Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 9 класс>> Химия: Железо

Строение и свойства атомов. Железо Fе — элемент побочной подгруппы VIII группы и 4-го периода Периодической системы Д. И. Менделеева. Атомы Ре устроены несколько отлично от атомов элементов главных подгрупп. Как и положено элементу 4-го периода, атомы железа имеют четыре энергетических уровня, но заполняется у них не последний, а предпоследний, третий от ядра, уровень. На последнем же уровне атомы железа содержат два электрона. На предпоследнем уровне, который может вместить 18 электронов, у атома железа находятся 14 электронов. Следовательно, распределение электронов по уровням в атомах железа таково: 2е-; 8е- ; 14е- ; 2е-.

Подобно всем металлам, атомы железа проявляют восстановительные свойства, отдавая при химических взаимодействиях не только два электрона с последнего уровня и приобретая степень окисления +2, но и электрон с предпоследнего уровня, при этом степень окисления атома повышается до +3.

Железо — простое вещество. Это серебристо-белый блестящий металл с температурой плавления 1539 °С. Очень пластичный, поэтому легко обрабатывается, куется, прокатывается, штампуется. Железо обладает способностью намагничиваться и размагничиваться, поэтому применяется в качестве сердечников электромагнитов в различных электрических машинах и аппаратах. Ему можно придать большую прочность и твердость методами термического и механического воздействия, например, с помощью закалки и прокатки.

Различают технически чистое и химически чистое железо. Технически чистое железо, по сути, представляет собой низкоуглеродистую сталь, оно содержит 0,02—0,04% углерода, а кислорода, серы, азота и фосфора — еще меньше. Химически чистое железо содержит менее 0,01% примесей. Из технически чистого железа сделаны, например, канцелярские скрепки и кнопки. Такое железо легко корродирует, в то время как химически чистое железо почти не подвергается коррозии.

Первые образцы железа, попавшего в руки человека, очевидно, были метеоритного происхождения. О знакомстве человека в древности с железом космического происхождения говорит факт наличия у жителей Гренландии, не имевших никакого понятия о железной руде, изделий из железа. Алхимики обозначали железо в виде копья и щита — характерных атрибутов бога войны Марса.

В настоящее время железо — это основа современной техники и сельскохозяйственного машиностроения, транспорта и средств связи, космических кораблей и вообще всей современной цивилизации. Большинство изделий, начиная от швейной иглы и кончая космическими аппаратами, не может быть изготовлено без применения железа.

Переходя к описанию химических свойств железа, повторим, что оно может проявлять степени окисления +2 и +3, соответственно железо дает два ряда соединений. Число электронов, которое атом железа отдает при химических взаимодействиях, зависит от окислительной способности реагирующих с ним веществ. Например, с галогенами железо образует галоге-ниды, в которых оно имеет степень окисления +3:

В соответствии с положением железа в электрохимическом ряду напряжений оно может вытеснять металлы, стоящие правее него, из водных растворов их солей.

В разбавленных соляной и серной кислотах железо растворяется, т. е. окисляется ионами водорода.

Растворяется железо и в разбавленной азотной кислоте, при этом образуются нитрат железа(III), вода и продукт восстановления азотной кислоты — N2, N0 или NH2(NН4NO3) в зависимости от концентрации кислоты.

Соединения железа. По распространенности в земной коре железо занимает четвертое место среди всех элементов (после кислорода, кремния и алюминия).

В природе железо образует ряд минералов. Это магнитный железняк (магнетит) Fе3O4, красный железняк (гематит) Fе203, бурый железняк (лимонит) 2Fе2O3 * ЗН20.

Все они используются в черной металлургии для производства чугуна и стали.

Еще одно природное соединение железа — железный, или серный, колчедан (пирит) FеS2, не служит железной рудой для получения металла, но применяется для производства серной кислоты.

Как уже было сказано выше, для железа характерны два ряда соединений: соединения железа(II) и железа(III).

Оксид железа(II) FеО и соответствующий ему гидроксид железа(II) Fе(ОН)2 получают косвенно, в частности по следующей цепи превращений:

Fе -> FеС12 -> Fе(ОН)2 -> FеО

Оба соединения имеют ярко выраженные основные свойства.

Катионы железа(II) Fе2+ легко окисляются кислородом воздуха или другими окислителями до катионов железа(III) Fе3+. Поэтому белый осадок гидроксида железа(II) Fе(ОН)2 на воздухе сначала приобретает зеленую окраску, а затем становится бурым, превращаясь в гидроксид железа(III):

4Fе(0Н)2 + 2Н20 + 02 = 4Fе(0Н)3
Оксид железа(ІІІ) Fе2O3 и соответствующий ему гидроксид железа(ІІІ) Fе(ОН)3 также получают косвенно.

Из солей железа наибольшее техническое значение имеют сульфаты и хлориды.

Кристаллогидрат сульфата железа FеSО • 7Н20, известный под названием железный купорос, применяют для борьбы с вредителями растений, для приготовления минеральных красок и в других целях.

Хлорид железа(ІІІ) FеСl3 используют в качестве протравы при крашении тканей.

Сульфат железа(ІІІ) Fе2(SO4)3 • 9Н20 применяется при очистке воды и в других целях.

Для распознавания соединений железа(II) и (IIІ) проводят качественные реакции на ионы Fе2+ и Fе3+. Качественной реакцией на ионы Fе2+ служит реакция солей железа с соединением, называемым красной кровяной солью. Соединения такого типа вам еще не знакомы. Это особая группа солей, которые называются комплексным и1. С ними вы будете знакомиться в старших классах. Пока же вам нужно усвоить, как диссоциируют такие соли:

К3[Fе(СN6)] = ЗК+ + [Fе(СN)6] 3-

Реактивом на ионы Fе3+ является другое комплексное соединение — желтая кровяная соль — К4[Fе(СN)6], которая в растворе диссоциирует аналогично.

Если к растворам, содержащим ионы Fе2+ или Fе3+, прилить, соответственно, растворы красной кровяной соли (реактив на Fе2+) и желтой кровяной соли (реактив на Fе3+), то в обоих случаях выпадает одинаковый синий осадок. Для обнаружения ионов Fе3+ еще используют взаимодействие солей железа(III) с роданидом калия КNCS или аммония NH4NCS. При этом образуется ярко окрашенный ион FеNCS 2+, в результате чего весь раствор приобретает интенсивно-красный цвет.

Роль железа в жизнедеятельности живых организмов очень велика. Оно входит в состав гемоглобина крови, который осуществляет перенос кислорода от органов дыхания к другим органам и биологическим тканям.

Окраску крови придают именно соединения железа. Если лишить железа растения и животных, то они изменяют свою окраску. Как человек бледнеет, когда не хватает гемоглобина в крови, так и растение, растущее при недостатке железа в почве, будет бледным или даже бесцветным. Поэтому соединения железа издавна применяются для лечения малокровия, при истощении, упадке сил.

Для человека и животных источником железа служат растения. В зеленых овощах, таких, как шпинат, салат, капуста, железа много. Чем интенсивнее окрашены растения и животные, тем больше в них железа. Так, розовая вишня содержит наполовину меньше железа, чем черная. Светло-зеленый капустный лист в шесть раз беднее железом, чем зеленый. В говядине железа больше, чем в телятине.

1. Строение атома железа. Степени окисления железа: +2, +3.

2. Физические и химические свойства железа. Образование хлоридов железа(II) и (III), взаимодействие с серой, кислородом, водой, кислотами, солями.

3. Железо в природе, минералы железа (магнитный, бурый и красный железняки).

4. Соединения катионов железа Fе2+ и Fе3+.

5. Качественные реакции на Fе2+ и Fе3+ и реактивы: желтая и красная кровяная соли, роданид калия.

Напишите уравнения реакций, иллюстрирующих генетические ряды соединений Fе2+ и Fе3+. Первые реакции каждого ряда охарактеризуйте с позиций окисления-восстановления, а реакции с участием электролитов запишите также в ионном виде.

Напишите по два молекулярных уравнения, соответствующих следующим сокращенным ионным уравнениям:


Как называются эти реакции? Напишите названия реактивов.

Используя дополнительную литературу (словари русского языка, химические словари и др.), подготовьте рассказ о происхождении названий реактивов и продуктов качественных реакций на Fе2+ и Fе3+.

Сместится ли химическое равновесие следующего обратимого процесса:

ЗFе + 4Н20 <-> Fе3O4 + 4Н2

при повышении давления? Ответ обоснуйте.

Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:


Первое и последнее превращение рассмотрите с позиций окисления-восстановления. Реакции с участием электролитов напишите в молекулярной и ионных формах.

Напишите три уравнения реакций железа с разбавленной азотной кислотой, в которых продуктом восстановления кислоты будет соответственно N2, N0, NH4NO3. При уравнивании записей реакции используйте метод электронного баланса. Определите окислитель и восстановитель в этих реакциях.

Какой объем оксида углерода(II) потребуется для восстановления железа из 2,32 т магнитного железняка, содержащего 5% пустой породы? Какое количество вещества железа при этом получится, если выход его составляет 80% от теоретически возможного?

Используя свои знания по химии железа, напишите сочинение на тему «Художественный образ вещества или химического процесса».

_{юмор к уроку химии 9 класса, конспекты уроков по химии, акселеративные методы для всех предметов}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.