Сайт преподавателя химии и биологии Коноваловой Лидии

Железо

Железо находится в VIII группе ПС и имеет электронную валентную конфигурацию 3d⁶4s². Степени окисления, которые железо проявляет в своих соединениях, — +2, +3 и +6.

Железо растворяется в кислотах-неокислителях, окисляясь ионом H⁺ до Fe(II):

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑

Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4 + H2↑

Ион Fe(II) существует в водных растворах виде аквакомплексов [Fe(H2O)6]²⁺ бледно-зелёного цвета. С разбавленной HNO3 (~30%) железо вступает в следующую реакцию:

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

Холодная концентрированная азотная кислота пассивируют железо. При нагревании кислоты-окислители взаимодействуют с железом с образованием железа (III) и продуктов восстановления азотной кислоты (NO, NO2, N2O, N2, NH3 ит.д.). В химической реакции, обычно, записывается какой-то один продукт, который образуется в наибольшем количестве. Водные растворы железа (III) окрашены в желтый цвет, соответствующий окраске аквакомплекса [Fe(H2O)6]³⁺.

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

Fe + 6HNO3(конц.) = Fe(NO3)3 + 3NO2↑ + 3H2O

Соединения железа (II).

Оксид железа (II) нерастворяется вводе, поэтому соответствующий гидроксид получают косвенным путём, например, привзаимодействии соли Морас раствором щёлочи:

2NaOH+(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O = Fe(OH)2↓+Na2SO4+(NH4)2SO4 + 6H2O

Гидроксид железа (II) — соединение белого цвета. Навоздухе Fe(OH)2 быстро окисляется, превращаясь сначала в гидратированный оксид состава Fe3O4 xH2O зелёного цвета, а затем в частично обезвоженный бурый гидроксид Fe(OH)3: 

4Fe(OH)2 + O2 + H2O = 4Fe(OH)3

Для получения неокисленного гидроксида Fe(II) нужна тщательнаяизоляция реагентов от их воздействия с кислородомвоздуха, например, проведение реакции получения гидроксида Fe(II) под слоем бензола. Гидроксид железа (II) легко растворяется вкислотах с образованием солей Fe(II) ине растворяется в растворах щелочей, т. е. проявляет исключительно основныесвойства. Железо (II) образует множество какхорошо растворимых, так и плохо растворимых солей. Осадок карбоната железа (FeCO3) можно получитьв результате обменной реакции: 

(NH4)2Fe(SO4)2 + Na2CO3 = FeCO3↓ + Na2SO4 + (NH4)2SO4 . При пропускании через раствор надосадком углекислого газаэтасоль растворяется из-за образования кислойсоли:

FeCO3 + H2O + CO2 = Fe(HCO3)2

Сульфид железа (II) можно получить только при достаточно большой концентрации ионов S^2-в растворе. Это достигается действием растворимого сульфида (щелочных металлов или аммония) на соли, содержащие катионы Fe(II):

FeSO4 + (NH4)2S = FeS↓ + (NH4)2SO4

Сульфиды железа растворяются как в кислотах-окислителях, так и в кислотах-неокислителях:

  3FeS + 30HNO3 = 27NO2↑ + 15H2O + Fe2(SO4)3 + Fe(NO3)3 ; 

       FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S↑ 

         Фосфат железа может быть получен по реакции: (NH4)2Fe(SO4)2 + 2Na2HPO4 + 2CH3COONa = Fe3(PO4)2↓ + 3Na2SO4 + 3(NH4)2SO4 +CH3COOH Соединения железа (II) обладаютвосстановительными свойствами:

2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3 Качественнойреакцией на железо (II) является реакция с K3[Fe(CN)6] (красной кровяной солью). В данной реакции образуется синий малорастворимый осадок – "турнбулева синь”:

(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O + K3[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6]↓ + K2SO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O

Соединения железа (III).

Оксид железа (III) Fe2O3 – красно-коричневое кристаллическое вещество, устойчивое при атмосферном давлении до 1445^oC. В лаборатории Fe2O3 можно получитьвысокотемпературным разложением некоторых солей, например, нитрата Fe(III):

 4Fe(NO3)3 = 2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑

У оксида Fe(III) преобладают основные свойства. Он растворяется в кислотах, образуя соли Fe(III): 

Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O

С водными растворами щелочей Fe2O3 не взаимодействует. Бурый гидроксид Fe(III) можно получить только косвенным путём, например, по реакциям:

FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl

Гидроксид Fe(III) обладает амфотернымисвойствами с преобладанием основных. Поэтомуон легко растворяется в кислотах:

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O

и не растворяется в щелочах. Подтверждением наличия у Fe(OH)3 кислотных свойств является существование гидроксокомплексов, простейшимииз которых являются [Fe(OH)4]^-и [Fe(OH)6]^3­.

Их можно получить, добавляя по каплям раствор соли Fe(III) визбыток концентрированной щёлочи:

Fe³⁺ + 4OH^-→ [Fe(OH)4]^­

Железо (III) образует большое количество солей. Многие соли обладают высокой растворимостью. Растворимые соли железа (III) подвергаются гидролизу, их водные растворы имеют сильнокислую реакцию среды:

[Fe(H2O)6]³⁺ + HOH ↔ [Fe(H2O)5OH]²⁺ + H3O⁺

В присутствии сильных восстановителей железо (III) проявляет окислительные свойства, например:

FeCl3 + 2KI = FeCl2 + KCl + I2,

2FeCl3 + H2S = 2FeCl2 + S + 2HCl

В качественном анализе присутствие железа (III) определяют по реакции образования роданидного комплекса железа Fe[Fe(SCN)6], имеющего кроваво-красную окраску. Это соединение рассматривается как автокомплекс роданида железа Fe(SCN)3, который можно получить, например, по реакциям:

FeCl3 + 3NH4(SCN) = Fe(SCN)3 + 3NH4Cl 2Fe(SCN)3 ↔ Fe[Fe(SCN)6]

Соединения железа (VI).

Степень окисления +6 железо проявляет в ферратах, например, K2FeO4. Одним из способов получения ферратов (VI) является окисление соединений Fe(II) или Fe(III) хлором или бромом. Для стабилизации высокойстепени окисления железа нужна щелочная среда:

2FeCl3 + 16KOH + 3Cl2 = 12KCl + 2K2FeO4 + 8H2

Вопросы по теме.

1                Какие степени окисления наиболее характерны для железа?

2                Напишите формулы оксидов и соответствующих им гидроксидов железа

3                Охарактеризуйте кислотно-основные свойства гидроксидов железа (II) и железа (III).

4                Напишите реакции, характеризующие окислительно-восстановительные свойства железа (II) и железа (III).

5                Напишите реакции взаимодействия железа с соляной, азотнойи серной кислотой при комнатной температуре и при нагревании. Укажите степень окисления железа в продуктах данных реакций.

6                Напишите качественные реакции, с помощью которых можно доказать присутствие ионов Fe (II)и  Fe (III) вводных растворах?