Железо. Свойства железа и его соединений
Железо Fe: химические свойства, способы получения железа, взаимодействие с простыми веществами (кислород, сера) и со сложными веществами (кислоты, вода, сильные окислители). Оксид железа (II) FeO, оксид железа (III) Fe2O3, железная окалина (Fe3O4) — способы получения и химические свойства. Гидроксид железа (II) Fe(OH)2, гидроксид железа (III) Fe(OH)3 — способы получения и химические свойства.
Железо
Положение в периодической системе химических элементов
Элемент железо расположен в побочной подгруппе VIII группы (или в 8 группе в современной форме ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение атома железа
Электронная конфигурация железа в основном состоянии :
+26Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6
Железо проявляет ярко выраженные магнитные свойства.
Физические свойства
Железо – металл серебристо-белого цвета, с высокой химической активностью и высокой ковкостью. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.
(изображение с портала vchemraznica.ru)
Температура плавления 1538 о С, температура кипения 2861 о С.
Нахождение в природе
Железо довольно распространено в земной коре (порядка 4% массы земной коры). По распространенности на Земле железо занимает 4-ое место среди всех элементов и 2-ое место среди металлов. Содержание в земной коре — около 8%.
В природе железо в основном встречается в виде соединений:
(изображение с портала karatto.ru)
Магнитный железняк Fe3O4 или FeO·Fe2O3 (магнетит).
(изображение с портала emchi-med.ru)
В природе также широко распространены сульфиды железа, например, пирит FeS2.
(изображение с портала livemaster.ru)
Встречаются и другие минералы, содержащие железо.
Способы получения
Железо в промышленности получают из железной руды, гематита Fe2O3 или магнетита (Fe3O4или FeO·Fe2O3).
1. Один из основных способов производства железа – доменный процесс . Доменный процесс основан на восстановлении железа из оксида углеродом в доменной печи.
В печь загружают руду, кокс и флюсы.
Шихта – смесь исходных материалов, а в некоторых случаях и топлива в определённой пропорции, которую обрабатывают в печи.
Каменноугольный кокс – это твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путем коксования каменного угля при температурах 950—1100 °С без доступа воздуха. Содержит 96—98 % углерода.
Флюсы – это неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке металлов, чтобы снизить температуру плавления и легче отделить металл от пустой породы.
Шлак – расплав (а после затвердевания – стекловидная масса), покрывающий поверхность жидкого металла. Шлак состоит из всплывших продуктов пустой породы с флюсами и предохраняет металл от вредного воздействия газовой среды печи, удаляет примеси.
В печи кокс окисляется до оксида углерода (II):
2C + O2 → 2CO
Затем нагретый угарный газ восстанавливает оксид железа (III):
Процесс получения железа – многоэтапный и зависит от температуры.
Наверху, где температура обычно находится в диапазоне между 200 °C и 700 °C, протекает следующая реакция:
Ниже в печи, при температурах приблизительно 850 °C, протекает восстановление смешанного оксида железа (II, III) до оксида железа (II):
Встречные потоки газов разогревают шихту, и происходит разложение известняка:
Оксид железа (II) опускается в область с более высоких температур (до 1200 o C), где протекает следующая реакция:
FeO + CO → Fe + CO2
Углекислый газ поднимается вверх и реагирует с коксом, образуя угарный газ:
CO2 + C → 2CO
(изображение с портала 900igr.net)
2. Также железо получают прямым восстановлением из оксида водородом:
При этом получается более чистое железо, т.к. получаемое железо не загрязнено серой и фосфором, которые являются примесями в каменном угле.
3. Еще один способ получения железа в промышленности – электролиз растворов солей железа.
Качественные реакции
Качественные реакции на ионы железа +2.
– взаимодействие солей железа (II) с щелочами . При этом образуется серо-зеленый студенистый осадок гидроксида железа (II).
Например , хлорид железа (II) реагирует с гидроксидом натрия:
2NaOH + FeCl2 → Fe(OH)2 + 2NaCl
Видеоопыт взаимодействия раствора сульфата железа (II) с раствором гидроксида натрия (качественная реакция на ионы железа (II)) можно посмотреть здесь.
Гидроксид железа (II) на воздухе буреет, так как окисляется до гидроксида железа (III):
– ионы железа +2 окрашивают раствор в светлый желто-зеленый цвет.
– взаимодействие с красной кровяной солью K3[Fe(CN)6] – также качественная реакция на ионы железа +2. При этом образуется синий осадок «турнбулева синь».
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида железа (II) с раствором гексацианоферрата (III) калия (качественная реакция на ионы железа (II)) можно посмотреть здесь.
Качественные реакции на ионы железа +3
– взаимодействие солей железа (III) с щелочами . При этом образуется бурый осадок гидроксида железа (III).
Например , хлорид железа (III) реагирует с гидроксидом натрия:
3NaOH + FeCl3 → Fe(OH)3 + 3NaCl
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором гидроксида натрия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.
– ионы железа +3 окрашивают раствор в светлый желто-оранжевый цвет.
– взаимодействие с желтой кровяной солью K4[Fe(CN)6] ионы железа +3. При этом образуется синий осадок «берлинская лазурь».
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором гексацианоферрата (II) калия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.
В последнее время получены данные, которые свидетельствуют, что молекулы берлинской лазури идентичны по строению молекулам турнбулевой сини. Состав молекул обоих этих веществ можно выразить формулой Fe4[Fe2(CN)6]3.
– при взаимодействии солей железа (III) с роданидами раствор окрашивается в кроваво-красный цвет.
Например , хлорид железа (III) взаимодействует с роданидом натрия:
FeCl3 + 3NaCNS → Fe(CNS)3 + 3NaCl
Видеоопыт взаимодействия раствора хлорида железа (III) с раствором роданида калия (качественная реакция на ионы железа (III)) можно посмотреть здесь.
Химические свойства
1. При обычных условиях железо малоактивно , но при нагревании, в особенности в мелкораздробленном состоянии, оно становится активным и реагирует почти со всеми неметаллами .
1.1. Железо реагирует с галогенами с образованием галогенидов. При этом активные неметаллы (фтор, хлор и бром) окисляют железо до степени окисления +3:
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
Менее активный йод окисляет железо до степени окисления +2:
1.2. Железо реагирует с серой с образованием сульфида железа (II):
Fe + S → FeS
1.3. Железо реагирует с фосфором . При этом образуется бинарное соединения – фосфид железа:
Fe + P → FeP
1.4. С азотом железо реагирует в специфических условиях.
1.5. Железо реагирует с углеродом и кремнием с образованием карбида и силицида.
1.6. При взаимодействии с кислородом железо образует окалину – двойной оксид железа (II, III):
При пропускании кислорода через расплавленное железо возможно образование оксида железа (II):
2Fe + O2 → 2FeO
2. Железо взаимодействует со сложными веществами.
2.1. При обычных условиях железо с водой практически не реагирует. Раскаленное железо может вступать в реакцию при температуре 700-900 о С с водяным паром:
3 Fe 0 + 4 H2 + O → Fe +3 3O4 + 4 H2 0
В воде в присутствии кислорода или во влажном воздухе железо медленно окисляется (корродирует):
2.2. Железо взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой). При этом образуются соль железа со степенью окисления +2 и водород.
Например , железо бурно реагирует с соляной кислотой :
Fe + 2HCl → FeCl2 + H2↑
2.3. При обычных условиях железо не реагирует с концентрированной серной кислотой из-за пассивации – образования плотной оксидной пленки. При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат железа (III) и вода:
2.4. Железо не реагирует при обычных условиях с концентрированной азотной кислотой также из-за пассивации. При нагревании реакция идет с образованием нитрата железа (III), оксида азота (IV) и воды:
С разбавленной азотной кислотой железо реагирует с образованием оксида азота (II):
При взаимодействии железа с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:
2.5. Железо может реагировать с щелочными растворами или расплавами сильных окислителей . При этом железо окисляет до степени окисления +6, образуя соль (феррат).
Например , при взаимодействии железа с расплавом нитрата калия в присутствии гидроксида калия железо окисляется до феррата калия, а азот восстанавливается либо до нитрита калия, либо до аммиака:
2.6. Железо восстанавливает менее активные металлы из оксидов и солей .
Например , железо вытесняет медь из сульфата меди (II). Реакция экзотермическая:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Еще пример : простое вещество железо восстанавливает железо до степени окисления +2 при взаимодействии с соединениями железа +3:
2FeCl3 + Fe → 3FeCl2
Оксид железа (II)
Оксид железа (II) – это твердое, нерастворимое в воде вещество черного цвета.
Способы получения
Оксид железа (II) можно получить различными методами :
1. Частичным в осстановлением оксида железа (III).
Например , частичным восстановлением оксида железа (III) водородом:
Или частичным восстановлением оксида железа (III) угарным газом:
Еще один пример : восстановление оксида железа (III) железом:
2. Разложение гидроксида железа (II) при нагревании :
Химические свойства
Оксид железа (II) — типичный основный оксид .
1. При взаимодействии оксида железа (II) с кислотными оксидами образуются соли.
Например , оксид железа (II) взаимодействует с оксидом серы (VI):
FeO + SO3 → FeSO4
2. Оксид железа (II) взаимодействует с растворимыми кислотами. При этом также образуются соответствующие соли .
Например , оксид железа (II) взаимодействует с соляной кислотой:
FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O
3. Оксид железа (II) не взаимодействует с водой.
4. Оксид железа (II) малоустойчив, и легко окисляется до соединений железа (III).
Например , при взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуются нитрат железа (III), оксид азота (IV) и вода:
При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой образуется оксид азота (II). Реакция идет при нагревании:
5. Оксид железа (II) проявляет слабые окислительные свойства .
Например , оксид железа (II) реагирует с угарным газом при нагревании:
FeO + CO → Fe + CO2
Оксид железа (III)
Оксид железа (III) – это твердое, нерастворимое в воде вещество красно-коричневого цвета.
Способы получения
Оксид железа (III) можно получить различными методами :
1. Окисление оксида железа (II) кислородом.
2. Разложение гидроксида железа (III) при нагревании :
Химические свойства
Оксид железа (III) – амфотерный .
1. При взаимодействии оксида железа (III) с кислотными оксидами и кислотами образуются соли.
Например , оксид железа (III) взаимодействует с азотной кислотой:
2. Оксид железа (III) взаимодействует с щелочами и основными оксидами. Реакция протекает в расплаве, при этом образуется соответствующая соль (феррит) .
Например , оксид железа (III) взаимодействует с гидроксидом натрия:
3. Оксид железа (III) не взаимодействует с водой.
4. Оксид железа (III) окисляется сильными окислителями до соединений железа (VI).
Например , хлорат калия в щелочной среде окисляет оксид железа (III) до феррата:
Нитраты и нитриты в щелочной среде также окисляют оксид железа (III):
5. Оксид железа (III) проявляет окислительные свойства .
Например , оксид железа (III) реагирует с угарным газом при нагревании. При этом возможно восстановление как до чистого железа, так и до оксида железа (II) или железной окалины:
Также оксид железа (III) восстанавливается водородом:
Железом можно восстановить оксид железа только до оксида железа (II):
Оксид железа (III) реагирует с более активными металлами .
Например , с алюминием (алюмотермия):
Оксид железа (III) реагирует также с некоторыми другими сильными восстановителями.
Например , с гидридом натрия:
Fe2O3 + 3NaH → 3NaOH + 2Fe
6. Оксид железа (III) – твердый, нелетучий и амфотерный. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.
Например , из карбоната натрия:
Оксид железа (II, III)
Оксид железа (II, III) (железная окалина, магнетит) – это твердое, нерастворимое в воде вещество черного цвета.
Фото с сайта wikipedia.ru
Способы получения
Оксид железа (II, III) можно получить различными методами :
1. Горение железа на воздухе:
2. Частичное восстановление оксида железа (III) водородом или угарным газом :
3. При высокой температуре раскаленное железо реагирует с водой, образуя двойной оксид железа (II, III):
Химические свойства
Свойства оксида железа (II, III) определяются свойствами двух оксидов, из которых он состоит: основного оксида железа (II) и амфотерного оксида железа (III).
1. При взаимодействии оксида железа (II, III) с кислотными оксидами и кислотами образуются соли железа (II) и железа (III).
Например , оксид железа (II, III) взаимодействует с соляной кислотой. При это образуются две соли – хлорид железа (II) и хлорид железа (III):
Еще пример : оксид железа (II, III) взаимодействует с разбавленной серной кислотой.
2. Оксид железа (II, III) взаимодействует с сильными кислотами-окислителями (серной-концентрированной и азотной).
Например , железная окалина окисляется концентрированной азотной кислотой:
Разбавленной азотной кислотой окалина окисляется при нагревании:
Также оксид железа (II, III) окисляется концентрированной серной кислотой:
Также окалина окисляется кислородом воздуха :
3. Оксид железа (II, III) не взаимодействует с водой.
4. Оксид железа (II, III) окисляется сильными окислителями до соединений железа (VI), как и прочие оксиды железа (см. выше).
5. Железная окалина проявляет окислительные свойства .
Например , оксид железа (II, III) реагирует с угарным газом при нагревании. При этом возможно восстановление как до чистого железа, так и до оксида железа (II):
Также железная окалина восстанавливается водородом:
Оксид железа (II, III) реагирует с более активными металлами .
Например , с алюминием (алюмотермия):
Оксид железа (II, III) реагирует также с некоторыми другими сильными восстановителями (йодидами и сульфидами).
Например , с йодоводородом:
Гидроксид железа (II)
Способы получения
1. Гидроксид железа (II) можно получить действием раствора аммиака на соли железа (II).
Например , хлорид железа (II) реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида железа (II) и хлорида аммония:
2. Гидроксид железа (II) можно получить действием щелочи на соли железа (II).
Например , хлорид железа (II) реагирует с гидроксидом калия с образованием гидроксида железа (II) и хлорида калия:
FeCl2 + 2KOH → Fe(OH)2↓ + 2KCl
Химические свойства
1. Гидроксид железа (II) проявляется основные свойства , а именно реагирует с кислотами . При этом образуются соответствующие соли.
Например , гидроксид железа (II) взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида железа (II):
2. Гидроксид железа (II) взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот .
Например , гидроксид железа (II) взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата железа (II):
3. Гидроксид железа (II) проявляет сильные восстановительные свойства , и реагирует с окислителями. При этом образуются соединения железа (III) .
Например , гидроксид железа (II) взаимодействует с кислородом в присутствии воды:
Гидроксид железа (II) взаимодействует с пероксидом водорода:
При растворении Fe(OH)2 в азотной или концентрированной серной кислотах образуются соли железа (III):
4. Г идроксид железа (II) разлагается при нагревании :
Гидроксид железа (III)
Способы получения
1. Гидроксид железа (III) можно получить действием раствора аммиака на соли железа (III).
Например , хлорид железа (III) реагирует с водным раствором аммиака с образованием гидроксида железа (III) и хлорида аммония:
2. Окислением гидроксида железа (II) кислородом или пероксидом водорода:
3. Гидроксид железа (III) можно получить действием щелочи на раствор соли железа (III).
Например , хлорид железа (III) реагирует с раствором гидроксида калия с образованием гидроксида железа (III) и хлорида калия:
FeCl3 + 3KOH → Fe(OH)3↓ + 3KCl
Видеоопыт получения гидроксида железа (III) взаимодействием хлорида железа (III) и гидроксида калия можно посмотреть здесь.
4. Также гидроксид железа (III) образуется при взаимодействии растворимых солей железа (III) с растворами карбонатов и сульфитов . Карбонаты и сульфиты железа (III) необратимо гидролизуются в водном растворе.
Например: бромид железа (III) реагирует с карбонатом натрия. При этом выпадает осадок гидроксида железа (III), выделяется углекислый газ и образуется бромид натрия:
Но есть исключение ! Взаимодействие солей железа (III) с сульфитами в ЕГЭ по химии — окислительно-восстановительная реакция. Соединения железа (III) окисляют сульфиты, а также сульфиды и иодиды.
Взаимодействие хлорида железа (III) с сульфитом, например, калия — очень интересная реакция. Во-первых, в некоторых источниках указывается, что в ней таки может протекать необратимый гидролиз. Но для ЕГЭ лучше считать, что при этом протекает ОВР. Во-вторых, ОВР можно записать в разных видах:
Также допустима такая запись:
Химические свойства
1. Гидроксид железа (III) проявляет слабовыраженные амфотерные свойства, с преобладанием основных. Как основание, гидроксид железа (III) реагирует с растворимыми кислотами .
Например , гидроксид железа (III) взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата железа (III):
2. Гидроксид железа (III) взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот .
Например , гидроксид железа (III) взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата железа (III):
3. Гидроксид железа (III) взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—ферриты, а в растворе реакция практически не идет. При этом гидроксид железа (III) проявляет кислотные свойства.
Например , гидроксид железа (III) взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием феррита калия и воды:
4. Г идроксид железа (III) разлагается при нагревании :
Видеоопыт взаимодействия гидроксида железа (III) с соляной кислотой можно посмотреть здесь.
Соли железа
Нитраты железа
Нитрат железа (II) при нагревании разлагается на оксид железа (III), оксид азота (IV) и кислород:
Нитрат железа (III) при нагревании разлагается также на оксид железа (III), оксид азота (IV) и кислород:
Гидролиз солей железа
Растворимые соли железа, образованные кислотными остатками сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. частично:
I ступень: Fe 3+ + H2O ↔ FeOH 2+ + H +
II ступень: FeOH 2+ + H2O ↔ Fe(OH )2 + + H +
Однако сульфиты и карбонаты железа (III) и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:
При взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает ОВР:
2FeCl3 + 3Na2S → 2FeS + S + 6NaCl
Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.
Окислительные свойства железа (III)
Соли железа (III) под проявляют довольно сильные окислительные свойств. Так, при взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает окислительно-восстановительная реакция.
Например : хлорид железа (III) взаимодействует с сульфидом натрия. При этом образуется сера, хлорид натрия и либо черный осадок сульфида железа (II) (в избытке сульфида натрия), либо хлорид железа (II) (в избытке хлорида железа (III)):
2FeCl3 + 3Na2S → 2FeS + S + 6NaCl
2FeCl3 + Na2S → 2FeCl2 + S + 2NaCl
По такому же принципу соли железа (III) реагируют с сероводородом:
2FeCl3 + H2S → 2FeCl2 + S + 2HCl
Соли железа (III) также вступают в окислительно-восстановительные реакции с йодидами .
Например , хлорид железа (III) взаимодействует с йодидом калия. При этом образуются хлорид железа (II), молекулярный йод и хлорид калия:
2FeCl3 + 2KI → 2FeCl2 + I2 + 2KCl
Интерес представляют также реакции солей железа (III) с металлами. Мы знаем, что более активные металлы вытесняют из солей менее активные металлы . Иначе говоря, металлы, которые стоят в электрохимическом ряду левее, могут взаимодействовать с солями металлов, которые расположены в этом ряду правее . Исходя из этого правила, соли железа могут взаимодействовать только с металлами, которые расположены до железа. И они взаимодействуют.
Однако, соли железа со степенью окисления +3 в этом ряду являются небольшим исключением. Ведь для железа характерны две степени окисления: +2 и +3. И железо со степенью окисления +3 является более сильным окислителем. Таким образом, условно говоря, железо со степенью окисления +3 расположено в ряду активности после меди. И соли железа (III) могут реагировать еще и с металлами, которые расположены правее железа! Но до меди, включительно. Вот такой парадокс.
И еще один момент. Соединения железа (III) с этими металлами реагировать будут, а вот соединения железа (II) с ними реагировать не будут. Таким образом, металлы, расположенные в ряду активности между железом и медью (включая медь) при взаимодействии с солями железа (III) восстанавливают железо до степени окисления +2. А вот металлы, расположенные до железа в ряду активности, могут восстановить железо и до простого вещества.
Например , хлорид железа (III) взаимодействует с медью. При этом образуются хлорид железа (II) и хлорид меди (II):
А вот реакция нитрата железа (III) с цинком протекает уже по привычному механизму. И железо восстанавливается до простого вещества:
Взаимодействие углекислого газа с веществами и его химические свойства
Общие химические свойства углекислого газа: CO2 инертен, то есть химически не активен; при попадании в водный раствор легко вступает в реакции.
Большинство кислотных оксидов устойчивы к высоким температурам, но углекислота при их воздействии восстанавливается.
Взаимодействие с другими веществами:
1) Углекислота относится к кислотным оксидам, то есть в сочетании с водой образуется кислота. Однако угольная кислота неустойчива и распадается сразу. Эта реакция имеет обратимый характер:
Диоксид углерода + вода ↔ угольная кислота
Молекула угольной кислоты
2) При взаимодействии углекислого газа и соединений азота с водородом (аммиаком) в водном растворе происходит разложение до углеаммонийной соли.
Аммиак + углекислота = гидрокарбонат аммония
Углеаммонийная соль
Полученное вещество часто используется в приготовлении хлеба и различных кондитерских изделий.
3) Ход некоторых реакций должен поддерживаться высокими температурами. Примером является производство мочевины при 130 °C и давлении 200 атм., схематически изображаемое так:
Аммиак + диоксид углерода → карбамид + вода
Также под воздействием температуры около 800 градусов протекает реакция образования оксида цинка:
Цинк + двуокись углерода → оксид цинка + оксид углерода
4) Возможно уравнение с гидроксидом бария, при котором выделяется средняя соль.
Гидроксид бария + углекислота = карбонат бария + оксид водорода.
Применяется для регулировки калориметров по теплоемкости. Также вещество используют в промышленности для производства красных кирпичей, синтетических тканей, фейерверков, гончарных изделий, плитки для ванн и туалетов.
5) Углекислый газ выделяется при реакциях горения.
Метан + кислород = углекислота + вода (в газообразном состоянии) + энергия
Этилен + кислород = диоксид углерода + оксид водорода + энергия
Этан + кислород = двуокись углерода + вода + энергия
Этанол + кислород = вода + углекислота + энергия
6) Газ не поддерживает горения, этот процесс возможен только с некоторыми активными металлами, например, магнием.
Магний + углекислота = углерод + оксид магния.
MgO активно применяется при производстве косметических средств. Вещество используют в пищевой промышленности как пищевую добавку.
7) Двуокись углерода реагирует с гидроксидами с получением солей, которые существуют в двух формах, как карбонаты и бикарбонаты. Например, углекислый газ и гидроксид натрия, согласно формуле, образуют гидрокарбонат Na:
диоксид углерода + гидроксид натрия → гидрокарбонат натрия.
Или же при большем количестве NaOH образуется карбонат Na с образованием воды:
Диоксид углерода + гидроксид натрия → карбонат натрия + вода
Кислотно-щелочные реакции углекислоты используются на протяжении веков для затвердевания известкового раствора, что может быть выражено простым уравнением:
Гидроксид кальция + двуокись углерода → карбонат кальция + оксид водорода
В зелёных растениях играет важную роль в процессе фотосинтеза:
Диоксид углерода + вода → глюкоза + кислород.
9) Химические свойства углекислоты используются в промышленности при производстве соды, суть этого процесса можно выразить суммарным уравнением:
Хлорид натрия + Диоксид углерода + аммиак + вода → гидрокарбонат натрия + хлорид аммония
10) Фенолят Na разлагается при взаимодействии с углекислым газом, при этом малорастворимый фенол выпадает в осадок:
Фенолят натрия + двуокись углерода + оксид водорода = фенол + гидрокарбонат натрия
11) Пероксид натрия и углекислый газ, взаимодействуя, образуют среднюю соль карбоната Na с выделением кислорода.
Пероксид натрия + углекислота → карбонат натрия + кислород
Колба с пероксидом натрия
Образование углекислоты происходит при растворении в воде кальцинированной соды (стиральной соды).
Гидрокарбонат натрия + вода → углекислота + вода + гидроксид натрия
При этой реакции (гидролиз по катиону) образуется сильнощелочная среда.
12) CO2 вступает в реакцию с гидроксидом калия, последний образуется путем электролиза хлористого калия.
Гидроксид калия + углекислота → карбонат калия + вода
13) Газ в силу своего строения не реагирует с благородными газами, то есть гелием, неоном, аргоном, криптоном, ксеноном, радоном, оганесоном.
Заключение
Мы привели большую часть химических реакций, в которых участвует CO2. Ученые всего мира пытаются решить проблему увеличения концентрации углекислоты в воздухе, не без помощи реакций с другими веществами, которые известны химикам. А какие химические формулы взаимодействия углекислого газа знаете вы?
Спасибо, что указали на ошибку. Исправили.
Скажите пожалуйста На производстве углекислоты мы заменили на комрессорном агрегате старый охладитель углекислого газа с трубками из нержавейки на новый, с латунными трубками. То есть в начале этих трубок охладителя Углекислый газ будет под давлением 16 бар и температурой 130 градусов, на выходе + 10 градусов, всё это с выделением конденсата. Не будет ли какой-то непредвиденной реакции в зоне взаимодействия уг. газа, латуни и воды? Охладитель работает хорошо, но не разрушаться ли трубки от коррозии?
Необходимо определиться для начала, откуда поступает к вам углекислый газ, какие еще газы поступают вместе с углекислым газом в охладитель. У нас, в энергетическом производстве, на определенном участке пароводяного тракта установлены латунные трубки, в которых происходит нагрев теплоносителя. Мы производим замеры растворенного кислорода в конденсате перед подачей его на подогреватели с трубками из латуни. В нашем случае большая концентрация кислорода в воде, при нагревании последней, приводит к коррозии латунных трубок.
Здравствуйте Вячеслав. Углекислый газ поступает с брожения пивного сусла. Углекислый газ (у.г.) сжимается компрессором и при t 130* подаётся на теплообменник (т.о.). хладоносителем t -4*. На латунных стенках т.о. образуется конденсат который отделяется от у.г. в конденсатоотводчике. Содержание кислорода в конденсате не должно быть большим, если вообще не минимальное. После установки нового т.о. конденсатоотводчик стал забиваться непонятной серой массой похожей на мокрый графит. Компрессор разбирали — проблема не в нём (думали одно из графитовых колец размолотило). Разбирать и осматривать т.о. более трудоёмкий процесс.
Затрудняюсь вам ответить на этот вопрос, надо изучать состав газа на входе в теплообменник. Возможно образование угольной кислоты в теплообменнике. А при наличии кислорода кислота может вызывать коррозию, но это не точно.
Урок 11. Железо
Свойства железа и его соединений
Железо — химический элемент восьмой группы, четвёртого периода, следовательно, строение его атома можно изобразить схемой:
Железо — очень распространённый элемент периодической системы. Среди химических элементов, которые входят в состав Земной коры, оно занимает четвёртое место. В центре Земли имеется массивное железно-никелевое ядро, которое обеспечивает естественный магнетизм Земли.
Хотя атом железа в соединениях может проявлять степени окисления +2, +3, +6, в природе встречаются соединения преимущественно трёхвалентного железа:
Все эти руды имеют буро-красную окраску. Интересно, что от этой окраски произошло слово руда: «рудый» означает «рыжий». Дело в том, что железные руды встретились человеку давным-давно, и с освоения этих руд началась наша цивилизация, поскольку для разработки технологии выплавки железа из руды потребовались значительные интеллектуальные усилия, все знания, которых накопил человек.
Атомы железа (II) входят в состав гемоглобина крови. Именно эти атомы связывают кислород и транспортируют его по всем клеткам нашего организма. При этом атом железа становится трёхвалентным, с характерной для этого состояния «кровавой» окраской. Кстати, название руды «гематит» и означает «кровавый».
Железо — серебристо-белый пластичный металл. Это металл средней активности, тем не менее оно может реагировать с активными неметаллами (галогены, кислород, сера, углерод), кислотами, а при особых условиях — с водой. При этом если реакция происходит с сильным окислителем, то образуется соединение трёхвалентного железа. Впрочем, если в результате реакции образуется соединение двухвалентного железа, то на воздухе это соединение быстро окисляется до трёхвалентного состояния. Например, с сильным окислителем хлором образуется хлорид Fe (III):
А при взаимодействии с соляной кислотой, атом хлора которой может проявлять только восстановительные свойства, образуется хлорид железа (II).
Задание 11.1. Составить уравнение реакции взаимодействия железа с серой, водой, соляной кислотой, разбавленной азотной кислотой.
Соли железа (II) и (III) имеют разную окраску: растворы соединений железа (II) бесцветные, а растворы железа (III) — окрашены в жёлтый цвет.
При взаимодействии с щелочами из растворов солей железа можно получить его гидроксиды. Они так сильно отличаются друг от друга по цвету, что эту реакцию можно считать качественной на соединения железа с разной степенью окисления. Так, из солей Fe (II) выделяется белый (в инертной атмосфере) осадок, который на воздухе мгновенно зеленеет:
На воздухе этот осадок «ржавеет», становится буро-оранжевым. Состав полученного осадка очень близок к составу ржавчины:
Наиболее чувствительной качественной реакцией на Fe 3+ является реакция с роданидом калия:
Оксид и гидроксид железа (II) проявляют основные свойства, т. е. реагируют с кислотами, но не реагируют со щелочами. В отличие от них, оксид и гидроксид железа (III) проявляют слабые амфотерные свойства. Это означает, что при обычных условиях эти вещества реагируют с кислотами и не реагируют со щелочами, но при сплавлении они со щелочами реагируют:
Кроме того, они растворяются в горячих, концентрированных растворах щелочей.
Таким образом, на примере свойств соединений железа ещё раз убеждаемся в справедливости закономерности: при возрастании степени окисления атома металла усиливаются и кислотные, и окислительные свойства соединений.
Действительно, для соединений двухвалентного железа характерны восстановительные свойства: они окисляются просто на воздухе. Для соединений трёхвалентного железа характерны окислительные свойства, они могут находиться в растворе длительное время. Единственное, что «угрожает» солям трёхвалентного железа, — гидролиз, поскольку эти соли соответствуют более слабому основанию.
Задание 11.2. Составьте уравнение реакции гидролиза хлорида железа (III).
Получение железа (чугуна и стали)
Производство чугуна основано на восстановительных свойствах углерода. Чугун образуется в домнах, куда загружают смесь кокса и железной руды. В результате горения кокса образуется необходимое для реакции тепло и сильный восстановитель — угарный газ:
Впрочем, и кокс является прекрасным восстановителем:
Угарный газ является основным восстановителем доменного процесса, поскольку ввиду газообразного состояния имеет высокую реакционную способность, способен проникать в любую точку домны. Кроме того, он не образует цементита. Эти реакции восстановления происходят при температуре 450…700 °C:
Полученный углекислый газ, реагируя с избытком кокса, вновь превращается в угарный газ:
и процесс продолжается. Он происходит в верхней части домны. Выделяющееся в твёрдом виде железо опускается в нижнюю часть домны, контактирует с коксом, начинает плавиться, так как температура в этой части печи превышает 1300 °C. Кокс, образуя сплав с железом (чугун), понижает температуру плавления железа на 400°; одновременно с этим часть железа образует цементит:
Для предохранения расплавленного железа от окисления в исходную смесь добавляют флюсы. Это известняк, который является поставщиком углекислого газа и, всплывая на поверхность, образует защитную плёнку.
Полученный чугун содержит до 4,5 % углерода, он используется для получения стали. Цель переработки — удаление примесей углерода, фосфора, серы. Готовая сталь должна содержать 0,3…2 % углерода. Кроме того, в сталь вводят различные добавки, которые изменяют её свойства. Так, нержавеющая сталь содержит около 12 % хрома.
Сталь является основным сплавом машиностроения, но легко ржавеет, так как подвергается коррозии (см. урок 8.4).
Выводы
Железо — главный металл нашей цивилизации. Станки, различные машины и механизмы, строительные конструкции, мосты, трубы — всё состоит из железа, точнее, стали или чугуна. Это достаточно активный металл, поэтому легко образует различные соединения, в которых чаще всего проявляет валентность III. Такие соединения имеют обычно красно-коричневую окраску (ржавчина).
http://uglekislygaz.ru/dioksid-ugleroda/himicheskie-svojstva-co2/
http://himi4ka.ru/samouchitel-po-himii/urok-11-zhelezo.html