Сполуки Феруму

РОЗДІЛ 3 МЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ІА – ІІІА ГРУП

§ 69. Сполуки Феруму

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

Характеризувати фізичні та хімічні властивості оксидів, гідроксидів і солей Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ); порівнювати їх властивості;

Складати йонні та окисно-відновні рівняння хімічних реакцій; експериментально визначити сполуки Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ).

Ви вже знаєте, що Ферум утворює сполуки зі ступенями окиснення +2 і +3, менш характерним є ступінь окиснення +6. Розглянемо властивості

оксидів, гідроксидів та солей Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ).

Ферум(ІІ) оксид FeO – це чорні кристали з атомною кристалічною граткою, тому й високою температурою плавлення (1368 °С), практично нерозчинні у воді. Ферум(ІІ) оксид належить до основних оксидів, оскільки має найнижчий ступінь окиснення +2.

– Складіть рівняння відповідних хімічних реакцій для ферум(ІІ) оксиду.

Ступінь окиснення Феруму +2 зумовлює відновні властивості ферум(ІІ) оксиду в реакціях із сильними окисниками, наприклад з нітратною кислотою:

– Доведіть відновні властивості ферум(ІІ) оксиду, склавши

схему електронного балансу.

Добування. Ферум(ІІ) оксид добувають термічним розкладом ферум(ІІ) карбонату в атмосфері азоту:

– Поміркуйте, чому процес проводять в атмосфері азоту. Застосування. Ферум(ІІ) оксид є компонентом кераміки, пігментом для фарб і термостійкої емалі.

Ферум(ІІ) гідроксид Fe(OH)2 – це білого кольору (за відсутності кисню) аморфна або кристалічна речовина, малорозчинна у воді, має оснoвний характер.

ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ

ДОБУВАННЯ І ВЛАСТИВОСТІ ФЕРУМ(ІІ) ГІДРОКСИДУ

Дослід 1. Добування ферум(ІІ) гідроксиду.

У пробірку з 2 мл розчину ферум(ІІ) хлориду додайте розчин натрій гідроксиду до появи осаду. Якого кольору утворюється осад? Напишіть повне йонне рівняння реакції:

Дослід 2. Властивості ферум(ІІ) гідроксиду.

Розділіть уміст пробірки разом з утвореним осадом на три частини.

Першу – залиште на повітрі, до другої – додайте 1 мл хлоридної кислоти, а до третьої – 1 мл розчину лугу. Що спостерігаєте? Чому в першій пробірці осад одразу змінив забарвлення із жовто-зеленого (мал. 126, а) на бурий (мал. 126, б), у другій – розчинився, у третій – не розчинився?

У першій пробірці колір осаду ферум(ІІ) гідроксиду змінився внаслідок його окиснення киснем повітря:

У другій – осад ферум(ІІ) гідроксиду розчинився в хлоридній кислоті, прореагував з нею.

Що це доводить? Розчинення ферум(ІІ) гідроксиду в кислоті підтверджує його основні властивості.

У третій – змін не відбулося, оскільки ферум(ІІ) гідроксид не взаємодіє з основами, що так само свідчить про його основні властивості.

У відновних властивостях йона Феруму(ІІ) переконаємося на досліді.

Мал. 126. Гідроксиди: а – ферум(ІІ); б – ферум(ІІІ)

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ВІДНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ ЙОНА ФЕРУМУ(ІІ)

У пробірку налийте 2 – 3 мл розчину ферум(ІІ) сульфату, підкисліть його розбавленою сульфатною кислотою (декілька крапель) і поступово додавайте розчин калій перманганату до зміни кольору, що і буде засвідчувати відновні властивості сполук Феруму зі ступенем окиснення +2:

– Доведіть відновні властивості йона Феруму(ІІ), склавши схему електронного балансу.

Солі Феруму(ІІ). Більшість з них розчинні у воді, мають переважно зеленувато-блакитний колір; з розчинів під час випаровування виділяються у вигляді кристалогідратів: FeSO4 – 7H2O, FeCl3 – 6H2O. Солі Феруму(ІІ) легко гідролізуються у водних розчинах з утворенням кислого середовища.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ГІДРОЛІЗ СОЛЕЙ ФЕРУМУ(ІІ)

У пробірку налийте 1 – 2 мл розчину ферум(ІІ) сульфату, занурте лакмусовий синій або універсальний папір. Що спостерігаєте?

Зміна кольору індикатора свідчить про те, що солі Ферум(ІІ) як солі, що утворені слабкою основою ферум(ІІ) гідроксидом Fe(OH)2 і сильною сульфатною кислотою Н2SО4, у розчині гідролізуються з утворенням кислого середовища. Гідроліз солі проходить лише за першою стадією:

Добування. Солі Феруму(ІІ) можуть утворитися внаслідок реакцій обміну та розчинення заліза в розчинах кислот (крім нітратної HNO3):

Якщо розчин ферум(ІІ) сульфату випаровувати, то виділяється кристалогідрат залізний купорос FeSO4 – 7Н2О, (мал. 127). Його використовують як відновник, компонент єлeктроліту в гальванотехніці, консервант деревини, у виготовленні пігментів.

Ферум(ІІІ) оксид Ее2О3 – темно – червоного кольору (мал. 128); має атомну кристалічну гратку, тому й високу температуру плавлення (1565 °С), нерозчинний у воді. Це найстійкіша природна сполука Феруму – червоний залізняк. Ферум(ІІІ) оксид має слабко виражені амфотерні властивості з переважанням оснoвних, тому взаємодіє з кислотами:

Fe2O3 + 6НСl = 2Fed3 + 3Н2О

Мал. 127. Залізний купорос

Мал. 128. Ферум(ІІІ) оксид

Виявляє слабкі кислотні властивості лише при сплавлянні з лугами, утворюючи солі ферити – натрій ферит NaFeO2:

Отже, ферум(ІІІ) оксид – амфотерна сполука з переважанням основних властивостей.

Складіть рівняння хімічних реакцій у йонних формах.

Добування. Ферум(ІІІ) оксид можна добути термічним розкладом ферум(ІІІ) гідроксиду або ферум(ІІІ) нітрату:

Застосування. Ферум(ІІІ) оксид застосовують у виготовленні кераміки, цементу, як пігмент у фарбах – жовтий (вохра), червоний (сурик), коричневий (умбра), як полірувальний матеріал тощо.

Ферум(Ш) гідроксид Fe(OH)3 – червоно-бура аморфна речовина змінного складу; нерозчинна у воді, тому слабкий електроліт.

Добування. Ферум(ІІІ) гідроксид добувають за реакцією обміну між сіллю Феруму(ІІІ) і лугом.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ДОБУВАННЯ І ВЛАСТИВОСТІ ФЕРУМ(ІІІ) ГІДРОКСИДУ

Дослід 1. У пробірку з розчином ферум(ІІІ) хлориду об’ємом 2 мл додавайте поступово розчин натрій гідроксиду до випадання осаду бурого кольору:

Дослід 2. Розділіть вміст пробірки разом з утвореним осадом на дві порції. До однієї долийте 1 мл хлоридної кислоти, до іншої – таку саму кількість розчину лугу. Що спостерігаєте? Чому осад у пробірці з кислотою розчинився, а з лугом – ні?

Складіть відповідні рівняння хімічних реакцій у йонних формах.

Розчинення осаду в пробірці з хлоридною кислотою свідчить про основні властивості ферум(ІІІ) гідроксиду. Порівняно з ферум(ІІ) гідроксидом вони виявляються слабкіше.

Ферум(ІІІ) гідроксид виявляє кислотні властивості при його сплавлянні з лугом, утворюючи сіль натрій ферит NaFeO2 і воду. Отже, ферум(ІІІ) гідроксид виявляє слабкі амфотерні властивості:

Fe(OH)3 + NaOH (крист.) = NaFeO2 + 2Н2О

Свіжоосаджений ферум(ІІІ) гідроксид взаємодіє з концентрованими лугами під час кип’ятіння та утворює гексагідроксоферити:

Fe(OH)3 + 3NaOH = Nа3[Fe(OH)6]

Ферум(ІІІ) гідроксид у реакціях здатний виявляти відновні властивості. Так, у реакції з бромом у лужному середовищі утворюються солі ферати:

Отже, ферум(ІІІ) оксид і ферум(ІІІ) гідроксид – амфотерні сполуки з переважанням основних властивостей.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ОКИСНЮВАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ЙОНА ФЕРУМУ(ІІІ)

До розчину ферум(ІІІ) хлориду об’ємом 1-2 мл добавляйте краплями розчин калій йодиду. Що спостерігаєте? Одним з продуктів реакції є йод. Доведіть це.

2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl

Солі Феруму(ІІІ) за стандартних умов – кристалічні забарвлені речовини, переважно кристалогідрати різного кольору: ферум(ІІІ) сульфат Fe2(SO4)3 – 9H2O – білий; ферум(ІІІ) хлорид FeCl3 – 6H2O – коричневий; ферум(ІІІ) нітрат Fe(NO3)3 – 9 H2O – блідо-бузковий. Кристалогідрати Fe2(SO4)3 – 9H2O, FeCl3 – 6H2O використовують переважно як коагулянти для очищення води.

Як солі дуже слабкої основи солі Феруму(ІІІ) сильно гідролізуються за першою стадією з утворенням кислого середовища.

ЛАБОРАТОРНИЙ ДОСЛІД

ГІДРОЛІЗ СОЛЕЙ ФЕРУМУ(ІІІ)

У пробірку налийте 1 – 2 мл розчину ферум(ІІІ) сульфату, занурте синій лакмусовий або універсальний папір. Що спостерігаєте? Відбулася характерна зміна кольору індикаторів, що засвідчує утворення кислого середовища при гідролізі солі ферум(ІІІ) сульфату:

Мал. 129. Солі Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ): а – червона кров’яна сіль; б – жовта кров’яна сіль; в – берлінська лазур

Отже, солі Феруму(ІІІ), подібно до солей Феруму(ІІ), як солі слабкої основи і сильної кислоти гідролізуються з утворенням кислого середовища.

Як розпізнати сполуки йонів Fe2+ і Fe3+?

У двох пробірках містяться розчини солей Феруму: в одній – розчин ферум(ІІ) хлориду FeCl2, в іншій – розчин ферум(ІІІ) хлориду FeCl3.

З’ясуємо, які реактиви потрібно використати для розпізнавання солей Феруму(ІІ) та Феруму(ІІІ), і проведемо досліди.

Дослід 1. У пробірку з розчином ферум(ІІ) хлориду додаємо 2 – 3 краплі розчину калій гексаціаноферату(ІІІ) K3[Fe(CN)6] – червоної кров’яної солі (мал. 129, а). Спостерігаємо утворення осаду синього кольору ферум(ІІ) гексаціаноферату(ІІІ) Fe3[Fe(CN)6]2 – турнбулевої сині:

Дослід 2. Уміст пробірки з розчином ферум(ІІІ) хлориду ділимо навпіл. До однієї порції додаємо 2 – 3 краплі розчину калій гексаціаноферату(ІІ) K4[Fe(CN)6] – жовтої кров’яної солі (мал. 129, б). Спостерігаємо утворення синього осаду ферум(ІІІ) гексаціаноферату(ІІ) Fe4[Fe(CN)6]3 – берлінської лазурі (мал. 129, в):

До іншої пробірки вносимо 2-3 краплі розчину калій тіоціанату KSCN і спостерігаємо утворення криваво-червоного розчину ферум(ІІ) тіоціанату:

FeCl3 + 3KSCN = Fe(SCN)3 + 3КСl

Fe3+ + 3SCN – = Fe(SCN)

Отже, розпізнати солі Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) можна за характерними реакціями.

Коротко про головне

Відмінності в кислотно-основних та окисно-відновних властивостях сполук Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) пояснюються різними значеннями ступенів окиснення Феруму в них. Порівняння їх властивостей показує, що:

– ферум(ІІ) оксид і ферум(ІІ) гідроксид у хімічних реакціях виявляють властивості слабких основ і відновників;

– ферум(ІІІ) оксид і ферум(ІІІ) гідроксид у хімічних реакціях виявляють амфотерні властивості з переважанням основних; відновні та окиснювальні властивості – з переважанням відновних;

– солі Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) у водному розчині гідролізуються за першим ступенем з утворенням кислого середовища. Солі Феруму(ІІІ) існують як кристалогідрати.

Розпізнають сполуки Феруму(ІІ) і Феруму(ІІІ) за якісними реакціями. Усі ці сполуки мають практичне значення.