Урок - исследование "Соединения железа"

МБОУ – СОШ №50 г. Орла

Попова Алла Евгеньевна

уровней
4
3.Группа
VIII
подгруппа
В
=>
валентные электроны распределяются на последнем и
предпоследнем уровнях.
4.Электронное

строение атома:

+26

2е

8е

14е

2е

Вывод: Fe -

переходный металл

5. Степени ок. Fe

Fe0

Fe+2

Fe+3

Fe+6

Zn
в) Cu
Тип связи в простом веществе Fe:
а) ионная
б) ковалентная
в) металлическая
Среда,

в которой коррозия железа происходит наиболее быстро:

а) вода

б) воздух

в) влажный воздух

Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции:

исходные вещества

продукты реакции

Fe + H2SO4(p) ?

FeCl2 + H2

б) FeCl3

в) FeCl2

г) Fe(SO4)3 + H2

е) FeSO4 + H2

Fe + Cl2 ?

Fe + HCl(p) ?

д) FeCl3 + H2

а)

переменной степенью окисления
б) в химических реакциях металлическое железо проявляет только

восстановительные свойства

в) при окислении атом железа способен отдавать электроны не только внешнего, но и предвнешнего энергетического уровня

г) максимальная степень окисления железа равна номеру группы, в которой находится, то есть +8

При взаимодействии, с какими веществами железо образует соединения со степенью окисления +2?

А) СI2

Б) S

В) HNO3

Г) HСl

Правильно записана реакция::

250С
А). 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

700-9000C
Б). 3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

В). Cu + FeSO4= CuSO4 + Fe

Г). Fe + ZnCl2 = FeCl2 + Zn

оксидов Fe2O3 и Fe3O4 , используя в качестве восстановителя:

а) водород б) алюминий в) оксид углерода (II). Для каждой реакции составьте электронный баланс.

«4»

«5»

Осуществите превращения по схеме: Fe2O3    Fe    +H2O, t X     +CO, t Y  +HCl    Z Назовите продукты X, Y, Z?

Fe2+3O3 + H2 → Fe0 + H2O
H20

- 2℮ → 2H+ восстановитель, окисление

Fe+3 + 3℮ → Fe0 окислитель, восстановление

6

3

2

2

3

3

Fe+2O + H20 → Fe0 + H2+O

H20 - 2℮ → 2H+ восстановитель, окисление

Fe+2 + 2℮ → Fe0 окислитель, восстановление

2

2

2

пирометаллургия

Al → Fe0 + Al2O3
Al0 - 3℮

→ Al+3 восстановитель, окисление

Fe+3 + 3℮ → Fe0 окислитель, восстановление

3

1

1

Fe+2O + Al0 → Fe0 + Al2+3O3

Fe+2 + 2℮ → Fe окислитель, восстановление

Al0 - 3℮ → Al+3 восстановитель, окисление

6

2

3

2

3

3

2

СО → Fe0 + СO2
С+2 - 2℮

→ С+4 восстановитель, окисление

Fe+3 + 3℮ → Fe0 окислитель, восстановление

6

3

3

2

2

3

+2

+4

Fe+2O + С+2О → Fe0 + С+4O2

С+2 - 2℮ → С+4 восстановитель, окисление

Fe+2 + 2℮ → Fe0 окислитель, восстановление

2

1

1

пирометаллургия

3СО → 2 Fe0 + 3СO2
Fe2+3O3 + 2 Al →

Fe0 + Al2O3

700-9000C
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2

X – Fe3 O4

Fe3O4+CO → 3Fe+CO2

Y - Fe

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

Z - FeCl2

Fe0 - 2℮ → Fe+2
2Fe0- 6℮ → Fe+3

2H+ +2℮ → H20

8

1
 

4

восстановитель, окисление

окислитель, восстановление

І

І

ІІ

ІІІ

ІV

, проявляет

свойства, ē с последнего энергетического уровня.
Ему соответствуют два оксида: проявляет характер и оксид , обладающий характером со слабо выраженной кислотной функцией.





Гидроксиду железа (II) соответствует формула -, это вещество, образующееся при взаимодействии и в виде осадка.  
Гидроксиду железа (III) соответствует формула . Имеет
цвет. Является соединением (с преобладанием основных свойств).

?

(FeO · Fe2O3)
железная окалина

+3

металлов

восстановительные

отдавая

FeO

основной

амфотерным

Fe2O3

Fe2O3

FeO

Fe3O4

Fe(OН)2

соли

воды

зеленого

Fe(OН)3

бурый

амфотерным

Fe(OH)3
амфотерный амфотерное основание
оксид
FeO

Fe(OH)2
основной слабое основание
оксид

+2

+3

Степень окисления металла в оксиде должна соответствовать степени окисления металла в соответствующем гидроксиде.

Какие реакции подтверждают основный характер оксидов?

Взаимодействие с кислотами

Взаимодействие с кислотными оксидами

Какие вещества называются амфотерными?

Вещества, которые в зависимости от условий реакций проявляют кислотные и основные свойства называются амфотерными

Соединения железа

- основный оксид
Общие свойства
1. Не растворяются

в воде

FeO + 2HCl FeCl2 + H2O

FeO + 2H+ + 2Cl- Fe2+ +2Cl- +H2O

FeO + 2H+ Fe2++ H2O

3. Реагируют с кислотными оксидами

FeO + SO3 FeSO4

4. Реагируют с восстановителями

FeO + H2 Fe + H2O

Fe2O3 + 6HCl 2FeCl3 + 3H2O

Fe2O3+ 6H++6Cl- 2Fe3+ +6Cl- + 3H2O

Fe2O3 + 6H+ 2Fe3++ 3H2O

Fe2O3 + 3SO3 Fe2(SO4)3

Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O

+3

- амфотерный оксид

2. Реагируют с кислотами

Задание:
Составить уравнение реакции взаимодействия гидроксида железа (ІІ и ІІІ) с раствором соляной кислоты в ионном виде, оксидом серы (VІ), водородом.

FeO + 4NaOH Na4FeO3 + 2H2O

Fe2O3 + 2NaOH → 2NaFeO2 + H2O

Fe2O3

Реагирует при сплавлении с
основными

оксидами  или карбонатами щелочных металлов

Fe2O3 + Na2O t˚C→ 2NaFeO2
Fe2O3 + Na2CO3 → 2NaFeO2 + CO2

феррит

- Реагирует с сильными окислителями в щелочной среде

Задание:
Расставить коэффициенты методом электронного баланса в уравнениях реакций:
FeO + HNO3 соль+ NO2 + вода
Fe2O3 + KNO3 + KOH K2FeO4 + KNO2 + H2O

HNO3 Fe(NO3)3 + NO2 +

H2O

Fe+2 - ℮ Fe+3 восстановитель, окисление
N +5 + ℮ N+4 окислитель, восстановление

1

1

1

Fe2O3 + KNO3 + KOH K2FeO4 + KNO2 + H2O.

+2

+3

+4

+5

+3

+5

+6

+4

Fe+3 - 3℮ Fe+6 восстановитель, окисление
N +5 + ℮ N+4 окислитель, восстановление

3

3

1

4

2

3

4

3

2

2

Fe(OH)2 t˚C→ FeO + H2O
2) Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
2Fe + O2

→ 2FeO

3) при низком давлении кислорода

4) взаимодействием железа с оксидами
железа при температуре 900-1000о

Fe + Fe2O3 → 3FeO
Fe + Fe3O4 → 4FeO

получение

в природе существует как

минерал вюстит

минерал гематит

без доступа воздуха 5) FeCO3 → FeO + CO2

2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O

4Fe(NO3)3 → 2Fe2O3 +12NO2 +3O2

2FeSO4  t˚C→  Fe2O3 + SO2­ + SO3­

Задание:
1.Составьте уравнение реакции разложения гидроксида
железа (ІІ и ІІІ)
2. Реакцию взаимодействия оксида железа (ІІ) с угарным газом
3. Реакцию взаимодействия железа и пирита с кислородом

свойства, провести качественные реакции на ионы

Fe и Fe

+2

+3

Объект исследования:

гидроксид железа (II) (Fe(OH)2), гидроксид железа (III) (Fe(OH)3),сульфат железа (II) (FeSO4), хлорид железа (III) (FeCl3).

Цель исследования:

изучение способов получения гидроксидов железа, их химических свойств, проведение качественных реакций на ионы железа Fe+2 и Fe+3

Методы исследования:

научно-теоретические, экспериментальные.

Лабораторный опыт

1.
Получение гидроксида железа(II) и (III)

І вариант

ІІ вариант

Лабораторный опыт 1.
Получение гидроксида железа(II) и (III)

Действия:

а) К 1 мл раствора сульфата железа (II) добавьте по каплям раствор гидроксида натрия до появления явных признаков химической реакции. Отметьте цвет образовавшегося осадка.

К раствору хлориду железа(III) прилейте по каплям раствор гидроксида натрия до появления явных признаков химической реакции. Отметьте цвет образовавшегося осадка.

Наблюдения:

Образуется осадок
зеленоватого цвета

Выпадает осадок
бурого цвета.

Лабораторный опыт 2.
Изучение свойств гидроксидов железа (II) и (III)

І вариант

ІІ вариант

Полученный осадок разделить на три части:
а) в первую пробирку добавляем избыток щелочи;
б) во вторую - кислоту;
в) осадок из третьей пробирки отфильтровать и дать ему постоять на воздухе.

Fe(OH)3

Fe(OH)2

Действия:

Наблюдения:

1.Изменений не наблюдается

2. Осадок растворяется

3. Грязно – зеленый осадок меняет окраску на бурую

1. Осадок растворяется

2. Осадок растворяется

3.Устойчив,
изменений не наблюдается

Вывод
Сделайте вывод о характере исследуемого гидроксида:
Fe(OH)2
основной характер

реагирует с кислотами

Fe(OH)3

амфотерный характер

реагирует

со щелочью

с кислотой

Амфотерными свойствами обладают p- и d-элементы. При непостоянных степенях окисления амфотерными являются соединения с промежуточной степенью окисления

кислотами
- окисляется кислородом воздуха до Fe(OH)3

Задание:
1.Составить ионное уравнение реакции получения гидроксида железа (ІІ)
2. Составить ионное уравнение реакции взаимодействия гидроксида железа (ІІ) с раствором соляной кислотой.
3. Составить уравнение реакции разложения гидроксида железа (ІІ) и окисления его пероксидом водорода
4. Составить уравнения реакций окисления Fe(OH)2 воздухом и расставить коффициенты методом электронного баланса

- разлагается при нагревании

- окисляется пероксидом водорода до Fe(OH)3

Взаимодействие хлорида железа (ІІ) с
гидроксидом натрия

Fe(OH)2

FeCl2 + 2KOH 2KCl + Fe(OH)2
Fe2++2Cl- +2K+

+2OH- 2K+ +2Cl- + Fe(OH)2

Fe2++ 2OH- Fe(OH)2

Fe(OH)2  + 2HCl FeCl2 + 2H2O

Fe(OH)2 + 2H+ + 2Cl-  Fe2+ +2Cl- +

Fe(OH)2  + 2H+    Fe2+ + 2H2O

Fe(OH)2  t˚C   FeO + H2O

Fe(OH)2 + O2 + H2O Fe(OH)3

Fe+2 - ℮ Fe+3 восстановитель, окисление
О2 + 4℮ 2О -2 окислитель, восстановление

4

4

1

2 Fe(OH) + Н О 2 Fe(OH)

2

2

2

3

2H2O

4

4

2

гидроксидом натрия
Химические свойства:
- взаимодействует с кислотами

- разлагается при нагревании

- реагирует с концентрированными растворами
щелочей с образованием Na[Fe(OH)4]

реагирует при сплавлении со щелочами или
карбонатами  щелочных металлов с образованием
ферритов

Реагирует с сильными окислителями в щелочной среде

Задание
1.Составить ионные уравнения реакций получения гидроксида железа (ІІІ) и взаимодействия гидроксида железа (ІІІ) с раствором соляной кислотой.
2. Составить уравнение реакции взаимодействия Fe(OH)3 с раствором щелочи , в результате которой образуется гексагидроксоферрат натрия
3. Составить уравнение реакции разложения гидроксида железа (ІІІ)
4. Составьте ионное уравнение реакции взаимодействия гидроксида железа (ІІІ) со щелочью (условие – сплавление) с образованием феррита натрия и воды;
гидроксида железа (ІІІ) с карбонатом натрия с образованием феррита натрия оксида углерода (ІV) и воды.
5. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса:

Fe(OH)3 + Br2 + KOH K2FeO4 + NaBr + H2O

3KCl + Fe(OH)3
Fe3++3Cl- +3K+ +3OH-

3K+ +3Cl- + Fe(OH)3

Fe3++ 3OH- Fe(OH)3

Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-  Fe3+ +3Cl- +

3H2O

Fe(OH)3  + 3HCl FeCl3 +

3H2O

Fe(OH)3  + 3H+    Fe3+ +

3H2O

Fe(OH)3  + 3NaOH = Na3[Fe(OH)6]

2Fe(OH)3   t˚C   Fe2O3  + 3H2O

Fe(OH)3  + NaOH NaFeO2 + 2H2O

Fe(OH)3  + Na+ + OH- Na++ FeO2- + 2H2O

Fe(OH)3  + OH- Fe O2- + 2H2O

(реакция протекает при 75°С
в токе N2)

 + Na2CO3  2NaFeO2 + CO2  + 3H2O
3Fe(OH)3 

+ 2Na ++ CO32- 2Na+ + 2FeO2- +CO2 + 3H2O

3Fe(OH)3  + CO22- 2FeO2- +CO2 + 3H2O
 

Fe(OH)3 + Br2 + KOH K2FeO4 + KBr + H2O

3+

0

6+

1 -

Fe+3 - 3℮ Fe+6 восстановитель, окисление
Br2 0 + 2℮ 2Br -1 окислитель, восстановление

6

3

2

2

2

3

6

10

8

соль
Турнбулева синь
Турнбуллева синь  служила красителем.  Названа по имени

одного из основателей шотландской фирмы  по производству красителей «Артур и Турнбуль».

(турнбулева синь – гексацианоферрат (III) железа (II))

В химической практике часто возникает необходимость
обнаружения тех или иных ионов в различных растворах.
Для этого используют так называемые
качественные реакции.

На ионы Fe+2

3FeCI2 + 2K3[Fe(CN)6] Fe3[Fe(CN)6]2+ 6KCI

+2

+3

3Fe2+ + 6CI- + 6K+ + 2[Fe(CN)6]3- Fe3[Fe(CN)6]2  + 6K+ + 6CI-

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- Fe3+2[Fe+3(CN)6]2

железа +3
жёлтая кровяная
соль
Берлинская лазурь
4Fe3+Cl3 +

3K4[Fe2+(CN)6] → 12KCl + Fe43+[Fe2+(CN)6] 3 ↓

(берлинская лазурь - гексацианоферрат (II) железа (III))

Установлено, что берлинская лазурь и турнбулева синь – одно и то же вещество, так как комплексы, образующиеся в реакциях находятся между собой в равновесии:
FeIII[FeII(CN)6]↔  FeII[FeIII(CN)6]

Качественными реакциями на катионы железа (III) являются:
Реакция с гексацианоферрат (II) калия(«желтая кровяная соль»), в результате которой образуется синий осадок:

4Fe3+ +12Cl- +12K+ +3 [Fe(CN)6]4- → 12K+ +12Cl- + Fe4[Fe(CN)6]3

↓

4Fe3+ +3 [Fe(CN)6]4- → Fe4[Fe(CN)6]3

↓

На ионы Fe+3

+3
Роданид калия
раствор кроваво - красного цвета
FeCl3 + 3KCNS

3KCl + Fe (CNS)3

Роданид железа(III)

На ионы Fe+3

Fe+3 + 3Сl- + 3K+ + 3SCN- 3K++ 3Сl- + Fe (SCN)3

Fe+3 + 3SCN- Fe(SCN)3

Fe (CNS)3

Реакция солей железа ІІІ с роданидом калия

сильные окислители.
K2Fe+6O4
Ферраты — соли, содержащие феррат-анион FeO42- (Fe(VI)). Соответствуют железной кислоте H2FeO4,

которая в свободном виде не существует. Как правило, окрашены в фиолетовый цвет.

Раствор феррата натрия (слева) в сравнении с перманганатом калия (справо)

К2FeO4 + NH3 + H2O → Fe(OH)3 +N2 + KOH

К2FeO4 + HCl → FeCl3 + Cl2 + H2O+ KCl

Задание:
Расставить коэффициенты в уравнениях реакций методом электронного баланса
 

N-3H3 + H2O → Fe+3(OH)3 +N20 + KOH

2N-3 - 6℮ → N20 восстановитель, окисление

Fe+6 + 3℮ → Fe+3 окислитель, восстановление

6

2

1

2

2

4

2

2

К2Fe+6O4 + HCl- → Fe+3Cl3 + Cl20 + H2O+ KCl

Fe+6 + 3℮ → Fe+3 окислитель, восстановление

2Cl- - 2℮ → Cl20 восстановитель, окисление

6

2

3

3

2

4

2

16

8

обладают восстановительными свойствами, они легко превращаются в соединения железа (III)

под действием окислителей: 

Задание:
Расставить коэффициенты методом электронного баланса

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O

FeCl2 +Cl2 FeCl3

FeSO4 + HNO3 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + NO­ + H2O 

KMnO4 + H2SO4

Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

+3

+2

+2

+7

2Fe+2 - 2℮ 2 Fe+3 восстановитель, окисление
Mn+7 + 5℮ Mn+2 окислитель, восстановление

10

5

2

FeCl2 +Cl2 FeCl3

Fe+2 - ℮ Fe+3 восстановитель, окисление
Cl20 + 2℮ 2Cl- окислитель, восстановление

2

1

2

5

10

2

2

8

8

2

2

FeSO4 + HNO3 + H2SO4  Fe2(SO4)3 + NO­ + H2O 

+2

0

+3

+2

+3

+5

+2

2Fe+2 - 2℮ 2 Fe+3 восстановитель, окисление
N+5 + 3℮ N+2 окислитель, восстановление

6

3

2

3

6

2

3

2

4

FeCl2 Fe(OH)2

FeO


Генетический ряд Fe+3
Fe+3 FeCl3 Fe(OH)3 Fe2O3

FeCl2+ H2
FeCl2 + 2NaOH

Fe(OH)2 + 2NaCl
Fe(OH)2 FeO + H2O

2Fe + 3Cl2 2FeCl3
FeCl3 + 3NaOH Fe(OH)3 + 3NaCl
2Fe(OH)3 t Fe2O3 + 3H2O

соединениями)
Проверь себя

и Fe2O3
H2SO4
HCL
O2
AL
Mg
CO2
Проверь себя

Проверь себя