II SKYRIUS. NEORGANINĖ CHEMIJA
8.
Metalo elementai ir jų junginiai. Metalai
8.5. Ferum
8.5.2. Geležies junginiai ( III)
Fero(III) oksidas Fe 2 O 3 – stabiliausia natūrali geležies spora, rudi milteliai, turi atomines kristalines gardeles, netirpsta vandenyje. Fero (III) oksidas pasižymi silpnomis amfoterinėmis savybėmis (vyrauja bazinės) - lengvai reaguoja su rūgštimis:
Rodo silpnas rūgštines lydinio su šarmais ir šarminių metalų elementų karbonatais savybes:
Vandeniniame tirpale susidaręs natrio feritas visiškai suskaidomas vandens (hidrolizuojasi):
Reduktoriai paverčia geležies (III) oksidą į geležį:
Geležies (III) oksido gamyba Ferro (III) oksidas gaunamas termiškai skaidant geležies (III) hidroksidą arba geležies (III) nitratą:
Jis taip pat gaunamas skrudinant piritu. FeS 2:
Ferro(III) hidroksidas Fe (OH) 3 1 - vandenyje netirpi ruda medžiaga, turinti silpnas amfoterines savybes (vyrauja bazinės):
Reakcijos su koncentruotais šarmų tirpalais vyksta tik ilgai kaitinant. Taip susidaro stabilus hidroksokompleksas K 3 [Fe(OH) 6]:
Geležies (III) hidroksido ekstrahavimas
Geležies (III) hidroksidas gaunamas iš vandenyje tirpių geležies (III) druskų, kai jos sąveikauja su šarmais:
Geležies (III) druskos, kurias sudaro stiprios rūgštys, gerai tirpsta vandenyje ir gali sudaryti kristalinius hidratus: Fe (N O 3) 3 9H 2 O, Fe 2 (S O 4) 3 9H 2 O, FeCl 3 6H 2 O. Fe 3+ druskos hidrolizuoti katijone:
Geležies (III) junginiai pasižymi oksidacinėmis savybėmis, todėl sąveikauja su reduktoriais Fe 3+ virsta Fe 2+:
Kokybinės reakcijos į joną Fe3+:
1. Reagentas – kalio heksacianoferatas (II) (geltonoji kraujo druska). Susidaro tamsiai mėlynos nuosėdos - Prūsijos mėlyna:
2. Reagentas – kalio (arba amonio) tiocianatas. Susidaro kraujo raudonumo geležies (III) tiocianatas:
Geležies ir geležies junginių naudojimas
Juodoji metalurgija (geležies ir jos lydinių gamyba) sudaro 90% pasaulio metalurgijos. Juodoji metalurgija yra daugelio pramonės šakų vystymosi pagrindas: mechaninė inžinerija užima trečdalį juodųjų metalų, statyba (kaip konstrukcinė medžiaga, gelžbetonio gamybai) - ketvirtadalį; nemaža dalis naudojama ir transporte.
Geležies lydiniai (feromagnetiniai) naudojami elektrotechnikoje transformatorių ir elektros variklių gamyboje.
Fero(II) oksidas FeO yra vienas iš keramikos komponentų, dažų pigmentas ir karščiui atsparus emalis.
Fero(III) oksidas Fe2O3 ochra naudojama kaip mineraliniai dažai.
Magnetitas Fe3O4 naudojami kietųjų diskų gamyboje, o itin smulkūs milteliai – kaip dažiklis nespalvotuose lazeriniuose spausdintuvuose.
Geležies vitriolis (geležies (II) sulfato heptahidratas) FeS В 4 7H 2 O naudojamas augalų kenkėjams naikinti, mineralinių dažų gamyboje ir statybose.
Ferro(III) chloridas naudojamas vandeniui valyti, kaip dažymas audiniams dažyti, radijo inžinerijoje spausdintinėms plokštėms ėsdinti ir organinėje sintezėje kaip katalizatorius.
Vandeniniai FeCl 2, FeCl 3, FeS tirpalai B 4 naudojami kaip koaguliantai vandens valymui pramoninėse įmonėse.
Ferro(III) nitrato nonahidratas Fe (N O 3 ) 3 9H 2 V naudojamas kaip kandiklis audinių dažymo procese.
1 Kaip ir Fe3O4 atveju, medžiagos, kurių formulė Fe (OH ) 3 neegzistuoja. Kai bandai jį gauti, jis sukuria Fe 2 O 3 n H 2 O arba FeO (OH ) - geležies (III) metahidroksidas.
Geležies (III) kokybinės reakcijos
Geležies jonai (III ) tirpale galima nustatyti naudojant kokybines reakcijas. Panagrinėkime kai kuriuos iš jų. Eksperimentui paimkite geležies chlorido tirpalą ( III).
1. III) - reakcija su šarmu.
Jeigu tirpale yra geležies jonų ( III ), susidaro geležies hidroksidas ( III ) Fe(OH) 3 . Pagrindas netirpsta vandenyje ir yra rudos spalvos. (geležies hidroksidas ( II ) Fe(OH) 2 . - taip pat netirpus, bet pilkai žalios spalvos). Rudos nuosėdos rodo, kad pradiniame tirpale yra geležies jonų ( III).
FeCl 3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 ↓+ 3 NaCl
2. Kokybinė reakcija į geležies jonus ( III ) - reakcija su geltona kraujo druska.
Geltona kraujo druska yra kalio heksacianoferatasK 4 [ Fe( CN) 6]. (Geležies kiekiui nustatytiII) naudokite raudonąją kraujo druskąK 3 [ Fe( CN) 6 ]). Į dalį geležies chlorido tirpalo įpilkite geltonosios kraujo druskos tirpalo. Mėlynos Prūsijos mėlynos spalvos* nuosėdos rodo geležies jonų buvimą pradiniame tirpale.
3 KAM 4 +4 FeCl 3 = K Fe ) ↓ + 12 KCl
3. Kokybinė reakcija į geležies jonus ( III ) - reakcija su kalio tiocianatu.
Pirmiausia praskiedžiame tiriamąjį tirpalą – kitaip nematysime laukiamos spalvos. Esant geležies jonui (III) įdėjus kalio tiocianato susidaro raudona medžiaga. Tai geležies tiocianatasIII). Rodanidas iš graikų „rodeos“ – raudonas.
FeCl 3 + 3 tūkstCNS= Fe( CNS) 3 + 3 KCl
Prūsijos mėlyną atsitiktinai XVIII amžiaus pradžioje Berlyne gavo dažytojas Diesbachas. Disbachas iš prekybininko pirko neįprastą kalį (kalio karbonatą): šio kalio tirpalas pamėlynavo, kai buvo pridėta geležies druskų. Patikrinus kalį paaiškėjo, kad jis kalcinuotas galvijų krauju. Dažai pasirodė tinkami audiniams: ryškūs, stabilūs ir nebrangūs. Netrukus tapo žinomas dažų gavimo receptas: kalis buvo sulydomas su džiovintu gyvūnų krauju ir geležies drožlėmis. Išplovus tokį lydinį buvo gauta geltona kraujo druska. Dabar Prūsijos mėlyna naudojama spausdinimo dažams ir atspalvių polimerams gauti. .
Įranga: kolbos, pipetė.
Saugumas . Laikykitės darbo su šarminiais tirpalais ir tirpalais taisyklių heksacianoferatai. Venkite heksacianoferatų tirpalų sąlyčio su koncentruotomis rūgštimis.
Patirties pareiškimas - Elena Makhinenko, tekstą– Ph.D. Pavelas Bespalovas.
FeCl3 Mol. v. 162.21
FeCl 3 6H 2 O Mol. v. 270.30
SavybėsBevandenis preparatas – juodai rudos kristalinės plutos arba dideli šešiakampės sistemos sluoksniniai kristalai, granato raudona praleidžiamoje šviesoje ir žalia su metaliniu blizgesiu atspindintoje šviesoje. Pl. 2,898 g/cm3. Esant 309 ° C temperatūrai, vaistas išsilydo į judrų raudoną skystį, verdantis 319 ° C temperatūroje ir dalinai suyra. Tačiau jau 100 °C temperatūroje FeCl 3 pastebimai išgaruoja. Ore jis godžiai pritraukia drėgmę ir išsilieja. Labai gerai ištirpinkime vandenyje (47,9% 20 °C, su dideliu šilumos išsiskyrimu), gerai ištirpsime etilo alkoholyje, glicerine, dietilo eteryje ir acetone, šiek tiek ištirpsime benzene. FeCl 3 tirpalas kai kuriuose organiniuose tirpikliuose šviesoje redukuojamas iki FeCl 2, o tirpiklis oksiduojamas arba chloruojamas, pavyzdžiui, iš FeCl 3 ir etilo alkoholio susidaro FeCl 2 ir acetaldehidas.
FeCl 3 ·6H 2 O kristalinis hidratas – liesti rausvai ruda drėgna, gana minkšta kristalinė masė. Iš vandeninių tirpalų jis kartais kristalizuojasi spinduliuojančios-kristalinės struktūros pusrutulio formose. Greitai ištirpsta drėgname ore. T. pl. 37 °С; garuoja 100°C temperatūroje. Aukštesnėje nei 250 ° C temperatūroje jis suyra į Fe 2 O 3, FeCl 3, Cl 2 ir HCl. Vaistas labai tirpsta vandenyje, tirpsta etilo alkoholyje, glicerine ir dietilo eteryje.
Bevandenio FeCl 3 paruošimas
70 g ne per plonos geležinės vielos, išdžiovintos 110 °C temperatūroje ir atvėsintos eksikatoriuje (dar geriau naudoti Armco geležies drožles) dedama į vamzdelį 4 iš ugniai atsparaus stiklo (20 pav.). Šis vamzdelis guminiu kamščiu tvirtinamas prie 1 litro talpos plataus angos stiklainio 5. Kitas vamzdžio 4 galas yra prijungtas prie chloro džiovinimo sistemos, susidedančios iš poveržlės 1 su konc. H 2 SO 4 ir vamzdelis 3 su P 2 O 5; 2 kolba yra apsauginis butelis, jei vamzdelis 4 būtų užsikimšęs sublimuotu FeCl 3 . oras iš prietaiso išstumiamas chloru, o vamzdis 4 kaitinamas degiklio liepsna, palaikant chloro srovę taip, kad į absorbuojančią kolbą 8 su NaOH tirpalu prasiskverbtų tik retųjų dujų burbuliukai.
Gautas FeCl 3 sublimuojamas į indelį 5. Iš karto pasibaigus reakcijai indas 5 atjungiamas ir tuoj pat uždaromas iš anksto paruoštu įžeminimo kamščiu.
Išeiga ~200 g (beveik 100%). Galutiniam gryninimui FeCl3 gali būti pakartotinai sublimuojamas chloro srove, tačiau net ir be to preparatas yra gana tinkamas daugeliui tikslų.
FeCl 3 6H 2 O kristalinio hidrato gavimas
Pirma, FeCl2 tirpalas gaunamas ištirpinant metalinę geležį druskos rūgštyje, o po to oksiduojamas chloru:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 b
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
Darbai turi būti atliekami esant traukai.
Į 1 litro kūginę kolbą, kurioje yra 740 ml 25 % druskos rūgšties (analitinės kokybės), mažomis porcijomis įpilama 120 g grynos geležies drožlių ( degus – vandenilis!). Pasibaigus audringam reakcijos periodui, tirpalas pašildomas iki 80-90 °C, filtruojamas, o gautas FeCl2 tirpalas (apie 700 ml) chloruojamas aparate, parodytame fig. 21.
FeCl 2 tirpalas iš slėginio buteliuko 1 tiekiamas į absorberį 3 5 ml/min greičiu. Absorberis yra 100 cm aukščio ir 4 cm skersmens kolonėlė, užpildyta 6–8 mm skersmens ir 3 cm ilgio stiklo vamzdelių atraižomis. Chloras į kolonėlę įleidžiamas iš apačios 6 l/min greičiu. Dujos iš anksto išsiurbiamos per kolbą 2 su vandeniu plovimui. Chloro perteklius per butelį Tishchenko 4 pašalinamas į grimzlę.
Chloruotas tirpalas iš kolonėlės per sifoną teka į imtuvą 5. Procesas turi būti sureguliuotas taip, kad oksidacija būtų baigta (skystas mėginys neturėtų susidaryti mėlynų nuosėdų su K 3 Fe(CN) 6 tirpalu).
Tirpalas iš imtuvo 5 perpilamas į porcelianinį puodelį ir išgarinamas 90-95 °C temperatūroje tiksliai iki pl. 1,659 (esant 25 °C). Jei nesilaikysite šios sąlygos, tirpalas nesikristalizuos arba išsiskirs kitas metastabilus kristalinis hidratas. Likęs tirpalas retkarčiais pamaišant atšaldomas iki 4°C. Atskirti kristalai išsiurbiami Buchner piltuvu ir perkeliami į stiklainį su šlifavimo kamščiu.
Išeiga 500 g (66 % geležies). Gautas preparatas dažniausiai atitinka analitinės kokybės reagentą, tačiau kartais galima gauti preparatą x. h.
Bendra informacija apie geležies (III) chlorido hidrolizę
APIBRĖŽIMAS
Geležies (III) chloridas- vidutinė druska, sudaryta iš silpnos bazės - geležies (III) hidroksido (Fe (OH) 3) ir stiprios rūgšties - druskos (hidrochlorido) (HCl). Formulė – FeCl 3.
Tai medžiaga, kurios kristalinė struktūra yra juodai rudos, tamsiai raudonos, violetinės arba žalios spalvos, priklausomai nuo krintančios šviesos kampo. Molinė masė - 162 g / mol.
Ryžiai. 1. Geležies (II) chloridas. Išvaizda.
Geležies(III) chlorido hidrolizė
Hidrolizuojamas katijone. Terpės pobūdis rūgštus. Teoriškai galimi antrasis ir trečiasis žingsniai. Hidrolizės lygtis atrodo taip:
Pirmas lygmuo:
FeCl 3 ↔ Fe 3+ + 3Cl - (druskų disociacija);
Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + (katijonų hidrolizė);
Fe 3+ + 3Cl - + HOH ↔ FeOH 2+ + 3Cl - + H + (joninė lygtis);
FeCl 3 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl 2 + HCl (molekulinė lygtis).
Antras žingsnis:
Fe(OH)Cl 2 ↔ FeOH 2+ + 2Cl - (druskų disociacija);
FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + H + (katijonų hidrolizė);
FeOH 2+ + 2Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + 2Cl - + H + (joninė lygtis);
Fe(OH)Cl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 Cl + HCl (molekulinė lygtis).
Trečias žingsnis:
Fe(OH) 2 Cl ↔ Fe(OH) 2 + + Cl - (druskos disociacija);
Fe(OH) 2 + + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H + (katijonų hidrolizė);
Fe(OH) 2 + + Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + Cl - + H + (joninė lygtis);
Fe(OH) 2 Cl + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + HCl (molekulinė lygtis).
Problemų sprendimo pavyzdžiai
1 PAVYZDYS
| Pratimas | Geležies (III) chlorido tirpalas buvo įpiltas į natrio hidroksido tirpalą, sveriantį 150 g (ω = 10%), todėl susidarė rudos nuosėdos - geležies (III) hidroksidas. Nustatykite jo masę. |
| Sprendimas | Parašykime natrio hidroksido ir geležies (III) chlorido sąveikos reakcijos lygtį: 3NaOH + FeCl 3 \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl. Apskaičiuokite natrio hidroksido tirpalo masę: ω = m tirpalo / m tirpalo × 100 %; m tirpalas = m tirpalas ×ω/100 %; m ištirpusios medžiagos (NaOH) = m tirpalo (NaOH) × ω(NaOH)/100 %; tirpalas (NaOH) = 150 x 10/100 % = 15 g. Raskite natrio hidroksido medžiagos kiekį (molinė masė - 40 g / mol): υ (NaOH) \u003d m ištirpusios medžiagos (NaOH) / M (NaOH) \u003d 15/40 \u003d 0,375 mol. Pagal reakcijos lygtį υ (Fe (OH) 3) \u003d 3 × υ (NaOH) \u003d 3 × 0,375 \u003d 1,125 mol. Tada apskaičiuojame geležies (III) hidroksido nuosėdų masę (molinė masė - 107 g / mol): m (Fe (OH) 3) \u003d υ (Fe (OH) 3) × M (Fe (OH) 3) = 1,125 × 107 \u003d 120,375 g. |
| Atsakymas | Geležies (III) hidroksido masė yra 120,375 g. |
2 PAVYZDYS
| Pratimas | Apskaičiuokite kiekvieno elemento, sudarančio geležies (III) chloridą, masės dalis. |
| Sprendimas | Elemento masės dalis apskaičiuojama taip: ω(X) = n×Ar(X)/Mr×100 % tie. santykinės atominės masės, atsižvelgiant į cheminę medžiagą sudarančių atomų skaičių, ir šios medžiagos molekulinės masės santykis, išreikštas procentais. Geležies (III) chlorido molekulinė masė yra 162. Apskaičiuokite elementų masės dalis: geležies : ω (Fe) \u003d n × Ar (Fe) / Mr (FeCl 3) × 100 %; ω(Fe) = 1×56/162×100 % = 34,27 %. chloro: ω(Cl) \u003d n × Ar (Cl) / Mr (FeCl 3) × 100 %; ω(Cl) = 3 × 35,5/162 × 100 % = 65,73%. Norėdami patikrinti skaičiavimo teisingumą, sudėję gautas masės dalis, turime gauti 100%: ω(Fe) + ω(Cl) = 34,27 + 65,73 = 100%. |
| Atsakymas | Geležies masės dalis yra 34,27%, chloro masės dalis yra 65,73. |
Geležies chloridas (III) tirpalo pavidalu gali būti paruoštas laboratorijoje arba namuose. Jums reikės karščiui atsparių nemetalinių indų ir švarių karštų arba distiliuotų). Ištirpinus ir nusistovėjus, gaunamas tamsiai rudas skystis. Ruošiant geležies chlorido tirpalą yra keletas ypatybių, kurias turėtumėte sužinoti prieš pradėdami dirbti su juo.
Geležies chloridas
Bevandenis geležies chloridas, gaminamas chemijos pramonėje - FeCl 3 - tamsiai rudi kristalai su raudonos, violetinės, tamsiai žalios spalvos atspalviais. Molinė masė - 162,21 g / mol. Medžiaga lydosi 307,5 ° C temperatūroje, 500 ° C temperatūroje ji pradeda irti. Bevandenės druskos mėginys ištirpsta 100 g vandens:
- 74,4 g (0 °C);
- 99 g (25 °C);
- 315 g (50 °C);
- 536 g (100 °C).
Bevandenė (III) - labai higroskopinė medžiaga, greitai pritraukia drėgmę iš aplinką. Ore sąveikauja su vandeniu, virsta geltonais FeCl 3 + 6H 2 O heksahidrato kristalais.Bevandenio geležies chlorido masės dalis prekybiniame tinkle perkamoje medžiagoje siekia 95 proc. Yra nedidelis kiekis geležies chlorido FeCl 2 ir netirpių priemaišų. Prekės pavadinimas yra geležies chloridas. Medžiaga yra atspari ugniai ir sprogimui, tačiau jos tirpalas ėsdina metalinius daiktus.
Geležies (III) chlorido heksahidratas
Be bevandenio, pramonėje gaminamas kristalinis hidratas, kuriame geležies chlorido (III) masės dalis yra 60%. Medžiaga yra gelsvai ruda kristalinė masė arba birūs to paties atspalvio gabalėliai. Svarbi skiriamoji geležies ir geležies jonų savybė yra spalva. Fe 2+ oksidacijos būsena pasižymi žalsvas atspalvis, kristalinis geležies chlorido heksahidratas yra melsvai žalia medžiaga. Oksidacijos būsenoje Fe 3+ jonai įgauna spalvą nuo geltonos iki rudos. Kokybiniam nustatymui reagentai veikia geležies chlorido tirpalą:
- NaOH (atsiranda rudos Fe (OH) 3 nuosėdos);
- K 4 (atsiranda mėlynos KFe nuosėdos);
- KCNS, NaCNS (susidaro raudonasis geležies tiocianatas Fe(CNS) 3).
Kaip atskiesti geležies chloridą
Geležies (III) chlorido rudo arba raudono tirpalo pavidalu galima rasti komerciniame tinkle, paruošto laboratorijoje arba namuose. Pastaruoju atveju tikrai prireiks karščiui atsparių nemetalinių indų (stiklinių, plastikinių, keramikinių). Vandenį druskai ištirpinti galima paimti iš čiaupo. Saugesnis – virtas arba distiliuotas. Vanduo, pašildytas iki 50–70 ° C, dedamas į indą, o tada medžiaga pilama mažomis porcijomis. Geležies chlorido ir vandens santykis yra 1:3. Jei ruošiate tirpalą iš kristalinio hidrato, vandens reikės mažiau, nes jo yra kristaliniame hidrate (40% masės). Medžiaga į tirpalą pilama po truputį, kiekviena porcija apie 5-10 g Nerekomenduojama iš karto pilti viso mėginio dėl greitos hidratacijos reakcijos pobūdžio. Nenaudokite metalinių indų (šaukštų, mentelių). Druska turi būti visiškai ištirpinta šiltame vandenyje, todėl kristalai turi būti gerai sumaišyti su skysčiu. Procesas paspartinamas pridedant druskos rūgšties (1/10 kristalų masės). Kelias valandas nusistovėjus, dugne gali atsirasti nuosėdų, nes mėginyje yra ir reakcijos metu susidaro geležies hidroksidas. Paruoštas tamsiai rudas tirpalas turi būti filtruojamas ir laikomas sandariai uždarytoje plastikinėje talpykloje, vidutinėje temperatūroje ir apsaugotoje nuo tiesioginių saulės spindulių.
Geležies chlorido naudojimas pramonėje ir komunalinėse įmonėse. buitiniam naudojimui
Geležies druskos pritaikomos daugelyje sričių. Trivalentis metalo chloridas naudojamas vandens valymui, metalų ir dažų tvirtinimui. Medžiaga naudojama pramoninėje organinėje sintezėje (katalizatorius, oksidatorius). Fe 3+ jono koaguliacinės savybės ypač vertinamos valant komunalines ir pramonines nuotekas. Veikiant geležies chloridui, mažos netirpios priemaišų dalelės sulimpa ir nusėda. Taip pat yra surišta dalis tirpių teršalų, kurie pašalinami valymo įrenginiuose. Metalo spausdinimo plokščių ėsdinant naudojamas kristalinis hidratas ir bevandenė druska FeCl 3. Į betoną dedama medžiaga, kad sustiprintų jo stiprumą.
Cheminiai reiškiniai ėsdinant lentas. Apsaugos priemonės
Populiarus Cheminė medžiaga spausdintinėms plokštėms ėsdinti - geležies chloridas. Tirpalas šiems tikslams paruošiamas iš 0,150 kg druskos ir 0,200 l šilto vandens. Jame yra Fe 3+, Cl - jonų, o hidrolizės metu susidaro rudas junginys - geležies hidroksidas. Procesas vyksta pagal schemą: FeCl 3 + 3HOH ↔ Fe (OH) 3 + 3Cl - + 3H +. Šio metodo trūkumas yra plokštės užteršimas šalutiniais reakcijos produktais, dėl kurių sunku toliau ėsdinti. Pati druska yra nelaki medžiaga, tačiau sąveikaudama su vandeniu ji išskiria šarminius dūmus. Darbai turi būti atliekami lauke arba gerai vėdinamoje patalpoje. Sąlytis su tirpalu ant odos ir gleivinių sukelia dirginimą ir gali sukelti dermatitą. Reikia naudoti asmenines apsaugos priemones (akinius, pirštines). Patekus į kaustinį tirpalą, odą nuplauti dideliu kiekiu vandens.
