Тема «Свойства железа и его соединений»

Кейс

Тема «Свойства железа и его соединений»

56 / 2ē Fe+2 → FeO → Fe(OH)2 - основной характер

Fe →3ē Fe+3 → Fe2O3 → Fe(OH)3 – амфотерный характер

26 \ +6 Fe+6O3 → H2FeO4 → K2FeO4 –кислотный характер

железная к-та

Fe – nē →	+ O2 → Fe3O4	С простыми веществами
+Cl2 → FeCl3
+ S → FeS
+ HCl→ FeCl2 + H2↑	Me(активнее Me,в соли)
+ H2SO4(к) ≠	Пассивирование
+ HNO3(к) ≠
+ HNO3(р) = Fe(NO3)3 + NH4NO3 +H2O	С растворами кислот и водой
+ H2SO4(р) = FeSO4 + H2↑
+ 6H2O = 4 Fe(OH)3 ↓

Соединения железа (II)

FeO	+H2 = Fe + H2O	C простыми веществами
+C = Fe + CO
+ O2 = Fe2O3
FeO	+ HCl(р) = FeCl2 + H2O	Со сложными веществами
+ HNO3(к) = Fe(NO3)3 + NO2 + H2O
+H2S = FeS + H2O
Fe(OH)3	+ HCl = FeCl2 + H2O	Проявляет слабые амфотерные свойства
+NaOH = Na2[Fe(OH)4]
+ O2 + H2O = Fe(OH)3

Соединения железа (III)

(проявляют амфотерные свойства)

Fe2O3	Fe(OH)3
Fe2O3 + 6HCl = 2 FeCl3 +3 H2O	Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3 H2O
Fe2O3 + 2NaOH = 2 NaFeO2 + H2O феррит натрия	Fe(OH)3 + 3KOH = K2[Fe(OH)6]
Fe2O3 + 3СO = 2FeO + CO2	t° 2 Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3 H2O
Fe2O3 + K2CO3 = 2KFeO2 + CO2↑

Качественные реакции

Fe2+	Fe3+
K3[Fe(CN)6] → Fe3[Fe(CN)6]↓ Синий осадок – турбулевая синь	K4[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]↓ Берлинская лазурь

I.Упражнения

1. Осуществить превращения.

1) FeCl3 → Fe(OH)2 → Fe(OH)3 → Fe2O3 → Fe

2) Fe2O3 → Fe → FeSO4 → FeCl2 → Fe

3) Fe → FeCl3 → Fe(OH)2 → Fe(OH)3 → FeSO4 → Fe → FeCl3

4) Fe → Fe2O3 → FeSO4 → Fe(OH)2 → Fe(OH)3 → Fe2O3 → FeCl3

↓

K2[Fe(OH)4]

5) FeS2 → Fe(OH)3 → FeCl3 → Fe(NO3)3 → Fe2O3 → Fe→ FeCl3

+HCl O2 H2O

6) FeS → H2S → S → H2SO4 → FeSO4 → FeS

O2

HCl Cl2 Na2SO3 HI

7) Fe → X1 → X2 → X3 → X4 (S)

H2O

2. Напишите четыре способа получения гидроксида железа (III)

3. Напишите четыре возможных реакций с участием следующих веществ:

FeCl3, NaI, CsOH, H2SO4 , Na2Cr2O7.

4. Даны вещества: NaOH, Fe, O2, H2O. Написать возможные уравнения реакций.

5. Получить всеми способами сульфат железа (II).

6. Распознать следующие вещества: FeCl3, FeCl2, Fe2(SO4)3, AlCl3, NaCl.

7. Доказать качественный состав FeSO4 .

8. Схема превращений Fe° → Fe+3 соответствует реакции. уравнения которых:

1) 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3 или 1) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

2) Fe + S = FeS 2) Fe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3

3) 2Fe + 3Cl2 = FeCl3 3) 2Fe + 3Cl2 = FeCl3

4) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ 4) Fe+ 4HNO3(р) = Fe(NO3)3 + NO +2 H2O

t°

5) Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O 5) 2Fe + 3Br2 = FeBr3

9. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций следующих солей:

Fe(NO3)3 и Fe(NO3)2 при взаимодействии с гидроксидом натрия и их отношение к нагреванию.

10. Составьте уравнения реакций гидролиза следующих солей: Fe(NO3)3, Fe2S3 .

Почему при смешивании растворов FeCl3 и K2CO3 выделяется CO2 и образуется осадок Fe(OH)3 ?

11. Какие свойства проявляют соединения 2 и 3-х валентного железа в ОВР?

1) Fe2 S3+ HCl = FeCl2 + H2 + S↓

2) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

3) Fe(OH)3 + KOH + Br2 = K2FeO4 + KBr + H2O

12. Расставьте коэффициенты в ОВР:

1) FeCl3 + KI = I2 + KCl + FeCl2

2) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

13. Как экспериментальным путем из смеси меди, железа, цинка и ртути выделить индивидуальные простые вещества? Подтвердите все уравнениями реакций.

1) Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 2) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Выделяем соли ZnCl2 и FeCl3 , выделяем металлы из растворов солей:

1) ZnCl2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] 2) FeCl2 + NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl

3) 4 ZFeCl2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3 4) Na2[Zn(OH)4] + CO2 = Na2CO3

t° t°

5) Zn(OH)2 = ZnO + H2O 6) 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

7) 2ZnO + C = 2Zn + CO2 8) Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O

Cu – выделяем электролизом раствора хлорида меди

↓

CuCl2 = Cu + Cl2

II. Задачи.

1. Пластинку железа массой 10г держали в растворе сульфата меди массой 200г с ω 20% до тех пор пока масса пластины не увеличилась на 2%. Определите ω% CuSO4 оставшуюся в растворе.

2. Железо массой 22,4г прореагировало с хлором объемом 15,68л. Полученный хлорид железа растворили в воде массой 200г. Вычислить ω% раствора соли.

3. Смесь FeO и Fe2O3 массой 10г растворили в избытке раствора соляной кислоты. Для окисления полученной смеси потребовалось 31,6г раствора перманганата калия в соляной кислоте (среда) с ω = 7,5% . Определить массу вещества в исходной смеси.

Решение: 1) FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

2) Fe2O3 + HCl = 2FeCl3 + 3H2O

3) 5FeCl2 + KMnO4 + 8HCl = 5FeCl 3 + MnCl2 + KCl + 4H2O

nKMnO4 = 31,6 ·0,075·158 = 0,015(моль)

m FeO = 0,075 ·72 = 5,4г ω% FeO = 5,4·100/10= 54%

4. Образец железа разделили на две части. Одну часть обработали избытком раствора соляной кислоты, вторую часть сожгли в избытке хлора. Масса соли, образовавшаяся в ходе второй реакции оказалась больше массы соли полученной в первом случае на 24,85г. Определите массу всего образца.

Решение: 1) Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 2) 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

т. к образец разделили на две части, во второй реакции участвовало 2моль Fe, следовательно в первой реакции тоже 2моль.

m FeCl2 = 127Х m FeCl3 = 2(152,5) X = 325Х

2реакция 127Х + 24,85 = 325Х, Х = 0,126, mFe = 4·0,126 ·56 = 28г.

mFe = 28г.

5. На восстановление оксида железа массой 11,6г до металла израсходовали водород объемом 4,48л. Определите формулу оксида.

Решение: FexOy + yH2O = x Fe + y H2O

M FexOy = (56x + 16y)г/моль

n FexOy = m FexOy / M FexOy = 11, 6/ 56x + 16y

nH2 = 4,48 : 22,4 = 0,2моль, n FexOy/ nH2 = 1/y, 11,6y / 56x +16y= 0,2

x/y = ¾, Формула оксида Fe3O4.

6. Железную пластинку массой 20,4г опустили в раствор сульфата меди. Определите сколько железа растворилось к тому моменту, когда масса пластины стала равна 22г.

7. Железо массой 14г сплавили с серой массой 4,8г. К полученной смеси добавили избыток соляной кислоты. Определите объемы образовавшихся газов.

8. Смесь Fe и Fe2O3 , массовая доля оксида равна 30% , обработали раствором соляной кислоты, выделился газ объемом 5,6л. Определите массу взятой смеси.

9. На соль, полученную при взаимодействии 7г железа с 5,6л хлора, подействовали избытком гидроксида натрия. Вычислите массу осадка.

10. К раствору хлорида железа (III) (объемом 300см3, ρ=1,083г/см3, ω=2,%) прилили раствор содержащий 10,08г гидроксида калия. Образовавшийся осадок отделили и прокалили до постоянной массы. Вычислите массу твердрго осадка.

Решение: FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3 + 3KCl

2 Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

n FeCl3 = 300· 1,083·0,025/162 = 0,05моль

n KOH = 10,08/56 = 0,18моль, n Fe(OH)3 = n FeCl3 = 0,05моль

n Fe2O3 = 1/2n Fe(OH)3 = 0,025моль, m Fe2O3 = 0,025 ·160 = 4г.

11. Железную пластину массой 40г погрузили в раствор сульфата меди(II). После окончания реакции масса пластины стала 41,6г. Сколько меди выделилось? Сколько мл. азотной кислоты (ω 96%, ρ=1,5) необходимо для снятия медного покрытия с пластины?

12. Железную пластину опустили в смесь растворов хлорида меди и хлорида железа(II), после окончания реакций масса пластины увеличилась на 1,6г. Определите массу исходных солей, если n солей было одинаково.

Металлы III группы главной подгруппы

Алюминий и его свойства

27

Al 0 - 3ē → Al+3 Al 1s22s22p63s23p1

13 * Al ………..3s13p2

С простыми веществами
Al0 +	←Г2 → AlГ3
←O2→ Al2O3
←S→ Al2S3
←N2→ AlN
←C→ Al4C3

Со сложными веществами
Al0 +	←H2O → Al(OH)3 + H2↑
	tº ← Fe2O3 → Fe + Al2O3
	←HClp → AlCl3 + H2↑
	←H2SO4p→ Al2(SO4)3 + H2↑
	tº ←H2SO4k→ Al2(SO4)3 + H2S↑+H2O
	←HNO3p→ Al(NO3)3 +NO + H2O
	tº ←Cr2O3 → Al2O3 + Cr
	←MnO2 → Al2O3 + Mn
	←NaOH + H2O → NaAlO2 + H2↑
	сплав←NaOH + H2O → Na[Al(OH)4] + H2↑

Производные соединения Al

(проявляют амфотерные свойства)

Al2O3	Al(OH)3
Al2O3 + NaOH → NaAlO2 + H2 O	Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + H2O Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4]
Al2O3 + HR → AlxRy + H2O	Al(OH)3 + HR →AlxRy + H2O

Способ получения алюминия

(электролиз )

2Al2O3 → 4Al + 3O2

Дидактический материал

Тема «Свойства алюминия и его соединений»

Часть I

1.  Легче отдает три электрона элемент с порядковым номером:

а) 13 б) 14 в) 12 г) 15

2.  Электронная схема 2ē 8ē 3ē соответствует атому с порядковым номером:

а) 11 б) 13 в) 20

27

3.  Число валентных электронов у атома элемента Э:

13

а) 5 б) 1 в) 4 г) 3

4.  Радиус атома увеличивается в ряду:

а) Al – Si – P б) Al – Mg – Na в) Al – Ca – K

5.  Электроотрицательность элементов увеличивается:

а) Al – Na – Mg б) Mg – Na – Al в) Na - Al– Mg

6. Иону Al +3 соответствует электронная конфигурация :

а) 2ē 8ē б) 2ē 8ē 8ē в) 2ē 4ē

7. Электронную схему атома неона имеет частица:

а) Al3+ б) Mg0 в) Na+ г) Be2+

8. Амфотерными свойствами обладают гидроксиды:

а) Mg(OH)2 б) Al(OH)3 в) KOH г) Be(OH)2

9. Оксид алюминия реагирует:

а) H2O б) C в) H2SO4 г) CO2 д) NaOH

Ответ подтвердите уравнением реакций.

10. Наибольшее число ионов образуется в растворе при диссоциации 1моль:

а) Al2 (SO4)3 б) K3PO4 в) AlCl3 г) Ba(NO3)2

11. Высшему оксиду химического элемента IIIА группы соответствует общая формула:

а) R2O3 б) R2O5 в) R3O4 г) RO3

12. Химическая связь в хлориде алюминия:

а) ковалентная неполярная б) ионная

в) ковалентная полярная г) металлическая

13. Кислотному и амфотерному оксидам соответствуют два оксида:

а) SO3 и K2O б) N2O5 и Al2O3 в) P2O5 и BaO

14. В реакцию с раствором серной кислоты вступают:

а) Al б) Na в) Ca г) Cu

15. Вещества с металлической кристаллической решеткой:

а) летучие б) растворимы в воде

в) проводят электрический ток г) пластичные

+x +y

16. Превращения Al → Al2O3 → Al2(SO4)3 можно совершить с помощью веществ:

а) x → O2, y → H2SO4 б) x → H2O, y → H2SO4

в) x →Al(OH)3, y → MgSO4 г) x → O2, y → Na2SO4

17. Степень окисления Al в Na[Al(OH)4] равна:

а) Al+3 б) Al+1 в) Al0

18. К типу слабых электролитов относятся:

1) гидроксид меди (II) 3) гидроксид алюминия

2) гидроксид натрия 4) гидроксид калия

19. Кислая среда получается при растворении в воде:

а) хлорида натрия в) хлорида алюминия

б) хлорида кальция г) сульфата меди (II)

20. Какое вещество образуется на катоде при электролизе раствора хлорида алюминия?

21. Постоянную степень окисления имеет в соединении атом элемента:

1) Cl 2) Al 3) P 4) K 5) S

Часть II

Осуществить превращения

1. Al → AlCl3 → Al(NO3)3 → Al(OH)3 → Al2O3 → NaAlO2

2. Al → Al2O3 → K[Al(OH)4] → Al(OH)3 → Al2 (SO4)3

3. Al → Al4C3 → Al(OH)3 → Na[Al(OH)4] → Al2 (SO4)3

4. Al → K[Al(OH)4] → Al(OH)3 → AlCl3→ AlH3 → Al

а) 2Al + 2KOH + 6H2O = 2 K[Al(OH)4] + 3H2↑

б) K[Al(OH)4] + HCl = KCl + Al(OH)3 + H2O

в) Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O

г) AlCl3 + 3LiH = AlH3 + LiCl

tº

д) 2AlH3 → 2Al + 3H2↑

5. Al → Na[Al(OH)4] → Al(OH)3 → Al2O3 → Al2 (SO4)3 → BaSO4

а) 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2 Na[Al(OH)4] + 3H2↑

б) Na[Al(OH)4] + HCl = NaCl + Al(OH)3 + H2O

в)2Al(OH)3 = 2 Al2O3 + 3H2O

г) Al2O3 + 3 H2SO4 = Al2 (SO4)3 + 3H2O

д) Al2 (SO4)3 + 3BaCl2 = 3BaSO4 + 2 AlCl3

6. Al → Al(NO3)3 → Al2O3 → Al → Al2 (SO4)3 → Al

7. Al → Al2O3 → Al2 (SO4)3 → AlCl3→ Al(OH)3 → Na[Al(OH)4]

+HCl

8. Al2 (SO4)3 → Al(OH)3 → X → AgCl

9. Al → K[Al(OH)4] → Al(OH)3 → NaAlO2 → AlCl3→ Al(OH)3

а) 2Al + 2KOH + 6H2O = 2 K[Al(OH)4] + 3H2↑

б) K[Al(OH)4] + HCl = KCl + Al(OH)3↓ + H2O

tº

в) Al(OH)3 + NaOH = NaAlO2 + 2H2O

г) NaAlO2 + 4HCl = NaCl + AlCl3 + 2H2O

д) AlCl3 + 3NH4OH = Al(OH)3 + 3 NH4Cl

+4NaOH +H2SO4 Ba(NO3)2 tº

10. AlCl3 → Na[Al(OH)4] → Al2 (SO4)3 → Al(NO3)3 → Al2O3

Расставить коэффициенты в ОВР

1.  Al + HNO3 = Al(NO3)3 + NO + H2O

2.  Al + KNO3 + KOH + H2O = K[Al(OH)4] + NH3

3.  Al + HNO3(p) = Al(NO3)3 + N2O + H2O

4.  Al + H2O + KNO3 + KOH = K[Al(OH)4] + NH3

5.  Al + HNO3(оч разб) = Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Свойства солей алюминия

1.  K[Al(OH)4] + HCl = KCl + Al(OH)3↓ + H2O

(недост)

2.  K[Al(OH)4] + 4HCl = KCl + AlCl3 + 4 H2O

(изб)

3.  KAlO2 + HCl + H2O = KCl + Al(OH)3

(недост)

4.  KAlO2 + 4HCl = KCl + AlCl3 + 2 H2O

(изб)

tº

5. K[Al(OH)4] = KAlO2 + 2 H2O

Расчетные задачи

Задача При обработке Al4C3 22% раствором соляной кислоты массой 320г, выделилось

6,72л CH4. Рассчитать ω% в полученном растворе.

Решение: Al4C3+ 12HCl = 4AlCl3+ 3CH4↑

nCH4= 6,72: 22,4 = 0,3моль mCH4= 0,3∙16 =4,8г

т Al4C3= ⅓n CH4= 0,1моль ,mAl4C3= 0,1∙144=14,4 г

mHCl = 4n CH4 = 1,2моль, mHCl = 1,2∙36,5 = 43,8 г

mHCl = 320∙0,22-43,8 = 26,6г [mH2О =320-26,6 =294,36г]

после р-ции

mр-раHCl =320+14,4-4,8=329,6г

ωр-раHCl = (320∙0,22-43,8):329,6=8,07%

ответ: ωр-раHCl = 8,07%

Задача Гидрат калия массой 5г растворили в 80мл воды и в полученный раствор внесли 2г алюминия. Определить ω% доли веществ в полученном растворе.

Решение: 1) KH+H2O= KOH+H2(I) 2)2Al + 2KOH + 6H2O= 2K[Al(OH)4] + 3H2↑(II)

n(KH)= 5:40=0,125моль n(KOH) =n(KH)= 0,125моль

nAl= 2:27=0,0741моль KOH в избытке

nKOH=nAl=0,0741моль (р-цияII)

n K[Al(OH)4] = nKOH=nAl= 0,0741моль

mK[Al(OH)4]= 0,0741∙134 =9,93г

mKOH=(0,125-0,0741)∙56=2,85г

после р-ции

mKOH=mKH+H2O +mAl – mH21- mH22=5+80+2-(0,125∙2+ 0,0741∙3)=87,45г

ω%KOH=(2,85:87,45)∙100%=3,26% ω%K[Al(OH)4]=(9,93:87,45)∙100%=11,35%

ответ: ω%KOH=3,26%, ω%K[Al(OH)4]=11,35%

Задача Сплав алюминия и меди обработали избытком гидроксида калия, выделился газ объемом 5,6л. Образовавшийся осадок растворили в азотной кислоте, раствор выпарили и прокалили, масса осадка после прокаливания равна 1,875г. Найти ω% алюминия в сплаве.

Решение: 1)2Al + 2KOH + 6H2O= 2K[Al(OH)4]+ 3H2↑

2)Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3) 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2↑ CuO –твердый остаток, m=1,875г

nCuO= 1,875:80 = 0,023моль

nCu = nCuO = 0,023моль, mCu = 0,023∙64 = 1,47г

mH2 = 5,6:22,4 = 0,25моль, nAl = ⅔nH2 = 0,25∙⅔ = 0,167моль

m Al = 0,167∙ 27 = 4,5г

ω% Al = 4,5: (4,5 + 1,47)∙ 100% = 75%

ответ: ω%Al = 17%