DEFINISJON

Jern- et element i den åttende gruppen av den fjerde perioden av det periodiske systemet av kjemiske elementer av D. I. Mendeleev.

Og det sløve tallet er 26. Symbolet er Fe (lat. "ferrum"). Et av de vanligste metallene i jordskorpen (andre plass etter aluminium).

Fysiske egenskaper til jern

Jern er et grått metall. I sin rene form er den ganske myk, formbar og formbar. Den elektroniske konfigurasjonen av det eksterne energinivået er 3d 6 4s 2 . I sine forbindelser viser jern oksidasjonstilstandene "+2" og "+3". Smeltepunktet til jern er 1539C. Jern danner to krystallinske modifikasjoner: α- og γ-jern. Den første av dem har et kubisk kroppssentrert gitter, den andre har et kubisk ansiktssentrert. α-jern er termodynamisk stabilt i to temperaturområder: under 912 og fra 1394C til smeltepunktet. Mellom 912 og 1394C er γ-jern stabilt.

De mekaniske egenskapene til jern avhenger av dets renhet - innholdet i det av selv svært små mengder andre elementer. Fast jern har evnen til å løse opp mange grunnstoffer i seg selv.

Kjemiske egenskaper av jern

I fuktig luft ruster jern raskt, d.v.s. dekket med et brunt belegg av hydratisert jernoksid, som på grunn av sin sprøhet ikke beskytter jern mot ytterligere oksidasjon. I vann korroderer jern intensivt; med rikelig tilgang på oksygen dannes hydratiserte former for jernoksid (III):

2Fe + 3/2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

Ved mangel på oksygen eller med vanskelig tilgang dannes et blandet oksid (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

Jern oppløses i saltsyre i hvilken som helst konsentrasjon:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2.

På samme måte skjer oppløsning i fortynnet svovelsyre:

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2.

I konsentrerte løsninger av svovelsyre oksideres jern til jern (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Imidlertid, i svovelsyre, hvis konsentrasjon er nær 100%, blir jern passivt og det er praktisk talt ingen interaksjon. I fortynnede og moderat konsentrerte løsninger av salpetersyre oppløses jern:

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Ved høye konsentrasjoner av salpetersyre bremses oppløsningen og jern blir passivt.

Som andre metaller reagerer jern med enkle stoffer. Reaksjonene av interaksjonen mellom jern og halogener (uavhengig av typen halogen) fortsetter når de varmes opp. Samspillet mellom jern og brom fortsetter ved et økt damptrykk av sistnevnte:

2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Samspillet mellom jern og svovel (pulver), nitrogen og fosfor oppstår også ved oppvarming:

6Fe + N2 = 2Fe3N;

2Fe + P = Fe2P;

3Fe + P = Fe 3 P.

Jern er i stand til å reagere med ikke-metaller som karbon og silisium:

3Fe + C = Fe3C;

Blant reaksjonene av interaksjon av jern med komplekse stoffer, spiller følgende reaksjoner en spesiell rolle - jern er i stand til å redusere metaller som er i aktivitetsserien til høyre for det, fra saltløsninger (1), til å redusere jern (III) forbindelser (2):

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2 (2).

Jern, ved forhøyet trykk, reagerer med et ikke-saltdannende oksid - CO for å danne stoffer med kompleks sammensetning - karbonyler - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 og Fe 3 (CO) 12.

Jern, i fravær av urenheter, er stabilt i vann og i fortynnede alkaliløsninger.

Får jern

Den viktigste måten å skaffe jern på er fra jernmalm (hematitt, magnetitt) eller elektrolyse av løsninger av dets salter (i dette tilfellet oppnås "rent" jern, dvs. jern uten urenheter).

Eksempler på problemløsning

EKSEMPEL 1

Oppgaven

Jernskjell Fe 3 O 4 som veide 10 g ble først behandlet med 150 ml saltsyreløsning (densitet 1,1 g/ml) med en massefraksjon av hydrogenklorid på 20 %, og deretter ble et overskudd av jern tilsatt til den resulterende løsningen. Bestem sammensetningen av løsningen (i vektprosent).

Løsning

Vi skriver reaksjonsligningene i henhold til tilstanden til problemet: 8HCl + Fe304 \u003d FeCl2 + 2FeCl3 + 4H20 (1); 2FeCl3 + Fe = 3FeCl2 (2). Når du kjenner tettheten og volumet til en saltsyreløsning, kan du finne massen: m sol (HCl) = V(HCl) x p (HCl); m sol (HCl) \u003d 150 × 1,1 \u003d 165 g. Regn ut massen av hydrogenklorid: m(HCl)=msol(HCl)×ω(HCl)/100%; m(HCl) = 165 x 20 %/100 % = 33 g. Den molare massen (massen av en mol) av saltsyre, beregnet ved hjelp av tabellen over kjemiske elementer av D.I. Mendeleev - 36,5 g / mol. Finn mengden hydrogenkloridstoff: v(HCl) = m(HCl)/M(HCl); v (HCl) \u003d 33 / 36,5 \u003d 0,904 mol. Molar masse (masse av en mol) av skala, beregnet ved hjelp av tabellen over kjemiske elementer av D.I. Mendeleev - 232 g/mol. Finn mengden av avleiringsstoff: v (Fe 3 O 4) \u003d 10/232 \u003d 0,043 mol. I henhold til ligning 1, v(HCl): v(Fe 3 O 4) \u003d 1: 8, derfor v (HCl) \u003d 8 v (Fe 3 O 4) \u003d 0,344 mol. Da vil mengden av hydrogenkloridstoff beregnet i henhold til ligningen (0,344 mol) være mindre enn det som er angitt i tilstanden til problemet (0,904 mol). Derfor er saltsyre i overskudd og en annen reaksjon vil fortsette: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (3). La oss bestemme mengden jernkloridstoff som dannes som et resultat av den første reaksjonen (indekser angir en spesifikk reaksjon): v 1 (FeCl 2): ​​​​v (Fe 2 O 3) = 1:1 = 0,043 mol; v 1 (FeCl3): v (Fe203) = 2:1; v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0,086 mol. La oss bestemme mengden hydrogenklorid som ikke reagerte i reaksjon 1 og mengden jern(II)kloridstoff som ble dannet under reaksjon 3: v rem (HCl) \u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \u003d 0,904 - 0,344 \u003d 0,56 mol; v 3 (FeCl 2): ​​​​v rem (HCl) = 1:2; v 3 (FeCl 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol. La oss bestemme mengden FeCl 2-stoff som dannes under reaksjon 2, den totale mengden FeCl 2-stoff og massen: v 2 (FeCl3) = v 1 (FeCl3) = 0,086 mol; v 2 (FeCl 2): ​​​​v 2 (FeCl 3) = 3:2; v 2 (FeCl 2) = 3/2 x v 2 (FeCl 3) = 0,129 mol; v sum (FeCl 2) \u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \u003d 0,043 + 0,129 + 0,28 \u003d 0,452 mol; m (FeCl 2) \u003d v sum (FeCl 2) × M (FeCl 2) \u003d 0,452 × 127 \u003d 57,404 g. La oss bestemme mengden stoff og massen av jern som gikk inn i reaksjon 2 og 3: v2 (Fe): v2 (FeCl3) = 1:2; v 2 (Fe) \u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \u003d 0,043 mol; v 3 (Fe): v rem (HCl) = 1:2; v 3 (Fe) = 1/2 x v rem (HCl) = 0,28 mol; v sum (Fe) \u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \u003d 0,043 + 0,28 \u003d 0,323 mol; m(Fe) = v sum (Fe) ×M(Fe) = 0,323 ×56 = 18,088 g. La oss beregne mengden stoff og massen av hydrogen som frigjøres i reaksjon 3: v (H 2) \u003d 1/2 × v rem (HCl) \u003d 0,28 mol; m (H 2) \u003d v (H 2) × M (H 2) \u003d 0,28 × 2 \u003d 0,56 g. Vi bestemmer massen til den resulterende løsningen m 'sol og massefraksjonen av FeCl 2 i den: m’ sol \u003d m sol (HCl) + m (Fe 3 O 4) + m (Fe) - m (H 2);

Kjemiske egenskaper av jern la oss vurdere eksemplet på dets interaksjon med typiske ikke-metaller - svovel og oksygen.

Bland jern og svovel knust til en pulveraktig tilstand i en petriskål. La oss varme en stålnål i en flamme og berøre den med en blanding av reagenser. En voldsom reaksjon mellom jern og svovel er ledsaget av frigjøring av varme og lysenergi. Det faste produktet av interaksjonen mellom disse stoffene - jern(II)sulfid - er svart. I motsetning til jern, tiltrekkes det ikke av en magnet.

Jern reagerer med svovel og danner jern(II)sulfid. La oss skrive reaksjonsligningen:

Reaksjonen av jern med oksygen krever også forvarming. Hell kvartssand i et tykkvegget kar. La oss varme en bunt veldig tynn jerntråd, såkalt jernull, i flammen til en brenner. La oss bringe den rødglødende ledningen inn i karet med oksygen. Jern brenner med en blendende flamme, sprer gnister - glødende partikler av jernavleiring Fe 3 O 4.

Den samme reaksjonen skjer i luft, når stålet varmes kraftig opp av friksjon under bearbeiding.

Når jern forbrennes i oksygen eller i luft, dannes jernbelegg:

3Fe + 2O 2 \u003d Fe 3 O 4, materiale fra nettstedet

eller 3Fe + 2O 2 \u003d FeO. Fe2O3.

Jernoksid er en forbindelse der jern har forskjellige valensverdier.

Passasjen av begge reaksjoner av forbindelsen er ledsaget av frigjøring av termisk og lysenergi.

På denne siden finner du materiell om temaene:

• Hva slags reaksjon er jernsulfid med oksygen

• Skriv en likning mellom jern og svovel

• Ligning av reaksjonene mellom jern og oksygen

• Et eksempel på en kjemisk reaksjon av kombinasjonen av jern med svovel

• Ligningen for samspillet mellom oksygen og jern

Spørsmål om denne varen:

Introduksjon

Studiet av de kjemiske egenskapene til individuelle elementer er en integrert del av kjemikurset i den moderne skolen, som gjør det mulig, på grunnlag av den induktive tilnærmingen, å gjøre en antagelse om egenskapene til den kjemiske interaksjonen av elementer basert på deres fysisk-kjemiske kjennetegn. Imidlertid tillater ikke det kjemiske laboratoriets evner alltid å demonstrere avhengigheten av de kjemiske egenskapene til et element på dets posisjon i det periodiske systemet av kjemiske elementer, strukturelle trekk ved enkle stoffer.

De kjemiske egenskapene til svovel brukes både i begynnelsen av studiet av et kjemikurs for å demonstrere forskjellen mellom kjemiske fenomener og fysiske fenomener, og i studiet av egenskapene til individuelle kjemiske elementer. Den hyppigst anbefalte demonstrasjonen i retningslinjer er samspillet mellom svovel og jern, som et eksempel på kjemiske fenomener og et eksempel på svovels oksiderende egenskaper. Men i de fleste tilfeller fortsetter denne reaksjonen enten ikke i det hele tatt, eller resultatene av forløpet kan ikke vurderes med det blotte øye. Ulike alternativer for å utføre dette eksperimentet er ofte preget av lav reproduserbarhet av resultatene, noe som ikke tillater at de systematisk brukes til å karakterisere de ovennevnte prosessene. Derfor er det relevant å søke etter alternativer som kan utgjøre et alternativ til å demonstrere prosessen med interaksjon av jern med svovel, tilstrekkelig til egenskapene til et kjemisk laboratorium på skolen.

Mål: Undersøke muligheten for å utføre reaksjoner på samspillet mellom svovel og metaller i et skolelaboratorium.

Oppgaver:

Bestem de viktigste fysiske og kjemiske egenskapene til svovel;

Analysere betingelsene for gjennomføringen og flyten av reaksjoner av interaksjon av svovel med metaller;

Å studere kjente metoder for implementering av samspillet mellom svovel og metaller;

Velg systemer for å utføre reaksjoner;

Vurdere tilstrekkeligheten av de valgte reaksjonene til forholdene til skolens kjemiske laboratorium.

Studieobjekt: reaksjoner av interaksjon av svovel med metaller

Studieemne: gjennomførbarheten av interaksjonsreaksjoner mellom svovel og metaller i et skolelaboratorium.

Hypotese: Et alternativ til interaksjonen av jern med svovel under forholdene til et kjemisk laboratorium på skolen vil være en kjemisk reaksjon som oppfyller kravene til klarhet, reproduserbarhet, relativ sikkerhet og tilgjengelighet av reaktanter.

Vi ønsker å starte arbeidet med en kort beskrivelse av svovel:

Posisjon i det periodiske systemet: svovel er i periode 3, gruppe VI, hoved(A) undergruppe, tilhører s-elementer.

Atomnummeret til svovel er 16, derfor er ladningen til svovelatomet + 16, antall elektroner er 16. Tre elektroniske nivåer i det ytre nivået er 6 elektroner

Skjema for arrangement av elektroner etter nivåer:

16S )))
2 8 6

Kjernen til 32 S svovelatomet inneholder 16 protoner (lik kjerneladningen) og 16 nøytroner (atommasse minus antall protoner: 32 - 16 = 16).

Elektronisk formel: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

Tabell 1

Verdiene av ioniseringspotensialene til svovelatomet

Ioniseringspotensial

Energi (eV)

Svovel i kulden ganske inert (kopper kraftig bare med fluor), men når den varmes opp blir den veldig reaktiv - den reagerer med halogenider(unntatt jod), oksygen, hydrogen og nesten alle metaller. Som et resultat reaksjoner av sistnevnte type dannes de tilsvarende svovelforbindelsene.

Reaktiviteten til svovel, som alle andre grunnstoffer, når de interagerer med metaller avhenger av:

aktiviteten til reagerende stoffer. For eksempel vil svovel mest aktivt samhandle med alkalimetaller

på reaksjonstemperaturen. Dette forklares av de termodynamiske egenskapene til prosessen.

Den termodynamiske muligheten for spontane kjemiske reaksjoner under standardbetingelser bestemmes av standard Gibbs-energien til reaksjonen:

ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 T > 0 - direkte reaksjon er umulig

på malingsgraden av de reagerende stoffene, siden både svovel og metaller reagerer hovedsakelig i fast tilstand.

Termodynamiske egenskaper for noen reaksjoner av interaksjon av svovel med metaller er gitt i lysbilde 4

Det kan ses av tabellen at det er termodynamisk mulig for svovel å interagere både med metaller fra begynnelsen av en serie av spenninger og med lavaktive metaller.

Således er svovel et ganske aktivt ikke-metall når det oppvarmes, i stand til å reagere med metaller med både høy aktivitet (alkalisk) og lav aktivitet (sølv, kobber).

Studie av samspillet mellom svovel og metaller

Valg av systemer for forskning

For å studere samspillet mellom svovel og metaller, ble systemer valgt, inkludert metaller lokalisert på forskjellige steder i Beketov-serien, med forskjellige aktiviteter.

Følgende kriterier ble bestemt som seleksjonsbetingelser: utførelseshastighet, synlighet, fullstendighet av reaksjonen, relativ sikkerhet, reproduserbarhet av resultatet, stoffer bør avvike markant i fysiske egenskaper, tilstedeværelsen av stoffer i skolelaboratoriet, det er vellykkede forsøk å utføre interaksjoner av svovel med spesifikke metaller.

For å vurdere reproduserbarheten til de utførte reaksjonene ble hvert forsøk utført tre ganger.

Basert på disse kriteriene ble følgende reaksjonssystemer valgt for eksperimentet:

SOLVEL OG KOBBER Cu + S = CuS + 79 kJ/mol

Metodikk og forventet effekt

La oss ta 4 g svovel i pulverform og hell det i et reagensrør. Varm svovel i et reagensrør til koking. Ta så en kobbertråd og varm den over en flamme. Når svovelet smelter og koker, legg kobbertråd inn i det

Forventet resultat:Reagensrøret er fylt med brune damper, ledningen varmes opp og "brenner ut" med dannelse av sprø sulfid.

2. Interaksjon av svovel med kobber.

Reaksjonen viste seg å være lite tydelig, spontan oppvarming av kobber skjedde heller ikke. Når saltsyre ble tilsatt, ble det ikke observert noen spesiell gassutvikling.

SVOV OG JERN Fe + S = FeS + 100,4 kJ/mol

Metodikk og forventet effekt

Ta 4 g pulverisert svovel og 7 g pulverisert jern og bland. Hell den resulterende blandingen i et reagensrør. Vi varmer opp stoffene i reagensrøret

Forventet resultat:Det er en sterk spontan oppvarming av blandingen. Det resulterende jernsulfidet sintres. Stoffet skilles ikke av vann og reagerer ikke på en magnet.

1. Interaksjon av svovel med jern.

Det er praktisk talt umulig å utføre en reaksjon for å oppnå jernsulfid uten rester under laboratorieforhold, det er svært vanskelig å bestemme når stoffene har reagert fullstendig, spontan oppvarming av reaksjonsblandingen observeres ikke. Det resulterende stoffet ble sjekket for å se om det var jernsulfid. Til dette brukte vi HCl. Da vi droppet saltsyre på stoffet begynte det å skumme, hydrogensulfid ble frigjort.

SOLVEL OG NATRIUM 2Na + S \u003d Na 2S + 370,3 kJ / mol

Metodikk og forventet effekt

Ta 4 g pulverisert svovel og hell det i en morter, mal det godt

La oss skjære av et stykke natrium som veier ca 2 g. Skjær av oksidfilmen, slip dem sammen.

Forventet resultat:Reaksjonen fortsetter voldsomt, selvantennelse av reagensene er mulig.

3. Interaksjon av svovel med natrium.

Samspillet mellom svovel og natrium er i seg selv et farlig og minneverdig eksperiment. Etter noen sekunders gnidning fløy de første gnistene, natrium og svovel blusset opp i mørtelen og begynte å brenne. Når produktet interagerer med saltsyre, frigjøres hydrogensulfid aktivt.

SVOV OG SINK Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol

Metodikk og forventet effekt

Ta pulverisert svovel og sink, 4 g hver, bland stoffene. Hell den ferdige blandingen på et asbestnett. Vi tar med en varm fakkel til stoffene

Forventet resultat:Reaksjonen går ikke umiddelbart, men voldsomt dannes det en grønnblå flamme.

4. Interaksjon av svovel med sink.

Reaksjonen er svært vanskelig å starte, den krever bruk av sterke oksidasjonsmidler eller høy temperatur for å starte den. Stoffer blinker med en grønnblå flamme. Når flammen slukker, forblir en rest på dette stedet; når den samhandler med saltsyre, frigjøres hydrogensulfid litt.

SVOVEL OG ALUMINIUM 2Al + 3S \u003d Al 2S 3 + 509,0 kJ / mol

Metodikk og forventet effekt

Ta pulverisert svovel som veier 4 g og aluminium som veier 2,5 g og bland. Vi legger den resulterende blandingen på et asbestnett. Tenn blandingen med brennende magnesium

Forventet resultat:Reaksjonen er et glimt.

5. Interaksjon av svovel med aluminium.

Reaksjonen krever tilsetning av et sterkt oksidasjonsmiddel som initiator. Etter tenning med brennende magnesium var det et kraftig blink av gulhvit farge, hydrogensulfid frigjøres ganske aktivt.

SOLVEL OG MAGNESIUM Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol

Metodikk og forventet effekt

Ta magnesiumspon 2,5 g og svovelpulver 4 g og bland

Den resulterende blandingen vil bli plassert på et asbestnett. Vi bringer splinten til den resulterende blandingen.

Forventet resultat:Under reaksjonen oppstår et kraftig blink.

4. Interaksjon av svovel med magnesium.

Reaksjonen krever tilsetning av rent magnesium som initiator. Det er et kraftig blink med en hvitaktig farge, hydrogensulfid frigjøres aktivt.

Produksjon

Reaksjonen for å oppnå jernsulfid ble ikke fullført, siden en rest var igjen i form av en blanding av plastisk svovel og jern.

Den mest aktive frigjøringen av hydrogensulfid ble manifestert i natriumsulfid og magnesium- og aluminiumsulfider.

Mindre aktiv frigjøring av hydrogensulfid var i kobbersulfid.

Å utføre eksperimenter for å oppnå natriumsulfid er farlig og anbefales ikke i et skolelaboratorium.

Reaksjoner for produksjon av aluminium, magnesium og sinksulfider er mest egnet for gjennomføring i skoleforhold.

De forventede og faktiske resultatene falt sammen med samspillet mellom svovel og natrium, magnesium og aluminium.

Konklusjon

Til tross for de eksisterende anbefalingene for å demonstrere samspillet mellom jern og svovel som et eksempel som illustrerer de kjemiske fenomenene og oksiderende egenskapene til svovel i et generell skolekjemikurs, er den faktiske implementeringen av et slikt eksperiment ofte ikke ledsaget av en synlig effekt.

Ved fastsettelse av et alternativ til denne demonstrasjonen ble det valgt systemer som tilfredsstilte kravene til synlighet, sikkerhet og tilgjengelighet av reaktanter i skolelaboratoriet. Som mulige alternativer ble reaksjonssystemene for svovel med kobber, jern, sink, magnesium, aluminium, natrium valgt, noe som gjør det mulig å evaluere effektiviteten av å bruke reaksjonen av interaksjon av svovel med forskjellige metaller som demonstrasjonseksperimenter i kjemitimer.

Basert på resultatene fra forsøkene ble det bestemt at det er mest optimalt for disse formålene å bruke reaksjonssystemene av svovel med metaller med middels høy aktivitet (magnesium, aluminium).

Basert på eksperimentene ble det laget en video som demonstrerer de oksiderende egenskapene til svovel ved å bruke eksemplet på dets interaksjon med metaller, som gjør det mulig å beskrive disse egenskapene uten å gjennomføre et fullskala eksperiment. En nettside er opprettet som et ekstra hjelpemiddel ( ), som blant annet presenterer resultatene av studien i en visuell form.

Resultatene av studien kan bli grunnlaget for en dypere studie av egenskapene til de kjemiske egenskapene til ikke-metaller, kjemisk kinetikk og termodynamikk.

Jern er et element i en sekundær undergruppe av den åttende gruppen av den fjerde perioden av det periodiske systemet av kjemiske elementer av D. I. Mendeleev med atomnummer 26. Det er betegnet med symbolet Fe (lat. Ferrum). Et av de vanligste metallene i jordskorpen (andre plass etter aluminium). Middels aktivitet metall, reduksjonsmiddel.

Hovedoksidasjonstilstander - +2, +3

Det enkle stoffet jern er et formbart sølv-hvitt metall med høy kjemisk reaktivitet: jern korroderer raskt ved høye temperaturer eller høy luftfuktighet. I rent oksygen brenner jern, og i finfordelt tilstand antennes det spontant i luft.

Kjemiske egenskaper til et enkelt stoff - jern:

Ruster og brenner i oksygen

1) I luft oksideres jern lett i nærvær av fuktighet (rusting):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3

En oppvarmet jerntråd brenner i oksygen og danner avleiringer - jernoksid (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)

2) Ved høye temperaturer (700–900°C) reagerer jern med vanndamp:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) Jern reagerer med ikke-metaller ved oppvarming:

2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)

Fe + S – t° → FeS (600 °С)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) I en serie spenninger er det til venstre for hydrogen, reagerer med fortynnede syrer Hcl og H 2 SO 4, mens det dannes jern (II) salter og hydrogen frigjøres:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaksjoner utføres uten lufttilgang, ellers omdannes Fe +2 gradvis av oksygen til Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (diff.) → FeSO 4 + H 2

I konsentrerte oksiderende syrer oppløses jern kun når det varmes opp, det går umiddelbart over i Fe 3+-kationen:

2Fe + 6H 2 SO 4 (kons.) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (kons.) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(i den kalde, konsentrerte salpetersyre og svovelsyre passivisere

En jernspiker nedsenket i en blåaktig løsning av kobbersulfat blir gradvis dekket med et belegg av rødt metallisk kobber.

5) Jern fortrenger metaller til høyre for det i løsninger av deres salter.

Fe + CuS04 → FeSO4 + Cu

Amfoterisitet av jern manifesteres bare i konsentrerte alkalier under koking:

Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2

og et bunnfall av natriumtetrahydroxoferrat(II) dannes.

Teknisk strykejern- legeringer av jern med karbon: støpejern inneholder 2,06-6,67 % C, stål 0,02-2,06% C, andre naturlige urenheter (S, P, Si) og kunstig innførte spesialtilsetningsstoffer (Mn, Ni, Cr) er ofte tilstede, noe som gir jernlegeringer teknisk nyttige egenskaper - hardhet, termisk og korrosjonsbestandighet, formbarhet, etc. . .

Produksjonsprosess for masovnsjern

Masovnsprosessen for jernproduksjon består av følgende stadier:

a) tilberedning (brenning) av sulfid- og karbonatmalm - konvertering til oksidmalm:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° С, -CO 2)

b) brenning av koks med varm sprengning:

C (koks) + O 2 (luft) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (koks) ⇌ 2CO (700-1000 ° C)

c) reduksjon av oksidmalm med karbonmonoksid CO i rekkefølge:

Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO) Fe

d) karburering av jern (opptil 6,67 % C) og smelting av støpejern:

Fe (t ) →(C(cola)900–1200°C) Fe (g) (støpejern, t pl 1145°С)

I støpejern er sementitt Fe 2 C og grafitt alltid til stede i form av korn.

Stålproduksjon

Omfordelingen av støpejern til stål utføres i spesielle ovner (omformer, åpen ildsted, elektrisk), som er forskjellige i oppvarmingsmetoden; prosesstemperatur 1700-2000 °C. Å blåse oksygenanriket luft brenner ut overflødig karbon fra støpejern, samt svovel, fosfor og silisium i form av oksider. I dette tilfellet fanges oksider enten opp i form av avgasser (CO 2, SO 2), eller bindes til et lett separert slagg - en blanding av Ca 3 (PO 4) 2 og CaSiO 3. For å oppnå spesialstål, blir legeringstilsetninger av andre metaller introdusert i ovnen.

Kvittering rent jern i industrien - elektrolyse av en løsning av jernsalter, for eksempel:

FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (elektrolyse)

(det finnes andre spesielle metoder, inkludert reduksjon av jernoksider med hydrogen).

Rent jern brukes i produksjon av spesiallegeringer, i produksjon av kjerner av elektromagneter og transformatorer, støpejern brukes i produksjon av støpegods og stål, stål brukes som struktur- og verktøymaterialer, inkludert slitasje-, varme- og korrosjon -bestandige materialer.

Jern(II)oksid F EO . Amfotert oksid med stor overvekt av grunnleggende egenskaper. Svart, har en ionisk struktur av Fe 2+ O 2-. Når den varmes opp, brytes den først ned, for så å dannes igjen. Det dannes ikke under forbrenning av jern i luft. Reagerer ikke med vann. Nedbrytes av syrer, smeltet sammen med alkalier. Oksyderer sakte i fuktig luft. Gjenvinnes av hydrogen, koks. Deltar i masovnsprosessen for jernsmelting. Den brukes som en komponent i keramikk og mineralmaling. Ligninger for de viktigste reaksjonene:

4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 ° С, 900-1000 ° С)

FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (kons.) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \u003d 2H2O+ Nen 4FeO3 (rød.) trioksoferrat(II)(400–500 °С)

FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (høy renhet) (350 ° C)

FeO + C (koks) \u003d Fe + CO (over 1000 ° C)

FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)

4FeO + 2H 2 O (fuktighet) + O 2 (luft) → 4FeO (OH) (t)

6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Kvittering i laboratorier: termisk dekomponering av jern (II) forbindelser uten lufttilgang:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 ° С)

Dijernoksid (III) - jern ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . Dobbelt oksid. Svart, har den ioniske strukturen til Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Termisk stabil opp til høye temperaturer. Reagerer ikke med vann. Nedbrytes av syrer. Det reduseres av hydrogen, glødende jern. Deltar i masovnsprosessen for jernproduksjon. Det brukes som en komponent i mineralmaling ( minium jern), keramikk, farget sement. Produktet av spesiell oksidasjon av overflaten til stålprodukter ( sverting, blånende). Sammensetningen tilsvarer brunrust og mørk skala på jern. Bruk av Fe 3 O 4-formelen anbefales ikke. Ligninger for de viktigste reaksjonene:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (over 1538 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (kons.) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (luft) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° С)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (høy renhet, 1000 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 ° С, 560-700 ° С)

Kvittering: forbrenning av jern (se) i luft.

magnetitt.

Jern(III)oksid F e 2 O 3 . Amfotert oksid med en overvekt av grunnleggende egenskaper. Rødbrun, har ionisk struktur (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Termisk stabil opp til høye temperaturer. Det dannes ikke under forbrenning av jern i luft. Reagerer ikke med vann, et brunt amorft hydrat Fe 2 O 3 nH 2 O feller ut fra løsningen Reagerer sakte med syrer og alkalier. Det reduseres av karbonmonoksid, smeltet jern. Legeringer med oksider av andre metaller og danner doble oksider - spineller(tekniske produkter kalles ferritter). Det brukes som råstoff i jernsmelting i masovnsprosessen, som katalysator ved produksjon av ammoniakk, som komponent i keramikk, farget sementer og mineralmaling, ved termittsveising av stålkonstruksjoner, som lyd- og bildebærer. på magnetbånd, som poleringsmiddel for stål og glass.

Ligninger for de viktigste reaksjonene:

6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° С)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)

Fe 2 O 3 + 2 NaOH (kons.) → H 2 O+ 2 NmenFeO 2 (rød)dioksoferrat(III)

Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (svært ren, 1050-1100 ° С)

Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)

3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° С)

Kvittering i laboratoriet - termisk dekomponering av jern (III) salter i luft:

Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° С)

4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° С)

I naturen - jernoksidmalm hematitt Fe 2 O 3 og limonitt Fe 2 O 3 nH 2 O

Jern(II)hydroksid F e(OH)2. Amfoterisk hydroksid med overvekt av grunnleggende egenskaper. Hvite (noen ganger med et grønnaktig skjær), Fe-OH-bindinger er overveiende kovalente. Termisk ustabil. Oksyderer lett i luft, spesielt når det er vått (mørker). Uløselig i vann. Reagerer med fortynnede syrer, konsentrerte alkalier. Typisk restaurerer. Et mellomprodukt ved rust av jern. Det brukes til fremstilling av den aktive massen av jern-nikkel-batterier.

Ligninger for de viktigste reaksjonene:

Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C, i atm.N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2 NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (blå-grønn) (kokende)

4Fe(OH) 2 (suspensjon) + O 2 (luft) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)

2Fe (OH) 2 (suspensjon) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (kons.) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° С)

Kvittering: utfelling fra løsning med alkalier eller ammoniakkhydrat i en inert atmosfære:

Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fe(OH) 2 ↓

Fe2+ ​​+ 2 (NH3H20) = Fe(OH) 2 ↓+ 2NH4

Jernmetahydroksid F eO(OH). Amfoterisk hydroksid med overvekt av grunnleggende egenskaper. Lysebrune, Fe-O og Fe-OH bindinger er overveiende kovalente. Når den varmes opp, brytes den ned uten å smelte. Uløselig i vann. Det utfelles fra løsningen i form av et brunt amorft polyhydrat Fe 2 O 3 nH 2 O, som når det holdes under en fortynnet alkalisk løsning eller når det tørkes, blir til FeO (OH). Reagerer med syrer, faste alkalier. Svak oksidasjons- og reduksjonsmiddel. Sintret med Fe(OH) 2 . Et mellomprodukt ved rust av jern. Den brukes som base for gul mineralmaling og emaljer, som avgassabsorber, som katalysator i organisk syntese.

Koblingssammensetning Fe(OH) 3 er ikke kjent (ikke oppnådd).

Ligninger for de viktigste reaksjonene:

Fe203. nH 2 O→( 200-250 °С, —H 2 O) FeO(OH)→( 560-700°C i luft, -H2O)→Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O

FeO(OH)→ Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloid(NaOH (kons.))

FeO(OH)→ Nen 3 [Fe(OH) 6 ]Hvit henholdsvis Na5 og K4; i begge tilfeller utfelles et blått produkt med samme sammensetning og struktur, KFe III. I laboratoriet kalles dette bunnfallet prøyssisk blå, eller turnbull blå:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Kjemiske navn på innledende reagenser og reaksjonsprodukt:

K 3 Fe III - kaliumheksacyanoferrat (III)

K 4 Fe III - kaliumheksacyanoferrat (II)

KFe III - heksacyanoferrat (II) jern (III) kalium

I tillegg er tiocyanat-ionet NCS - et godt reagens for Fe 3+ ioner, jern (III) kombineres med det, og en knallrød ("blodig") farge vises:

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

Med dette reagenset (for eksempel i form av KNCS-salt) kan til og med spor av jern (III) oppdages i springvann hvis det passerer gjennom jernrør dekket med rust fra innsiden.