SZAKASZ II. SZERVETLEN kémia
8.
Fémelemek és vegyületeik. Fémek
8.5. Ferum
8.5.2. vasvegyületek ( III)
Ferum(III)-oxid Fe 2 O 3 - a legstabilabb természetes vasspóra, barna por, atomi kristályrácsokkal rendelkezik, nem oldódik vízben. A ferum(III)-oxid gyenge amfoter tulajdonságokkal rendelkezik (a bázikusok túlsúlya mellett) - könnyen reagál savakkal:
Az alkálifém-elemek lúgjaival és karbonátjaival készült ötvözet gyenge savas tulajdonságait mutatja:
A vizes oldatban képződött nátrium-ferrit a víz hatására teljesen lebomlik (hidrolizál):
A redukálószerek a vas(III)-oxidot vasvá redukálják:
Ferrum(III)-oxid előállítása A ferrum(III)-oxidot ferum(III)-hidroxid vagy ferrum(III)-nitrát hőbontásával nyerik:
Pirites pörkölés során is nyerik. FeS 2:
Ferrum(III)-hidroxid Fe (OH) 3 1 - vízben oldhatatlan barna anyag, gyenge amfoter tulajdonságokkal (a bázikus tulajdonságokkal túlsúlyban):
A tömény lúgoldatokkal való reakciók csak hosszan tartó melegítés mellett mennek végbe. Ez stabil hidroxokomplexet képez K 3 [Fe(OH) 6]:
Ferrum(III)-hidroxid kivonása
A vas(III)-hidroxidot a vas(III) vízoldható sóiból nyerik, amikor azok lúgokkal lépnek kölcsönhatásba:
Az erős savak által képzett vas(III)-sók vízben jól oldódnak és kristályos hidrátokat képezhetnek: Fe (N O 3) 3 9H 2 O, Fe 2 (S O 4) 3 9H 2 O, FeCl 3 6H 2 O. Fe 3+ sók hidrolizál a kationon:
A vas(III)-vegyületek oxidáló tulajdonságokat mutatnak, ezért redukálószerekkel kölcsönhatásba lépve A Fe 3+ Fe 2+ lesz:
Kvalitatív reakciók egy ionra Fe3+:
1. Reagens - kálium-hexacianoferát (II) (sárga vérsó). Sötétkék csapadék képződik - poroszkék:
2. Reagens - kálium (vagy ammónium) tiocianát. Vérvörös színű ferrum(III)-tiocianát képződik:
Vas és vasvegyületek használata
A vaskohászat (a vas és ötvözeteinek gyártása) a világ kohászatának 90%-át teszi ki. A vaskohászat számos iparág fejlődésének alapja: a gépipar a vasfém egyharmadát, az építőipar (szerkezeti anyagként, vasbeton gyártásához) egynegyedét használja fel; jelentős részét a közlekedésben is felhasználják.
A vasalapú ötvözeteket (ferromágneses) az elektrotechnikában használják transzformátorok és villanymotorok gyártása során.
Ferum(II)-oxid FeO a kerámiák egyik alkotóeleme, pigment festékekhez és hőálló zománchoz.
Ferum(III)-oxid Fe 2 O 3 az okkert ásványfestékként használják.
Magnetit Fe3O4 merevlemez-meghajtók és ultrafinom por gyártásához használják - tonerként fekete-fehér lézernyomtatókban.
Vas-vitriol (vas(II)-szulfát-heptahidrát) FeS В 4 A 7H 2 O növényi kártevők elleni védekezésre, ásványi festékek gyártásában és az építőiparban használatos.
A ferrum(III)-kloridot víztisztításra, maróanyagként szövetfestésre, a rádiótechnikában nyomtatott áramköri lapok maratására, valamint szerves szintézisben katalizátorként használják.
FeCl 2, FeCl 3, FeS vizes oldatai A B4-et koagulánsként használják ipari üzemek víz tisztítására.
Ferrum(III)-nitrát-nonahidrát Fe (N O 3 ) 3 A 9H 2 V-ot maróanyagként használják a szövetfestés során.
1 Mint a Fe 3 O 4 esetében, képlettel rendelkező anyagok Fe(OH ) 3 nem létezik. Amikor megpróbálod megszerezni, generál Fe 2 O 3 n H 2 O vagy FeO (OH ) - ferrum(III)-metahidroxid.
A vas minőségi reakciói (III)
A vas ionjai (III ) oldatban kvalitatív reakciókkal határozható meg. Nézzünk meg néhányat. Vegyünk a kísérlethez vas-klorid oldatot ( III).
1. III) - reakció lúggal.
Ha az oldat vasionokat tartalmaz ( III ), vas-hidroxid képződik ( III ) Fe(OH)3. Az alap vízben oldhatatlan és barna színű. (vas-hidroxid ( II ) Fe(OH)2. - szintén oldhatatlan, de szürkés-zöld színű). A barna csapadék vasionok jelenlétét jelzi a kiindulási oldatban ( III).
FeCl 3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 ↓+ 3 NaCl
2. Minőségi reakció vasionra ( III ) - reakció sárga vérsóval.
A sárga vérsó a hexaciano-ferrát-káliumK 4 [ Fe( CN) 6]. (A vas meghatározásához (II) használjon vörösvérsótK 3 [ Fe( CN) 6 ]). A vas-klorid oldat egy részéhez adjunk sárga vérsó oldatot. A poroszkék* kék csapadéka vas-ionok jelenlétét jelzi a kiindulási oldatban.
3 NAK NEK 4 +4 FeCl 3 = K Fe ) ↓ + 12 KCl
3. Minőségi reakció vasionra ( III ) - reakció kálium-tiocianáttal.
Először felhígítjuk a tesztoldatot - különben nem látjuk a várt színt. vasion jelenlétében (III) kálium-tiocianát hozzáadásakor vörös anyag képződik. Ez vas-tiocianátIII). Rhodanide a görög "rodeos" szóból - vörös.
FeCl 3 + 3 KCNS= Fe( CNS) 3 + 3 KCl
A porosz kéket véletlenül szerezte be a 18. század elején Berlinben Diesbach festőművész. Disbach szokatlan hamuzsírt (kálium-karbonátot) vásárolt egy kereskedőtől: ennek a hamuzsírnak az oldata kék színűvé vált, amikor vassókat adnak hozzá. A hamuzsír ellenőrzésekor kiderült, hogy marhavérrel kalcinálták. A festék alkalmasnak bizonyult szövetekhez: fényes, stabil és olcsó. Hamarosan ismertté vált a festék beszerzésének receptje: a hamuzsírt szárított állati vérrel és vasreszelékkel olvasztották össze. Egy ilyen ötvözet kilúgozásával sárga vérsót kaptak. Jelenleg a porosz kéket nyomdafestékek és színező polimerek előállítására használják. .
Felszerelés: lombik, pipetta.
Biztonság . Tartsa be a lúgos oldatok és oldatok kezelésére vonatkozó szabályokat hexaciano-ferrátok. Kerülje el a hexaciano-ferrátok oldatának tömény savakkal való érintkezését.
Tapasztalatnyilatkozat - Elena Makhinenko, szöveg– Ph.D. Pavel Beszpalov.
FeCl 3 Mol. v. 162,21
FeCl 3 6H 2 O Mol. v. 270,30
TulajdonságokVízmentes készítmény - feketésbarna kristályos kéreg vagy hatszögletű rendszer nagy lamellás kristályai, gránátvörös az áteresztő fényben és zöld fémes fényű visszavert fényben. Pl. 2,898 g/cm3. 309 °C-on a gyógyszer mozgékony vörös folyadékká olvad, 319 °C-on forr, részleges bomlás közben. A FeCl 3 azonban már 100 °C-on érezhetően elpárolog. A levegőben mohón magához vonzza a nedvességet és elmosódik. Nagyon jól oldjuk fel vízben (47,9% 20 °C-on, jelentős hőfejlődés mellett), jól oldjuk etil-alkoholban, glicerinben, dietil-éterben és acetonban, benzolban egy kicsit oldunk. A FeCl 3 egyes szerves oldószerekben készült oldata fényben FeCl 2 -dá redukálódik, miközben az oldószert oxidálják vagy klórozzák, például a FeCl 3 és az etilalkohol FeCl 2 -t és acetaldehidet képez.
FeCl 3 ·6H 2 O kristályos hidrát - vörösesbarna tapintású nedves, meglehetősen lágy kristályos massza. Vizes oldatokból olykor sugárzó-kristályos szerkezetű félgömb alakú aggregátumokban kristályosodik ki. Nedves levegőn gyorsan feloldódik. T. pl. 37 °С; 100°C-on elpárolog. 250 °C felett Fe 2 O 3 -ra, FeCl 3 -ra, Cl 2 -re és HCl-ra bomlik. A gyógyszer nagyon jól oldódik vízben, oldódik etil-alkoholban, glicerinben és dietil-éterben.
Vízmentes FeCl 3 előállítása
70 g nem túl vékony, 110 °C-on szárított és exszikkátorban lehűtött vashuzalt (még jobb Armco vasforgácsot használni) helyezünk egy tűzálló üvegből készült csőbe 4 (20. ábra). Ez a cső gumidugóval van rögzítve egy 1 literes, széles szájú edényhez 5. A 4 cső másik vége egy klórszárító rendszerhez csatlakozik, amely egy 1 alátétből áll konc. H 2 SO 4 és a 3. cső P 2 O 5-tel; A 2. lombik egy biztonsági palack arra az esetre, ha a 4. cső eltömődött szublimált FeCl 3 -mal. levegőt klórral kiszorítanak a készülékből, és a 4 csövet égőlánggal melegítik, fenntartva a klóráramot úgy, hogy a NaOH oldattal együtt csak ritkagáz-buborékok haladjanak át a 8 abszorbeáló lombikba.
A kapott FeCl 3 -ot az 5. edénybe szublimáljuk. Közvetlenül a reakció befejeződése után az 5. edényt leválasztjuk és azonnal lezárjuk egy előzetesen előkészített földdugóval.
Kitermelés ~200 g (majdnem 100%). A végső tisztításhoz a FeCl 3-at klóráramban ismételt szublimációnak vethetjük alá, de a készítmény e nélkül is a legtöbb célra alkalmas.
FeCl 3 6H 2 O kristályos hidrát előállítása
Először a fémvas sósavban való feloldásával, majd klórral oxidálva FeCl 2 oldatot kapunk:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 b
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
A munkát vontatás alatt kell végezni.
Egy 1 literes Erlenmeyer-lombikba, amely 740 ml 25%-os (analitikai tisztaságú) sósavat tartalmaz, kis részletekben 120 g tiszta vasforgácsot adunk ( gyúlékony - hidrogén!). A reakció turbulens periódusának letelte után az oldatot 80-90 °C-ra melegítjük, szűrjük, és a keletkezett FeCl2-oldatot (kb. 700 ml) az 1. ábrán látható berendezésben klórozzuk. 21.
A FeCl 2 oldatot az 1 nyomópalackból 5 ml/perc sebességgel adagoljuk a 3 abszorberbe. Az abszorber egy 100 cm magas és 4 cm átmérőjű oszlop, amely 6-8 mm átmérőjű és 3 cm hosszú üvegcsövek törmelékével van megtöltve, és alulról 6 l/perc sebességgel klórt engednek be az oszlopba. A gázt előzetesen átszívjuk a 2 lombikon vízzel mosáshoz. A klórfelesleget a Tishchenko 4 palackon keresztül a huzatba vonják vissza.
A klórozott oldat az oszlopból a szifonon keresztül az 5. tartályba áramlik. A folyamatot úgy kell beállítani, hogy az oxidáció teljes legyen (a folyadékminta K 3 Fe(CN) 6 oldatával ne adjon kék csapadékot).
Az 5. tartályból származó oldatot porcelán csészébe töltjük, és 90-95 °C-on pontosan pl. 1,659 (25 °C-on). Ennek a feltételnek a be nem tartása azt a tényt eredményezi, hogy vagy az oldat nem kristályosodik ki, vagy egy másik, metastabil kristályos hidrát szabadul fel. A visszamaradó oldatot 4 °C-ra hűtjük időnkénti keverés közben. Az elválasztott kristályokat Büchner-tölcséren leszívják, és egy őrölt dugóval ellátott tégelybe töltik.
Hozam: 500 g (66% vas). A kapott készítmény általában megfelel az analitikai minőségű reagensnek, de néha lehetséges az x készítmény is. h.
Általános tudnivalók a vas(III)-klorid hidrolíziséről
MEGHATÁROZÁS
vas(III)-klorid- egy gyenge bázis - vas (III)-hidroxid (Fe (OH) 3) és egy erős sav - sósav (sósav) (HCl) által alkotott átlagos só. Képlet - FeCl 3.
A beeső fény szögétől függően fekete-barna, sötétvörös, lila vagy zöld kristályszerkezetű anyag. Moláris tömeg - 162 g / mol.
Rizs. 1. Vas(II)-klorid. Kinézet.
Vas(III)-klorid hidrolízise
A kationnál hidrolizált. A közeg jellege savas. Elméletileg a második és a harmadik lépés lehetséges. A hidrolízis egyenlet így néz ki:
Első fázis:
FeCl 3 ↔ Fe 3+ + 3Cl - (só disszociáció);
Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + (kationhidrolízis);
Fe 3+ + 3Cl - + HOH ↔ FeOH 2+ + 3Cl - + H + (ionos egyenlet);
FeCl 3 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl 2 + HCl (molekulaegyenlet).
Második lépés:
Fe(OH)Cl 2 ↔ FeOH 2+ + 2Cl - (só disszociáció);
FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + H + (kationhidrolízis);
FeOH 2+ + 2Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + 2Cl - + H + (ionos egyenlet);
Fe(OH)Cl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 Cl + HCl (molekulaegyenlet).
Harmadik lépés:
Fe(OH) 2 Cl ↔ Fe(OH) 2 + + Cl - (só disszociáció);
Fe(OH) 2 + + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H + (kationhidrolízis);
Fe(OH) 2 + + Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + Cl - + H + (ionos egyenlet);
Fe(OH) 2 Cl + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + HCl (molekulaegyenlet).
Példák problémamegoldásra
1. PÉLDA
| Gyakorlat | Vas(III)-klorid-oldatot adunk 150 g (ω = 10%) nátrium-hidroxid-oldathoz, így barna csapadékot kapunk - vas(III)-hidroxidot. Határozza meg a tömegét. |
| Megoldás | Írjuk fel a nátrium-hidroxid és a vas(III)-klorid kölcsönhatásának reakcióegyenletét: 3NaOH + FeCl 3 \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl. Számítsa ki az oldott nátrium-hidroxid tömegét az oldatban: ω = m oldat / m oldat × 100%; m megold = m oldat ×ω/100%; m oldott anyag (NaOH) = m oldat (NaOH) × ω(NaOH)/100%; mszolút (NaOH) = 150 x 10/100% = 15 g. Keresse meg a nátrium-hidroxid anyag mennyiségét (móltömeg - 40 g / mol): υ (NaOH) \u003d m oldott anyag (NaOH) / M (NaOH) \u003d 15/40 = 0,375 mol. A reakcióegyenlet szerint υ (Fe (OH) 3) \u003d 3 × υ (NaOH) \u003d 3 × 0,375 = 1,125 mol. Ezután kiszámítjuk a vas(III)-hidroxid csapadék tömegét (móltömeg - 107 g / mol): m (Fe (OH) 3) \u003d υ (Fe (OH) 3) × M (Fe (OH) 3) = 1,125 × 107 \u003d 120,375 g. |
| Válasz | A vas(III)-hidroxid tömege 120,375 g. |
2. PÉLDA
| Gyakorlat | Számítsa ki a vas(III)-kloridot alkotó elemek tömeghányadát! |
| Megoldás | Egy elem tömeghányadát a következőképpen számítjuk ki: ω(X) = n×Ar(X)/Mr×100%, azok. az anyagot alkotó atomok számát figyelembe véve a relatív atomtömeg és az anyag molekulatömege százalékban kifejezett aránya. A vas(III)-klorid molekulatömege 162. Számítsa ki az elemek tömeghányadát: Vas : ω (Fe) \u003d n × Ar (Fe) / Mr (FeCl 3) × 100%; ω(Fe) = 1×56/162×100% = 34,27%. klór: ω(Cl) \u003d n × Ar (Cl) / Mr (FeCl 3) × 100%; ω(Cl) = 3 × 35,5/162 × 100% = 65,73%. A számítás helyességének ellenőrzéséhez a kapott tömeghányadok hozzáadásával 100% -ot kell kapnunk: ω(Fe) + ω(Cl) = 34,27 + 65,73 = 100%. |
| Válasz | A vas tömeghányada 34,27%, a klór tömeghányada 65,73. |
A vas-klorid (III) oldat formájában laboratóriumban vagy otthon is előállítható. Szüksége lesz hőálló, nem fémből készült edényekre, és melegen vagy desztilláltan tisztítani. Feloldódás és ülepedés után sötétbarna folyadékot kapunk. A vas(III)-klorid oldat elkészítésének számos jellemzője van, amelyeket érdemes megismerni, mielőtt elkezdené vele dolgozni.
Vasklorid
A vegyipar által előállított vízmentes vas-klorid - FeCl 3 - sötétbarna kristályok vörös, lila, sötétzöld árnyalatokkal. Moláris tömeg - 162,21 g / mol. Az anyag 307,5 ° C-on megolvad, 500 ° C-on bomlásnak indul. A vízmentes só mintája 100 g vízben feloldódik:
- 74,4 g (0 °C);
- 99 g (25 °C);
- 315 g (50 °C);
- 536 g (100 °C).
Vízmentes (III) - nagyon higroszkópos anyag, gyorsan magához vonzza a nedvességet környezet. Levegőben vízzel kölcsönhatásba lép, FeCl 3 + 6H 2 O hexahidrát sárga kristályokká alakul.A vízmentes vas-klorid tömeghányada egy kereskedelmi hálózatban vásárolt anyagban eléri a 95%-ot. Kis mennyiségű vas-klorid FeCl 2 és oldhatatlan szennyeződések találhatók benne. A kereskedelmi név vas-klorid. Az anyag tűz- és robbanásbiztos, de oldata fémtárgyakra korrozív hatást fejt ki.
Vas(III)-klorid-hexahidrát
Az ipar a vízmentes mellett kristályos hidrátot is gyárt, amelyben a vas-klorid (III) tömeghányada 60%. Az anyag sárgásbarna kristályos massza vagy azonos árnyalatú laza darabok. A vas- és vasionok fontos megkülönböztető jellemzője a szín. A Fe 2+ oxidációs állapotát az jellemzi zöldes árnyalat, a kristályos vasklorid-hexahidrát kékes-zöld anyag. A Fe 3+ ionok oxidációs állapotában sárgától barnáig színeződnek. A minőségi meghatározáshoz a reagensek vas(III)-klorid oldatra hatnak:
- NaOH (barna Fe (OH) 3 csapadék jelenik meg);
- K 4 (kék KFe csapadék jelenik meg);
- KCNS, NaCNS (vörös vas-tiocianát Fe(CNS) 3 képződik).
Hogyan kell hígítani a vas-kloridot
A vas(III)-klorid barna vagy vörös oldat formájában megtalálható a kereskedelmi hálózatban, laboratóriumban vagy otthon elkészítve. Utóbbi esetben mindenképpen hőálló, nem fémből készült edényekre lesz szükséged (üveg, műanyag, kerámia). A só feloldásához szükséges vizet a csapból lehet venni. Biztonságosabb - főtt vagy desztillált. Az 50-70 ° C-ra melegített vizet egy edénybe helyezzük, majd kis adagokban öntjük az anyagot. A vas-klorid és a víz aránya 1:3. Ha kristályos hidrátból készítünk oldatot, akkor kevesebb vízre lesz szükség, mert azt a kristályos hidrát tartalmazza (40 tömeg%). Az anyagot apránként adagoljuk az oldathoz, egy-egy adag kb. 5-10 g.. A hidratációs reakció gyors jellege miatt nem ajánlatos a teljes mintát azonnal kiönteni. Ne használjon fém edényeket (kanalat, spatulát). A sót meleg vízben teljesen fel kell oldani, amihez a kristályokat jól össze kell keverni a folyadékkal. A folyamatot sósav (a kristályok tömegének 1/10-e) hozzáadásával gyorsítják. Több órás ülepedés után a mintában való jelenlét és a reakció során vas-hidroxid képződése miatt csapadék jelenhet meg az alján. Az elkészített sötétbarna oldatot szűrni kell, és szorosan lezárt műanyag edényben mérsékelt hőmérsékleten, közvetlen napfénytől védve kell tárolni.
A vas-klorid alkalmazása az iparban és a közművekben. háztartási használatra
A vassók számos területen alkalmazhatók. A háromértékű fém-kloridot vízkezelésre, fémek és festékrögzítésre használják. Az anyagot ipari szerves szintézisben használják (katalizátor, oxidálószer). A Fe 3+ ion koagulációs tulajdonságait különösen nagyra értékelik a települési és ipari szennyvizek kezelésében. A vas-klorid hatására a szennyeződések kis oldhatatlan részecskéi összetapadnak és kicsapódnak. Ezenkívül az oldható szennyeződések egy része megköt, amelyeket a tisztítótelepen eltávolítanak. A fémnyomólemezek maratásához kristályhidrátot és vízmentes sót, FeCl 3-at használnak. Anyagot adnak a betonhoz, hogy megerősítsék annak szilárdságát.
Kémiai jelenségek táblák maratása során. Biztonsági intézkedések
Népszerű Vegyi anyag nyomtatott áramköri lapok maratásához - vas(III)-klorid. Az erre a célra szolgáló oldatot 0,150 kg sóból és 0,200 liter meleg vízből készítik. Fe 3+, Cl - ionokat tartalmaz, és hidrolízis során barna vegyület képződik - vas-hidroxid. A folyamat a következő séma szerint megy végbe: FeCl 3 + 3HOH ↔ Fe (OH) 3 + 3Cl - + 3H +. Ennek a módszernek a hátránya, hogy a tábla reakció melléktermékekkel szennyeződik, ami megnehezíti a további maratást. A só maga nem illékony anyag, de a vízzel való kölcsönhatás során maró hatású gőzöket bocsát ki. A munkát szabadban vagy jól szellőző helyiségben kell végezni. Az oldattal való érintkezés a bőrön és a nyálkahártyán irritációt és bőrgyulladást okozhat. Személyi védőfelszerelést (szemüveg, kesztyű) kell használni. Maró oldattal való érintkezés esetén a bőrt bő vízzel le kell mosni.
