Презентация по теме "Железо и его соединения"

Железо и
его соединения

положение в ПСХЭ и строение атома
26Fe56 + 26 ))))
2 8 14 2

1s22s22p63s23p63d6 4s2

4 период VIIIВ группа d-элемент

Возможные степени окисления

Fe
+2
+3
+6

нахождение в природе
По распространенности – 4 место (после кислорода, кремния, алюминия)
Природные соединения железа:
магнетит (магнитный железняк) Fe3O4
гематит (красный железняк) Fe2O3
лимонит (бурый железняк) Fe2O3 * nH2O
пирит (серный колчедан) FeS2
сидерит (железный шпат) FeCO3

получение железа
1) Алюмотермия
Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe

2) Восстановление водородом
Fe2O3 + 3H2 → 2Fe + 3H2O

3) Восстановление угарным газом
Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2

физические свойства
серебристо-белый металл
металлический блеск
проводит электрический ток и теплоту
пластичный
t кип. = 1535 0C
плотность 7,87 г/см3
магнитные свойства

химические свойства
1. Горение 3Fe +2O2 → Fe3O4
железная окалина
(смесь FeO∙Fe2O3)
t
2. С серой Fe + S → FeS cульфид железа (II)
t
3. С хлором 2Fe +3Cl2→ 2FeCl3
хлорид железа (III)
t
4. С углеродом 3Fe + C → Fe3C цементит
t
5. С парами воды 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

6. С кислотами
Fe + 2HСl → FeСl2 + H2
Fe + H2SO4разб. → FeSO4 + H2

С конц. H2SO4 и HNO3 при обычных условиях не реагирует - пассивация металла
2Fe + 6H2SO4конц. → t Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3конц. →t Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Fe + 4HNO3разб. → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O

7. При кипячении порошка железа с конц. раствором щёлочи в инертной атмосфере :
Fe + 2NaOH + 2H2O = Na2[Fe(OH)4 ] + H2↑
тетрагидроксоферрат (II)
натрия
8. С солями Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu

соединения железа
Железо образует два ряда
кислородных соединений:

FeO Fe(OH)2 FeSO4
Fe2O3 Fe(OH)3 Fe2(SO4)3

оксид железа (II)
основный
Получение:
t = 600C
Fe3O4 + CO  3FeO + CO2

Свойства:
FeO – черный порошок

FeO + H2SO4  FeSO4 + H2O
FeO + СO2  FeСO3
3FeO + 2Al  3Fe + Al2O3

оксид железа (III)
амфотерный
Получение:
а) 2Fe(OH)3  t Fe2O3 + 3H2O
б) 2Fe2(SO4)3 t 2Fe2O3 + 6SO2+3O2

Свойства:
Fe2O3 – порошок красно-бурого цвета (железный сурик)

Fe2O3 + 3SO3  Fe2(SO4)3
Fe2O3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Fe(OH)4]
Fe2O3 + 2NaOH 2NaFeO2 (феррит натрия)
Fe2O3 + Na2CO3  t 2NaFeO2 + CO2
Fe2O3 + 3Mg  3MgO +2Fe

гидроксиды железа
Получение (качественные реакции на Fe2+ и Fe3+)
FeSO4 + 2NaOH  Fe(OH)2 + Na2SO4
осадок зеленоватого цвета
FeCl3 + 3NaOH  Fe(OH)3 + 3NaCl
осадок бурого цвета

Окисление кислородом воздуха:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

Химические свойства
1) Реагируют с кислотами:
Fe(OH)2 + Н2SO4 → FeSO4 + 2H2O
Fe(OH)3 + 3HCl  FeCl3 + 3H2O
2) Разлагаются при нагревании:
Fe(OH)2 t FeO + H2O
2Fe(OH)3 t  Fe2O3 + 3H2O
3) Доказательство амфотерности Fe(OH)3
2Fe(OH)3 + 3H2SO4  Fe2(SO4)3 + 6H2O
Fe(OH)3 + 3NaOH  Na3[Fe(OH)6]
Fe(OH)3 + NaOH  Na[Fe(OH)4]
Fe(OH)3 + NaOH  NaFeO2 + 2H2O

качественные реакции
Качественная реакция на катион Fe2+

K3[Fe3+(CN)6] - феррицианид калия
(красная кровяная соль) гексациано (III) феррат калия
+2 +3 +2 +3
3FeSO4+2K3[Fe(CN)6]  Fe3[Fe(CN)6]2+3K2SO4
гексациано-(III)– темно-синий
феррат калия (турнбулева синь)

качественные реакции
Качественная реакция на катион Fe3+
K4[Fe 2+(CN)6]
ферроцианид калия (желтая кровяная соль)

+3 +2 +3 +2
4FeCl3+3K4[Fe(CN)6]Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl
гексациано–(II) – темно-синего цвета
феррат калия (берлинская лазурь)
гексациано (II)
феррат железа (III)
FeCl3 + 3KCNS → Fe(CNS)3 +3KCl
роданид калия кроваво-красный
тиоционат железа (III)

Решаем задачи
Сколько граммов кристаллогидрата FeSO4 · 7Н2О необходимо взять для приготовления 10 кг раствора сульфата железа (II) с массовой долей вещества 5%?

Mr(FeSO4) = 152Mr(FeSO4. 7H2O) =278
5 г FeSO4 в 100 г раствора
х г FeSO4 в 10000 г раствора
х = 500 г (FeSO4)
В 278 г кристаллогидрата содержится 152 г FeSO4
х 500 г (FeSO4)
х = 914 г (FeSO4 . 7H2O)

Решаем задачи

2. Металлическая пластинка массой 50 г после пребывания в растворе соляной кислоты уменьшилась в массе на 1,68%, при этом выделилось 0,366 л газа. Из какого металла может быть изготовлена пластинка?

Уравнение реакции: Ме + nНСl = МеСln + n/2 Н2
Потеря массы составила 50 . 0,0168 = 0,84 г
x г металла выделяют n/2 . 22,4 л Н2
0,84 г 0,366 л
х = (n/2 . 22,4 . 0,84 ) / 0, 366 = 28n
Если металл одновалентный, т. е. n=1, его относительная атомная масса равна 28 (кремний). Но кремний не растворяется в соляной кислоте и не может быть одновалентным.
При n=2, относительная атомная масса равна 56, т. е. металл - железо. Можно проверить и варианты с n = 3, 4 и убедиться в том, что правильный ответ- только железо.

Решаем задачи
3. Две пластинки одинаковой массы изготовлены из одного металла, степень окисления которого в соединениях равна двум. Пластинки опустили в растворы солей меди и серебра одинаковой концентрации; через некоторое время вынули, высушили и взвесили (при этом весь выделенный металл осел на пластинках). Масса первой пластинки увеличилась на 0,8%, второй - на 16%. Из какого металла изготовлены пластинки?

Уравнения происходящих реакций:
Mе + Cu2+ = Cu + Mе2+
Mе + 2Ag+ = 2Ag + Mе2+
Обозначим через А атомную массу металла. Составим пропорцию по первому уравнению: если растворилось А г металла (моль), на пластинке осело бы 64 г меди и разница в массе составила бы (64 – А). По условию в случае меди молярная разница (64 – А) соответствует реальной разнице 0,8%
Аналогично в случае серебра молярная разница в (216-А) г соответствует реальной разнице 16%
(64 – А) – 0,8%
(216-А) – 16% 0,8 (216 – А) = 16 (64 –А) х = 56
железо

Решаем задачи
4. В раствор хлорида меди(II) поместили железную пластинку массой 40г. Через некоторое время пластинки стала равна 41,6 г. Какая масса меди выделилась на пластинке?
1. Запишем уравнение реакции:
Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu
56 г/моль 64 г/моль
2. Пусть количество вещества прореагировавшей меди равно х моль. Тогда масса выделившейся меди равна: m(Cu) = n(Cu)• M(Cu) = x моль• 64г/моль = 64х г
3. Согласно уравнению реакции: n (Cu) =n(Fe) = х моль.
Следовательно, масса железа, перешедшего в раствор, равна: m(Fe) = х моль• 56 г/моль = 56х г.
4. В результате происходящей реакции масса пластинки изменится следующим образом:
m2(пласт.) = m1(пласт.) – m (Fe) + m(Cu) 41,6г = 40г – 56х г + 64х г.
Решая уравнение, находим, что х = 0,2моль.
5. Определим массу выделившейся меди:
m(Cu) = 0,2 моль• 64 г/моль = 12,8 г.
Ответ: m(Cu) = 12,8 г

Решаем задачи
5. При взаимодействии 6,05 г смеси порошков железа и цинка с избытком раствора хлорида меди(II) образуется 6,4 г. металлической меди. Определите состав смеси
Fe + СuСl2 = Сu↓ + FeСl2
х моль х моль
Zn+ CuCl2= Cu ↓ + ZnСl2
у моль у моль
Ar(Fе) = 56; Ar(Zn) = 65; Ar (Сu) = 64.
56х + 65у = 6,05
64(х+у) = 6,4
х = 0,05 моль, у = 0,05 моль
m(Fe)=56 . 0,05 = 2,8 г m(Zn)= 65 . 0,05 = 3,25 г

Решаем задачи
6. Для восстановления оксида металла требуется 1,344 л водорода. При растворении полученного металла в избытке соляной кислоты выделяется 0,896 л водорода. Определите какой это металл.
МеxOy  + уН2 → хМе + yН2O Ме + nНСl → n/2Н2 + МеСln
По условию у = n/2 т. е. степени окисления в оксиде и хлориде не одинаковы. Соотношение объемов водорода равно 1,344/0,898 = 3/2. Отсюда металл в оксиде имеет валентность 3, а при растворении в кислоте отдает 2 электрона (соотношение валентностей 6/4 маловероятно).
Уравнение реакции:
Ме2О3 + ЗН2 = 2Ме + 3Н2О
Было 1,344/22,4 = 0,06 моль водорода, восстановившего 0,02 моль оксида молярной массы 3,2/0,02 = 160 г/моль. Решаем уравнение:
2Ar(М) + 3 . 16 = 160
Ar(Ме) = 56, следовательно это железо
Fe + 2HCl =FeCl2 + Н2↑

Решаем самостоятельно
1. Масса твердого остатка после полного восстановления 1,52 г смеси СиО и FeO водородом составила 1,2 г. Найдите массовую долю FeO в смеси.
2. При взаимодействии 6,05 г смеси железа и цинка с избыт­ком раствора СиСl2 получено 6,4 г меди. Найдите массы металлов в смеси
3. Смесь железа и алюминия обработали соляной кислотой и получили 30,35 г смеси хлоридов. Такую же массу смеси обработали разбавленной серной кислотой и получили 37,40 г смеси сульфатов. Найдите массы металлов в смеси
4. Смесь железа и цинка обработали соляной кислотой и получили 26,3 г растворимых солей. Вторую такую же порцию смеси металлов обработали сухим хлором и полу­чили 29,85 смеси хлоридов. Найдите массовую долю железа в смеси
 5. В раствор нитрата свинца(II) массой 150 г с массовой долей растворённого вещества 20% поместили железную пластинку массой 20 г. Пластинку вынули из раствора, когда массовая доля нитрата свинца(II) в растворе стала равной 5%. Найдите массу пластинки после реакции.

6. В 300г раствора, содержащего нитрат железа(II) (массовая доля соли 6%) и хлорид меди(II) (массовая доля соли 9%), поместили опилки магния, масса которых равна 6 г. Определите массу металлического осадка по окончании реакции

7. При обработке смеси меди и железа концентрированной азотной кислотой, выделилось 8,96 л газа. А при действии на ту же смесь соляной кислотой – 4,48 л (н.у.). Найти массу смеси

8. 2г смеси Fe, FеО и Fе2О3 обработали соляной кислотой и получили 0,02 г газа. Такие же 2 г смеси восстановили избытком водорода и получили 0,45 г воды. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси

9. Имеется смесь Fe и FeO, при обработке которой разбавленной серной кислотой выделилось 112 мл газа. При взаимодействии такой же смеси при нагревании с избытком водорода масса смеси уменьшается на 0,048 г. Найдите массовые доли веществ в исходной смеси

10. 7,2 г смеси железа с железной окалиной полностью восстановили водородом. Далее на продукты реакции подействовали соляной кислотой, при этом выделилось 2,24 л газа. Определите массовые доли веществ в исходной смеси.