چگونه fe oh 3 را از آهن و ترکیبات آن بدست آوریم
بدن انسان حاوی حدود 5 گرم آهن است که بیشتر آن (70 درصد) بخشی از هموگلوبین خون است.
مشخصات فیزیکی
در حالت آزاد، آهن یک فلز سفید نقره ای با رنگ مایل به خاکستری است. آهن خالص شکل پذیر است و خاصیت فرومغناطیسی دارد. در عمل معمولاً از آلیاژهای آهن - چدن و فولاد - استفاده می شود.
آهن مهم ترین و فراوان ترین عنصر از 9 d-فلز زیر گروه هشتم است. همراه با کبالت و نیکل "خانواده آهن" را تشکیل می دهد.
هنگام تشکیل ترکیبات با عناصر دیگر، اغلب از 2 یا 3 الکترون (B = II, III) استفاده می کند.
آهن، مانند تقریبا تمام عناصر d گروه هشت، ظرفیت بالاتری برابر با عدد گروه نشان نمی دهد. حداکثر ظرفیت آن به VI می رسد و به ندرت ظاهر می شود.
معمولی ترین ترکیبات آنهایی هستند که در آنها اتم های آهن در حالت اکسیداسیون +2 و +3 هستند.
روشهای بدست آوردن آهن
1. آهن فنی (آلیاژ شده با کربن و سایر ناخالصی ها) از احیای کربوترمی ترکیبات طبیعی آن طبق طرح زیر بدست می آید:
بهبودی به تدریج و در 3 مرحله انجام می شود:
1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2
2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2
3) FeO + CO = Fe + CO 2
چدن حاصل از این فرآیند حاوی بیش از 2 درصد کربن است. متعاقباً از چدن برای تولید آلیاژهای فولاد - آهن با کمتر از 1.5 درصد کربن استفاده می شود.
2. آهن بسیار خالص به یکی از راه های زیر بدست می آید:
الف) تجزیه پنتاکاربونیل آهن
Fe(CO) 5 = Fe + 5СО
ب) کاهش FeO خالص با هیدروژن
FeO + H 2 = Fe + H 2 O
ج) الکترولیز محلولهای آبی نمکهای Fe +2
FeC 2 O 4 = Fe + 2CO 2
اگزالات آهن (II).
خواص شیمیایی
آهن یک فلز با فعالیت متوسط است و خواص کلی فلزات را نشان می دهد.
یک ویژگی منحصر به فرد توانایی "زنگ زدن" در هوای مرطوب است:
در غیاب رطوبت با هوای خشک، آهن فقط در دمای T> 150 درجه سانتیگراد شروع به واکنش قابل توجهی می کند. پس از تکلیس، "مقیاس آهن" Fe 3 O 4 تشکیل می شود:
3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4
آهن در غیاب اکسیژن در آب حل نمی شود. در دماهای بسیار بالا، آهن با بخار آب واکنش می دهد و هیدروژن را از مولکول های آب جابجا می کند:
3 Fe + 4H 2 O(g) = 4H 2
مکانیسم زنگ زدگی، خوردگی الکتروشیمیایی است. محصول زنگ زدگی به شکل ساده ارائه شده است. در واقع یک لایه شل از مخلوطی از اکسیدها و هیدروکسیدها با ترکیب متغیر تشکیل می شود. برخلاف فیلم Al 2 O 3، این لایه از آهن در برابر تخریب بیشتر محافظت نمی کند.
انواع خوردگی
محافظت از آهن در برابر خوردگی
1. تعامل با هالوژن و گوگرد در دماهای بالا.
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
2Fe + 3F 2 = 2FeF 3
Fe + I 2 = FeI 2
ترکیباتی تشکیل می شود که در آنها نوع یونی پیوند غالب است.
2. برهمکنش با فسفر، کربن، سیلیکون (آهن مستقیماً با N2 و H2 ترکیب نمی شود، بلکه آنها را حل می کند).
Fe + P = Fe x P y
Fe + C = Fe x C y
Fe + Si = Fe x Si y
موادی با ترکیب متغیر تشکیل می شوند، مانند برتولیدها (ماهیت کووالانسی پیوند در ترکیبات غالب است)
3. برهمکنش با اسیدهای "غیر اکسید کننده" (HCl, H 2 SO 4 dil.)
Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2
از آنجایی که Fe در سری فعالیت در سمت چپ هیدروژن قرار دارد (E°Fe/Fe 2+ = -0.44 V)، قادر است H2 را از اسیدهای معمولی جابجا کند.
Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2
Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
4. برهمکنش با اسیدهای "اکسید کننده" (HNO 3، H 2 SO 4 conc.)
Fe 0 - 3e - → Fe 3+
HNO 3 غلیظ و H 2 SO 4 آهن را "غیرفعال" می کنند، بنابراین در دمای معمولی فلز در آنها حل نمی شود. با حرارت دادن قوی، انحلال آهسته رخ می دهد (بدون آزاد شدن H2).
در بخش آهن HNO 3 حل می شود، به صورت کاتیون های Fe 3+ وارد محلول می شود و آنیون اسید به NO* کاهش می یابد:
Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + NO + 2H 2 O
بسیار محلول در مخلوطی از HCl و HNO 3
5. ارتباط با قلیاها
آهن در محلول های آبی قلیاها حل نمی شود. فقط در دماهای بسیار بالا با قلیاهای مذاب واکنش می دهد.
6. برهمکنش با نمک فلزات کمتر فعال
Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu
Fe 0 + Cu 2 + = Fe 2 + + Cu 0
7. واکنش با مونوکسید کربن گازی (t = 200 درجه سانتیگراد، P)
Fe (پودر) + 5CO (گرم) = Fe 0 (CO) 5 پنتاکاربونیل آهن
ترکیبات Fe(III).
Fe 2 O 3 - اکسید آهن (III).
پودر قهوه ای قرمز، n. آر. در H 2 O. در طبیعت - "سنگ آهن قرمز".
روشهای بدست آوردن:
1) تجزیه هیدروکسید آهن (III).
2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O
2) پخت پیریت
4FeS 2 + 11O 2 = 8SO 2 + 2Fe 2 O 3
3) تجزیه نیترات
خواص شیمیایی
Fe 2 O 3 یک اکسید پایه با علائم آمفوتریسیته است.
I. خواص اصلی در توانایی واکنش با اسیدها آشکار می شود:
Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3 + + ZN 2 O
Fe 2 O 3 + 6HCI = 2FeCI 3 + 3H 2 O
Fe 2 O 3 + 6HNO 3 = 2Fe(NO 3) 3 + 3H 2 O
II. خواص اسیدی ضعیف Fe 2 O 3 در محلول های آبی قلیاها حل نمی شود، اما هنگامی که با اکسیدهای جامد، قلیاها و کربنات ها ذوب می شود، فریت ها تشکیل می شوند:
Fe 2 O 3 + CaO = Ca ( FeO 2 ) 2
Fe 2 O 3 + 2NaOH = 2NaFeO 2 + H 2 O
Fe 2 O 3 + MgCO 3 = Mg ( FeO 2 ) 2 + CO 2
III. Fe 2 O 3 - مواد اولیه برای تولید آهن در متالورژی:
Fe 2 O 3 + ZS = 2Fe + ZSO یا Fe 2 O 3 + ZSO = 2Fe + ZSO 2
Fe(OH) 3 - هیدروکسید آهن (III).
روشهای بدست آوردن:
از اثر قلیایی ها روی نمک های محلول Fe 3 + به دست می آید:
FeCl 3 + 3NaOH = Fe(OH) 3 + 3 NaCl
در زمان آماده سازی، Fe(OH) 3 یک رسوب مخاطی آمورف قرمز قهوه ای است.
هیدروکسید Fe(III) همچنین در طی اکسیداسیون Fe و Fe(OH) 2 در هوای مرطوب تشکیل می شود:
4Fe + 6H 2 O + 3O 2 = 4Fe(OH) 3
4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3
هیدروکسید Fe(III) محصول نهایی هیدرولیز نمک های Fe 3+ است.
خواص شیمیایی
Fe(OH) 3 یک باز بسیار ضعیف است (بسیار ضعیف تر از Fe(OH) 2). خواص اسیدی قابل توجهی را نشان می دهد. بنابراین، Fe(OH) 3 دارای یک ویژگی آمفوتریک است:
1) واکنش با اسیدها به راحتی رخ می دهد:
2) رسوب تازه Fe(OH) 3 در غلظت داغ حل می شود. محلول های KOH یا NaOH با تشکیل کمپلکس های هیدروکسی:
Fe(OH) 3 + 3KOH = K 3
در یک محلول قلیایی، Fe(OH) 3 می تواند به فرات ها اکسید شود (نمک های اسید آهن H 2 FeO 4 که در حالت آزاد آزاد نمی شوند):
2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O
نمک Fe 3+
مهمترین آنها از نظر عملی عبارتند از: Fe 2 (SO 4) 3، FeCl 3، Fe(NO 3) 3، Fe(SCN) 3، K 3 4 - نمک خون زرد = Fe 4 3 آبی پروس (رسوب آبی تیره)
ب) Fe 3+ + 3SCN - = Fe(SCN) 3 تیوسیانات Fe(III) (محلول قرمز خون)
اکسید آهن III ترکیبی از اکسیژن و آهن است و یک ماده معدنی است. فرمول Fe2O3.
مشخصات فیزیکی:
- حالت جامد
- رنگ قرمز قهوه ای
- از نظر حرارتی پایدار است
- نقطه ذوب 1566 درجه سانتی گراد
- چگالی 5.242 گرم بر سانتی متر مکعب
خواص شیمیایی:
- با آب واکنش نمی دهد
- با اکسیدهای سایر فلزات ذوب می شود و اکسیدهای دوگانه - اسپینل ها را تشکیل می دهد
- به آرامی با قلیاها و اسیدها واکنش نشان می دهد
کاربرد:
- عامل پولیش شیشه و فولاد
- تولید رنگ های معدنی رنگی و سیمان
- مواد اولیه برای ذوب آهن
- جوشکاری ترمیت
- محیط ذخیره سازی (دیجیتال و آنالوگ) روی نوارهای مغناطیسی
- کاتالیزور برای تولید آمونیاک
- تولید سرامیک
- صنایع غذایی (E172)
تهیه اکسید آهن 3
روش 1.در یک لیوان 400-600 میلی لیتری 50 میلی لیتر اسید نیتریک (HNO3) و کمی آب بریزید. بعد آهن را کم کم اضافه کنید.
هنگامی که تمام آهن حل شد، لازم است مایع را از ناخالصی های مختلف فیلتر کنید. پس از فیلتراسیون، یک مایع قرمز رنگ باید باقی بماند. محلولی از هیدروکسید پتاسیم (KOH) را به آن اضافه کنید.
در محلول، یک رسوب بلافاصله شروع به تشکیل می کند (این همان چیزی است که ما نیاز داریم). محلول را فیلتر کنید. رسوب جمع آوری شده (Fe(OH)3) را روی یک صفحه آهنی یا فولادی (از فویل نمی توان استفاده کرد) قرار دهید و آن را در کوره ای قرار دهید که با دمای 100 درجه گرم شده است.
خروجی پودر زیر (Fe2O3) است:
روش 2.کمی پراکسید هیدروژن (H2O2) به یک لیوان اسید هیدروکلریک (HCl) اضافه کنید. سپس آهن را به محلول اضافه کنید. واکنشی شروع می شود که در طی آن باید به تدریج پراکسید هیدروژن اضافه کنید.
محلول شروع به زرد شدن و سپس قرمز تیره می کند.
سپس مقدار کمی آب و هیدروکسید پتاسیم اضافه کنید. یک رسوب سیاه رنگ (Fe(OH)) شروع به تشکیل می کند که در هوا قهوه ای می شود.
و رسوب را داخل فری که با دمای 700 درجه سانتی گراد گرم شده می فرستیم.
روش 3. 100 گرم سولفات آهن (FeSO4) و 50 گرم خاکستر سودا (Na2CO3) را کاملاً مخلوط کنید. در ماهیتابه بریزید و روی حرارت زیاد قرار دهید. مخلوط را گرم کنید، گاهی اوقات هم بزنید. با گرم شدن پودر، رنگ آن تغییر می کند (آبی -> بنفش تیره -> سیاه -> خرمایی). وقتی رنگ پودر قرمز شد حرارت را زیاد کرده و حدود 20 دقیقه حرارت را به یاد داشته باشید که هم بزنید. پس از گذشت زمان، مخلوط را از روی حرارت بردارید و خنک کنید (Fe2O3).
بر اساس مطالب سایت: pirotehnika.ruhelp.com
روشهای اصلی برای تولید هیدروکسید سدیم عبارتند از برهمکنش سدیم با آب، برهمکنش سودا با آهک خرد شده و الکترولیز محلول آبی نمک خوراکی. بیایید این معادلات را بنویسیم:
واکنش سدیم با آب
2Na + 2H 2 O → 2 NaOH + H 2
برهمکنش سودا با آهک کدر شده
Na 2 CO 3 + Ca(OH) 2 → 2 NaOH + CaCO 3 ↓
الکترولیز محلول آبی نمک خوراکی
2NaCl + 2H 2 O (الکترولیز) → 2NaOH + H 2 + Cl 2
هیدروکسید آهن II یک باز نامحلول است، بنابراین می توان آن را به راحتی از اثر متقابل اسید آهن II محلول و هر قلیایی به دست آورد، علاوه بر این، می توان آن را از تعامل اکسید و آب به دست آورد. همه واکنش ها باید بدون دسترسی به هوا انجام شوند، زیرا در هوا هیدروکسید آهن II به سرعت به هیدروکسید آهن III اکسید می شود. ( 4 Fe(اوه) 2 +2H 2 O+O 2 =4 Fe(اوه) 3 ). بیایید معادلات را بنویسیم:
FeSO 4 + 2NaOH → Fe(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4
FeCl 2 + 2KOH → Fe(OH) 2 ↓ + 2KCl
FeO + H 2 O → Fe(OH) 2 ↓
بدون انجام محاسبات، علامت تغییر آنتروپی را برای واکنش ها محاسبه کنید:
2CH 4 (گرم) ↔ C 2 H 2 (گرم) + 3H 2 (گرم)
N 2 (g) + 3H 2 (g) ↔ 2NH 3 (g)
2C (گرافیت) + O 2 (د) ↔ 2CO (G)
چه زمانی:
الف) از 2 مول مواد اولیه گازی، 4 مول فرآورده گازی دریافت می کنیم، بنابراین، آنتروپی افزایش می یابد، بنابراین علامت تغییر آنتروپی "+" است.
ب) از 4 مول ماده اولیه گازی 2 مول فرآورده گازی بدست می آوریم، بنابراین، آنتروپی کاهش می یابد، بنابراین علامت تغییر آنتروپی "-" است.
ج) از 1 مول ماده اولیه گازی 2 مول فرآورده گازی بدست می آوریم، بنابراین، آنتروپی افزایش می یابد، بنابراین علامت تغییر آنتروپی "+" است.
^ چند گرم از یک فلز که جرم مولی معادل آن 12.15 گرم بر مول است، در شرایط استاندارد با 112 سانتی متر مکعب اکسیژن واکنش می دهد؟
واکنش ناهمگن C (k) + CO 2 (g) ↔ 2CO (g) سیر تمام فرآیندهای تولید کربوترمیک فلزات از اکسیدها را تعیین می کند. وقتی فشار سیستم به ضریب چهار کاهش می یابد سرعت این واکنش چند بار تغییر می کند؟ جواب خود را با محاسبات تایید کنید.
طبق قانون عمل جرم، سرعت یک واکنش شیمیایی به طور مستقیم با غلظت واکنش دهنده ها به درجاتی برابر با ضرایب استوکیومتری آنها نسبت دارد. ما باید دریابیم که سرعت واکنش رو به جلو چگونه تغییر خواهد کرد. از آنجایی که واکنش ناهمگن است، سرعت واکنش شیمیایی تنها به غلظت فاز گازی، یعنی به غلظت دی اکسید کربن بستگی دارد، بنابراین، بیان ریاضی قانون عمل جرم برای این واکنش به صورت زیر خواهد بود:
v=k[CO 2]
اجازه دهید در لحظه اولیه [CO 2 ] (init) = x، سپس پس از کاهش فشار سیستم به میزان 4 برابر، غلظت دی اکسید کربن نیز 4 برابر کاهش می یابد، یعنی [CO 2 ] (con) = 0.25x
از این رو:
v 1 = ک[باO 2 ] (آغاز) = kx;
v 2 =k[CO 2 ] (kon) =k0.25x
همانطور که از محاسبات مشاهده می شود سرعت واکنش قبل از تغییر فشار 4 برابر بیشتر است، بنابراین کاهش 4 برابری فشار سیستم منجر به کاهش 4 برابری سرعت واکنش مستقیم می شود.
پاسخ: 4 برابر کاهش می یابد
کاهش بخارات WCl 6 با هیدروژن یکی از روش های تولید تنگستن WCl 6 (g) + 3H 2 (g) ↔ W (k) + 6HCl (g)، ∆ r H 0 = 44.91 kJ است. چگونه باید فشار و دما را برای افزایش بازده فلز تغییر داد؟
ما باید بازده فلز را افزایش دهیم، بنابراین باید تعادل را به سمت محصولات واکنش (به سمت راست) تغییر دهیم.
از آنجایی که از 4 مول فرآورده گازی 6 مول محصول گازی بدست می آوریم، بنابراین در طی فرآیند مستقیم، فشار در سیستم افزایش می یابد، بنابراین برای تغییر تعادل به سمت راست، طبق اصل لوشاتلیه، باید فشار را کاهش دهیم. .
از آنجایی که واکنش مستقیم با جذب گرما رخ می دهد، برای تغییر حالت تعادل به سمت راست باید دما را افزایش دهیم.
برای افزایش بازده فلز، باید فشار را کاهش داد و دما را افزایش داد.
^ اگر 0.1 مول از KOH در 200 میلی لیتر حل شود، غلظت مولی محلول معادل را تعیین کنید؟
^ برای معادله مولکولی Na 2 SO 3 + 2HCl ↔ 2NaCl + H 2 SO 3 معادله یونی - مولکولی را بنویسید.
مولکولی:
Na 2 SO 3 + 2HCl ↔ 2NaCl + H 2 SO 3
یون مولکولی کامل:
2Na + + SO 3 2- + 2H + + 2Cl - → 2Na + + 2Cl - +H2SO3
خلاصه شده یون مولکولی:
2H + + SO 3 2- → H 2 SO 3
معادلات مولکولی و یونی- مولکولی را برای هیدرولیز نمک ها بنویسید: CaCO 3, ZnSO 4, (NH 4) 2 S. محیط محلول را مشخص کنید. هنگامی که به محلول هر نمک قلیایی اضافه می شود، تعادل هیدرولیز به کجا تغییر می کند؟
من مرحله می کنم:
2CaCO 3 + 2HOH → Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2
2Ca 2 + + 2CO 3 2- + 2HOH → Ca 2 + + 2HCO 3 - + Ca 2 + + 2OH -
CO 3 2- + HOH → HCO 3 - + OH -
مرحله دوم:
Ca(HCO 3) 2 + 2HOH → Ca(OH) 2 + 2H 2 CO 3
Ca 2 + + 2HCO 3 - + 2HOH → Ca 2 + + 2OH - + 2H 2 CO 3
HCO 3 - + HOH → H 2 CO 3 + OH -
› بنابراین pH›7 (قلیایی)
افزودن قلیایی باعث افزایش غلظت یون های هیدروکسید در محلول می شود، یعنی غلظت محصول واکنش برگشت پذیر افزایش می یابد، بنابراین، طبق اصل لوشاتلیه، تعادل هیدرولیز به سمت مواد اولیه تغییر می کند. ترک کرد).
هیدرولیز ZnSO 4 (نمک یک اسید قوی و یک باز ضعیف، بنابراین هیدرولیز در طول کاتیون رخ می دهد)
من مرحله می کنم:
2ZnSO 4 + 2HOH →(ZnOH) 2 SO 4 + H 2 SO 4
2Zn 2+ + 2SO 4 2- + 2HOH → 2ZnOH + + SO 4 2- + 2H + + SO 4 2-
Zn 2 + - + HOH → ZnOH + + H +
مرحله دوم:
(ZnOH) 2 SO 4 + 2HOH → 2Zn (OH) 2 + H 2 SO 4
2ZnOH + + SO 4 2 + 2HOH → 2Zn(OH) 2 + 2H + + SO 4 2-
^ ZnOH + + HOH → Zn(OH) 2 + H +
‹ بنابراین pH7 (اسیدی)
افزودن قلیایی باعث افزایش غلظت یون های هیدروکسید در محلول می شود که یون های هیدرید تشکیل شده در نتیجه هیدرولیز را به هم متصل می کند، یعنی غلظت محصول واکنش برگشت پذیر کاهش می یابد، بنابراین با توجه به اصل LeChatelier، هیدرولیز انجام می شود. تعادل به سمت محصولات هیدرولیز (به سمت راست) تغییر خواهد کرد.
هیدرولیز (N.H. 4 ) 2 اس (نمک یک اسید ضعیف و یک باز ضعیف، بنابراین هیدرولیز در امتداد کاتیون و آنیون انجام می شود)
(NH 4) 2 S + 2HOH → 2NH 4 OH + H 2 S
2NH 4 + + S 2- + 2HOH → 2NH 4 OH + H 2 S
= بنابراین pH=7 (محیط خنثی)
در این حالت افزودن قلیایی بر تعادل شیمیایی هیدرولیز سولفید آمونیوم تأثیری نخواهد داشت.
معادله واکنش را کامل کنید و ضرایب را با استفاده از روش الکترون یون مرتب کنید
