Соединения элементов семейства железа

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 25 из 27Следующая ⇒

Оксиды МеО – основные оксиды. Твердые кристаллические вещества, нерастворимые в воде: FeO (черный), CoO, NiO (зеленые).

Оксиды МеО взаимодействуют с кислотами и некоторыми кислотными оксидами, FeO проявляет окислительно-восстановительную двойственность:

FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O;	FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O;
FeO + SO3 = FeSO4;	6FeO + O2  2Fe3O4;
FeO + С  Fe + СO;	FeO + Н2  Fe + Н2O.

Получают МеО разложением гидроксидов или солей в инертной атмосфере:

FeC₂O₄  FeO + CO₂ + CO;

Co(OH)₂  CoO + H₂O.

Ме(ОН)₂ – слабые, нерастворимые в воде гидроксиды, обладающие основными свойствами: Fe(OH)₂ (белый), Co(OH)₂ (розовый), Ni(OH)₂ (зеленый). Ме(ОН)₂ взаимодействуют с кислотами:

Co(OH)₂ + H₂SO₄ = CoSO₄ + 2H₂O.

При переходе от железа к никелю устойчивость соединений в степени окисления +2 увеличивается:

Fe(OH)₂ → Co(OH)₂ → Ni(OH)₂

Fe(OH)₂ легко окисляется кислородом воздуха:

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃, Е = +0,771 B.

Co(OН)₂ и Ni(OH)₂ устойчивы на воздухе, окисляются только сильными окислителями.

Получение Ме(ОН)₂: реакция обмена из солей:

NiSO₄ + 2KOH ® Ni(OH)₂↓ + K₂SO₄.

Fe(OH)₂ можно получить только при полном отсутствии в растворе кислорода.

Оксиды Ме₂ O ₃ – амфотерные оксиды с преобладанием основных свойств: Fe₂O₃ (бурый), Co₂O₃ (неустойчивый), Ni₂O₃ (неустойчивый).

Оксиды Co₂O₃, Ni₂O₃ разлагаются с выделением кислорода:

3Co₂O₃ = 2Co₃O₄ + 1/2O₂;

N₂O₃ = 2NiO + 1/2O₂.

Ме₂О₃ не взаимодействуют с водой, реагируют с кислотами и щелочами (при сплавлении):

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O;

Fe₂O₃ + 2NaOH  2NaFeO₂ + H₂O (феррит натрия).

Получение Fe₂O₃:

4Fe + 3O₂  2Fe₂O₃;

4FeS₂ + 11O₂  2Fe₂O₃ + 8SO₂;

2Fe(OH)₃  Fe₂O₃ + 3H₂O;

4Fe(NO₃)₃  2Fe₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂.

Гидроксиды Ме(ОН)₃. Для металлов семейства железа известны гидроксиды Ме(ОН)₃: Fe(OH)₃, Co(OH)₃ (бурые), Ni(OH)₃ (черный).

Fe(ОН)₃ – слабое, нерастворимое амфотерное основание с преобладанием основных свойств. Взаимодействует с кислотами и концентрированными растворами щелочей, со щелочами при сплавлении:

2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O;

Fe(OH)₃ + NaOH  NaFeO₂ + 2H₂O;

Fe(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Fe(OH)₆].

Амфотерные свойства Со(ОН)₃ и Ni(OH)₃ выражены еще слабее. Так как степень окисления +3 для Со и Ni не характерна, Со(ОН)₃ и Ni(OH)₃ – сильные окислители, взаимодействуют с кислородсодержащими кислотами, окисляют соляную кислоту, воду до О₂:

2Ni(OH)₃ + 6HCl = 2NiCl₂ + Cl₂ + 6H₂O;

4Co(OH)₃ + 4H₂SO₄ = 4CoSO₄ + O₂ + 10H₂O.

Получают гидроксид железа (III) реакцией обмена из солей:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl.

Со(ОН)₃ и Ni(OH)₃ получают окислением Ме(OH)₂ сильными окислителями:

2Ni(OH)₂ + Br₂ + 2NaOH ® 2Ni(OH)₃↓ + 2NaBr

Оксиды Ме ₃ О ₄ – смешанные оксиды MeO, Me₂O₃ или солеподобные соединения: Fe²⁺(Fe³⁺O₂)₂ феррит железа (II), Co ²⁺(Co³⁺O₂)₂ кобальтит кобальта (II), Ni₃O₄ не существует.

Fe₃O₄ – основный оксид черного цвета, при нагревании в сильных кислотах растворяется с образованием солей железа (II) и железа (III):

Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ = FeSO₄+Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O;

Fe₃O₄ + 8HCl = 2FeCl₃ + FeCl₂ + 4H₂O.

Оксид Со₃О₄ (черного цвета) – сильный окислитель, в кислой среде окисляет воду до кислорода:

2Co₃O₄ + 6H₂SO₄ = 6CoSO₄ + O₂ + 6H₂O;

Со₃О₄ + 8Н⁺ + 2 е ^– = 3Со²⁺ + 4Н₂О, Е  = 1,746 В.

Оксид FeO ₃ – кислотный оксид и соответствующая ему железная кислота H ₂ FeO ₄ в свободном виде не получены. Соли этой кислоты, ферраты, получают в щелочной среде действием сильных окислителей на соединения железа в низких степенях окисления:

Fe₂O₃ + 3KNO₃ + 4KOH = 2K₂FeO₄ + 3KNO₂ + 2H₂O.

феррат калия

Ферраты – термически неустойчивые, красные кристаллические вещества, очень сильные окислители:

2K₂FeO₄ + 16HCl = 2FeCl₃ + 3Cl₂ + 4KCl + 8H₂O;

FeO  + 8H⁺ + 3 e ^– = Fe³⁺ + 4H₂O; E  = 2,20 B.

Соли. Fe, Co, Ni образуют солипрактически со всеми кислотами. Соли железа 3+ с анионами, обладающими восстановительными свойствами (FeI₃, Fe₂S₃, Fe(CN)₃), не существуют. Соли железа 2+ и железа 3+ известны в равной мере. Для кобальта и никеля устойчивы соли
Me (II). Для Со³⁺ получены комплексные соли, в которых степень окисления +3 стабилизируется; соли Ni³⁺ отсутствуют. Катионы Ме²⁺, Ме³⁺ в растворе существуют в виде гидратных комплексов [Me(H₂О)₆]²⁺, [Me(H₂О)₆]³⁺. Координационное число 6 сохраняется в кристаллогидратах FeCl₃ × 6H₂O, (NH₄)₂SO₄ FeSO₄ × 6H₂O (соль Мора), CoCl₃ × 6H₂O. Почти все соли растворимы, кроме FePO₄, Fe₃(PO₄)₂, FeS, FeCO₃.

В водных растворах соли Ме²⁺ гидролизуются:

2CoSO₄ + 2H₂O ⇄ (CoOH)₂SO₄ + H₂SO₄;

Co⁺² + H₂O ⇄ CoOH⁺ + H⁺.

Соли Ме³⁺ гигроскопичны, они гидролизуются сильнее, чем соли Ме²⁺, т. к. образованы более слабыми основаниями:

FeCl₃ + H₂O ⇄ FeOHCl₂ + HCl;

Fe⁺³ + H₂O ⇄ FeOH⁺² + H⁺;

NaFeO₂ + 2H₂O ⇄ Fe(OH)₃ + NaOH.

Водные растворы солей железа (II) применяют как восстановители:

10FeSO₄ + 2 KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O.

Соли железа (III) – довольно сильные окислители:

2FeCl₃ + Cu = 2FeCl₂ + CuCl₂.

Комплексные соединения. Элементы семейства железа образуют многочисленные комплексные соединения с координационным числом 6 и октаэдрическим расположением лигандов. Особенно характерны и устойчивы цианидные комплексы: K₄[Fe(CN)₆] – желтая кровяная соль, K₃[Fe(CN)₆] – красная кровяная соль, прочные низкоспиновые внутриорбитальные комплексы с d ² sp ³-гибридизацией.

Способность цианидных комплексов давать окрашенные соединения используется в качественном анализе для определения ионов железа. Желтая кровяная соль используется для обнаружения Fe³⁺, красная кровяная соль – для обнаружения Fe²⁺:

Fe³⁺Cl₃ + K₄[Fe²⁺(CN)₆] = KFe³⁺[Fe²⁺(CN)₆] + 3KCl;

                               берлинская лазурь

Fe²⁺Cl₂ + K₃[Fe³⁺(CN)₆] = KFe²⁺[Fe³⁺(CN)₆] + 2KCl.

                турнбуллева синь

Берлинская лазурь и турнбуллева синь – идентичные осадки синего цвета. Качественной реакцией на ионы Fe³⁺ является комплексообразование с роданидом калия:

            Fe³⁺Cl₃ + 3KCNS = Fe³⁺(CNS)₃ + 3KCl.

                                        кроваво-красный раствор

Характерными комплексными соединениями Fe, Co, Ni являются карбонилы: Fe(CO)₅, Co₂(CO)₈, Ni(CO)₄. Их получают пропусканием CO над порошком металла при повышенном давлении и температуре. Fe(CO)₅ и Ni(CO)₄ – летучие жидкости, Co₂(CO)₈ – оранжевые кристаллы.

Fe + 5CO                              Fe(CO)₅;

Ni + 4CO                                   Ni(CO)₄.

При нагревании все карбонилы разлагаются с выделением особо чистых металлов.

Познавательные статьи:



Техника нижней прямой подачи мяча

Комплекс физических упражнений для развития мышц плечевого пояса

Стандарт Порядок надевания противочумного костюма

Общеразвивающие упражнения без предметов