SECCIÓN II. QUÍMICA INORGÁNICA
8.
Elementos metálicos y sus compuestos. Rieles
8.5. Ferum
8.5.2. compuestos de hierro ( tercero)
Ferum(III) óxido Fe 2 O 3: la espora de hierro natural más estable, polvo marrón, tiene redes cristalinas atómicas, no se disuelve en agua. El óxido de Ferum (III) exhibe propiedades anfóteras débiles (con predominio de las básicas) - reacciona fácilmente con ácidos:
Muestra propiedades ácidas débiles de la aleación con álcalis y carbonatos de elementos de metales alcalinos:
La ferrita de sodio formada en una solución acuosa se descompone completamente con agua (se hidroliza):
Los agentes reductores reducen el óxido de hierro (III) a hierro:
Producción de óxido de hierro(III) El óxido de hierro(III) se obtiene por descomposición térmica del hidróxido de hierro(III) o del nitrato de hierro(III):
También se obtiene durante el tostado de pirita. Fe S 2 :
Hidróxido de hierro (III) Fe (OH) 3 1 - una sustancia marrón insoluble en agua con propiedades anfóteras débiles (con predominio de las básicas):
Las reacciones con soluciones alcalinas concentradas proceden sólo con calentamiento prolongado. Esto forma un hidroxocomplejo estable. K 3 [Fe(OH) 6]:
Extracción de hidróxido de hierro(III)
El hidróxido de Ferrum (III) se obtiene a partir de sales hidrosolubles de Hierro (III) cuando interaccionan con álcalis:
Las sales de hierro (III) formadas por ácidos fuertes son altamente solubles en agua y pueden formar hidratos cristalinos: Fe (N O 3) 3 9H 2 O, Fe 2 (S O 4) 3 9H 2 O, FeCl 3 6H 2 O. Fe 3+ sales hidrolizar en el catión:
Los compuestos de hierro (III) exhiben propiedades oxidantes y, por lo tanto, cuando interactúan con agentes reductores Fe 3+ se convierte en Fe 2+:
Reacciones cualitativas a un ion Fe3+ :
1. Reactivo - hexacianoferato de potasio (II) (sal de sangre amarilla). Se forma un precipitado azul oscuro - azul de Prusia:
2. Reactivo - tiocianato de potasio (o amonio). Se forma tiocianato de hierro (III) de color rojo sangre:
Uso de Hierro y Compuestos de Hierro
La metalurgia ferrosa (la producción de hierro y sus aleaciones) representa el 90% de la metalurgia mundial. La metalurgia ferrosa es la base para el desarrollo de muchas industrias: la ingeniería mecánica toma un tercio del metal ferroso, la construcción (como material estructural, para la fabricación de hormigón armado) - un cuarto; una parte significativa también se utiliza en el transporte.
Las aleaciones a base de hierro (ferromagnéticas) se utilizan en ingeniería eléctrica en la producción de transformadores y motores eléctricos.
Ferum(II) óxido FeO es uno de los componentes de la cerámica, pigmento para pinturas y esmalte resistente al calor.
Ferum(III) óxido Fe 2 O 3 El ocre se utiliza como pintura mineral.
Magnetita Fe 3 O 4 utilizado en la fabricación de discos duros y polvo ultrafino, como tóner en impresoras láser en blanco y negro.
Vitriolo ferroso (sulfato de hierro (II) heptahidratado) FeS 4 El 7H 2 O se usa para controlar plagas de plantas, en la producción de pinturas minerales y en la construcción.
El cloruro de Ferrum (III) se utiliza para la purificación del agua, como mordiente para teñir telas, en ingeniería de radio para grabar placas de circuitos impresos y en síntesis orgánica como catalizador.
Soluciones acuosas de FeCl 2 , FeCl 3 , FeS B 4 se utilizan como coagulantes para purificar el agua de las plantas industriales.
Ferrum(III) nitrato nonahidrato Fe (NO 3 ) 3 El 9H 2 V se utiliza como mordiente en el proceso de teñido de tejidos.
1 Como en el caso del Fe 3 O 4 , sustancias con la fórmula Fe(OH ) 3 no existe. Cuando intentas conseguirlo, genera Fe 2 O 3 n H 2 O o FeO (OH ) - metahidróxido de hierro (III).
Reacciones cualitativas para el hierro (III)
Iones de hierro (III ) en solución se puede determinar mediante reacciones cualitativas. Repasemos algunos de ellos. Tome para el experimento una solución de cloruro de hierro ( III).
1. tercero) - reacción con álcali.
Si la solución contiene iones de hierro ( tercero ), se forma hidróxido de hierro ( tercero ) Fe(OH)3. La base es insoluble en agua y de color marrón. (hidróxido de hierro ( Yo ) Fe(OH)2. - también insoluble, pero de color gris verdoso). Un precipitado marrón indica la presencia de iones de hierro en la solución inicial ( III).
FeCl 3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 ↓+ 3 NaCl
2. Reacción cualitativa al ion hierro ( tercero ) - reacción con sal de sangre amarilla.
La sal de sangre amarilla es hexacianoferrato de potasio.k 4 [ Fe( CN) 6]. (Para la determinación de hierro (Yo) usar sal de sangre rojak 3 [ Fe( CN) 6 ]). A una porción de una solución de cloruro de hierro, agregue una solución de sal de sangre amarilla. El precipitado azul de azul de Prusia* indica la presencia de iones férricos en la solución inicial.
3 PARA 4 +4 FeCl3 = k Fe ) ↓ + 12 KCl
3. Reacción cualitativa al ion hierro ( tercero ) - reacción con tiocianato de potasio.
Primero, diluimos la solución de prueba; de lo contrario, no veremos el color esperado. En presencia de un ion de hierro (tercero) cuando se agrega tiocianato de potasio, se forma una sustancia roja. es tiocianato de hierrotercero). Rhodanide del griego "rodeos" - rojo.
FeCl 3 + 3KSNC= Fe( SNC) 3 + 3 KCl
El azul de Prusia fue obtenido por accidente a principios del siglo XVIII en Berlín por el tintorero Diesbach. Disbach compró una potasa inusual (carbonato de potasio) de un comerciante: una solución de esta potasa se volvió azul cuando se agregaron sales de hierro. Al revisar la potasa, resultó que estaba calcinada con sangre bovina. El tinte resultó ser adecuado para telas: brillante, estable y económico. Pronto se conoció la receta para obtener la pintura: la potasa se fusionaba con sangre animal seca y limaduras de hierro. Lixiviando tal aleación, se obtuvo sal de sangre amarilla. Ahora el azul de Prusia se usa para obtener tinta de impresión y polímeros de tinte. .
Equipo: matraces, pipeta.
La seguridad . Observe las reglas para el manejo de soluciones y soluciones alcalinas. hexacianoferratos. Evitar el contacto de soluciones de hexacianoferratos con ácidos concentrados.
Declaración de experiencia – Elena Makhinenko, texto- Doctor. Pavel Bespalov.
FeCl 3 Mol. en. 162.21
FeCl 3 6H 2 O Mol. en. 270.30
PropiedadesPreparación anhidra: costras cristalinas de color marrón oscuro o grandes cristales laminares del sistema hexagonal, rojo granate en luz transmitida y verde con un brillo metálico en luz reflejada. pl. 2,898 g/cm3. A 309 °C, la droga se derrite en un líquido rojo móvil que hierve a 319 °C con descomposición parcial. Sin embargo, ya a 100 °C, el FeCl 3 se volatiliza notablemente. En el aire, atrae con avidez la humedad y la difumina. Disolveremos muy bien en el agua (47,9 % a 20°C, con la evolución considerable del calor), disolveremos bien en el alcohol etílico, la glicerina, el éter dietílico y la acetona, disolveremos un poco en el benceno. Una solución de FeCl 3 en algunos solventes orgánicos a la luz se reduce a FeCl 2, mientras que el solvente se oxida o clora, por ejemplo, FeCl 3 y alcohol etílico forman FeCl 2 y acetaldehído.
FeCl 3 ·6H 2 O hidrato cristalino - marrón rojizo húmedo al tacto, masa cristalina bastante blanda. A partir de soluciones acuosas, a veces cristaliza en agregados hemisféricos de estructura radiante-cristalina. Se disuelve rápidamente en aire húmedo. T pl. 37 °С; se volatiliza a 100°C. Por encima de 250 °C, se descompone en Fe 2 O 3, FeCl 3, Cl 2 y HCl. El fármaco es muy soluble en agua, soluble en alcohol etílico, glicerina y éter dietílico.
Preparación de FeCl 3 anhidro
Se colocan 70 g de alambre de hierro no demasiado delgado, secado a 110 ° C y enfriado en un desecador (es incluso mejor usar virutas de hierro Armco) en un tubo 4 hecho de vidrio refractario (Fig. 20). Este tubo se une con un tapón de goma a un frasco de boca ancha 5 con una capacidad de 1 litro. El otro extremo del tubo 4 está conectado a un sistema de secado de cloro, que consiste en una lavadora 1 con conc. H 2 SO 4 y tubo 3 con P 2 O 5 ; el matraz 2 es una botella de seguridad en caso de que el tubo 4 se obstruya con FeCl 3 sublimado. se desplaza aire del dispositivo con cloro y se calienta el tubo 4 con la llama de un mechero, manteniendo la corriente de cloro de tal manera que en el matraz absorbente 8 con la solución de NaOH sólo pasan unas pocas burbujas de gas.
El FeCl3 resultante se sublima en el frasco 5. Inmediatamente después de completar la reacción, el frasco 5 se desconecta y se cierra inmediatamente con un tapón esmerilado previamente preparado.
Rendimiento ~200 g (casi 100%). Para la purificación final, el FeCl 3 se puede someter a sublimación repetida en una corriente de cloro, pero incluso sin esto, la preparación es bastante adecuada para la mayoría de los propósitos.
Preparación de FeCl 3 6H 2 O hidrato cristalino
Primero, se obtiene una solución de FeCl 2 al disolver hierro metálico en ácido clorhídrico y luego se oxida con cloro:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 b
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
El trabajo debe realizarse bajo tracción.
En un matraz cónico de 1 litro que contiene 740 ml de ácido clorhídrico al 25% (grado analítico), se añaden en pequeñas porciones 120 g de virutas de hierro puro ( inflamable - hidrógeno!). Cuando termina el período turbulento de la reacción, la solución se calienta a 80-90 ° C, se filtra y la solución resultante de FeCl 2 (alrededor de 700 ml) se clora en el aparato que se muestra en la Fig. 21
La solución de FeCl 2 de la botella de presión 1 se alimenta al absorbedor 3 a una velocidad de 5 ml/min. El absorbedor es una columna de 100 cm de altura y 4 cm de diámetro, llena de restos de tubos de vidrio de 6 a 8 mm de diámetro y 3 cm de longitud, a la que se deja entrar cloro desde abajo a razón de 6 l/min. El gas se aspira preliminarmente a través del matraz 2 con agua para lavar. El exceso de cloro a través de la botella Tishchenko 4 se retira en el proyecto.
La solución clorada fluye desde la columna a través del sifón hacia el receptor 5. El proceso debe ajustarse para que la oxidación sea completa (la muestra líquida no debe dar un precipitado azul con una solución de K 3 Fe(CN) 6).
La solución del receptor 5 se transfiere a una taza de porcelana y se evapora a 90-95 ° C exactamente a pl. 1,659 (a 25°C). El incumplimiento de esta condición conducirá al hecho de que la solución no cristalizará o se liberará otro hidrato cristalino metaestable. La solución restante se enfría a 4°C con agitación ocasional. Los cristales separados se succionan en un embudo Buchner y se transfieren a un frasco con tapón esmerilado.
Rendimiento 500 g (66% hierro). La preparación resultante suele corresponder al reactivo de grado analítico, pero en ocasiones es posible obtener una preparación x. H.
Información general sobre la hidrólisis del cloruro de hierro (III)
DEFINICIÓN
Cloruro de hierro (III)- una sal promedio formada por una base débil - hidróxido de hierro (III) (Fe (OH) 3) y un ácido fuerte - clorhídrico (clorhídrico) (HCl). Fórmula - FeCl 3.
Es una sustancia con una estructura cristalina de color negro-marrón, rojo oscuro, púrpura o verde, según el ángulo de incidencia de la luz. Masa molar - 162 g / mol.
Arroz. 1. Cloruro de hierro (II). Apariencia.
Hidrólisis de cloruro de hierro (III)
Hidrolizado en el catión. La naturaleza del medio es ácida. Teóricamente, los pasos segundo y tercero son posibles. La ecuación de hidrólisis se ve así:
Primera etapa:
FeCl 3 ↔ Fe 3+ + 3Cl - (disociación de sal);
Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + (hidrólisis catiónica);
Fe 3+ + 3Cl - + HOH ↔ FeOH 2+ + 3Cl - + H + (ecuación iónica);
FeCl 3 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl 2 + HCl (ecuación molecular).
Segundo paso:
Fe(OH)Cl 2 ↔ FeOH 2+ + 2Cl - (disociación de sales);
FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + H + (hidrólisis catiónica);
FeOH 2+ + 2Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + 2Cl - + H + (ecuación iónica);
Fe(OH)Cl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 Cl + HCl (ecuación molecular).
Tercer paso:
Fe(OH) 2 Cl ↔ Fe(OH) 2 + + Cl - (disociación de sal);
Fe(OH) 2 + + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H + (hidrólisis catiónica);
Fe(OH) 2 + + Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + Cl - + H + (ecuación iónica);
Fe(OH) 2 Cl + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + HCl (ecuación molecular).
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
| La tarea | Se añadió una solución de cloruro de hierro (III) a una solución de hidróxido de sodio que pesaba 150 g (ω = 10 %), dando como resultado un precipitado marrón: hidróxido de hierro (III). Determina su masa. |
| Solución | Escribamos la ecuación de reacción para la interacción del hidróxido de sodio y el cloruro de hierro (III): 3NaOH + FeCl 3 \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl. Calcular la masa del soluto de hidróxido de sodio en solución: ω = solución m / solución m × 100%; m resolver = m solución ×ω/100%; m soluto (NaOH) = m solución (NaOH) × ω(NaOH)/100%; msoluto (NaOH) = 150 x 10/100 % = 15 g. Encuentre la cantidad de sustancia de hidróxido de sodio (masa molar - 40 g / mol): υ (NaOH) \u003d m soluto (NaOH) / M (NaOH) \u003d 15/40 \u003d 0,375 mol. Según la ecuación de reacción υ (Fe (OH) 3) \u003d 3 × υ (NaOH) \u003d 3 × 0.375 \u003d 1.125 mol. Luego calculamos la masa del precipitado de hidróxido de hierro (III) (masa molar - 107 g / mol): m (Fe (OH) 3) \u003d υ (Fe (OH) 3) × M (Fe (OH) 3) \u003d 1.125 × 107 \u003d 120.375 g. |
| Responder | La masa de hidróxido de hierro (III) es de 120,375 g. |
EJEMPLO 2
| La tarea | Calcula las fracciones másicas de cada uno de los elementos que componen el cloruro de hierro (III). |
| Solución | La fracción de masa de un elemento se calcula de la siguiente manera: ω(X) = n×Ar(X)/Mr×100%, esos. la relación entre la masa atómica relativa, teniendo en cuenta el número de átomos que componen la sustancia, y el peso molecular de esta sustancia, expresado en porcentaje. El peso molecular del cloruro de hierro (III) es 162. Calcular las fracciones de masa de los elementos: planchar : ω (Fe) \u003d n × Ar (Fe) / Mr (FeCl 3) × 100%; ω(Fe) = 1×56/162×100% = 34,27%. cloro: ω(Cl) \u003d n × Ar (Cl) / Mr (FeCl 3) × 100%; ω(Cl) = 3×35,5/162×100 % = 65,73 %. Para comprobar la exactitud del cálculo, sumando las fracciones de masa obtenidas, debemos obtener el 100%: ω(Fe) + ω(Cl) = 34,27 + 65,73 = 100%. |
| Responder | La fracción de masa de hierro es 34,27%, la fracción de masa de cloro es 65,73. |
El cloruro férrico (III) en forma de solución se puede preparar en el laboratorio o en casa. Necesitarás utensilios no metálicos resistentes al calor y limpios en caliente o destilados). Después de la disolución y sedimentación, se obtiene un líquido de color marrón oscuro. Hay una serie de características en la preparación de una solución de cloruro férrico que debe conocer antes de comenzar a trabajar con ella.
Cloruro férrico
Cloruro férrico anhidro, producido por la industria química - FeCl 3 - cristales de color marrón oscuro con matices de rojo, púrpura, verde oscuro. Masa molar - 162,21 g / mol. La sustancia se funde a una temperatura de 307,5 °C, a 500 °C comienza a descomponerse. Una muestra de sal anhidra se disuelve en 100 g de agua:
- 74,4 g (0ºC);
- 99 g (25 °C);
- 315 g (50 °C);
- 536 g (100 °C).
Anhidro (III): una sustancia muy higroscópica, atrae rápidamente la humedad de ambiente. En el aire, interactúa con el agua, convirtiéndose en cristales amarillos de hexahidrato de FeCl 3 + 6H 2 O. La fracción de masa de cloruro férrico anhidro en una sustancia comprada en una red comercial alcanza el 95%. Hay una pequeña cantidad de cloruro férrico FeCl 2 e impurezas insolubles. El nombre comercial es cloruro férrico. La sustancia es a prueba de fuego y explosión, pero su solución tiene un efecto corrosivo sobre los objetos metálicos.
Hexahidrato de cloruro de hierro (III)
Además del anhidro, la industria produce hidrato cristalino, en el que la fracción másica de cloruro férrico (III) es del 60%. La sustancia es una masa cristalina de color marrón amarillento o piezas sueltas del mismo tono. Una característica distintiva importante de los iones ferrosos y férricos es el color. El estado de oxidación del Fe 2+ se caracteriza por tinte verdoso, el cloruro de hierro cristalino hexahidratado es una sustancia de color verde azulado. En el estado de oxidación de los iones Fe 3+ adquieren un color de amarillo a marrón. Para una determinación cualitativa, los reactivos actúan sobre una solución de cloruro férrico:
- NaOH (aparece un precipitado marrón de Fe (OH) 3);
- K 4 (aparece un precipitado azul de KFe);
- KCNS, NaCNS (se forma tiocianato de hierro rojo Fe(CNS) 3).
Cómo diluir el cloruro férrico
El cloruro de hierro (III) en forma de solución marrón o roja se puede encontrar en la red comercial, preparado en el laboratorio o en casa. En este último caso, definitivamente necesitará platos no metálicos resistentes al calor (vidrio, plástico, cerámica). El agua para disolver la sal se puede tomar del grifo. Más seguro: hervido o destilado. El agua calentada a 50-70 ° C se coloca en un recipiente y luego la sustancia se vierte en pequeñas porciones. Las proporciones de cloruro férrico y agua son 1:3. Si prepara una solución a partir de hidrato cristalino, se necesitará menos agua, ya que está contenida en el hidrato cristalino (40 % en peso). La sustancia se agrega a la solución poco a poco, cada porción es de aproximadamente 5-10 g No se recomienda verter inmediatamente toda la muestra debido a la rapidez de la reacción de hidratación. No utilice utensilios metálicos (cucharas, espátulas). La sal debe disolverse completamente en agua tibia, para lo cual los cristales deben mezclarse bien con el líquido. El proceso se acelera mediante la adición de ácido clorhídrico (1/10 de la masa de los cristales). Después de reposar durante varias horas, puede aparecer un precipitado en el fondo debido a la presencia en la muestra y la formación de hidróxido de hierro durante la reacción. La solución preparada de color marrón oscuro debe filtrarse y almacenarse en un recipiente de plástico bien cerrado a una temperatura moderada y fuera de la luz solar directa.
El uso de cloruro férrico en la industria y los servicios públicos. uso doméstico
Las sales de hierro encuentran aplicaciones en muchos campos. El cloruro de metal trivalente se utiliza para el tratamiento de aguas, metales y fijación de pinturas. La sustancia se utiliza en síntesis orgánica industrial (catalizador, comburente). Las propiedades coagulantes del ion Fe 3+ son especialmente valoradas en el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales. Bajo la acción del cloruro férrico, pequeñas partículas insolubles de impurezas se adhieren y precipitan. Además, hay una unión de una parte de los contaminantes solubles, que se eliminan en la planta de tratamiento. El hidrato de cristal y la sal anhidra FeCl 3 se utilizan en el grabado de planchas de impresión de metal. Se agrega una sustancia al concreto para fortalecer su resistencia.
Fenómenos químicos durante el grabado de tableros. Medidas de seguridad
Popular Sustancia química para grabar placas de circuito impreso - cloruro férrico. Se prepara una solución para estos fines a partir de 0,150 kg de sal y 0,200 l de agua tibia. Contiene iones Fe 3+, Cl - y, tras la hidrólisis, se forma un compuesto marrón: hidróxido férrico. El proceso sigue el esquema: FeCl 3 + 3HOH ↔ Fe (OH) 3 + 3Cl - + 3H +. La desventaja de este método es la contaminación del tablero con subproductos de la reacción, que dificultan el grabado posterior. La sal en sí misma es una sustancia no volátil, pero en el proceso de interacción con el agua libera vapores cáusticos. El trabajo debe realizarse al aire libre o en una habitación bien ventilada. El contacto con la solución en la piel y las membranas mucosas provoca irritación y puede causar dermatitis. Se debe utilizar equipo de protección personal (gafas, guantes). En caso de contacto con una solución cáustica, lavar la piel con abundante agua.
