Химия (стр. 7 )

2Fe +O2 + nH2O = Fe2O3 nH2O (9.1)

При недостатке кислорода образуется смешанный оксид:

3Fe + 2O2 + nH2O = Fe3O4 nH2O (9.2)

Никель и кобальт по отношению к воздуху и воде устойчивы.

При высоких температурах железо реагирует с водой, разлагая ее по уравнению:

Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 (9.3)

Кобальт и никель ведут себя аналогично.

Железо растворяется в соляной кислоте любой концентрации с выделением водорода:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 (9.4)

Fe +H2SO4 = Fe SO4 +H2 (9.5)

Кобальт и никель растворяются в разбавленных кислотах значительно медленнее железа.

В концентрированных растворах серной кислоты железо (II) окисляется до железа (III):

2Fe + 6 H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (9.6)

Но в серной кислоте с концентрацией близкой к 100% железо становится пассивным, и взаимодействия практически не происходит.

В разбавленных и умеренно концентрированных растворах азотной кислоты железо растворяется:

Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 +3SO2 +6H2O (9.7)

При высоких концентрациях HNO3 растворение замедляется, и железо становится пассивным. Устойчивость к действию концентрированной азотной кислоте по ряду Fe-Co-Ni быстро уменьшается.

Сильные щелочи на все три металла не действуют.

9.2.1 Соединения железа, кобальта, никеля

В оксидах d-металлы семейства железа, как правило, имеют степени окисления +2 и +3, и только железо проявляет высшую степень окисления +6. Высший оксид железа образуется в сильно окислительной среде.

Fe2O3 – кислотообразующий оксид железной кислоты H2FeO4, которая в свободном виде не получена. А пленка оксида FeO3 образуется при пассивировании железа концентрированной азотной кислотой с добавкой NaNO3.

Оксид Fe2O3 образуется при непосредственном взаимодействии железа с О2 , обнаруживает амфотерные свойства, но не в растворах, а при высоких температурах (спекание) :

NaOH + Fe2O3 = 2NaFeO2 + H2O (9.8)

феррит натрия.

Fe2O3 с кислотами реагирует как основной оксид.

Низший оксид железа FeO обладает только основными свойствами. Кобальт и никель проявляет в оксидах степень окисления +2.Соединения, в которых они проявляют степень окисления +3, малоустойчивы, СоО и NiO практически нерастворимы в воде и щелочах, но легко растворяются в кислотах.

Гидроксиды железа, кобальта и никеля (+2,+3) получаются из их растворимых солей, например:

FeSO4 +2NaOH = Fe (OH)2+ Na2SO4 (9.9)

Серо-зеленый осадок Fe (OH)2 на воздухе темнеет и переходит в Fe (OH)3:

4Fe (OH)2 + O2 +2H2O = 4Fe (OH)3 (9.10)

Гидроксид железа (III) – более слабое основание, чем гидроксид железа (II).Это выражается в том, что соли железа (III) в растворе сильно гидролизованны.

Гидроксид кобальта (II) и гидроксид никеля (II) кислородом воздуха не окисляются, но могут быть окислены до Co(OH)3 u Ni(OH)3 сильными окислителями, например:

2Ni (OH)2 + Cl2 +2KOH = 2Ni (OH)3 + 2KCl (9.11)

Соли железа (II) являются хорошими восстановителями:

10FeSO4 + 2KMnO4 +8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 +8H2O (9.12)

Соли железа (III) являются довольно сильными окислителями:

2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2 (9.13)

Комплексные соли d-металлов семейства железа очень многочисленны, преобладающим координационным числом является К=6. Особо прочные комплексные соли железа образуются с ионами CN - в качестве лигандов.

FeSO4 + 2KCN = Fe (CN)2+ K2SO4 (9.14)

Fe (CN)2+ 4KCN = K4 (9.15)

С ионами Fe3+ комплексный ион 4- образуется малорастворимый осадок синего цвета (берлинская лазурь). Это весьма чувствительная качественная реакция на ионы Fe3+:

4FeCl3 + 3K4 = Fe4 + 12KCl (9.16)

Ион железа (III) с ионом CN - также образует комплексы с координационным числом 6. Соль K3 носит название красной кровяной соли или гексациано (III)-феррата калия. Взаимодействие комплексного иона с Fe2+ приводит к образованию малорастворимого осадка Fe3(турнбулевой сини). Это характерная реакция на ион Fe2+.

Соли кобальта(II) и (III) легко образуют комплексные ионы (К=6) с лигандами Cl-,NH3, H2O, CNS-. Например: ; и т. д.

Для никеля устойчивы только те комплексные соли, в которых он проявляет степень окисления +2. Комплексные соединения никеля с аммиаком (К=6) окрашивают раствор в темно-синий цвет. Состав комплексного иона:.

9.3 Экспериментальная часть

9.3.1 Опыт 1. Отношение железа к кислотам.

В две пробирки поместите немного железных опилок и прилейте в одну 1-2мл разбавленного раствора соляной кислоты, в другую - разбавленный раствор серной кислоты. Пробирки, в которых реакция не идет, подогреть. Где скорее происходит выделение водорода – в соляной или серной кислоте?

Испытайте действие на железо концентрированной серной кислоты на холоде и при нагревании (осторожно).

В каких случаях происходит реакция? Составьте уравнения реакций.

9.3.2 Опыт 2. Получение гидроксидов жие гидроксидов ж никеля.

Налейте в три пробирки по 2мл растворов солей железа (II), кобальта (II), никеля (II) и подействуйте на них каплями раствора щелочи. Раствор соли железа (II) должен быть свежеприготовленным. Составьте уравнения реакций, учитывая, что в пробирке с солью кобальта сначала выпадает синий осадок основной соли, который при дальнейшем прибавлении щелочи и нагревании переходит в розовый осадок гидроксида кобальта(II). Через некоторое время наблюдайте изменение окраски осадка гидроксида железа (II).

К осадкам гидроксидов кобальта и никеля добавьте раствор хлорной воды и нагрейте. Составьте уравнения реакций. Сделайте вывод об относительной легкости окисления двухвалентных ионов железа, кобальта, никеля.

9.3.3 Опыт 3. Окислительные свойства ионов трехвалентного железа.

Налейте в пробирку 1-2мл раствора иодида калия и подействуйте на него раствором соли железа (III). Убедитесь в образовании свободного йода. Составьте уравнение реакции.

9.3.4 Опыт 4. Качественные реакции на ионы железа, кобальта, никеля.

а) на раствор соли железа (II) подействуйте раствором гексацианоферрата(II) калия K3. Составьте уравнение реакции.

На раствор соли железа (III) подействуйте в одном случае – расвором роданида калия (натрия, аммония), в другом – раствором гексацианоферрата (III) калия К4. Составьте уравнения реакций.

Б) налейте в пробирку 1-2мл розового раствора соли кобальта (II) и подействуйте несколькими каплями концентрированного раствора роданида калия (натрия, аммония). Наблюдайте образование синего комплексного соединения кобальта.

В) на раствор соли никеля подействуйте раствором гидроксида аммония до образования осадка, а затем до его растворения. Наблюдайте образование бледно-голубого комплексного соединения никеля. Составьте уравнения реакций.

9.4 Контрольные вопросы и задачи

9.4.1 Охарактеризуйте положение элементов семейства железа в периодической системе элементов .

9.4.2 Напишите электронные формулы Fe, Co, Ni и начертите их графические формулы. Укажите степени окисления этих элементов в соединениях.

9.4.3 Какие методы применяются для получения железа из руд?

9.4.4 Укажите отношение железа, кобальта и никеля к воде, кислотам, щелочам и неметаллам.

9.4.5 Какие оксиды и гидроксиды образуют данные металлы? Каков их характер.

9.4.6 Какие соединения железа более устойчивы. Как превратить:

а) соль 3-х валентного железа в соль 2-х валентного?

б) соль 2-х валентного железа в соль в соль 3-х валентного?

9.4.7 Какие комплексные соединения образуют железо, кобальт и никель? Приведите примеры

10 НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ВЯЖУЩИЕ ВЕЩЕСТВА.

Лабораторная работа № 26

10.1 Цель лабораторной работы

Ознакомление со свойствами некоторых неорганических вяжущих веществ.

10.2 Теоретическая часть

10.2.1 Общая характеристика вяжущих.

Неорганическими вяжущими веществами называются материалы, способные при смешивании с водой образовывать пластично-вязкую массу, которая постепенно затвердевает, превращаясь в прочное камневидное тело.

Большая часть вяжущих веществ применяется для строительства бетонов. При изготовлении бетонов используют:

а)строительное вяжущее;

б)воду (затворитель);

в)крупный заполнитель (щебень, гравий);

г)мелкий заполнитель (песок);

д)специальные добавки.

Такие смеси без крупного заполнителя называются строительными растворами.

По условиям твердения и водостойкости продуктов твердения вяжущие вещества разделяются на воздушные и гидравлические.