Este unul dintre cele mai comune elemente din scoarța terestră.

Proprietățile fizice ale fierului.

Fier- metal maleabil alb-argintiu cu rezistenta chimica ridicata. Tolerează bine temperaturile ridicate și umiditatea. Se pătează rapid (ruginește) în aer și în apă. Foarte plastic, cedează bine la forjare și laminare. Are o conductivitate termică și electrică bună, un feromagnet excelent.

Proprietățile chimice ale fierului.

Fier metal de tranziție. Poate avea o stare de oxidare de +2 și +3. Reactioneaza cu vaporii de apa:

3 Fe + 4 H 2 O = Fe 3 O 4 + 4 H 2 .

Dar în prezența umidității, fierul ruginește:

4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Fe(Oh) 3 .

2 Fe + 3 Cl 2 = 2 FeCl 3 .

Fe + H 2 ASA DE 4 = FeSO 4 + H 2 .

Acizii concentrați pasivează fierul la rece, dar se dizolvă când sunt încălziți:

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

hidroxid de fier (II) obţinut prin acţiunea alcaline asupra sărurilor de fier (II) fără acces la oxigen:

F 2 SO 4 + 2NaOH \u003d Fe (OH) 2 + Na 2 SO 4.

Se formează un precipitat alb, care se oxidează rapid în aer:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H20 = 4Fe(OH)3.

Acest hidroxid este amfoter; atunci când este încălzit, se dizolvă în alcalii cu formarea de hexahidroferat:

Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3.

Forme de fier două săruri complexe de fier:

• sare galbenă din sânge K 4 [ Fe(CN) 6 ];
• sare roșie din sânge K 3 [ Fe(CN) 6 ].

Acești compuși sunt calitativi pentru determinarea ionilor de fier. Compus albastru de Prusia:

K 4 + Fe 2+ \u003d KFe III + 2K +.

Utilizarea fierului.

Fierul este o componentă esențială a procesului respirator. Face parte din hemoglobina sângelui, este implicată în transferul de oxigen de la plămâni la țesuturi. În natură, fierul se găsește în compoziția minereurilor și a mineralelor.

DEFINIȚIE

Fier- un element al perioadei a patra din grupa VIII a subgrupei secundare (B) a Tabelului periodic. Denumirea - Fe. Sub forma unei substanțe simple, fierul este un metal alb-argintiu.

Densitatea este de 7,87 g/cm3. Punct de topire 1539 o C, punctul de fierbere 3200 o C. Fierul are mai multe modificări. Până la 769 o Cu fier α stabil cu o rețea cubică centrată pe corp și proprietăți feromagnetice. La 769 o Cu trecerea la β-fier (aceeași structură cristalină, paramagnetică). La 910 o Cu γ-fier format cu o rețea cristalină centrată pe față. proprietăți paramagnetice. La 1400 o C și până la temperatura de topire - δ- fier cu o rețea cubică centrată pe corp.

Starea de oxidare a fierului în compuși

Fierul poate exista sub forma unei substanțe simple - un metal, iar starea de oxidare a metalelor în stare elementară este zero, deoarece distribuția densității electronilor în ele este uniformă.

Fierul are stări de oxidare (+2) Și (+3) : Fe +2 O, Fe +3 2 O 3, Fe +2 (OH) 2, Fe +3 (OH) 3, Fe +2 Cl 2, Fe +3 Cl 3, Fe +2 SO 4, Fe +3 2 (SO 4) 3 .

Compuși cunoscuți ai fierului cu stare de oxidare (+6) , se numesc „ferate” (K 2 Fe +6 O 4).

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

EXEMPLUL 2

Compuși de fier (II).

Compușii de fier cu o stare de oxidare a fierului de +2 sunt instabili și sunt ușor oxidați la derivați de fier (III).

Fe 2 O 3 + CO \u003d 2FeO + CO 2.

Hidroxid de fier (II) Fe (OH) 2 când este proaspăt precipitat, are o culoare cenușiu-verzuie, nu se dizolvă în apă, se descompune la temperaturi de peste 150 ° C, se întunecă rapid din cauza oxidării:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H20 = 4Fe(OH)3.

Prezintă proprietăți amfotere slab exprimate, cu predominanța celor bazice, reacționează ușor cu acizii neoxidanți:

Fe(OH)2 + 2HCI = FeCI2 + 2H2O.

Interacționează cu soluții alcaline concentrate atunci când este încălzit pentru a forma tetrahidroxoferrat (II):

Fe (OH) 2 + 2NaOH \u003d Na 2.

Prezintă proprietăți reducătoare; atunci când interacționează cu acidul azotic sau sulfuric concentrat, se formează săruri de fier (III):

2Fe(OH)2 + 4H2SO4 = Fe2(SO4)3 + SO2 + 6H2O.

Se obține prin interacțiunea sărurilor de fier (II) cu o soluție alcalină în absența oxigenului atmosferic:

FeSO4 + 2NaOH \u003d Fe (OH)2 + Na2SO4.

Săruri de fier (II). Fierul (II) formează săruri cu aproape toți anionii. De obicei, sărurile cristalizează sub formă de hidrați cristalini verzi: Fe (NO 3) 2 6H 2 O, FeSO 4 7H 2 O, FeBr 2 6H 2 O, (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O (sare Mohr ) si altele.Solutiile sarate au o culoare verde pal si, datorita hidrolizei, un mediu acid:

Fe 2+ + H 2 O \u003d FeOH + + H +.

Arată toate proprietățile sărurilor.

Când stau în aer, ele sunt lent oxidate de oxigenul dizolvat în săruri de fier (III):

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4FeOHCl 2.

Reacție calitativă la cationul Fe 2+ - interacțiune cu hexacianoferrat de potasiu (III) (sare roșie din sânge):

FeSO 4 + K 3 = KFe↓ + K 2 SO 4

Fe 2+ + K + + 3- = KFe↓

în urma reacției se formează un precipitat albastru - fier (III) hexacianoferrat (II) - potasiu.

Starea de oxidare +3 este caracteristică fierului.

Oxid de fier (III) Fe 2 O 3 - substanță de culoare brună, există în trei modificări polimorfe.

Prezintă proprietăți amfotere slab exprimate, cu predominanța celor de bază. Reacționează ușor cu acizii:

Fe 2 O 3 + 6HCl \u003d 2FeCl 3 + 3H 2 O.

Nu reacționează cu soluțiile alcaline, dar formează ferite atunci când este topită:

Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaFeO 2 + H 2O.

Prezintă proprietăți oxidante și reducătoare. Când este încălzit, este redus cu hidrogen sau monoxid de carbon (II), prezentând proprietăți oxidante:

Fe 2 O 3 + H 2 \u003d 2FeO + H 2 O,

Fe 2 O 3 + CO \u003d 2FeO + CO 2.

În prezența agenților oxidanți puternici într-un mediu alcalin, prezintă proprietăți reducătoare și este oxidat la derivați de fier (VI):

Fe 2 O 3 + 3KNO 3 + 4KOH = 2K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + 2H 2 O.

La temperaturi peste 1400°C se descompune:

6Fe 2 O 3 \u003d 4Fe 3 O 4 + O 2.

Se obține prin descompunerea termică a hidroxidului de fier (III):

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

sau oxidarea piritei:

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.

FeCl 3 + 3KCNS \u003d Fe (CNS) 3 + 3KCl,

68. Compuși de fier

Oxid de fier (II) FeO- o substanta cristalina neagra, insolubila in apa si alcalii. FeO baza de meciuri Fe(OH)2.

chitanta. Oxidul de fier (II) poate fi obținut prin reducerea incompletă a minereului de fier magnetic cu monoxid de carbon (II):

Proprietăți chimice. Este oxidul principal. Reacționează cu acizii pentru a forma săruri:

Hidroxid de fier(II) Fe(OH)2- substanta cristalina alba.

chitanta. Hidroxidul de fier (II) se obține din săruri feroase prin acțiunea soluțiilor alcaline:

Proprietăți chimice. hidroxid bazic. Reacţionează cu acizii:

În aer, Fe (OH) 2 este oxidat la Fe (OH) 3:

Oxid de fier (III) Fe2O3- o substanta bruna, se gaseste in natura sub forma de minereu de fier rosu, insolubil in apa.

chitanta. La arderea piritei:

Proprietăți chimice. Prezintă proprietăți amfotere slabe. Când interacționează cu alcalii, formează săruri:

Hidroxid de fier(III) Fe(OH)3- o substanta de culoare rosie-brun, insolubila in apa si exces de alcali.

chitanta. Obținut prin oxidarea oxidului de fier (III) și a hidroxidului de fier (II).

Proprietăți chimice. Este un compus amfoter (cu predominanța proprietăților de bază). Precipită sub acțiunea alcalinelor asupra sărurilor ferice:

Săruri feroase obţinut prin interacţiunea fierului metalic cu acizii corespunzători. Sunt puternic hidrolizați, prin urmare soluțiile lor apoase sunt agenți reducători energetici:

Când este încălzit peste 480 °C, se descompune, formând oxizi:

Sub acțiunea alcalinelor asupra sulfatului de fier (II), se formează hidroxid de fier (II):

Formează un hidrat cristalin FeS04-7H20 (vitriol de fier). Clorura de fier (III) FeCl3 – substanță cristalină maro închis.

Proprietăți chimice. Solubil în apă. FeCl3 prezintă proprietăți oxidante.

Agenții reducători - magneziu, zinc, hidrogen sulfurat, sunt oxidați fără încălzire.

Fierul este un element chimic

1. Poziția fierului în tabelul periodic al elementelor chimice și structura atomului său

Fierul este un element d din grupa VIII; număr de serie - 26; masă atomică Ar (Fe ) = 56; compoziția atomilor: 26-protoni; 30 - neutroni; 26 - electroni.

Schema structurii atomului:

Formula electronică: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

Metal cu activitate medie, agent reducător:

Fe 0 -2 e - → Fe +2 , agentul reducător este oxidat

Fe 0 -3 e - → Fe +3 , agentul reducător este oxidat

Principalele stări de oxidare: +2, +3

2. Prevalența fierului

Fierul este unul dintre cele mai abundente elemente din natură. . În scoarța terestră, fracția sa de masă este de 5,1%, conform acestui indicator, acesta al doilea numai după oxigen, siliciu și aluminiu. Mult fier se găsește și în corpurile cerești, ceea ce se stabilește din datele analizei spectrale. În probele de sol lunar, care au fost livrate de stația automată „Luna”, fierul a fost găsit în stare neoxidată.

Minereurile de fier sunt destul de răspândite pe Pământ. Numele munților din Urali vorbesc de la sine: Înalt, Magnetic, Fier. Chimiștii din agricultură găsesc compuși de fier în sol.

Fierul se găsește în majoritatea rocilor. Pentru obținerea fierului se folosesc minereuri de fier cu un conținut de fier de 30-70% sau mai mult.

Principalele minereuri de fier sunt :

magnetit(minereu de fier magnetic) - Fe3O4 conține 72% fier, depozitele se găsesc în Uralii de Sud, anomalia magnetică Kursk:

hematită(lucire de fier, piatră de sânge) - Fe2O3 conține până la 65% fier, astfel de depozite se găsesc în regiunea Krivoy Rog:

limonit(minereu de fier brun) - Fe2O3*nH2O conține până la 60% fier, depozitele se găsesc în Crimeea:

pirită(pirită de sulf, pirita de fier, aur de pisică) - FeS 2 conține aproximativ 47% fier, depozitele se găsesc în Urali.

3. Rolul fierului în viața umană și a plantelor

Biochimiștii au descoperit rolul important al fierului în viața plantelor, animalelor și oamenilor. Făcând parte dintr-un compus organic extrem de complex numit hemoglobină, fierul determină culoarea roșie a acestei substanțe, care la rândul său determină culoarea sângelui oamenilor și animalelor. Corpul unui adult conține 3 g de fier pur, din care 75% face parte din hemoglobină. Rolul principal al hemoglobinei este transferul de oxigen de la plămâni la țesuturi, iar în direcția opusă - CO 2 .

Plantele au nevoie și de fier. Face parte din citoplasmă, participă la procesul de fotosinteză. Plantele crescute pe un substrat fără fier au frunzele albe. Un mic adaos de fier pe substrat - și devin verzi. Mai mult decât atât, merită să ungeți o foaie albă cu o soluție de sare care conține fier și, în curând, locul mânjit devine verde.

Deci, din același motiv - prezența fierului în sucuri și țesuturi - frunzele plantelor devin vesele verzi, iar obrajii unei persoane se înroșesc puternic.

4. Proprietățile fizice ale fierului.

Fierul este un metal alb-argintiu cu un punct de topire de 1539 o C. Este foarte ductil, prin urmare este ușor de prelucrat, forjat, laminat, ștanțat. Fierul are capacitatea de a fi magnetizat și demagnetizat, prin urmare este folosit ca miez de electromagneți în diferite mașini și aparate electrice. I se poate conferi o mai mare rezistență și duritate prin metode de acțiune termică și mecanică, de exemplu, prin călire și laminare.

Există fier chimic pur și fier tehnic pur. Fierul pur tehnic, de fapt, este un oțel cu conținut scăzut de carbon, conține 0,02 -0,04% carbon și chiar mai puțin oxigen, sulf, azot și fosfor. Fierul pur chimic conține mai puțin de 0,01% impurități. fier chimic pur gri-argintiu, strălucitor, la aspect foarte asemănător cu metalul platină. Fierul pur chimic este rezistent la coroziune și rezistă bine la acțiunea acizilor. Cu toate acestea, fracțiuni nesemnificative de impurități îl privează de aceste proprietăți prețioase.

5. Obținerea fierului

Recuperarea din oxizi cu carbon sau monoxid de carbon (II), precum și hidrogen:

FeO + C = Fe + CO

Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O

Experiență „Obținerea fierului prin aluminotermie”

6. Proprietățile chimice ale fierului

Ca element al unui subgrup lateral, fierul poate prezenta mai multe stări de oxidare. Vom lua în considerare numai compușii în care fierul prezintă stări de oxidare +2 și +3. Astfel, putem spune că fierul are două serii de compuși în care este divalent și trivalent.

1) În aer, fierul se oxidează ușor în prezența umezelii (rugină):

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

2) Un fir de fier încălzit arde în oxigen, formând sol - oxid de fier (II, III) - o substanță neagră:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Coxigen în forme de aer umed Fe 2 O 3 * nH 2 O

Experiență „Interacțiunea fierului cu oxigenul”

3) La temperaturi ridicate (700–900°C), fierul reacţionează cu vaporii de apă:

3Fe + 4H 2 O t˚C → Fe 3 O 4 + 4H 2

4) Fierul reacționează cu nemetale atunci când este încălzit:

Fe + S t˚C → FeS

5) Fierul se dizolvă ușor în acizi clorhidric și acizi sulfuric diluați în condiții normale:

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 (dif.) \u003d FeSO 4 + H 2

6) În acizi concentrați - agenți oxidanți, fierul se dizolvă numai când este încălzit

2Fe + 6H2SO4 (conc .) t˚C → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO3 (conc .) t˚C → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 Ofier (III)

7. Utilizarea fierului.

Cea mai mare parte a fierului produs în lume este folosită pentru a produce fier și oțel - aliaje de fier cu carbon și alte metale. Fontele conțin aproximativ 4% carbon. Otelurile contin mai putin de 1,4% carbon.

Fonta este necesară pentru producerea diferitelor piese turnate - paturile mașinilor grele etc.

Produse din fontă

Oțelurile sunt folosite pentru fabricarea de mașini, diverse materiale de construcție, grinzi, table, produse laminate, șine, unelte și multe alte produse. Pentru producerea diferitelor clase de oțel, se folosesc așa-numiții aditivi de aliere, care sunt diferite metale: M

Simulator №2 - Seria genetică Fe 3+

Simulatorul nr. 3 - Ecuații pentru reacțiile fierului cu substanțe simple și complexe

Sarcini pentru reparare

Numarul 1. Alcătuiți ecuațiile pentru reacțiile de obținere a fierului din oxizii săi Fe 2 O 3 și Fe 3 O 4 folosind ca agent reducător:
a) hidrogen;
b) aluminiu;
c) monoxid de carbon (II).
Pentru fiecare reacție, faceți o balanță electronică.

nr 2. Efectuați transformările conform schemei:
Fe 2 O 3 -> Fe - + H2O, t -> X - + CO, t -> Y - + HCl -> Z
Numiți produsele X, Y, Z?