BÖLÜM II. İNORGANİK KİMYA
8.
Metal elementler ve bileşikleri. metaller
8.5. Ferum
8.5.2. Demir Bileşikleri ( III)
Ferum(III) oksit Fe 2 O 3 - en kararlı doğal demir sporu, kahverengi toz, atomik kristal kafeslere sahiptir, suda çözünmez. Ferum (III) oksit, zayıf amfoterik özellikler sergiler (baskınlıkla bazik olanların baskınlığı ile) - asitlerle kolayca reaksiyona girer:
Alkali metal elementlerin alkalileri ve karbonatları ile alaşımın zayıf asidik özelliklerini gösterir:
Sulu bir çözeltide oluşan sodyum ferrit, su ile tamamen ayrışır (hidrolize olur):
İndirgeyici maddeler demir(III) oksidi demire indirger:
Ferrum(III) oksit üretimi Ferrum(III) oksit, ferum(III) hidroksit veya ferrum(III) nitratın termal ayrışmasıyla elde edilir:
Ayrıca pirit kavurma sırasında da elde edilir. FeS2 :
Ferrum(III) hidroksit Fe (OH) 3 1 - zayıf amfoterik özelliklere sahip suda çözünmeyen kahverengi bir madde (baskın olanların baskın olduğu):
Konsantre alkali çözeltilerle reaksiyonlar sadece uzun süreli ısıtma ile devam eder. Bu, kararlı bir hidroksokompleks oluşturur. K3 [Fe(OH) 6]:
Ferrum(III) hidroksitin ekstraksiyonu
Ferrum (III) hidroksit, alkalilerle etkileşime girdiklerinde suda çözünür Demir (III) tuzlarından elde edilir:
Güçlü asitlerin oluşturduğu demir(III) tuzları suda yüksek oranda çözünür ve kristalli hidratlar oluşturabilir: Fe (N O 3) 3 9H 2 O, Fe 2 (S O 4) 3 9H 2 O, FeCl 3 6H 2 O. Fe 3+ tuzları katyonda hidroliz:
Demir(III) bileşikleri oksitleyici özellikler sergiler ve bu nedenle indirgeyici maddelerle etkileşime girdiklerinde Fe 3+, Fe 2+'ya dönüşür:
Bir iyona kalitatif reaksiyonlar Fe3+ :
1. Reaktif - potasyum hekzasiyanoferat (II) (sarı kan tuzu). Koyu mavi bir çökelti oluşur - Prusya mavisi:
2. Reaktif - potasyum (veya amonyum) tiyosiyanat. Kan kırmızısı renkli Ferrum(III) tiyosiyanat oluşur:
Demir ve Demir Bileşiklerinin Kullanımı
Demir metalurjisi (demir ve alaşımlarının üretimi), dünya metalurjisinin %90'ını oluşturmaktadır. Demir metalurjisi, birçok endüstrinin gelişiminin temelidir: makine mühendisliği, demirli metalin üçte birini, inşaatın (yapısal malzeme olarak, betonarme üretimi için) - dörtte birini alır; önemli bir kısmı da ulaşımda kullanılmaktadır.
Demir bazlı alaşımlar (ferromanyetik) elektrik mühendisliğinde transformatör ve elektrik motorlarının üretiminde kullanılmaktadır.
Ferum(II) oksit FeO seramik, boya pigmenti ve ısıya dayanıklı emaye bileşenlerinden biridir.
Ferum(III) oksit Fe 2 O 3 hardal mineral boya olarak kullanılır.
Manyetit Fe 3 O 4 siyah beyaz lazer yazıcılarda toner olarak sabit diskler ve ultra ince toz üretiminde kullanılır.
Demirli vitriol (demir(II) sülfat heptahidrat) FeS В 4 7H 2 O, mineral boya üretiminde ve inşaatta bitki zararlılarını kontrol etmek için kullanılır.
Ferrum(III) klorür, su arıtma için, kumaşları boyamak için mordan olarak, radyo mühendisliğinde baskılı devre kartlarını aşındırmak için ve organik sentezde bir katalizör olarak kullanılır.
FeCl 2 , FeCl 3 , FeS'in sulu çözeltileri B 4, endüstriyel tesisler için suyu arıtmak için pıhtılaştırıcı olarak kullanılır.
Ferrum(III) nitrat nonahidrat Fe (N O 3 ) 3 9H 2 V kumaş boyama işleminde mordan olarak kullanılır.
1 Fe 3 O 4 durumunda olduğu gibi, formülü olan maddeler Fe(OH ) 3 yok. Onu almaya çalıştığınızda, üretir Fe 2 O 3 n H 2 O veya FeO (OH ) - ferrum(III) metahidroksit.
Demir için kalitatif reaksiyonlar (III)
Demir iyonları (III ) çözeltide kalitatif reaksiyonlar kullanılarak belirlenebilir. Bazılarının üzerinden geçelim. Deney için bir demir klorür çözeltisi alın ( III).
1. III) - alkali ile reaksiyon.
Çözelti demir iyonları içeriyorsa ( III ), demir hidroksit oluşur ( III ) Fe(OH) 3 . Baz suda çözünmez ve kahverengi renktedir. (demir hidroksit ( II ) Fe(OH) 2 . - ayrıca çözünmez, ancak gri-yeşil renktedir). Kahverengi bir çökelti, ilk çözeltide demir iyonlarının varlığını gösterir ( III).
FeCl 3 + 3 NaOH = Fe(OH) 3 ↓+ 3 NaCl
2. Demir iyonuna kalitatif reaksiyon ( III ) - sarı kan tuzu ile reaksiyon.
Sarı kan tuzu hekzasiyanoferrat potasyumdur.K 4 [ Fe( CN) 6]. (Demir tayini için (II) kırmızı kan tuzu kullanınK 3 [ Fe( CN) 6 ]). Bir demir klorür çözeltisinin bir kısmına, bir sarı kan tuzu çözeltisi ekleyin. Prusya mavisinin* mavi çökeltisi, ilk çözeltide demir iyonlarının varlığını gösterir.
3 İLE 4 +4 FeCl3 = K Fe ) ↓ + 12 KCl
3. Demir iyonuna kalitatif reaksiyon ( III ) - potasyum tiyosiyanat ile reaksiyon.
İlk önce test çözeltisini seyreltiyoruz - aksi takdirde beklenen rengi göremeyiz. Bir demir iyonunun varlığında (III) potasyum tiyosiyanat eklendiğinde kırmızı bir madde oluşur. demir tiyosiyanattırIII). Yunan "rodeos" undan Rhodanide - kırmızı.
FeCl 3 + 3 binmerkezi sinir sistemi= Fe( merkezi sinir sistemi) 3 + 3 KCI
Prusya mavisi 18. yüzyılın başında Berlin'de boyacı Diesbach tarafından tesadüfen elde edildi. Disbach, bir tüccardan alışılmadık bir potasyum (potasyum karbonat) satın aldı: bu potasyumun bir çözeltisi, demir tuzları eklendiğinde maviye döndü. Potasyumu kontrol ederken sığır kanıyla kalsine edildiği ortaya çıktı. Boyanın kumaşlar için uygun olduğu ortaya çıktı: parlak, sağlam ve ucuz. Kısa süre sonra boya elde etmenin tarifi biliniyordu: potas, kurutulmuş hayvan kanı ve demir talaşları ile kaynaştırıldı. Böyle bir alaşımın liç edilmesiyle sarı kan tuzu elde edildi. Şimdi Prusya mavisi, matbaa mürekkebi ve renk tonu polimerleri elde etmek için kullanılıyor. .
Teçhizat:şişeler, pipet.
Emniyet . Alkali çözeltileri ve çözeltileri kullanma kurallarına uyun hekzasiyanoferratlar. Hekzasiyanoferrat çözeltilerinin konsantre asitlerle temasından kaçının.
deneyim beyanı – Elena Makhinenko, Metin- Doktora Pavel Beşpalov.
FeCl3 Mol. v. 162.21
FeCl3 6H20 Mol. v. 270.30
ÖzelliklerSusuz hazırlık - altıgen sistemin siyah-kahverengi kristal kabukları veya büyük katmanlı kristalleri, iletilen ışıkta granat kırmızısı ve yansıyan ışıkta metalik bir parlaklığa sahip yeşil. Pl. 2.898 g/cm3. 309°C'de ilaç, kısmi bozunma ile 319°C'de kaynayan hareketli kırmızı bir sıvı halinde erir. Ancak, zaten 100 °C'de FeCl3 gözle görülür şekilde uçar. Havada, açgözlülükle nemi çeker ve bulanıklaşır. Suda çok iyi çözünelim (20 °C'de %47,9, önemli ısı gelişimi ile), etil alkol, gliserin, dietil eter ve asetonda iyi çözüneceğiz, benzende biraz çözüneceğiz. Işıkta bazı organik çözücüler içindeki bir FeCl3 çözeltisi FeCl2'ye indirgenirken, çözücü oksitlenir veya klorlanır, örneğin FeCl3 ve etil alkol FeCl2 ve asetaldehit oluşturur.
FeCl 3 ·6H20 kristalli hidrat - dokunulduğunda kırmızı-kahverengi nemli, oldukça yumuşak kristal kütle. Sulu çözeltilerden, bazen bir radyan-kristal yapının yarı küresel kümelerinde kristalleşir. Nemli havada hızla çözünür. T. pl. 37 °С; 100°C'de uçucu hale gelir. 250 °C'nin üzerinde Fe 2 O 3, FeCl 3, Cl 2 ve HCl'ye ayrışır. İlaç suda çok çözünür, etil alkol, gliserin ve dietil eterde çözünür.
Susuz FeCl3 hazırlanması
70 g çok ince olmayan demir tel, 110 ° C'de kurutulur ve bir desikatörde soğutulur (Armco demir talaşı kullanmak daha da iyidir) refrakter camdan yapılmış bir tüpe 4 yerleştirilir (Şekil 20). Bu tüp, 1 litre kapasiteli geniş ağızlı bir kavanoza 5 lastik bir tıpa ile bağlanmıştır. Tüpün 4 diğer ucu, kons. H2S04 ve P2O5 ile tüp 3; şişe 2, tüp 4'ün süblime FeCl3 ile tıkanması durumunda bir güvenlik şişesidir. cihazdan klor ile hava çıkarılır ve tüp 4 bir brülör alevi ile ısıtılır, klor akımı, NaOH solüsyonu ile emme şişesi 8'den sadece nadir gaz kabarcıklarının geçeceği şekilde korunur.
Elde edilen FeCl3, kavanoz 5'e süblime edilir. Reaksiyon tamamlandıktan hemen sonra kavanoz 5'in bağlantısı kesilir ve önceden hazırlanmış bir zemin durdurucu ile hemen kapatılır.
Verim ~200 g (neredeyse %100). Nihai saflaştırma için FeCl3, bir klor akımı içinde tekrarlanan süblimasyona tabi tutulabilir, ancak bu olmadan bile, preparasyon çoğu amaç için oldukça uygundur.
FeCl3 6H20 kristalli hidratın hazırlanması
İlk olarak, metalik demirin hidroklorik asit içinde çözülmesi ve ardından klor ile oksitlenmesiyle bir FeCl 2 çözeltisi elde edilir:
Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2 b
2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
Çalışma, çekiş altında yapılmalıdır.
740 ml %25 hidroklorik asit (analitik sınıf) içeren 1 litrelik bir konik şişede, küçük porsiyonlarda 120 g saf demir talaşı eklenir ( yanıcı - hidrojen!). Reaksiyonun türbülanslı periyodu sona erdiğinde çözelti 80-90 °C'ye ısıtılır, süzülür ve ortaya çıkan FeCl2 (yaklaşık 700 mi) çözeltisi Şekil 1'de gösterilen aparatta klorlanır. 21.
Basınçlı şişeden 1 gelen FeCl2 çözeltisi, 5 ml/dakika hızında emici 3 içine beslenir. Soğurucu, 100 cm yüksekliğinde ve 4 cm çapında, 6-8 mm çapında ve 3 cm uzunluğunda cam tüp artıkları ile doldurulmuş bir kolondur.Klor, kolona alttan 6 l/dk hızında verilir. Gaz ön yıkama için su ile şişe 2 içinden emilir. Tishchenko 4 şişesi aracılığıyla fazla klor taslağa çekilir.
Klorlu çözelti kolondan sifondan alıcı 5'e akar. İşlem, oksidasyonun tamamlanacağı şekilde ayarlanmalıdır (sıvı numune, K 3 Fe(CN) 6 çözeltisi ile mavi bir çökelti vermemelidir).
Alıcı 5'ten gelen çözelti bir porselen kaba aktarılır ve 90-95 °C'de tam olarak pl'e buharlaştırılır. 1.659 (25°C'de). Bu koşula uyulmaması, ya çözeltinin kristalleşmemesine ya da başka bir yarı kararlı kristalli hidratın salınmasına yol açacaktır. Kalan çözelti ara sıra karıştırılarak 4°C'ye soğutulur. Ayrılan kristaller bir Buchner hunisi üzerinde emilir ve zemin tıpalı bir kavanoza aktarılır.
Verim 500 g (%66 demir). Elde edilen müstahzar genellikle analitik dereceli reaktife karşılık gelir, ancak bazen bir x müstahzarı elde etmek mümkündür. H.
Demir (III) klorürün hidrolizi hakkında genel bilgiler
TANIM
Demir(III) klorür- zayıf bir baz - demir (III) hidroksit (Fe (OH) 3) ve güçlü bir asit - hidroklorik (hidroklorik) (HCl) tarafından oluşturulan ortalama bir tuz. Formül - FeCl3.
Gelen ışığın açısına göre siyah-kahverengi, koyu kırmızı, mor veya yeşil kristal yapılı bir maddedir. Molar kütle - 162 g / mol.
Pirinç. 1. Demir (II) klorür. Görünüm.
Demir(III) klorürün hidrolizi
Katyonda hidrolize edilir. Ortamın doğası asidiktir. Teorik olarak, ikinci ve üçüncü adımlar mümkündür. Hidroliz denklemi şöyle görünür:
İlk aşama:
FeCl 3 ↔ Fe 3+ + 3Cl - (tuz ayrışması);
Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + (katyon hidrolizi);
Fe 3+ + 3Cl - + HOH ↔ FeOH 2+ + 3Cl - + H + (iyonik denklem);
FeCl 3 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl 2 + HCl (moleküler denklem).
İkinci adım:
Fe(OH)Cl 2 ↔ FeOH 2+ + 2Cl - (tuz ayrışması);
FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + H + (katyon hidrolizi);
FeOH 2+ + 2Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + 2Cl - + H + (iyonik denklem);
Fe(OH)Cl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 Cl + HCl (moleküler denklem).
Üçüncü adım:
Fe(OH) 2 Cl ↔ Fe(OH) 2 + + Cl - (tuz ayrışması);
Fe(OH) 2 + + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H + (katyon hidrolizi);
Fe(OH) 2 + + Cl - + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + Cl - + H + (iyonik denklem);
Fe(OH) 2 Cl + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + HCl (moleküler denklem).
Problem çözme örnekleri
ÖRNEK 1
| Egzersiz yapmak | 150 g (ω = %10) ağırlığındaki bir sodyum hidroksit çözeltisine bir demir (III) klorür çözeltisi ilave edilerek kahverengi bir çökelti - demir (III) hidroksit elde edildi. Kütlesini belirleyin. |
| Çözüm | Sodyum hidroksit ve demir (III) klorürün etkileşimi için reaksiyon denklemini yazalım: 3NaOH + FeCl3 \u003d Fe (OH) 3 ↓ + 3NaCl. Çözeltideki sodyum hidroksitin çözünen kütlesini hesaplayın: ω = m çözelti / m çözelti × %100; m çözüm = m çözüm ×ω/%100; m çözünen (NaOH) = m çözelti (NaOH) x ω(NaOH)/%100; msolüt (NaOH) = 150 x %10/100 = 15g. Sodyum hidroksit maddesi miktarını bulun (molar kütle - 40 g / mol): υ (NaOH) \u003d m çözünen (NaOH) / M (NaOH) \u003d 15/40 \u003d 0.375 mol. Reaksiyon denklemine göre υ (Fe (OH) 3) \u003d 3 × υ (NaOH) \u003d 3 × 0.375 \u003d 1.125 mol. Sonra demir (III) hidroksit çökeltisinin kütlesini hesaplıyoruz (molar kütle - 107 g / mol): m (Fe (OH) 3) \u003d υ (Fe (OH) 3) × M (Fe (OH) 3) \u003d 1.125 × 107 \u003d 120.375 g. |
| Yanıt vermek | Demir (III) hidroksitin kütlesi 120.375 g'dır. |
ÖRNEK 2
| Egzersiz yapmak | Demir (III) klorürü oluşturan elementlerin her birinin kütle kesirlerini hesaplayın. |
| Çözüm | Bir elementin kütle oranı şu şekilde hesaplanır: ω(X) = n×Ar(X)/Mr×100%, şunlar. maddeyi oluşturan atomların sayısı dikkate alınarak bağıl atom kütlesinin, bu maddenin moleküler ağırlığına oranı, yüzde olarak ifade edilir. Demir (III) klorürün moleküler ağırlığı 162'dir. Elementlerin kütle kesirlerini hesaplayın: ütü : ω (Fe) \u003d n × Ar (Fe) / Bay (FeCl 3) × %100; ω(Fe) = 1×56/162×100% = %34,27. klor: ω(Cl) \u003d n × Ar (Cl) / Mr (FeCl 3) × %100; ω(Cl) = 3×35.5/162×100% = %65.73. Hesaplamanın doğruluğunu kontrol etmek için elde edilen kütle kesirlerini ekleyerek %100 elde etmeliyiz: ω(Fe) + ω(Cl) = 34.27 + 65.73 = %100. |
| Yanıt vermek | Demirin kütle oranı %34.27, klorun kütle oranı 65.73'tür. |
Çözelti formundaki demir klorür (III) laboratuvarda veya evde hazırlanabilir. Isıya dayanıklı metalik olmayan kaplara ve sıcak veya damıtılmış temizliğe ihtiyacınız olacak). Çözünme ve çöktürmeden sonra koyu kahverengi bir sıvı elde edilir. Bir ferrik klorür çözeltisinin hazırlanmasında, onunla çalışmaya başlamadan önce öğrenmeniz gereken bir takım özellikler vardır.
Demir klorür
Kimya endüstrisi tarafından üretilen susuz demir klorür - FeCl 3 - kırmızı, mor, koyu yeşil tonlarında koyu kahverengi renkli kristaller. Molar kütle - 162.21 g / mol. Madde 307.5 °C sıcaklıkta erir, 500 °C'de ayrışmaya başlar. Bir susuz tuz örneği 100 g suda çözülür:
- 74,4 g (0°C);
- 99 gr (25 °C);
- 315 gr (50 °C);
- 536 gr (100 °C).
Susuz (III) - çok higroskopik bir madde, nemi hızla çeker. Çevre. Havada su ile etkileşime girerek sarı FeCl3 + 6H2O heksahidrat kristallerine dönüşür.Ticari bir ağda satın alınan bir maddedeki susuz ferrik klorürün kütle oranı% 95'e ulaşır. Az miktarda demir klorür FeCl2 ve çözünmeyen safsızlıklar vardır. Ticari adı Ferrik Klorürdür. Bu madde yangına ve patlamaya karşı dayanıklıdır, ancak solüsyonunun metal nesneler üzerinde aşındırıcı etkisi vardır.
Demir(III) klorür heksahidrat
Susuzlara ek olarak, endüstri, ferrik klorürün (III) kütle fraksiyonunun %60 olduğu kristalli hidrat üretir. Madde, sarı-kahverengi kristal bir kütle veya aynı renkteki gevşek parçalardır. Demir ve demir iyonlarının önemli bir ayırt edici özelliği renktir. Fe 2+ oksidasyon durumu ile karakterize edilir yeşilimsi renk tonu, kristal demir klorür heksahidrat mavimsi yeşil bir maddedir. Fe3+ iyonlarının oksidasyon durumunda sarıdan kahverengiye bir renk alır. Niteliksel bir belirleme için, reaktifler bir ferrik klorür çözeltisine etki eder:
- NaOH (kahverengi bir Fe (OH)3 çökeltisi belirir);
- K 4 (mavi bir KFe çökeltisi belirir);
- KCNS, NaCNS (kırmızı demir tiyosiyanat Fe(CNS) 3 oluşur).
Ferrik klorür nasıl seyreltilir
Kahverengi veya kırmızı bir çözelti şeklinde demir (III) klorür, laboratuarda veya evde hazırlanan ticari ağda bulunabilir. İkinci durumda, kesinlikle ısıya dayanıklı metalik olmayan tabaklara (cam, plastik, seramik) ihtiyacınız olacak. Musluktan tuzu çözmek için su alınabilir. Daha güvenli - haşlanmış veya damıtılmış. 50-70 °C'ye ısıtılan su bir kaba konur ve daha sonra madde küçük porsiyonlar halinde dökülür. Ferrik klorür ve su oranları 1:3'tür. Kristalli hidrattan bir çözelti hazırlarsanız, kristalli hidrat (ağırlıkça %40) içerdiğinden daha az su gerekir. Madde çözeltiye azar azar eklenir, her bir kısım yaklaşık 5-10 g'dır.Hidratasyon reaksiyonunun hızlı doğası nedeniyle tüm numunenin hemen dökülmesi tavsiye edilmez. Metal kaplar (kaşık, spatula) kullanmayınız. Tuz, ılık suda tamamen çözülmeli, bunun için kristaller sıvı ile iyice karıştırılmalıdır. İşlem, hidroklorik asit ilavesiyle hızlandırılır (kristallerin kütlesinin 1/10'u). Birkaç saat çöktükten sonra, numunede bulunması ve reaksiyon sırasında demir hidroksit oluşumu nedeniyle dipte bir çökelti görünebilir. Hazırlanan koyu kahverengi çözelti süzülmeli ve sıkıca kapatılmış plastik bir kapta orta sıcaklıkta ve doğrudan güneş ışığından uzakta saklanmalıdır.
Endüstride ve kamu hizmetlerinde demir klorür kullanımı. evde kullanım
Demir tuzları birçok alanda uygulama bulur. Üç değerlikli metal klorür, su arıtma, metaller ve boya sabitleme için kullanılır. Bu madde endüstriyel organik sentezde (katalizör, oksitleyici) kullanılır. Fe 3+ iyonunun pıhtılaşma özellikleri, özellikle belediye ve endüstriyel atık suların arıtılmasında değerlidir. Demir klorürün etkisi altında, çözünmeyen küçük kirlilik parçacıkları birbirine yapışır ve çöker. Ayrıca, arıtma tesisinde uzaklaştırılan çözünür kirleticilerin bir kısmının bağlanması da vardır. Metal baskı plakalarının dağlanmasında kristal hidrat ve susuz tuz FeCl3 kullanılır. Betonun mukavemetini güçlendirmek için bir madde eklenir.
Levhaların aşındırılması sırasında kimyasal olaylar. Güvenlik önlemleri
Popüler Kimyasal madde baskılı devre kartlarını aşındırmak için - demir klorür. Bu amaçlar için bir çözelti, 0.150 kg tuz ve 0.200 l ılık sudan hazırlanır. Fe 3+, Cl - iyonları içerir ve hidroliz üzerine kahverengi bir bileşik oluşur - ferrik hidroksit. İşlem şemaya göre ilerler: FeCl 3 + 3HOH ↔ Fe (OH) 3 + 3Cl - + 3H +. Bu yöntemin dezavantajı, tahtanın daha fazla dağlamayı zorlaştıran reaksiyon yan ürünleri ile kirlenmesidir. Tuzun kendisi uçucu olmayan bir maddedir, ancak su ile etkileşim sürecinde kostik dumanlar yayar. Çalışmalar açık havada veya iyi havalandırılan bir odada yapılmalıdır. Solüsyonla deri ve mukoz membranlar üzerinde temas tahrişe yol açar ve dermatite neden olabilir. Kişisel koruyucu ekipman (gözlük, eldiven) kullanılmalıdır. Kostik solüsyonla temas halinde cildi bol su ile yıkayınız.
