Железо и его соединения

Железо встречается в природе в виде минералов: Fe₃O₄ - магнитный железняк, Fe₂O₃ - красный железняк, Fe₂O₃·H₂O - бурый железняк, FeS₂ - пирит.

Получение: Восстановлением оксидов при высокой температуре с помощью окиси углерода, кокса, водорода:

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂­,
Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂­,
FeO + C = Fe + CO­,
Fe₂O₃ + 3H₂ = 2Fe + 3H₂O.

Свойства: Для железа наиболее характерной степенью окисления является +3, возможна и +2, мало встречается +6. В ряду активностей металлов железо стоит левее водорода и вытесняет его из кислот:

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂­.

При нагревании железо растворяется в кислотах - сильных окислителях. При высокой температуре (800⁰ С) железо разлагает воду (промышленный способ получения водорода):                                        3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂­ .

Железо реагирует с активными неметаллами:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃,
Fe + S = FeS.

На воздухе в присутствии паров воды и углекислого газа происходит ржавление железа:

Fe + 1/2 O₂ + H₂O + 2 CO₂ = Fe(HCO₃)₂,
Fe(HCO₃)₂ + 2 H₂O = Fe(OH)₂ + 2H₂O + 2CO₂,
2Fe(OH)₂ + 1/2 O₂ + H₂O = 2Fe(OH)₃.

Железо вытесняет менее активные металлы из растворов их солей:

CuCl₂ + Fe = FeCl₂ + Cu¯ .

Кислородные соединения железа

Некоторые способы получения оксидов:

FeC₂O₄ FeO + CO_2­ + CO­
3Fe + O₂ = Fe₃O₄
2Fe(OH)₃ Fe₂O₃ + 3H₂O

Оксиды FeO и Fe₂O₃ не растворяются в воде, но растворяются в кислотах:

FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂O,
Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O.

Отвечающие оксидам железа гидроксиды получают, действуя щелочами на соли железа:

FeCl₃ + 3NaHCO₃ = Fe(OH)₃ + 3CO₂ + 3NaCl

Соли двухвалентного железа легко окисляются кислородом воздуха

4FeSO₄ + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)SO₄,

и другими окислителями:

6FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ = 3Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

Получение и свойства карбонатов железа:

FeCl₂ + 2NaHCO₃ = FeCO₃ + H₂O + CO₂+ 2NaCl                                                                                      FeCO₃ + H₂O + CO₂ = Fe(HCO₃)₂,
FeS + 2HCl = FeCl₂ + H₂S­.

При сильном нагревании соли разлагаются:

Fe₂(SO₄)₃ ® Fe₂O₃ + 3SO₃­.

Соли железа (III) реагируют с сильными восстановителями:

2FeCl₃ + 2KI = 2FeCl₂ + 2KCl + I₂                                                                                                             2FeCl₃ + 3Na₂S = 2FeS + S + 2KCl + 6NaCl

Качественные реакции на ионы Fe²⁺ и Fe³⁺:

FeCl₃ + 3KSCN = Fe(SCN)₃ + 3KCl
(вишневый цвет раствора)

Комплексные соединения железа:

Эти соли являются реактивами на Fe²⁺ и Fe³⁺:

Применение: Широко используются в промышленности сплавы железа с углеродом (стали, чугуны). На основе Fe₂O₃ получаются ферриты, важнейшие магнитные материалы для современной техники. Железо используется как катализатор во многих химических производствах. Оно входит в состав ферментов, катализирующих различные биохимические реакции.

Цинк и его соединения

Цинк - серебристо-серый металл, встречается в природе только в связанном состоянии: ZnS - цинковая обманка, ZnCO₃ - цинковый шпат.

Получение. Цинк можно получить по реакциям:

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂­,
ZnCO₃ ZnO + CO₂­,
ZnO +C Zn + CO­,
ZnO + CO Zn + CO₂­,
ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O,

электролизом ZnSO₄.

Свойства

Для цинка характерна только одна степень окисления +2. Цинк растворяется как в кислотах, так и в щелочах, вытесняя водород:

Zn + 2 HCl = ZnCl₂ + H₂­,

Реакция цинка с соляной кислотой ускорятся в присутствии солей меди и замедляется в присутствии солей ртути:

Zn + 2NaOH +2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂­.

Цинк растворяется в кислотах - сильных окислителях:

4Zn + 10HNO_3(разб) =
= 4Zn(NO₃)₂ + 3H₂O + NH₄NO₃,
Zn + 4HNO_3(конц) = Zn(NO₃)₂ + 2H₂O + 2NO₂­ ,
Zn + 2H₂SO_4(конц) = ZnSO₄ + 2H₂O + SO_2­ .