Опишите физические свойства железа.
Железо — серебристо-серый металл. Оно обладает хорошей теплопроводностью и электропроводностью, ковкое и тягучее, легко магнитится. Плотность — около 7,87 г/см³. Температура плавления — 1538 °C. На воздухе покрывается оксидной плёнкой.
Как влияет содержание примеси углерода на твёрдость железа? Очень чистое железо, не содержащее примесей, практически не подвержено коррозии и медленно растворяется в кислотах. В то же время металл технической чистоты гораздо более активен. Чем это можно объяснить?
Чем больше углерода, тем твёрже становится железо. Он увеличивает прочность, но снижает пластичность. Это видно на примере стали: она тверже чистого железа за счёт углерода.
Чистое железо химически стабильно. В нём нет примесей, которые могут нарушить кристаллическую решётку и повысить его реакционную способность. Техническое железо содержит углерод, серу, фосфор и другие примеси. Эти примеси создают участки с более высокой химической активностью, поэтому такое железо легче вступает в реакции, быстрее корродирует и легче растворяется в кислотах.
Вспомните, что называют коррозией. Какие меры борьбы с коррозией железа вам известны? Заполните пропуски в таблице 10.
Коррозия — разрушение металлов под действием окружающей среды (влаги, кислорода, кислот и т. д.). Способы защиты:
Покрытие лаком, краской или пластиком
Нанесение защитного слоя другого металла (цинк, олово)
Использование сплавов с повышенной коррозионной стойкостью
Катодная защита
Хранение в сухой среде
Почему раствор сульфата меди(II) нельзя хранить в железных вёдрах?
Медь в растворе находится в виде ионов Cu²⁺. Железо более активно, чем медь, поэтому оно вытесняет медь из раствора:
Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓
При этом медь оседает, а железо растворяется, вёдра разрушаются.
Объясните, почему железо реагирует с 20%-м раствором серной кислоты с выделением водорода и образованием сульфата железа(II). а с горячей 70% -й серной кислотой — с образованием сульфата железа(III), выделением сернистого газа и воды. Напишите уравнения реакций.
С 20%-й (разбавленной) серной кислотой: Железо вытесняет водород: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑
С горячей 70%-й (концентрированной) серной кислотой: Происходит окислительно-восстановительная реакция. Железо окисляется до Fe³⁺, а серная кислота восстанавливается до SO₂: 2Fe + 6H₂SO₄(конц) → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O
Определите массу сульфида железа(II), полученного из 22,4 г железа и 9,6 г серы.
Записываем реакцию: Fe + S → FeS
Находим молярные массы: Fe = 56 г/моль S = 32 г/моль
Смотрим соотношение: 56 г Fe реагируют с 32 г S. На 22,4 г Fe требуется: (32 / 56) * 22,4 = 12,8 г серы
А у нас только 9,6 г. Значит, сера в избытке не будет, она — ограничивающий реагент. Теперь найдём массу FeS: 32 г S дают 88 г FeS Тогда 9,6 г S дадут: (88 / 32) * 9,6 = 26,4 г FeS
Ответ: 26,4 г FeS
Какой объём водорода (н. у.) можно получить, имея в распоряжении 168 г железа и неограниченное количество воды?
Реакция: Fe + H₂O → не идёт напрямую. Используем кислоту: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑
Из 56 г Fe получается 1 моль H₂ → 22,4 л (н. у.) Тогда из 168 г Fe (это 3 моль): 3 * 22,4 = 67,2 л водорода
При действии избытка соляной кислоты на сплав железа с медью выделилось 224 мл газа (н. у.). Вычислите массу сплава, если известно, что железа в нём содержалось 20% по массе.
224 мл = 0,224 л 1 моль H₂ = 22,4 л n(H₂) = 0,224 / 22,4 = 0,01 моль
Значит, столько же было железа: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ 1 моль Fe даёт 1 моль H₂ m(Fe) = 0,01 * 56 = 0,56 г
Это 20% от массы сплава. Обозначим массу сплава как x: 0,2 * x = 0,56 x = 0,56 / 0,2 = 2,8 г сплава