionati i seguenti sistemi di reazione:

ZOLFO E RAME Cu + S = CuS + 79 kJ/mol

Metodologia ed effetto atteso

Prendiamo 4 g di zolfo in polvere e versiamolo in una provetta. Scaldare lo zolfo in una provetta a bollore. Quindi prendi un filo di rame e scaldalo su una fiamma. Quando lo zolfo si scioglie e bolle, mettici dentro del filo di rame

Risultato atteso:La provetta è piena di vapori marroni, il filo si riscalda e "si brucia" con la formazione di solfuro fragile.

2. Interazione dello zolfo con il rame.

La reazione si è rivelata poco chiara, inoltre non si è verificato il riscaldamento spontaneo del rame. Quando è stato aggiunto acido cloridrico, non è stata osservata alcuna evoluzione di gas speciale.

ZOLFO E FERRO Fe + S = FeS + 100,4 kJ/mol

Metodologia ed effetto atteso

Prendi 4 g di zolfo in polvere e 7 g di ferro in polvere e mescola. Versare la miscela risultante in una provetta. Riscaldiamo le sostanze nella provetta

Risultato atteso:Vi è un forte riscaldamento spontaneo della miscela. Il solfuro di ferro risultante viene sinterizzato. La sostanza non è separata dall'acqua e non reagisce a un magnete.

1. Interazione dello zolfo con il ferro.

Effettuare la reazione per ottenere solfuro di ferro senza residui condizioni di laboratorioè praticamente impossibile, è molto difficile determinare quando le sostanze hanno reagito completamente, non si osserva il riscaldamento spontaneo della miscela di reazione. La sostanza risultante è stata controllata per vedere se era solfuro di ferro. Per questo abbiamo usato HCl. Quando abbiamo fatto cadere l'acido cloridrico sulla sostanza, ha iniziato a schiumare, è stato rilasciato acido solfidrico.

ZOLFO E SODIO 2Na + S \u003d Na 2 S + 370,3 kJ / mol

Metodologia ed effetto atteso

Prendi 4 g di zolfo in polvere e versalo in un mortaio, macinalo bene

Tagliamo un pezzo di sodio del peso di circa 2 g. Tagliamo la pellicola di ossido, tritiamoli insieme.

Risultato atteso:La reazione procede violentemente, è possibile l'autoaccensione dei reagenti.

3. Interazione dello zolfo con il sodio.

L'interazione dello zolfo con il sodio è di per sé un esperimento pericoloso e memorabile. Dopo alcuni secondi di sfregamento, le prime scintille volarono, sodio e zolfo divamparono nel mortaio e iniziarono a bruciare. Quando il prodotto interagisce con l'acido cloridrico, l'idrogeno solforato viene rilasciato attivamente.

ZOLFO E ZINCO Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol

Metodologia ed effetto atteso

Prendi zolfo e zinco in polvere, 4 g ciascuno, mescola le sostanze. Versare il composto finito su una rete di amianto. Portiamo una torcia ardente alle sostanze

Risultato atteso:La reazione non procede immediatamente, ma violentemente si forma una fiamma blu-verdastra.

4. Interazione dello zolfo con lo zinco.

La reazione è molto difficile da avviare, richiede l'uso di forti agenti ossidanti o alte temperature per avviarla. Le sostanze lampeggiano con una fiamma blu-verdastra. Quando la fiamma si spegne, in questo luogo rimane un residuo; quando interagisce con l'acido cloridrico, viene leggermente rilasciato acido solfidrico.

ZOLFO E ALLUMINIO 2Al + 3S \u003d Al 2 S 3 + 509,0 kJ / mol

Metodologia ed effetto atteso

Prendi lo zolfo in polvere del peso di 4 g e l'alluminio del peso di 2,5 g e mescola. Posizioniamo la miscela risultante su una rete di amianto. Accendere la miscela con magnesio in fiamme

Risultato atteso:La reazione è un lampo.

5. Interazione dello zolfo con l'alluminio.

La reazione richiede l'aggiunta forte agente ossidante come iniziatore. Dopo l'accensione con la combustione del magnesio, si è verificato un potente lampo di colore bianco-giallastro, l'idrogeno solforato viene rilasciato abbastanza attivamente.

ZOLFO E MAGNESIO Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol

Metodologia ed effetto atteso

Prendi trucioli di magnesio 2,5 g e zolfo in polvere 4 g e mescola

La miscela risultante sarà posizionata su una rete di amianto. Portiamo la scheggia alla miscela risultante.

Risultato atteso:Durante la reazione, si verifica un potente lampo.

4. Interazione dello zolfo con il magnesio.

La reazione richiede l'aggiunta di magnesio puro come iniziatore. C'è un potente lampo di colore biancastro, l'idrogeno solforato viene rilasciato attivamente.

Conclusione

La reazione per ottenere il solfuro di ferro non è stata completata, poiché un residuo è rimasto sotto forma di una miscela di zolfo plastico e ferro.

Il rilascio più attivo di idrogeno solforato si è manifestato nel solfuro di sodio e nei solfuri di magnesio e alluminio.

Il rilascio meno attivo di idrogeno solforato era nel solfuro di rame.

Condurre esperimenti per ottenere solfuro di sodio è pericoloso e non è raccomandato in un laboratorio scolastico.

Le reazioni per la produzione di solfuri di alluminio, magnesio e zinco sono più adatte per la conduzione in condizioni scolastiche.

I risultati attesi ed effettivi hanno coinciso con l'interazione dello zolfo con sodio, magnesio e alluminio.

Conclusione

Nonostante le raccomandazioni esistenti per dimostrare l'interazione del ferro con lo zolfo come esempio illustrativo fenomeni chimici e le proprietà ossidanti dello zolfo nel corso di chimica di una scuola comprensiva, l'effettiva attuazione di un tale esperimento spesso non è accompagnata da un effetto visibile.

Nel determinare un'alternativa a questa dimostrazione, sono stati selezionati sistemi che soddisfacevano i requisiti di visibilità, sicurezza e disponibilità di reagenti nel laboratorio scolastico. Come opzioni sono stati scelti sistemi di reazione dello zolfo con rame, ferro, zinco, magnesio, alluminio, sodio per valutare l'efficacia dell'utilizzo della reazione di interazione dello zolfo con vari metalli come esperimenti dimostrativi nelle lezioni di chimica.

In base ai risultati degli esperimenti, è stato determinato che è ottimale per questi scopi utilizzare i sistemi di reazione dello zolfo con metalli di attività medio-alta (magnesio, alluminio).

Sulla base degli esperimenti, è stato creato un video che dimostra le proprietà ossidanti dello zolfo usando l'esempio della sua interazione con i metalli, il che consente di descrivere queste proprietà senza condurre un esperimento su vasta scala. Come ulteriore aiuto è stato creato un sito web ( ), che presenta, tra l'altro, i risultati dello studio in forma visiva.

I risultati dello studio possono diventare la base per uno studio più approfondito delle caratteristiche delle proprietà chimiche dei non metalli, della cinetica chimica e della termodinamica.

Proprietà chimiche del ferro consideriamo l'esempio della sua interazione con i tipici non metalli: zolfo e ossigeno.

Mescolare il ferro e lo zolfo schiacciati allo stato polveroso in una capsula di Petri. Scaldiamo un ago d'acciaio su una fiamma e tocchiamolo con una miscela di reagenti. Una violenta reazione tra ferro e zolfo è accompagnata dal rilascio di calore ed energia luminosa. Il prodotto solido dell'interazione di queste sostanze - solfuro di ferro (II) - è nero. A differenza del ferro, non è attratto da un magnete.

Il ferro reagisce con lo zolfo per formare solfuro di ferro (II). Scriviamo l'equazione di reazione:

Anche la reazione del ferro con l'ossigeno richiede il preriscaldamento. Versare la sabbia di quarzo in un recipiente dalle pareti spesse. Scaldiamo un fascio di sottilissimo filo di ferro, la cosiddetta lana di ferro, nella fiamma di un bruciatore. Portiamo il filo rovente nella nave con l'ossigeno. Il ferro brucia con una fiamma abbagliante, spargendo scintille - particelle roventi di scaglie di ferro Fe 3 O 4.

La stessa reazione si verifica nell'aria, quando l'acciaio è fortemente riscaldato dall'attrito durante la lavorazione.

Quando il ferro viene bruciato nell'ossigeno o nell'aria, si formano delle scaglie di ferro:

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4, materiale dal sito

o 3Fe + 2O 2 \u003d FeO. Fe2O3.

L'ossido di ferro è un composto in cui è presente il ferro significati diversi valenza.

Il passaggio di entrambe le reazioni della connessione è accompagnato dal rilascio di energia termica e luminosa.

In questa pagina, materiale sugli argomenti:

• Che tipo di reazione è il solfuro di ferro con l'ossigeno

• Scrivi un'equazione tra ferro e zolfo

• Equazione delle reazioni del ferro con l'ossigeno

• Un esempio di reazione chimica della combinazione di ferro con zolfo

• L'equazione per l'interazione dell'ossigeno con il ferro

Domande su questo articolo:

DEFINIZIONE

Ferro da stiro- un elemento dell'ottavo gruppo del quarto periodo del Sistema periodico di elementi chimici di D. I. Mendeleev.

E il languido numero è 26. Il simbolo è Fe (lat. “ferrum”). Uno dei più comuni in la crosta terrestre metalli (secondo posto dopo l'alluminio).

Proprietà fisiche del ferro

Il ferro è un metallo grigio. Nella sua forma pura è abbastanza morbido, malleabile e duttile. La configurazione elettronica del livello di energia esterna è 3d 6 4s 2 . Nei suoi composti, il ferro presenta gli stati di ossidazione "+2" e "+3". Il punto di fusione del ferro è 1539°C. Il ferro forma due modificazioni cristalline: α- e γ-ferro. Il primo ha un reticolo cubico centrato sul corpo, il secondo ha un reticolo cubico centrato sulla faccia. α-Ferro è termodinamicamente stabile in due intervalli di temperatura: inferiore a 912 e da 1394°C al punto di fusione. Tra il 912 e il 1394C, il ferro γ è stabile.

Le proprietà meccaniche del ferro dipendono dalla sua purezza, dal contenuto in esso anche di quantità molto piccole di altri elementi. Il ferro solido ha la capacità di dissolvere molti elementi in sé.

Proprietà chimiche del ferro

Nell'aria umida, il ferro si arrugginisce rapidamente, ad es. ricoperto da un rivestimento marrone di ossido di ferro idratato, che, per la sua friabilità, non protegge il ferro da ulteriori ossidazioni. In acqua, il ferro si corrode intensamente; con abbondante accesso di ossigeno, si formano forme idratate di ossido di ferro (III):

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

Con mancanza di ossigeno o con accesso difficile, si forma un ossido misto (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

Il ferro si dissolve in acido cloridrico di qualsiasi concentrazione:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.

Allo stesso modo, la dissoluzione avviene in acido solforico diluito:

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.

Nelle soluzioni concentrate di acido solforico, il ferro viene ossidato a ferro (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Tuttavia, nell'acido solforico, la cui concentrazione è vicina al 100%, il ferro diventa passivo e non c'è praticamente alcuna interazione. In soluzioni diluite e moderatamente concentrate di acido nitrico, il ferro si dissolve:

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Ad alte concentrazioni di acido nitrico, la dissoluzione rallenta e il ferro diventa passivo.

Come altri metalli, il ferro reagisce con sostanze semplici. Le reazioni dell'interazione del ferro con gli alogeni (indipendentemente dal tipo di alogeno) procedono quando riscaldate. L'interazione del ferro con il bromo procede ad una maggiore tensione di vapore di quest'ultimo:

2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

L'interazione del ferro con lo zolfo (polvere), l'azoto e il fosforo si verifica anche quando riscaldato:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe2P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Il ferro è in grado di reagire con non metalli come carbonio e silicio:

3Fe + C = Fe 3 C;

Tra le reazioni di interazione del ferro con sostanze complesse, le seguenti reazioni svolgono un ruolo speciale: il ferro è in grado di ridurre i metalli che si trovano nella serie di attività alla sua destra, dalle soluzioni saline (1), per ridurre il ferro (III) composti (2):

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2).

Il ferro, a pressione elevata, reagisce con un ossido non salino - CO per formare sostanze di composizione complessa - carbonili - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 e Fe 3 (CO) 12.

Il ferro, in assenza di impurità, è stabile in acqua e in soluzioni alcaline diluite.

Ottenere il ferro

Il modo principale per ottenere il ferro è dal minerale di ferro (ematite, magnetite) o dall'elettrolisi delle soluzioni dei suoi sali (in questo caso si ottiene il ferro "puro", cioè il ferro senza impurità).

Esempi di problem solving

ESEMPIO 1

Esercizio

La scaglia di ferro Fe 3 O 4 del peso di 10 g è stata prima trattata con 150 ml di soluzione di acido cloridrico (densità 1,1 g/ml) con una frazione in massa di acido cloridrico del 20%, quindi alla soluzione risultante è stato aggiunto un eccesso di ferro. Determinare la composizione della soluzione (in % in peso).

Decisione

Scriviamo le equazioni di reazione in base alla condizione del problema: 8HCl + Fe 3 O 4 \u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1); 2FeCl 3 + Fe = 3FeCl 2 (2). Conoscendo la densità e il volume di una soluzione di acido cloridrico, puoi trovare la sua massa: m sol (HCl) = V(HCl) × ρ (HCl); m sol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 g. Calcola la massa di acido cloridrico: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165 x 20%/100% = 33 g. La massa molare (massa di una mole) dell'acido cloridrico, calcolata utilizzando la tabella degli elementi chimici di D.I. Mendeleev - 36,5 g / mol. Trova la quantità di sostanza acido cloridrico: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. Massa molare (massa di una mole) di scala, calcolata utilizzando la tabella degli elementi chimici di D.I. Mendeleev - 232 g/mol. Trova la quantità di sostanza in scala: v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. Secondo l'equazione 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8, quindi v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Quindi, la quantità di sostanza di acido cloridrico calcolata secondo l'equazione (0,344 mol) sarà inferiore a quella indicata nella condizione del problema (0,904 mol). Pertanto, l'acido cloridrico è in eccesso e procederà un'altra reazione: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). Determiniamo la quantità di sostanza cloruro di ferro formata a seguito della prima reazione (gli indici indicano una reazione specifica): 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. Determiniamo la quantità di acido cloridrico che non ha reagito nella reazione 1 e la quantità di sostanza cloruro di ferro (II) formata durante la reazione 3: 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. Determiniamo la quantità di sostanza FeCl 2 formata durante la reazione 2, la quantità totale di sostanza FeCl 2 e la sua massa: 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; somma v (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \u003d 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v sum (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. Determiniamo la quantità di sostanza e la massa di ferro che è entrata nelle reazioni 2 e 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \u003d 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2 × v rem (HCl) = 0,28 mol; v somma (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v somma (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. Calcoliamo la quantità di sostanza e la massa di idrogeno rilasciata nella reazione 3: v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol; m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) \u003d 0,28 × 2 \u003d 0,56 g. Determiniamo la massa della soluzione risultante m ' sol e frazione di massa FeCl 2 in esso: m' sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2);

Il ferro è un elemento di un sottogruppo secondario dell'ottavo gruppo del quarto periodo sistema periodico elementi chimici di D. I. Mendeleev con numero atomico 26. È designato dal simbolo Fe (lat. Ferrum). Uno dei metalli più comuni nella crosta terrestre (secondo posto dopo l'alluminio). Metallo a media attività, agente riducente.

Principali stati di ossidazione - +2, +3

Una sostanza semplice il ferro è un metallo bianco argento malleabile con un'elevata reattività chimica: il ferro si corrode rapidamente quando alte temperature oh o ad alta umidità nell'aria. In ossigeno puro, il ferro brucia e, in uno stato finemente disperso, si accende spontaneamente nell'aria.

Proprietà chimiche di una sostanza semplice - ferro:

Arrugginire e bruciare in ossigeno

1) Nell'aria il ferro si ossida facilmente in presenza di umidità (ruggine):

4Fe + 3O 2 + 6H 2O → 4Fe(OH) 3

Un filo di ferro riscaldato brucia in ossigeno, formando scaglie - ossido di ferro (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)

2) Ad alte temperature (700–900°C), il ferro reagisce con il vapore acqueo:

3Fe + 4H 2 O - t° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Il ferro reagisce con i non metalli quando riscaldato:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °C)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) In una serie di tensioni, si trova a sinistra dell'idrogeno, reagisce con gli acidi diluiti Hcl e H 2 SO 4, mentre si formano sali di ferro (II) e si libera idrogeno:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (le reazioni vengono eseguite senza accesso all'aria, altrimenti Fe +2 viene gradualmente convertito dall'ossigeno in Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (diff.) → FeSO 4 + H 2

Negli acidi ossidanti concentrati, il ferro si dissolve solo se riscaldato, passa immediatamente nel catione Fe 3+:

2Fe + 6H 2 SO 4 (conc.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (conc.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(a freddo, acido nitrico e solforico concentrato passivare

Un chiodo di ferro immerso in una soluzione bluastra di solfato di rame viene gradualmente ricoperto da un rivestimento di rame rosso metallizzato.

5) Il ferro sposta i metalli alla sua destra in soluzioni dei loro sali.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

L'anfotericità del ferro si manifesta solo negli alcali concentrati durante l'ebollizione:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2

e si forma un precipitato di sodio tetraidroxoferrato (II).

Ferro tecnico- leghe di ferro con carbonio: la ghisa contiene 2,06-6,67% C, acciaio 0,02-2,06% C, altre impurità naturali (S, P, Si) e additivi speciali introdotti artificialmente (Mn, Ni, Cr) sono spesso presenti, il che rende tecnicamente le leghe di ferro caratteristiche benefiche– durezza, resistenza termica e alla corrosione, malleabilità, ecc. .

Processo di produzione del ferro d'altoforno

Il processo di altoforno di produzione del ferro si compone delle seguenti fasi:

a) preparazione (tostatura) di minerali di solfuro e carbonato - conversione in minerale di ossido:

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) bruciare coke con getto caldo:

C (coke) + O 2 (aria) → CO 2 (600-700 °C) CO 2 + C (coke) ⇌ 2CO (700-1000 °C)

c) riduzione del minerale di ossido monossido di carbonio CO in sequenza:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) cementazione del ferro (fino a 6,67% C) e fusione della ghisa:

Fe (t ) →(C(Coca Cola)900-1200°С) Fe (g) (ghisa, t pl 1145°С)

Nella ghisa sono sempre presenti sotto forma di grani la cementite Fe 2 C e la grafite.

Produzione di acciaio

La ridistribuzione della ghisa in acciaio avviene in appositi forni (convertitori, a focolare aperto, elettrici), che differiscono per il metodo di riscaldamento; temperatura di processo 1700-2000 °C. Soffiare aria arricchita di ossigeno brucia il carbonio in eccesso dalla ghisa, così come lo zolfo, il fosforo e il silicio sotto forma di ossidi. In questo caso, gli ossidi vengono catturati sotto forma di gas di scarico (CO 2, SO 2) o legati in una scoria facilmente separabile: una miscela di Ca 3 (PO 4) 2 e CaSiO 3. Per ottenere acciai speciali, nel forno vengono introdotti additivi leganti di altri metalli.

Ricevuta ferro puro nell'industria - elettrolisi di una soluzione di sali di ferro, ad esempio:

FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elettrolisi)

(esistono altri metodi speciali, inclusa la riduzione degli ossidi di ferro con idrogeno).

Il ferro puro viene utilizzato nella produzione di leghe speciali, nella produzione di nuclei di elettromagneti e trasformatori, la ghisa viene utilizzata nella produzione di getti e acciaio, l'acciaio viene utilizzato come materiali strutturali e per utensili, inclusi usura, calore e corrosione -materiali resistenti.

Ossido di ferro (II). F EO . Ossido anfotero con una grande predominanza di proprietà di base. Nero, ha una struttura ionica di Fe 2+ O 2-. Una volta riscaldato, prima si decompone, quindi si riforma. Non si forma durante la combustione del ferro nell'aria. Non reagisce con l'acqua. Decomposto da acidi, fuso con alcali. Si ossida lentamente in aria umida. Recuperato da idrogeno, coke. Partecipa al processo di fusione del ferro in altoforno. È usato come componente di ceramiche e pitture minerali. Equazioni delle reazioni più importanti:

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 (conc.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + Nun 4Feo3 (rosso.) triossoferrato (II)(400-500 °С)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (elevata purezza) (350 ° C)

FeO + C (coke) \u003d Fe + CO (sopra 1000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H 2 O (umidità) + O 2 (aria) → 4FeO (OH) (t)

6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Ricevuta in laboratori: decomposizione termica dei composti di ferro (II) senza accesso all'aria:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

Ossido di ferro (III) - ferro ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Doppio ossido. Nero, ha la struttura ionica di Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termostabile fino alle alte temperature. Non reagisce con l'acqua. Decomposto dagli acidi. È ridotto dall'idrogeno, ferro rovente. Partecipa al processo di altoforno di produzione del ferro. Viene utilizzato come componente di pitture minerali ( mini ferro), ceramica, cemento colorato. Il prodotto dell'ossidazione speciale della superficie dei prodotti in acciaio ( annerimento, azzurro). La composizione corrisponde a ruggine marrone e scaglie scure su ferro. Si sconsiglia l'uso della formula Fe 3 O 4. Equazioni delle reazioni più importanti:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (sopra 1538 ° С)

(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 (conc.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (aria) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (elevata purezza, 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)

Ricevuta: combustione del ferro (vedi) nell'aria.

magnetite.

Ossido di ferro (III). F e 2 O 3 . Ossido anfotero con predominanza di proprietà di base. Rosso-marrone, ha una struttura ionica (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termostabile fino alle alte temperature. Non si forma durante la combustione del ferro nell'aria. Non reagisce con l'acqua, dalla soluzione precipita un idrato amorfo marrone Fe 2 O 3 nH 2 O. Reagisce lentamente con acidi e alcali. È ridotto dal monossido di carbonio, ferro fuso. Leghe con ossidi di altri metalli e forma doppi ossidi - spinelli(i prodotti tecnici sono chiamati ferriti). Viene utilizzato come materia prima nella fusione del ferro nel processo di altoforno, come catalizzatore nella produzione di ammoniaca, come componente di ceramiche, cementi colorati e pitture minerali, nella saldatura a termite di strutture in acciaio, come vettore di suono e immagini su nastri magnetici, come lucidante per acciaio e vetro.

Equazioni delle reazioni più importanti:

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 (conc.) → H 2 O+ 2 NunFeo 2 (rosso)diossoferrato (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 (altamente puro, 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)

Ricevuta in laboratorio - decomposizione termica dei sali di ferro (III) nell'aria:

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)

In natura - minerali di ossido di ferro ematite Fe 2 O 3 e limonite Fe 2 O 3 nH 2 O

Idrossido di ferro (II). F e(OH) 2 . Idrossido anfotero con predominanza di proprietà di base. Bianchi (a volte con una sfumatura verdastra), i legami Fe-OH sono prevalentemente covalenti. Termicamente instabile. Si ossida facilmente nell'aria, soprattutto quando è bagnato (scurisce). Insolubile in acqua. Reagisce con acidi diluiti, alcali concentrati. Tipico restauratore. Un prodotto intermedio nella ruggine del ferro. Viene utilizzato nella produzione della massa attiva delle batterie ferro-nichel.

Equazioni delle reazioni più importanti:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, in atm.N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (blu-verde) (bollente)

4Fe(OH) 2 (sospensione) + O 2 (aria) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe (OH) 2 (sospensione) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (conc.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)

Ricevuta: precipitazione da soluzione con alcali o idrato di ammoniaca in atmosfera inerte:

Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4

Metaidrossido di ferro F eO(OH). Idrossido anfotero con predominanza di proprietà di base. I legami marrone chiaro, Fe-O e Fe-OH sono prevalentemente covalenti. Una volta riscaldato, si decompone senza sciogliersi. Insolubile in acqua. Precipita dalla soluzione sotto forma di un poliidrato amorfo marrone Fe 2 O 3 nH 2 O, che, se mantenuto sotto una soluzione alcalina diluita o essiccato, si trasforma in FeO (OH). Reagisce con acidi, alcali solidi. Agente ossidante e riducente debole. Sinterizzato con Fe(OH) 2 . Un prodotto intermedio nella ruggine del ferro. Viene utilizzato come base per pitture e smalti minerali gialli, come assorbitore di gas di scarico, come catalizzatore in sintesi organica.

La composizione della connessione Fe(OH) 3 non è nota (non ottenuta).

Equazioni delle reazioni più importanti:

Fe 2 O 3 . nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 o) FeO(OH)→( 560-700°C in aria, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 o 3 . nH 2 o-colloide(NaOH (conc.))

FeO(OH)→ Nun 3 [Fe(OH) 6 ]bianca, rispettivamente Na 5 e K 4; in entrambi i casi precipita un prodotto blu della stessa composizione e struttura, KFe III. In laboratorio, questo precipitato è chiamato blu di Prussia, o toro blu:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Nomi chimici dei reagenti iniziali e del prodotto di reazione:

K 3 Fe III - esacianoferrato di potassio (III)

K 4 Fe III - esacianoferrato di potassio (II)

KFe III - esacianoferrato (II) ferro (III) potassio

Inoltre, lo ione tiocianato NCS - è un buon reagente per gli ioni Fe 3+, il ferro (III) si combina con esso e appare un colore rosso brillante ("sanguinoso"):

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Con questo reagente (ad esempio, sotto forma di sale KNCS), si possono rilevare anche tracce di ferro (III) nell'acqua del rubinetto se passa attraverso tubi di ferro ricoperti di ruggine dall'interno.