Лекция №20 Тема «Побочная подгруппа VIII группы. Железо и его соединения»
Скачать 161.64 Kb.
|
| Лекция № 20 Тема «Побочная подгруппа VIII группы. Железо и его соединения» План:
1. Общая характеристика элементов VIII В группы периодической системы Д. И. Менделеева. Побочная подгруппа восьмой группы периодической системы охватывает три триады d-элементов и два искусственно полученных и мало исследованных элемента. Первую триаду образуют элементы железо, кобальт и никель, вторую триаду - рутений, родий и палладий и третью триаду - осмий, иридий и платина. Искусственно полученные элементы хасий и мейтнерий с малым временем жизни замыкают известный на сегодня ряд самых тяжелых элементов. Большинство элементов рассматриваемой подгруппы имеют два электрона на внешней электронной оболочке атома; все они представляют собой металлы. Кроме наружных электронов в образовании химических связей принимают участие также электроны из предыдущей недостроенной электронной оболочки. Из-за увеличения заряда ядра последний элемент каждой триады имеет характерную степень окисления, ниже, чем первый элемент. В то же время увеличение номера периода, в котором располагается элемент, сопровождается увеличением характерной степени окисления Xapaктeрныe степени окисления элементов восьмой побочной подгруппы представлены в табл.1 табл.1.
Наиболее часто встречающиеся степени окисления элементов в их соединениях выделены в таблице жирным шрифтом. Данные элементы иногда делят на три подгруппы: подгруппу железа (Fe, Ru, Os), подгруппу кобальта (Со, Rh, Ir) и подгруппу никеля (Ni, Pd, Pt). В пользу такого деления говорят характерные степени окисления элементов и некоторые другие свойства. Например, все элементы подгруппы железа являются активными катализаторами синтеза аммиака, а подгруппы никеля – реакций гидрирования органических соединений. Для элементов подгруппы кобальта характерно образование комплексных соединений состава [Э (NН3) 6] Г3, где Г галоген-ион. Сравнение физических и химических свойств элементов восьмой группы показывает, что железо, кобальт и никель, находящиеся в первом большом периоде, очень сходны между собой и в то же время сильно отличаются от элементов двух других триад. Поэтому их обычно выделяют в семейство железа. Остальные шесть стабильных элементов восьмой группы объединяются под общим названием платиновых металлов 2. Железо, распространение в природе, получение, свойства. Сплавы железа Нахождение в природе. Железо является одним из наиболее распространенных элементов в природе, уступая лишь кислороду, кремнию и алюминию. Его массовая доля в земной коре составляет 5,10 %. Железо входит в состав большинства горных пород. Основными железными рудами являются магнитный железняк, (минерал магнетит Fe3O4), красный железняк (минерал гематит Fe2O3), бурый железняк (минерал гетит Fe2O3∙H2O или лимонит 2Fe2O3∙3H2O), шпатовый желез няк (минерал сидерит FeCO3) Получение В промышленности железо получают восстановлением его из железных руд углеродом (коксом) и оксидом углерода (II) в доменных печах при высоких температурах (500-7000С) Fe3O4 + CO =3FeO + CO2 FeO +CO = Fe + CO2 Физические свойства Железо представляет собой серебристо - белый металл. Он хорошо поддается ковке, прокатке и другим видам механической обработке. Механические свойства зависят от его чистоты - от содержания в нем даже весьма малых количеств других элементов. На воздухе он подвергается коррозии, покрываясь ржавчиной. Чистое железо достаточно мягко и пластично. Плотность составляет 7,87 г/см3, температура плавления 15390 С. Обладает сильными магнитными свойствами. Химические свойства Железо является достаточно химически активным металлом. 1. взаимодействие с неметаллами. При нагревании железо реагирует со многими неметаллами (кислородом, галогенами, серой, углеродом, фосфором) Fe + S = FeS 2Fе + ЗС12= 2FеСl3 Во влажном воздухе желез быстро окисляется (коррозирует) 4Fе + 6H2O + 3О2 = 4Fe(OH)3 Fe(OH)3 → Fe−O – H + H2O ║ О 2. взаимодействие с водой. Только при высоких температурах железо взаимодействует с водой (свыше 7000 С): 3Fе + 4H2O = Fe3O4 + 4H2 3. взаимодействие с кислотами Железо растворяется в хлороводородной и разбавленной серной кислотах, образуя соли железа (П) и водород Fe + H2SO4 = FeSO4 + Н2 В достаточно концентрированной серной кислоте при нагревании реакция протекает по уравнению: 2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2+ 6Н2O Серная кислота очень высокой концентрации при обычной температуре железо пассивирует, что позволяет хранить и перевозить серную кислоту в железной таре. Продукты взаимодействия железа с азотной кислотой в зависимости от концентрации кислоты могут быть различными, например: 4Fe + 10НNO3 = 4Fе(NОз)2 + NН4NО3 + 3Н2O Fe + 6НNO3 = Fе(NОз)2 + 3NО2 + 3Н2O Концентрированная азотная кислота железо пассивирует. 4. взаимодействие с солями. Железо может вытеснять некоторые металлы (электродные потенциалы, которых более положительные, чем у железа) из растворов их солей, Fе + CuSO4 = FeSO4 + Сu 5. взаимодействие с оксидом углерода Железо, взаимодействуя c оксидом углерода (II),образует пентакарбонил железа: Fе + 5СО = [Fе(СO)5] Железо образует сплавы - металлические системы, одним из компонентов которых (как правило, преобладающим) служит железо. Важнейшими сплавами железа являются чугун и сталь. При сплавлении чистых металлов изменяется их строение: узлы кристаллической решётки либо сближаются, либо раздвигаются. При этом появляются дополнительные напряжения, которые создают дополнительные силы между атомами в металле. Именно поэтому сплавы металлов значительно прочнее и твёрже чистых металлов Чугун - это сплав чистого железа с углеродом, в котором углерода от 2,14% до 4 %. Чугун твёрже железа, но более хрупкий, имеет отличные литейные свойства (намного лучше, чем чистое железо). Сталь - это тоже сплав железа с углеродом, но углерода здесь до 2,14%. Имеется большое количество разновидностей сталей, у которых в состав кроме углерода входят другие чистые металлы (легирующие элементы), придающие им различные прочностные свойства. Сплавы железа являются основными конструкционными материалами практически во всех отраслях современного производства. 3. Соединения железа. Оксиды, гидроксиды. Железо образует следующие оксиды FеО, Fе2O3, Fе3О4 и гидроксиды Fе(ОН)2, Fе(ОН)3. Оксид железа (II) FеО и гидроксид железа (II) Fе(OH)2 - вещества основного характера, легко взаимодействуют с кислотами: Fe(OH)2 + H2SO4 = FeSO4 + Н2O Оксид железа (II) можно получить, восстанавливая оксид железа (III) водородом: Fe2O3 + H2 = 2FeO + Н2О Гидроксид железа (II) образуется при действии щелочей на растворы солей железа (II): FеSО4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4 Fе2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓ бледно-зеленый осадок Эта реакция должна протекать без доступа воздуха. В противном случае гидроксид железа (II) легко окис ляется до гидроксида железа (III): 4Fe(OH)2 + O2 + 2Н2О = 4Fе(ОН)3 бурый осадок Эти реакции являются качественными для обнаружения иона Fе2+ При прокаливании Fе(ОН)2 образуется оксид железа (II): Fе(ОН)2 = FеO+ Н2О Оксид железа (III) Fе2O3 и гидроксид железа (ПI) Fе(ОН)3 проявляют амфотерные свойства, они взаимодействуют с кислотами и со щелочами: Fе2O3+ 6НСl = 2FеСl3 + ЗН2О Fе2O3 + 2KOH = 2KFeO2 + Н2О (ферриты соли железистой кислоты НFeO2) Fе(ОН)3 + 3НСl = FеСl3 + ЗН2О Fе(ОН)3 + 3KOH = K3[Fе(ОН)6] При этом гидроксид железа (III) растворяется при нагревании в paстворах щелочей, оксид - в расплавах твердых щелочей. Гидроксид железа (III) можно получить действием щелочей на соли железа (III): FеСl3 + 3КОН = Fе(ОН)3↓+ 3KСI Fе3+ + 3ОН- = Fе(ОН)3↓ Реакция является качественной для обнаружения иона Fе3+ При прокаливании Fе(ОН)3 образуется оксид железа (III): 2Fе(ОН)3 = Fе2O3+ ЗН2О Оксид железа (II, III) Fе3О4 представляет собой продукт взаимодействия FеО и Fе2O3. Его формула может быть представлена в виде FeO ∙ Fе2O3 Этот оксид обра зуется при высокотемпературном взаимодействии железа с водой и кислородом. При растворении оксида в кислотах получаются соли железа (II) и (III) Fе3О4 + 4H2SO4 = FeSO4 + Fе2 (SО4)3 + 4Н2О 4. Соли железа. Качественные реакции на катионы железа (II, III). Железо имеет соли в двух степенях окисления +2, +3. Растворы солей железа (II) бесцветны, а растворы солей железа( III), имеют желтую окраску. Соли железа (II) под действием окислителей проявляют восстановительные свойства. Если реакция проходит в кислой среде, то они переходят в соли железа (III) 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2 SO4 = 5Fe2 (SO4)3 + 2МnSO4 + K2SO4 + 8Н2О Соли железа (III) - слабые окислители. Под действием восстановителей они переходят в соединения железа (II) 2FeCl3 + 2КI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl Наличие в paствоpе ионов железа (II) и (III) можно доказать при помощи следующих качественных реакций. Качественная реакция на ионы железа (II) основана на действии комплексного соединения K3[Fе(CN)6], которое называется красной кровяной солью. В результате реакции выпадает осадок темно-синего цвета (турнбулева синь) 3FeSO4 + 2K3[Fе (CN)6] = Fе3[Fe(CN)6]2↓ + 3K2SO4 3Fe2+ + 2[Fе (CN)6]3- Fе3[Fe(CN)6]2↓ 28з Для обнаружения ионов железа (III) применяют желтую кровяную соль K4[Fе(CN)6] O присутствии соединений железа (III), судят также по образованию синего осадка берлинской лазури: 4FeCl3 + 3K4[Fе (CN)6] = Fе4[Fe (CN)6]3↓ + 12KCl 4Fe3+ + 3[Fе (CN)6]4- = Fе4[Fe (CN)6]3↓ Обнаружить ионы Fe3+ можно также по реакции с роданидом калия KSCN или аммония NH4 SCN FеСl3 + 3KSCN -= Fe(SCN)3 + 3КСl Fе3+ + 3SСN- = Fe(NCS)3 В результате реакции раствор приобретает кpoвaвo - красную окраску. 5. Применение и биологическая роль железа и его соединений Важнейшие сплавы железа – чугун и сталь – являются основными конструкционными материалами практически во всех отраслях современного производства. В химической промышленности железо используют как катализатор (в синтезе аммиака; органических соединений). Оксид железа (III) Fе2O3 применяют в производстве желтых, красных и коричневых красок, керамики, эмалей, цемента, термитных смесей, магнитных материалов. Хлорид железа (III) FеСl3 применяется для очисти воды и в органическом синтезе как кталтзатор. Нитрат железа (III) Fe(NO3)3·9H2O используют при крашении тканей. Сульфат железа (II) FeSO4 и железный купорос FeSO4 ∙ 7H2O служит в качестве электролита в гальванотехнике и как ядохимикат в сельском хозяйстве, Пирит FeS2 (природное соединение) используется в производстве серы и серной кислоты. Железо является одним из важных микроэлементов в организме человека и животных. В организме взрослого человека содержится в виде соединений около 4 г Fe. Оно входит в состав гемоглобина, миоглобина, различных ферментов и других сложных железо-белковых комплексов, которые находятся в печени селезенке. Железо стимулирует функцию кроветворных органов. Контрольные вопросы для закрепления: 1. Какие степени окисления характерны для железа в соединениях? 2. Какими реакциями можно доказать наличие в растворе ионов Fe2+ и Fe3+? 3. Назовите особенности взаимодействия железа с различными кислотами. Рекомендуемая литература Обязательная Пустовалова Л.М., Никанорова И.Е.Неорганическая химия. Ростов-на-Дону. Феникс. 2005. –352с. гл.2.3 с. 340-347 Дополнительная
Электронные ресурсы
|
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Реферат по теме: железо В периодической системе железо находится в четвертом периоде, в побочной подгруппе VIII группы | | Конспект урока тема: "Железо и его соединения" Аксёнова Ирина Евгеньевна... В юго-Восточной Азии из него до сих пор делают амулеты, отгоняющие злых духов и врагов. Но у некоторых народов оно символизирует... |
| Урок «Фосфор и его соединения». Цель: 1 Цель: Повторить строение атома Р, познакомиться с его аллотропными видоизменениями, рассмотреть кислородные соединения фосфора | | Лекция I и проблема языка и сознания лекция II 31 слово и его семантическое... Монография представляет собой изложение курса лекций, про* читанных автором на факультете психологии Московского государственного... |
| Тема урока: Кремний и его соединения Продолжить формирование умений давать характеристику химическому элементу по положению его в периодической системе химических элементов... | | Урока в изучаемой теме: второй урок по теме «Фосфор и его соединения» Цель урока: формирование и закрепление знаний, умений и навыков по теме «Фосфор и его соединения» |
 | Рассказ по теме: «Углерод и его соединения» Основные соединения углерода – оксиды углерода: угарный и углекислый газ и угольная кислота (формула, название, нахождение в природе,... | | Лекция религии современных неписьменных народов: человек и его мир... Редактор Т. Липкина Художник Л. Чинёное Корректор Г. Казакова Компьютерная верстка М. Егоровой |
| Домашнее задание по химии ноябрь –декабрь 2013 г. Учитель Леонова Н. А Рефераты на выбор: «Соединения щелочных и щелочно-земельных металлов и их применение», «Соединения алюминия, их применение», «Соединения... | | Урок «Кремний и его соединения» Цели ... |
| Функциональной группы Спирты – это кислородсодержащие органические соединения, содержащие в своем составе гидроксильную группу | | Тема Вводная лекция Изучить с кандидатом авиационное и радиоэлектронное оборудование самолета Як-18Т и правила его летной эксплуатации |
| Тема: «Подгруппа кислорода» Задачи: систематизировать и расширить знания учащихся о строении и свойствах серной кислоты, развивать экспериментальные навыки и... | | Тема: Алюминий и его соединения На данный момент существует достаточно большое количество программных продуктов для создания тестовых и контролирующих заданий. Обзор... |
| Реферат. Что такое карбонильные соединения «Соединения, в которых карбонильная группа соединена с двумя радикалами, называют кетонами. Соединения, где карбонильная группа соединена... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Нолики. Каждая подгруппа выбирает номер клеточки и получает вопрос с этим номером. Если ответ верный подгруппа ставит в эту клетку... |
