Железо неразрывно связано с историей человечества. Алхимики использовали для обозначения железа символ управляющей им, по их мнению, планеты — Марса. Как вы думаете, почему?
Они связывали железо с Марсом, потому что Марс считался символом войны, силы и оружия. Железо издавна использовалось для изготовления мечей, доспехов и инструментов — всего, что ассоциировалось с боем. Поэтому символ Марса (круг со стрелкой) стал и символом железа.
1. Расскажите о нахождении железа в природе.
Железо встречается в виде руд — это минералы, из которых его можно получить. Основные железные руды: – магнитный железняк (Fe₃O₄) – красный железняк (гематит, Fe₂O₃) – бурый железняк (лимонит, Fe₂O₃·nH₂O) – пирит (FeS₂), хотя он используется в основном для получения серы
Железо также есть в метеоритах в виде металлического сплава с никелем.
2. Не производя расчётов, укажите, в какой из руд — красном, буром, магнитном железняке или пирите — массовая доля железа наибольшая.
В магнитном железняке (Fe₃O₄) массовая доля железа самая высокая. Он содержит три атома железа на четыре атома кислорода. В гематите два железа на три кислорода, а в буром железняке ещё и вода, что снижает долю железа. В пирите много серы, а железа только один атом.
3. Перечислите химические свойства железа. Подчеркните особенности его взаимодействия с растворами кислот и солей, а также с неметаллами.
– взаимодействует с кислородом при нагревании: образуется оксид – соединяется с галогенами и серой: идут бурные реакции – с кислотами: растворяется с выделением водорода (например, с соляной кислотой) – с солями: вытесняет из растворов менее активные металлы
Особенности:
– Железо активно реагирует с разбавленными кислотами (соляной, серной), но пассивируется концентрированной азотной кислотой — покрывается плёнкой оксида и не растворяется. – В растворах солей может замещать другие металлы, если оно активнее по ряду напряжений.
4. Составьте уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
а) FeO ⟶ Fe ⟶ FeCl3 ⟶ Fe(OH)3 ⟶ Fe2O3 ⟶ Fe2(SO4)3 ⟶ FeCl3;
б) Fe ⟶ FeCl2 ⟶ Fe(OH)2 ⟶ FeO ⟶ FeSO4 ⟶ FeCl2.
Для реакций, протекающих в растворах, запишите ионные уравнения. В двух уравнениях окислительно-восстановительных реакций расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.
а) FeO ⟶ Fe ⟶ FeCl₃ ⟶ Fe(OH)₃ ⟶ Fe₂O₃ ⟶ Fe₂(SO₄)₃ ⟶ FeCl₃
Восстановление оксида железа(II): FeO + CO → Fe + CO₂
Получение хлорида железа(III): 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃
Гидролиз с образованием гидроксида: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl (Ионное: Fe³⁺ + 3OH⁻ → Fe(OH)₃↓)
Образование оксида: 2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O (при нагревании)
Реакция с серной кислотой: Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O
Замещение в растворе: Fe₂(SO₄)₃ + 6NaCl → 2FeCl₃ + 3Na₂SO₄ (Ионное: 2Fe³⁺ + 6Cl⁻ → 2FeCl₃)
5. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, соответствующих схемам:
а) Fe(OH)2 + О2 + Н2О -> Fe(OH)3
б) Fe + Br2 -> FeBr3
в) FeSO4 + КMnО4 + H2SO4 ⟶ Fe2SO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
Укажите окислитель и восстановитель.
б) Fe ⟶ FeCl₂ ⟶ Fe(OH)₂ ⟶ FeO ⟶ FeSO₄ ⟶ FeCl₂
Взаимодействие с соляной кислотой: Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ (Ионное: Fe⁰ + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂↑)
Гидролиз: FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓ + 2NaCl (Ионное: Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂↓)
Разложение при нагревании: Fe(OH)₂ → FeO + H₂O
Растворение в серной кислоте: FeO + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂O
Замещение: FeSO₄ + 2NaCl → FeCl₂ + Na₂SO₄ (Ионное: Fe²⁺ + 2Cl⁻ → FeCl₂)
6. Напишите по два молекулярных уравнения, соответствующих каждому ионному уравнению:
а) Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2↓;
б) Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 6H2O;
в) 2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2.
а) Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O → Fe(OH)₃
Fe(OH)₂ содержит Fe²⁺ → Fe(OH)₃ содержит Fe³⁺ 0,5O₂ → O в составе OH⁻
Баланс:
Fe²⁺ – 1e⁻ → Fe³⁺ O₂ + 4e⁻ + 4H⁺ → 2H₂O
Уравнение (после балансировки): 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃
Окислитель: O₂ Восстановитель: Fe²⁺
б) Fe + Br₂ → FeBr₃
Fe⁰ – 3e⁻ → Fe³⁺ Br₂ + 2e⁻ → 2Br⁻
2Fe – 6e⁻ → 2Fe³⁺ 3Br₂ + 6e⁻ → 6Br⁻
Уравнение: 2Fe + 3Br₂ → 2FeBr₃
Окислитель: Br₂ Восстановитель: Fe
в) FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O
Fe²⁺ → Fe³⁺ (–1e⁻) Mn⁷⁺ → Mn²⁺ (+5e⁻)
5Fe²⁺ – 5e⁻ → 5Fe³⁺ MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
Итоговое уравнение: 5FeSO₄ + KMnO₄ + 4H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O
Окислитель: KMnO₄ (Mn⁷⁺) Восстановитель: FeSO₄ (Fe²⁺)
7. ЖЖелезный купорос FeS04-7H20 широко используют как фунгицид — средство для борьбы с грибковыми заболеваниями растений. Какую массу железного купороса можно получить из 2,8 кг железных опилок и необходимого количества разбавленной серной кислоты?
Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑ FeSO₄ + 7H₂O → FeSO₄·7H₂O
Молярная масса Fe = 56 г/моль Молярная масса FeSO₄·7H₂O = 278 г/моль
Из 56 г Fe можно получить 278 г FeSO₄·7H₂O Масса увеличивается в 278 / 56 = 4,96 раза
2,8 кг = 2800 г 2800 * 4,96 = 13 888 г, то есть 13,89 кг железного купороса
8. Один из учащихся написал формулу двойной соли железа и аммония как NH4Fe(SO4)2*12Н2O, а другой — как (NH4)2Fe(SO4)2*6Н2O. Кто из них прав? Докажите ваше утверждение.
Правильная формула двойной соли — (NH₄)Fe(SO₄)₂·12H₂O Это — аммоний-железо(III)-сульфат или жёлтые кристаллы квасцов
У второго учащегося формула неверна: (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ — не соответствует степени окисления железа и нарушает соотношение зарядов. Fe³⁺ требует два аниона SO₄²⁻ и один катион NH₄⁺, а не два.
Ответ: прав первый ученик.
9. На трёх карточках опишите свойства различных металлов, не называя эти металлы. Раздайте карточки своим одноклассникам, получите от них три аналогичные карточки с описанием. К следующему уроку постарайтесь определить, описания каких металлов вам достались. Можно ли по полученному вами тексту сделать однозначный вывод?
Если в карточке указаны уникальные признаки, например:
– металл буреет на воздухе и реагирует с влагой – растворяется в кислотах с выделением газа – образует соединения зелёного и бурого цвета – используется в строительстве и при анемии
Можно предположить, что речь о железе. Но если указания общие:
– хорошо проводит ток – блестит – реагирует с кислотами
То по такому описанию определить металл точно нельзя, потому что такие свойства есть у многих.
Вывод: не всегда можно сделать однозначный вывод — зависит от точности описания.