Дослід 3. Взаємодія феруму з кислотами
3.1. У три пробірки наливають по 2 мл 2 н. розчинів кислот (хлорогідрогенна, сульфатна і нітратна). У кожну пробірку кладуть трохи ошурків феруму. Спостерігають процеси, що проходять. Вміст кожної пробірки розділяють на дві частини. В одну додають 1-2 краплини розчину К4[Fe(CN)6], а в другу – розчин К3[Fe(CN)6]. За допомогою якісних реакцій на іони Fe2+ та Fe3+ визначають, які іони феруму утворилися в кожній пробірці. Складають рівняння реакцій.
3.2. Досліди повторюють з концентрованими хлорогідрогенною, сульфатною і нітратною кислотами. Складають рівняння реакцій.
Дослід 4. Одержання і властивості гідроксидів феруму (ІІ) і (ІІІ)
На розчини солей FeSO4 і FeCl3 діють лугом. Визначають колір осадів. При стоянні на повітрі спостерігається зміна забарвлення гідроксиду заліза (ІІ). Визначають відношення осаду гідроксиду заліза (ІІІ) до соляної кислоти й розчину лугу. Складають рівняння реакцій. Які властивості мають гідроксиди феруму (ІІ) і (ІІІ)?
Дослід 5. Відновні властивості сполук феруму (ІІ)
До розчину солі сульфату феруму (ІІ) додають трохи розчину сульфатної кислоти і краплями – розчин перманганату калію, спостерігають знебарвлення останнього. Складають рівняння реакції.
Дослід 6. Окиснювальні властивості сполук феруму (ІІІ)
До розчину хлориду феруму (ІІІ) приливають трохи розчину йодиду калію. Що спостерігається? Скласти рівняння реакції.
МЕТОДИЧНІ ПОРАДИ
Ферум відноситься до хімічних елементів побічної підгрупи VШ групи періодичної системи Д.І.Менделеєва.
Електронна формула атому феруму має вигляд:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6. В атомах заліза валентні електрони заповнюють орбіталі таким чином:
 | |||
 | |||
Атом феруму утворює хімічні зв’язки за рахунок електронів зовнішнього і передостаннього електронних шарів. У збудженому стані один із спарених 4s-електронів переходить із 4s- в 4р-стан. Таким чином, атом феруму матиме найбільшу валентність, рівну шести. Для нього характерні ступені окислення +2, +3, +6.
Вміст феруму в земній корі складає 5,1%. Основними мінералами феруму є наступні: магнетит (магнітний залізняк) Fe3O4: гематит (червоний залізняк) Fe2O3; лимонит (бурий залізняк) Fe2O3 ∙Н2О; пірит FeS2.
У промисловості у великих кількостях добувають сплави заліза – чавун і сталь. Це питання є предметом спеціальної галузі – чорної металургії.
Найчастіше сталь виготовляють у два етапи; спочатку в доменній печі виплавляють чавун-сталь, що містить 3-4% карбону. Для отримання сталі із чавуну застосовують різні способи: конверторний, мартенівський, електрометалургійний.
Чисте залізо отримують електролізом розчинів солей феруму, при розкладанні пентакарбонілу феруму, або відновленням оксидів феруму гідрогеном:
Fe(CO)5 = Fe +5CO
Fe2O3 +3H2 = 2Fe + 3H2O
Cтандартний електродний потенціал системи Fe/Fe2+ дорівнює –0,44В. Видно, що ферум відноситься до активних металів. Ферум легко реагує з хлорогідрогенною і розбавленою сульфатною кислотами:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑; Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑
Концентровані кислоти – окисники HNO3 і H2SO4 – пасивують ферум. Після цього ферум не реагує з розбавленими кислотами, не відновлює купрум із розчину, наприклад, CuSO4. Очищений від оксидної плівки ферум може відновлювати Pb, Sn, Cu, Ag, Hg і Au із розчинів їх солей.
Концентровані H2SO4 і HNO3 при нагріванні все ж таки взаємодіють з ферумом:
2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO + 2H2O
Оскільки ферум – метал середньої активності, то можливі ще й такі продукти відновлення нітрогену: NO2, N2O, N2, що залежить від концентрації кислоти.
На повітрі і особливо у вологих умовах ферум швидко руйнується:
4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3
При високих температурах ферум взаємодіє з водяною парою:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑
Під дією галогенів ферум утворює галогеніди FeГ3.
Для феруму найбільш характерні два типи сполук – сполуки феруму (ІІ) і (ІІІ). Відома невелика кількість сполук феруму (VI), наприклад, K2FeO4, BaFeO4 (ферати).
Найбільш відомими оксидами є FeO, Fe2O3 і в якійсь мірі Fe3O4 (змішаний оксид FeO ∙Fe2O3).
Для добування FeO використовують відновлення Fe2O3 воднем або металічним залізом та ін.:
Fe2O3 + H2 
2FeO + H2O
Fe2O3 + Fe 3FeО
Оксид феруму (ІІ) має основні властивості, Fe2O3 – амфотерні.
Цим оксидам відповідають гідроксиди, які утворюються при дії лугів на відповідні розчини солей:
FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3↓ + 3KCl
Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4
Іони феруму (ІІ) Fe2+ легко окиснюються оксигеном повітря або іншими окисниками до іонів феруму(ІІІ) Fe3+:
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3↓
При гідролізі і окисненні солі FeCO3 також утворюється гідроксид тривалентного феруму:
4FeCO3 + O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3↓ + 4CO2↑
Гідроксид феруму (ІІІ) проявляє амфотерні властивості і тому може розчинятися у кислотах і концентрованих розчинах лугів:
Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O
Fe(OH)3 + 3KOH = K3[Fe(OH)6]
Солі феруму (ІІ) виступають як відновники:
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O
Окрім солей феруму (ІІ) і (ІІІ) відомі ферати – солі залізної кислоти H2FeO4, яка не існує у вільному стані.
Отримують ферати дією на Fe2O3 сильним окисником в присутності лугу:
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH = 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O
У розчині ця сіль поступово розпадається:
4K2FeO4 + 10H2O = 4Fe(OH)3 + 8KOH + 3O2
Всі ферати є сильними окисниками:
2K2FeO4 + 16HCl = 4KCl + 2FeCl3 + 3Cl2 + 8H2O
2K2FeO4 + 2NH4OH = 2Fe(OH)3 + N2 + 4KOH
Відомі комплексні сполуки феруму, за допомогою яких визначають наявність у розчині іонів феруму (ІІ) Fe2+ і феруму (ІІІ) Fe3+.
Для виявлення іонів Fe3+ використовують роданід калію KSCN, роданід амонію NH4SCN.
Гексацианідферат K4[Fe(CN)6] (жовта кров’яна сіль) є також реактивом для виявлення іонів Fe3+ в розчині:
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 2KCl
При взаємодії іонів [Fe(CN)6]-4 з іонами Fe3+ утворюється темно-синій осад – берлінська блакить.
Червона кров’яна сіль, тобто гексациано(ІІІ)ферат калію K3[Fe(CN)6], є реактивом для виявлення Fe2+ у розчині:
3FeCl2 + 2 K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 6KCl
Осад, що утворився, називають турнбулевою синню.
Л А Б О Р А Т О Р Н А Р О Б О Т А № 15