ترکیبات آهن (II).

ترکیبات آهن با حالت اکسیداسیون آهن +2 ناپایدار هستند و به راحتی به مشتقات آهن (III) اکسید می شوند.

Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2 .

هیدروکسید آهن (II) Fe(OH) 2هنگامی که تازه رسوب می کند، رنگ سبز مایل به خاکستری دارد، در آب حل نمی شود، در دمای بالاتر از 150 درجه سانتیگراد تجزیه می شود و به سرعت در اثر اکسیداسیون تیره می شود:

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3.

خواص آمفوتریک خفیف با غلبه اسیدهای پایه از خود نشان می دهد و به راحتی با اسیدهای غیر اکسید کننده واکنش نشان می دهد:

Fe(OH) 2 + 2HCl = FeCl 2 + 2H 2 O.

هنگامی که حرارت داده می شود با محلول های قلیایی غلیظ واکنش نشان می دهد و تتراهیدروکسوفرات (II) را تشکیل می دهد:

Fe(OH) 2 + 2NaOH = Na 2.

این خاصیت کاهنده را نشان می دهد؛ هنگام تعامل با اسید نیتریک یا سولفوریک غلیظ، نمک های آهن (III) تشکیل می شود:

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

از واکنش نمک های آهن (II) با محلول قلیایی در غیاب اکسیژن اتمسفر به دست می آید:

FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 + Na 2 SO 4.

نمک های آهن (II).آهن (II) تقریباً با تمام آنیون ها نمک تشکیل می دهد. به طور معمول، نمک ها به شکل هیدرات های کریستالی سبز متبلور می شوند: 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 (نمک مورا) و غیره محلول های نمکی دارای رنگ سبز کم رنگ بوده و در اثر هیدرولیز محیطی اسیدی دارند:

Fe 2 + + H 2 O = FeOH + + H +.

آنها تمام خواص نمک ها را نشان می دهند.

هنگامی که در هوا می ایستند، به آرامی توسط اکسیژن محلول به نمک های آهن (III) اکسید می شوند:

4FeCl 2 + O 2 + 2H 2 O = 4 FeOHCl 2.

واکنش کیفی به کاتیون Fe 2+ - برهمکنش با هگزاسیانوفرات پتاسیم (III) (نمک قرمز خون):

FeSO 4 + K 3 = KFe↓ + K 2 SO 4

Fe 2+ + K + + 3- = KFe↓

در نتیجه واکنش، یک رسوب آبی تشکیل می شود - آهن (III) - هگزاسیانوفرات پتاسیم (II).

حالت اکسیداسیون +3 مشخصه آهن است.

اکسید آهن (III) Fe 2 O 3 -رنگ این ماده قهوه ای است و در سه تغییر چند شکلی وجود دارد.

خواص آمفوتریک خفیف با غلبه ویژگی های پایه را نشان می دهد. به راحتی با اسیدها واکنش نشان می دهد:

Fe 2 O 3 + 6HCl = 2FeCl 3 + 3H 2 O.

با محلول های قلیایی واکنش نشان نمی دهد، اما پس از همجوشی، فریت ها را تشکیل می دهد:

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O.

خواص اکسید کننده و کاهنده را نشان می دهد. هنگامی که گرم می شود، توسط هیدروژن یا مونوکسید کربن (II) کاهش می یابد و خواص اکسید کننده را نشان می دهد:

Fe 2 O 3 + H 2 = 2FeO + H 2 O،

Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2 .

در حضور عوامل اکسید کننده قوی در یک محیط قلیایی، خواص کاهشی از خود نشان می دهد و به مشتقات آهن (VI) اکسید می شود:

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

در دمای بالاتر از 1400 درجه سانتیگراد تجزیه می شود:

6Fe 2 O 3 = 4Fe 3 O 4 + O 2.

از تجزیه حرارتی هیدروکسید آهن (III) بدست می آید:

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

یا اکسیداسیون پیریت:

4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.

FeCl 3 + 3KCNS = Fe(CNS) 3 + 3KCl،

اهداف درس:

• دانش آموزان را با عنصر گروه ثانویه جدول تناوبی - آهن، ساختار، خواص آن آشنا کنید.
• مکان آهن در طبیعت، روش های بدست آوردن آن، کاربرد، خواص فیزیکی را بشناسید.
• بتوانید آهن را به عنوان عنصری از یک زیر گروه ثانویه مشخص کنید.
• قادر به اثبات خواص شیمیایی آهن و ترکیبات آن، نوشتن معادلات واکنش به صورت مولکولی، یونی، ردوکس.
• توسعه مهارت های دانش آموزان در ترکیب معادلات واکنش های مربوط به آهن، ایجاد دانش دانش آموزان در مورد واکنش های کیفی به یون های آهن.
• علاقه به موضوع را در خود پرورش دهید.

تجهیزات:آهن (پودر، پین، صفحه)، گوگرد، فلاسک اکسیژن، اسید کلریدریک، سولفات آهن (II)، کلرید آهن (III)، هیدروکسید سدیم، نمک های قرمز و زرد خون.

در طول کلاس ها

I. لحظه سازمانی

II. بررسی تکالیف

III. یادگیری مطالب جدید

1. معرفی معلم.

- اهمیت آهن در زندگی، نقش آن در تاریخ تمدن. یکی از رایج ترین فلزات در پوسته زمین آهن است. استفاده از آن بسیار دیرتر از سایر فلزات (مس، طلا، روی، سرب، قلع) آغاز شد که به احتمال زیاد به دلیل شباهت کم سنگ آهن با فلز است. برای افراد بدوی بسیار دشوار بود که بفهمند می توان فلز را از سنگ معدن به دست آورد که می توان با موفقیت در ساخت اشیاء مختلف استفاده کرد؛ این به دلیل نبود ابزار و وسایل لازم برای سازماندهی چنین فرآیندی بود. زمان زیادی گذشت تا اینکه انسان آموخت که آهن را از سنگ معدن استخراج کند و از آن فولاد و چدن بسازد.
در حال حاضر، سنگ آهن یک ماده خام ضروری برای متالورژی آهنی است، آن مواد معدنی که هیچ کشور صنعتی پیشرفته ای نمی تواند بدون آن کار کند. تولید سالانه سنگ آهن در جهان تقریباً 350000000 تن است. برای ذوب آهن (میزان کربن 0.2-0.4 درصد)، چدن (2.5-4 درصد کربن)، فولاد (2.5-1.5 درصد کربن) استفاده می شود.فولاد بیشترین کاربرد را در صنعت نسبت به آهن و چدن دارد. چرا تقاضای بیشتری برای ذوب آن وجود دارد.
برای ذوب چدن از سنگ‌های آهن، کوره‌های بلندی استفاده می‌شود که بر روی زغال سنگ یا کک کار می‌کنند؛ فولاد و آهن از چدن در کوره‌های بازتابنده، مبدل‌های بسمر یا روش توماس ذوب می‌شوند.
فلزات آهنی و آلیاژهای آنها در زندگی و توسعه جامعه بشری اهمیت زیادی دارند. انواع اقلام خانگی و مصرفی از آهن می باشد. صدها میلیون تن فولاد و چدن برای ساخت کشتی، هواپیما، حمل و نقل ریلی، اتومبیل، پل، راه آهن، ساختمان های مختلف، تجهیزات و موارد دیگر استفاده می شود. هیچ شاخه ای از کشاورزی و صنعت وجود ندارد که در آن از آهن و آلیاژهای مختلف آن استفاده نشود.
معدود مواد معدنی که معمولاً در طبیعت یافت می شوند و حاوی آهن هستند، سنگ آهن هستند. این کانی ها عبارتند از: سنگ آهن قهوه ای، هماتیت، مگنتیت و غیره که ذخایر بزرگی را تشکیل می دهند و مناطق وسیعی را اشغال می کنند.
رابطه شیمیایی مگنتیت یا سنگ آهن مغناطیسی که دارای رنگ سیاه مایل به آهن و خاصیت منحصر به فرد - مغناطیس است، ترکیبی است متشکل از اکسید آهن و اکسید آهن. در محیط طبیعی می توان آن را هم به صورت توده های دانه ای یا جامد و هم به صورت بلورهای خوش فرم یافت. سنگ آهن از نظر محتوای آهن فلزی مگنتیت (تا 72 درصد) غنی ترین است.
بزرگترین ذخایر سنگ معدن مگنتیت در کشور ما در اورال ها، در کوه های ویسوکایا، بلاگودات، مگنیتنایا، در برخی از مناطق سیبری - حوضه رودخانه آنگارا، کوه شوریا، در قلمرو شبه جزیره کولا قرار دارد.

2. با کلاس کار کنید. ویژگی های آهن به عنوان یک عنصر شیمیایی

الف) موقعیت در جدول تناوبی:

تمرین 1.موقعیت آهن را در جدول تناوبی مشخص کنید؟

پاسخ:آهن در دوره چهارم ماژور، ردیف زوج، گروه هشتم، گروه فرعی قرار دارد.

ب) ساختار اتم:

وظیفه 2.ترکیب و ساختار اتم آهن، فرمول الکترونیکی و سلول ها را ترسیم کنید.

پاسخ: Fe +3 2) 8) 14) 2) فلز

p = 26
e = 26
n = (56 - 26) = 30

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2

سوالالکترون های ظرفیت روی کدام لایه های آهن قرار دارند؟ چرا؟

پاسخ.الکترون های ظرفیت در لایه های آخر و ماقبل آخر قرار دارند، زیرا این عنصری از زیر گروه ثانویه است.

آهن به عنوان یک عنصر d طبقه بندی می شود؛ بخشی از سه عنصر - فلزات (Fe-Co-Ni) است.

ج) خواص ردوکس آهن:

سوالآهن چیست - یک عامل اکسید کننده یا یک عامل کاهنده؟ چه حالت های اکسیداسیون و ظرفیتی از خود نشان می دهد؟

پاسخ:

Fe 0 – 2e = Fe +3) عامل کاهنده
Fe 0 – 3e = Fe +3
s.o.+ 2,+ 3; ظرفیت = II و III، ظرفیت 7 - نشان نمی دهد.

د) ترکیبات آهن:

FeO - اکسید پایه
Fe(OH) 2 - باز نامحلول
Fe 2 O 3 - اکسید با علائم آمفوتریسیته
Fe(OH) 3 - پایه ای با علائم آمفوتریکی
ترکیبات هیدروژنی فرار نیستند.

د) بودن در طبیعت

آهن دومین فلز فراوان در طبیعت است (بعد از آلومینیوم) آهن در حالت آزاد فقط در شهاب سنگ ها یافت می شود مهمترین ترکیبات طبیعی:

FeO*3HO – سنگ آهن قهوه ای،
FeO - سنگ آهن قرمز،
FeO (FeO*FeO) - سنگ آهن مغناطیسی،
FeS – پیریت آهن (پیریت)

ترکیبات آهن در موجودات زنده یافت می شود.

3. خصوصیات ماده ساده آهن

الف) ساختار مولکولی، نوع پیوند، نوع شبکه کریستالی؛ (مستقل)

ب) خواص فیزیکی آهن

آهن یک فلز خاکستری نقره ای است که چکش خواری، شکل پذیری و خواص مغناطیسی قوی دارد. چگالی آهن 7.87 گرم بر سانتی متر مکعب، نقطه ذوب 1539 تن در سانتی گراد است.

ج) خواص شیمیایی آهن:

اتم های آهن در واکنش ها الکترون اهدا می کنند و حالت های اکسیداسیون +2، + 3 و گاهی + 6 را نشان می دهند.
در واکنش ها، آهن یک عامل کاهنده است. با این حال، در دماهای معمولی حتی با فعال ترین عوامل اکسید کننده (هالوژن ها، اکسیژن، گوگرد) برهمکنش نمی کند، اما وقتی گرم می شود فعال می شود و با آنها واکنش می دهد:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 کلرید آهن (III)
3Fe + 2O 2 = Fe 2 O 3 (FeO*Fe O) اکسید آهن (III)
Fe +S = FeS سولفید آهن (II).

در دماهای بسیار بالا، آهن با کربن، سیلیکون و فسفر واکنش می دهد.

3Fe + C = Fe 3 C کاربید آهن (سیمانیت)
سیلیسید آهن 3Fe + Si = Fe 3 Si
3Fe + 2P = Fe 3 P 2 فسفید آهن

آهن با مواد پیچیده واکنش نشان می دهد.
در هوای مرطوب، آهن به سرعت اسیدی می شود (خورده می شود):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O = 4Fe(OH) 3
Fe(OH) 3 ––> FeOOH + H 2 O
زنگ

آهن در وسط سری ولتاژ الکتروشیمیایی فلزات قرار دارد، بنابراین یک فلز است متوسط ​​فعالیتتوانایی کاهش آهن کمتر از فلزات قلیایی، قلیایی خاکی و آلومینیوم است. فقط در دماهای بالا آهن داغ با آب واکنش نشان می دهد:

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

آهن با اسیدهای سولفوریک و هیدروکلریک رقیق واکنش می دهد و هیدروژن را از آنها می گیرد:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Fe 0 + 2H + = Fe 2 + + H 2 0

در دماهای معمولی، آهن با اسید سولفوریک غلیظ برهمکنش نمی‌کند، زیرا توسط آن غیرفعال می‌شود. اسید سولفوریک غلیظ هنگام گرم شدن، آهن را به سولفات آهن (III) اکسید می‌کند:

2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

اسید نیتریک رقیق، آهن را به نیترات آهن (III) اکسید می کند:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

اسید نیتریک غلیظ آهن را غیرفعال می کند.

از محلول های نمک، آهن فلزاتی را که در سمت راست آن در سری ولتاژ الکتروشیمیایی قرار دارند جابجا می کند:

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu,

د) استفاده از آهن (به تنهایی)

ه) دریافت (به همراه دانش آموزان)

در صنعت، آهن با احیای آن از سنگ آهن با کربن (کک) و مونوکسید کربن (II) در کوره بلند به دست می آید.
شیمی فرآیند کوره بلند به شرح زیر است:

C + O = CO
CO + C = 2CO
3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2
FeO + CO = Fe + CO 2

4. ترکیبات آهن

خواص شیمیایی این ترکیبات

اضافه شدن.ترکیبات آهن (II) ناپایدار هستند، آنها می توانند اکسید شوند و به ترکیبات آهن (III) تبدیل شوند.

Fe + 2 Cl 2 + Cl 2 = Fe + 3 Cl 3 خانه ردوکس را تشکیل می دهند
طرح های Fe +2 (OH) + H 2 O + O 2 = Fe + 3 (OH) 3، یکسان کنید.

خواص شیمیایی این ترکیبات

همچنین، یک واکنش کیفی به Fe +2 واکنش نمک های آهن (II) با ماده ای به نام نمک قرمز خون K3 است - این یک ترکیب پیچیده است.

3FeCl + 2K 3 = Fe 3.

آهن هم در دمای معمولی و هم در دمای بالا کاملا آهنگری است. چدن و ​​فولاد را می توان ریخته گری کرد.

یک ماده را نمی توان از نظر بیولوژیکی بی اثر نامید. با این حال، سمیت آن بسیار کم است. با این حال، این نه چندان با فعالیت عنصر، بلکه با ناتوانی بدن انسان در جذب خوب آن مرتبط است: حداکثر 20٪ از دوز دریافتی است.

آهن را نمی توان به عنوان یک ماده محیطی طبقه بندی کرد. با این حال، آسیب اصلی به محیط زیست ناشی از ضایعات آن نیست، زیرا آهن به سرعت زنگ می‌زند، بلکه از زباله‌های تولید - سرباره و گازهای آزاد شده است.

تولید

آهن یک عنصر بسیار رایج است، بنابراین نیازی به هزینه های زیادی ندارد. کانسارها با استفاده از هر دو روش روباز و معدن توسعه می یابند. در واقع، همه سنگ‌های معدنی حاوی آهن هستند، اما فقط آنهایی که نسبت فلز به اندازه کافی زیاد است، توسعه می‌یابند. اینها عبارتند از سنگ معدن غنی - سنگ آهن قرمز، مغناطیسی و قهوه ای با سهم آهن تا 74٪، سنگ معدن با محتوای متوسط ​​- به عنوان مثال مارکازیت، و سنگ معدن کم عیار با سهم آهن حداقل 26٪ - سیدریت.

سنگ معدن غنی بلافاصله به کارخانه فرستاده می شود. سنگ هایی با محتوای متوسط ​​و کم غنی می شوند.

روش های مختلفی برای تولید آلیاژهای آهن وجود دارد. به عنوان یک قاعده، ذوب هر فولادی شامل تولید چدن است. در کوره بلند در دمای 1600 درجه سانتیگراد ذوب می شود. بار - آگلومرا، گلوله، همراه با شار در کوره بارگذاری می شود و با هوای گرم دمیده می شود. در این حالت، فلز ذوب می شود و کک می سوزد، که به شما امکان می دهد ناخالصی های ناخواسته را بسوزانید و سرباره را جدا کنید.

برای تولید فولاد، معمولاً از چدن سفید استفاده می شود - در آن، کربن به یک ترکیب شیمیایی با آهن متصل می شود. رایج ترین 3 روش:

• کوره باز - چدن مذاب با افزودن سنگ معدن و ضایعات در دمای 2000 درجه سانتیگراد ذوب می شود تا محتوای کربن کاهش یابد. در صورت وجود مواد اضافی در انتهای مذاب اضافه می شود. به این ترتیب بالاترین کیفیت فولاد به دست می آید.
• مبدل اکسیژن روشی پربازده است. در کوره، ضخامت چدن با هوا تحت فشار 26 کیلوگرم بر مربع دمیده می شود. مخلوطی از اکسیژن و هوا یا اکسیژن خالص می تواند برای بهبود خواص فولاد استفاده شود.
• ذوب الکتریکی - اغلب برای تولید فولادهای آلیاژی خاص استفاده می شود. چدن در کوره الکتریکی در دمای 2200 درجه سانتیگراد پخته می شود.

فولاد را می توان با روش مستقیم نیز بدست آورد. برای انجام این کار، گلوله هایی با محتوای آهن بالا در یک کوره شفت بارگذاری شده و با هیدروژن در دمای 1000 درجه سانتیگراد تصفیه می شوند. دومی آهن را از اکسید بدون مراحل میانی کاهش می دهد.

با توجه به ویژگی های متالورژی آهنی، سنگ معدن با محتوای آهن خاص یا محصولات نهایی - چدن، فولاد، فریت - فروخته می شود. قیمت آنها بسیار متفاوت است. میانگین هزینه سنگ آهن در سال 2016 - غنی، با محتوای عنصر بیش از 60٪ - 50 دلار در هر تن است.

قیمت تمام شده فولاد به عوامل زیادی بستگی دارد که گاهی افزایش و کاهش قیمت را کاملا غیرقابل پیش بینی می کند. در پاییز 2016، هزینه اتصالات و فولاد نورد سرد و گرم به دلیل افزایش به همان اندازه شدید قیمت زغال سنگ کک، که یکی از شرکت کنندگان ضروری در ذوب است، به شدت افزایش یافت. در ماه نوامبر، شرکت های اروپایی کویل های فولادی نورد گرم را با قیمت 500 یورو در هر تن ارائه می دهند.

منطقه برنامه

دامنه استفاده از آهن و آلیاژهای آهن بسیار زیاد است. نشان دادن جایی که از فلز استفاده نمی شود آسان تر است.

• ساخت و ساز - ساخت انواع قاب ها، از قاب باربر پل گرفته تا قاب شومینه تزئینی در یک آپارتمان، بدون فولاد با درجه های مختلف امکان پذیر نیست. اتصالات، میله‌ها، تیرهای I، کانال‌ها، نبشی‌ها، لوله‌ها: کاملاً تمام محصولات شکل‌دار و مقطعی در ساخت‌وساز استفاده می‌شوند. همین امر در مورد ورق فلز نیز صدق می کند: سقف از آن ساخته می شود و غیره.
• مهندسی مکانیک - از نظر استحکام و مقاومت در برابر سایش، موارد بسیار کمی با فولاد قابل مقایسه هستند، بنابراین قسمت‌های بدنه اکثریت قریب به اتفاق ماشین‌ها از فولاد ساخته شده‌اند. به خصوص در مواردی که تجهیزات باید تحت شرایط دما و فشار بالا کار کنند.
• ابزار - با کمک عناصر آلیاژی و سخت شدن می توان به فلز سختی و استحکامی نزدیک به الماس داد. فولادهای پرسرعت اساس هر ابزار ماشینکاری هستند.
• در مهندسی برق، استفاده از آهن محدودتر است، دقیقاً به این دلیل که ناخالصی ها به طور قابل توجهی خواص الکتریکی آن را بدتر می کنند که در حال حاضر کم است. اما فلز در تولید قطعات مغناطیسی تجهیزات الکتریکی ضروری است.
• خط لوله - ارتباطات از هر نوع و نوعی از فولاد و چدن ساخته می شود: گرمایش، سیستم های تامین آب، خطوط لوله گاز، از جمله خطوط اصلی، غلاف برای کابل های برق، خطوط لوله نفت و غیره. فقط فولاد می تواند چنین بارهای عظیم و فشار داخلی را تحمل کند.
• مصارف خانگی – فولاد در همه جا استفاده می شود: از یراق آلات و کارد و چنگال گرفته تا درها و قفل های آهنی. استحکام فلز و مقاومت در برابر سایش آن را غیر قابل تعویض می کند.

آهن و آلیاژهای آن استحکام، دوام و مقاومت در برابر سایش را با هم ترکیب می کنند. علاوه بر این، تولید فلز نسبتاً ارزان است، که آن را به یک ماده ضروری برای اقتصاد ملی مدرن تبدیل می کند.

این ویدیو در مورد آلیاژهای آهن با فلزات غیرآهنی و سنگین آهنی به شما می گوید:

بدن انسان حاوی حدود 5 گرم آهن است که بیشتر آن (70٪) بخشی از هموگلوبین خون است.

مشخصات فیزیکی

در حالت آزاد، آهن فلزی به رنگ سفید مایل به نقره ای با رنگ مایل به خاکستری است. آهن خالص شکل پذیر است و خاصیت فرومغناطیسی دارد. در عمل معمولاً از آلیاژهای آهن - چدن و ​​فولاد - استفاده می شود.

آهن مهمترین و فراوان ترین عنصر از 9 d-فلز زیر گروه هشتم است. همراه با کبالت و نیکل "خانواده آهن" را تشکیل می دهد.

هنگام تشکیل ترکیبات با عناصر دیگر، اغلب از 2 یا 3 الکترون (B = II, III) استفاده می کند.

آهن، تقریباً مانند تمام عناصر d گروه هشت، ظرفیت بالاتری برابر با عدد گروه نشان نمی دهد. حداکثر ظرفیت آن به VI می رسد و به ندرت ظاهر می شود.

معمولی ترین ترکیبات آنهایی هستند که در آنها اتم های آهن در حالت اکسیداسیون +2 و +3 هستند.

روشهای بدست آوردن آهن

1. آهن فنی (آلیاژ شده با کربن و سایر ناخالصی ها) از احیای کربوترمی ترکیبات طبیعی آن طبق طرح زیر بدست می آید:

بهبودی به تدریج و در 3 مرحله انجام می شود:

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO = Fe + CO 2

چدن حاصل از این فرآیند حاوی بیش از 2 درصد کربن است. متعاقباً از چدن برای تولید آلیاژهای فولاد - آهن با کمتر از 1.5 درصد کربن استفاده می شود.

2. آهن بسیار خالص به یکی از روش های زیر بدست می آید:

الف) تجزیه پنتاکاربونیل آهن

Fe(CO) 5 = Fe + 5СО

ب) کاهش FeO خالص با هیدروژن

FeO + H 2 = Fe + H 2 O

ج) الکترولیز محلولهای آبی نمکهای Fe +2

FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2

اگزالات آهن (II).

خواص شیمیایی

آهن یک فلز با فعالیت متوسط ​​است و خواص عمومی مشخصه فلزات را نشان می دهد.

یک ویژگی منحصر به فرد توانایی "زنگ زدن" در هوای مرطوب است:

در غیاب رطوبت با هوای خشک، آهن فقط در دمای T> 150 درجه سانتیگراد شروع به واکنش قابل توجهی می کند. پس از تکلیس، "مقیاس آهن" Fe 3 O 4 تشکیل می شود:

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

آهن در غیاب اکسیژن در آب حل نمی شود. در دماهای بسیار بالا، آهن با بخار آب واکنش می دهد و هیدروژن را از مولکول های آب جابجا می کند:

3 Fe + 4H 2 O(g) = 4H 2

مکانیسم زنگ زدگی، خوردگی الکتروشیمیایی است. محصول زنگ زدگی به شکل ساده ارائه شده است. در واقع یک لایه شل از مخلوطی از اکسیدها و هیدروکسیدها با ترکیب متغیر تشکیل می شود. برخلاف فیلم Al 2 O 3، این لایه از آهن در برابر تخریب بیشتر محافظت نمی کند.

انواع خوردگی

محافظت از آهن در برابر خوردگی

1. تعامل با هالوژن و گوگرد در دماهای بالا.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 = FeI 2

ترکیباتی تشکیل می شود که در آنها نوع یونی پیوند غالب است.

2. برهمکنش با فسفر، کربن، سیلیکون (آهن مستقیماً با N2 و H2 ترکیب نمی شود، بلکه آنها را حل می کند).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = Fe x Si y

موادی با ترکیب متغیر تشکیل می شوند، مانند برتولیدها (ماهیت کووالانسی پیوند در ترکیبات غالب است)

3. برهمکنش با اسیدهای "غیر اکسید کننده" (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

از آنجایی که Fe در سری فعالیت در سمت چپ هیدروژن قرار دارد (E°Fe/Fe 2+ = -0.44 V)، قادر است H2 را از اسیدهای معمولی جابجا کند.

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2

4. برهمکنش با اسیدهای "اکسید کننده" (HNO 3، H 2 SO 4 conc.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

HNO 3 غلیظ و H 2 SO 4 آهن را "غیرفعال" می کنند، بنابراین در دمای معمولی فلز در آنها حل نمی شود. با حرارت دادن قوی، انحلال آهسته رخ می دهد (بدون آزاد شدن H2).

در بخش آهن HNO 3 حل می شود، به صورت کاتیون های Fe 3+ وارد محلول می شود و آنیون اسید به NO* کاهش می یابد:

Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

بسیار محلول در مخلوطی از HCl و HNO 3

5. ارتباط با قلیاها

آهن در محلول های آبی قلیاها حل نمی شود. فقط در دماهای بسیار بالا با قلیاهای مذاب واکنش نشان می دهد.

6. برهمکنش با نمک فلزات کمتر فعال

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2 + = Fe 2 + + Cu 0

7. واکنش با مونوکسید کربن گازی (t = 200 درجه سانتیگراد، P)

Fe (پودر) + 5CO (گرم) = Fe 0 (CO) 5 پنتاکاربونیل آهن

ترکیبات Fe(III).

Fe 2 O 3 - اکسید آهن (III).

پودر قهوه ای قرمز، n. آر. در H 2 O. در طبیعت - "سنگ آهن قرمز".

روشهای بدست آوردن:

1) تجزیه هیدروکسید آهن (III).

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) پخت پیریت

4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) تجزیه نیترات

خواص شیمیایی

Fe 2 O 3 یک اکسید بازی با علائم آمفوتریسیته است.

I. خواص اصلی در توانایی واکنش با اسیدها آشکار می شود:

Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3 + + ZH 2 O

Fe 2 O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O

II. خواص اسیدی ضعیف Fe 2 O 3 در محلول های آبی قلیاها حل نمی شود، اما هنگامی که با اکسیدهای جامد، قلیاها و کربنات ها ذوب می شود، فریت ها تشکیل می شوند:

Fe 2 O 3 + CaO = Ca ( FeO 2 ) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg ( FeO 2 ) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - مواد اولیه برای تولید آهن در متالورژی:

Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO یا Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2

Fe(OH) 3 - هیدروکسید آهن (III).

روشهای بدست آوردن:

از اثر قلیایی ها روی نمک های محلول Fe 3 + به دست می آید:

FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3 NaCl

در زمان آماده سازی، Fe(OH) 3 یک رسوب مخاطی آمورف قرمز قهوه ای است.

هیدروکسید Fe(III) همچنین در طی اکسیداسیون Fe و Fe(OH) 2 در هوای مرطوب تشکیل می شود:

4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3

4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3

هیدروکسید Fe(III) محصول نهایی هیدرولیز نمک های Fe 3+ است.

خواص شیمیایی

Fe(OH) 3 یک باز بسیار ضعیف است (بسیار ضعیف تر از Fe(OH) 2). خواص اسیدی قابل توجهی را نشان می دهد. بنابراین، Fe(OH) 3 دارای یک ویژگی آمفوتریک است:

1) واکنش با اسیدها به راحتی رخ می دهد:

2) رسوب تازه Fe(OH) 3 در محلول داغ حل می شود. محلول های KOH یا NaOH با تشکیل کمپلکس های هیدروکسی:

Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3

در یک محلول قلیایی، Fe(OH) 3 می تواند به فرات ها اکسید شود (نمک های اسید آهن H 2 FeO 4 که در حالت آزاد آزاد نمی شوند):

2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

نمک Fe 3+

مهمترین آنها از نظر عملی عبارتند از: Fe 2 (SO 4) 3، FeCl 3، Fe(NO 3) 3، Fe(SCN) 3، K 3 4 - نمک خون زرد = Fe 4 3 آبی پروس (رسوب آبی تیره)

ب) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 تیوسیانات Fe(III) (محلول قرمز خون)