Сполуки Феруму

Взаємодія з киснем. Якщо до тонкого сталевого дроту прикріпити сірник, запалити його і швидко опустити в циліндр, заповнений киснем, то від сірника, що горить, займеться й залізо. Воно горить, розкидаючи яскраві іскри залізної окалини.

ФЕРУМ

· Розкажіть про місце Феруму у періодичній системі хімічних елементів і зобразіть будову його атома. Напишіть електронну формулу атома Феруму.

Розміщення електронів на електронних шарах атома Феруму (+26) таке: 2, 8, 14, 2. Електронна конфігурація зовнішнього і передостаннього електронних шарів 3s²3p⁶3d⁶4s².

Отже, в атома Феруму, крім двох s-електронів зовнішнього шару, є ще шість d-електронів передостаннього, третього шару. З цих d - електронів найактивнішими є чотири неспарені. В утворенні валентних зв'язків Феруму особливо активну участь беруть шість електронів –два із зовнішнього і чотири з передостаннього шару. Для Феруму найхарактернішими є ступені окиснення +2 і +3. Проста речовина, яка складається з елемента Феруму, називається залізо.

Поширення у природі. За поширенням у природі Ферум посідає четверте місце серед елементів.

• Які три хімічні елементи за поширенням у природі випереджають Ферум?

Ферум входить до складу багатьох гірських порід. Важливими залізними рудами є:

магнітний залізняк – Fe₃O₄;

червоний залізняк – Fe₂O₃;

бурий залізняк – Fe₂O₃ • Н₂О, 2Fe₂O₃ • ЗН₂О;

шпатовий залізняк – FeCO₃.

Найбагатшим родовищем в Україні є Криворізький залізорудний басейн.

Фізіологічна дія. Сполуки Феруму мають велике значення у житті організмів. Рослини в разі нестачі елемента Феруму не утворюють хлорофілу, втрачають здатність асимілювати вуглекислий газ СО₂ і хворіють.

У тваринних організмах елемент Феруму входить до складу найголовнішого білка крові, червоного пігменту – гемоглобіну, який переносить кисень від органів дихання до різних тканин, а вуглекислий газ СО₂ – від тканин до органів дихання. Ферум є складовою частиною багатьох

окисно-відновних ферментів, які відіграють важливу роль у процесах тканинного дихання. В організмі дорослої людини міститься 4–5 г Феруму, з них 65% Fe –у крові. Елемент Ферум у вигляді сполук накопичується у печінці, кістковому мозку і селезінці. Ферум – необхідний елемент для кровотворення.

До організму людини Ферум надходить у складі харчових продуктів. Багато його в яблуках, салаті, шпинаті, гречці, яйцях, буряках. Лікарські препарати Феруму застосовують для лікування недокрів'я.

Фізичні властивості. За звичайних умов чисте залізо – це сріблясто-білий блискучий метал. Воно досить м'яке і пластичне, легко кується. Густина його становить 7,87 г/см³, температура плавлення 1535°С.

Хімічні властивості. Залізо належить до металів середньої хімічної активності.

3Fe + 2О₂ = Fe₃O₄

На повітрі під впливом вологи і кисню залізо легко кородує, вкриваючись іржею, яка не захищає його від подальшого окиснення. Тому поступово залізо окиснюєть-ся по всій масі металу.

• Напишіть рівняння реакцій, які відбуваються на поверхні залізного виробу у вологому повітрі. Розкрийте суть корозії заліза. У разі потреби зверніться за допомогою до § 26.

2. Взаємодія з іншими неметалами. Під час нагрівання залізо взаємодіє з багатьма неметалами, наприклад:

Fe + S = FeS

2Fe + ЗС1₂ = 2FeCl₃

3Fe + С = Fe₃C

|Із вуглецем під час прожарювання залізо утворює сплав (твердий розчин) і одночасно ферум карбід Fe₃C (цементит).

3. Взаємодія з водою. Залізо взаємодіє з водою лише за високих температур (понад 700 °С, по суті, з перегрітою водяною парою), утворюючи залізну окалину і відновлюючи водень:

3Fe + 4Н₂О = Fe₃O₄ + 4Н₂↑

4. Взаємодія з кислотами. Залізо реагує з хлоридною і розбавленою сульфатною кислотами, утворюючи солі феруму (ІІ) і відновлюючи водень:

Fe + 2НС1 = FeC1₂ + Н₂↑

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂↑

Дуже концентрована (практично безводна) сульфатна кислота пасивує залізо, що дає змогу зберігати і перевозити її у залізних цистернах. Концентрована нітратна кислота також пасивує залізо.

5. Взаємодія з солями. Залізо може відновлювати менш активні метали з розчинів їхніх солей, наприклад:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Сu

Застосування. У хімічній промисловості залізо використовують як каталізатор (у синтезі аміаку NH₃ та органічних cполук), у медицині – як засіб проти недокрів'я (Ферум входить до складу гемоглобіну крові). Використовують залізо як матеріал для осердя електромагнітів та якорів електромашин, для пластин акумуляторів. Велике значення для промисловості мають сполуки феруму та сплави заліза – чавун і сталь (див. § 31).

Завдання для самоконтролю

226. Виходячи з будови атома Феруму і розміщення електронів на орбіталях, зазначте усі можливі ступені окиснення цього елемента.

227. Схарактеризуйте фізичні й хімічні властивості заліза. Відповідь проілюструйте рівняннями реакцій.

228. Назвіть метали, що можуть бути відновлені залізом із розчинів їхніх солей.

229. Для боротьби із шкідниками плодових дерев викорис товують розчин мідного купоросу (CuSO₄ ∙ 5H₂O). Чи можна готувати і зберігати цей розчин у залізному відрі?

230. Маса хлоридної кислоти з масовою часткою НС1 36,5%, що потрібна для взаємодії із залізом масою 11,2 г, становить

(1) 100 г; (3) 150 г;

(2) 40 г; (4) 500 г.

231. Об'єм водню (н. у.), що відновлюється внаслідок дії перегрітої водяної пари на залізо кількістю речовини 1,5 моль, дорівнює

(1)11,2 л; (3) 33,6 л;

(2) 22,4 л; (4) 44, 8 л.

232*. Залізну пластинку масою 20,4 г занурили у розчин купрум (ІІ) сульфату. Маса Феруму, який перейшов у розчин до того моменту, коли маса пластинки стала дорівнювати 22 г, становить

(1)22,4 г; (3)5,6г;

(2)11,2 г; (4) 2,8 г.

Оксиди і гідроксиди Феруму. Для Феруму характерні три оксиди: ферум (П) оксид FeO –чорний порошок; ферум (Ш) оксид Fe₂O₃ –червоно-коричневий порошок і подвійний ферум (ІІ, III) оксид Fe₃O₄ (FeO • Fe₂O₃) –чорний порошок. Серед гідроксидів відомі ферум (ІІ) гідроксид Fe(OH)₂ – білого кольору (за відсутності повітря) і ферум (Ш) гідроксид Fe(OH)₃ –іржаво-коричневого кольору. Усі ці речовини у воді практично не розчиняються.

Ферум (П) оксид FeO і ферум (П) гідроксид Fe(OH)₂ –речовини, що виявляють основні властивості. Вони взаємодіють із кислотами:

FeO + 2НС1 = FeCl₂ + Н₂О

Fe(OH)₂ + H₂SO₄ = FeSO₄ + 2H₂O

Ферум (ІІ) гідроксид утворюється внаслідок дії лугів на розчини солей феруму(ІІ):

FeSO₄ + 2NaOH = Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Саме так відбувається реакція без доступу повітря. У протилежному разі ферум (ІІ) гідроксид легко окиснюється до ферум (Ш) гідроксиду:

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃.

Ферум (Ш) оксид Fe₂O₃ і ферум (Ш) гідроксид Fe(OH)₃ виявляють амфотерні властивості:

Fe₂O₃ + 6НС1 = 2FeCl₃ + 3Н₂О

Fe₂O₃ + 2NaOH = 2NaFeО₂ + Н₂О

Fe(OH)₃ + 3НС1 = FeCl₃ + 3Н₂О

Fe(OH)₃ + 2NaOH = 2NaFeО₂ + 2Н₂О

Під час нагрівання ферум (ІІІ) гідроксид розкладається з утворенням ферум (Ш) оксиду і води:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

Солі Феруму. Велике значення має залізний купорос FeSO₄ • 7Н₂О–зелені кристали, добре розчинні у воді. Застосовується як консервант деревини, для боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур, у виробництві барвників, у гальванотехніці як електроліт. Ферум (ПІ) хлорид FeCl₃ використовують як протраву під час фарбування тканин, для травлення друкарських плат і як компонент кровоспинних засобів.

Завдання для самоконтролю

233. Як здійснити такі перетворення:

a) Fe → FeCl₃ → Fe₂(SO₄)₃ → Fе(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe

6) Fe → FeCl₂→Fe(OH)₂ → FeO → Fe₂(SO₄)₃.?

Напишіть відповідні рівняння реакцій.

234. Об'єм водню (н. у.), потрібний для взаємодії з ферум (ІІІ) оксидом масою 120 г, дорівнює

(1) 50,4 л; (3) 22,4 л;

(2) 100,8 л; (4) 44,8 л.

235. Напишіть рівняння реакцій добування ферум (ІІІ) гідроксиду двома різними способами.

236. Напишіть рівняння реакцій добування ферум (ІІІ) сульфату трьома різними способами.

237*. Дано такі речовини: залізо, хлоридна кислота, хлор, натрій гідроксид. Як, користуючись лише цими речовинами, добути ферум (ІІ) гідроксид і феруму (ІІІ) гідроксид?

238*. Внаслідок взаємодії двовалентного металу масою 0,5 г з сульфатною кислотою утворився водень об'ємом 200 мл (н. у.). Обчисліть атомну масу елемента і назвіть його.

239*. З безводного ферум (ІІ) сульфату масою 30,4 г утворився кристалогідрат масою 55,6 г. Число молів кристалізаційної води, що припадають на 1 моль безводного ферум (ІІ) сульфату, становить

(1) 2; (2) 5; (3) 7; (4) 10.

Практична робота

Дата добавления: 2014-01-04