Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ

Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700–2000 °C. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СO ₂, SO ₂), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Са ₃(РO ₄) ₂и CaSiO ₃. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.

Получениечистого железа в промышленности – электролиз раствора солей железа, например:

(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).

Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун – в производстве литья и стали, сталь – как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро– и коррозионно-стойкие.

Оксид железа(II)FeO.Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fe ²⁺O ^2-. При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:

Получениев лаборатории: термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:

Fe(OH) ₂= FeO+ H ₂O (150–200 °C)

FeCO ₃= FeO+ СO ₂(490–550 °C)

Оксид дижелеза (III) – железа(II) (Fe ^IIFe ₂ ^III)O ₄.Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe ²⁺(Fe ³⁺) ₂(O ^2-) ₄. Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок ( железный сурик),керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий ( чернение, воронение).По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe ₃O ₄не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:

Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.

В природе – оксидная руда железа магнетит.

Оксид железа(III)Fe ₂O ₃.Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fe ³⁺) ₂(O ^2-) ₃. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fe ₂O ₃nН ₂O. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели(технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.

Уравнения важнейших реакций:

Получениев лаборатории– термическое разложение солей железа(III) на воздухе:

Fe ₂(SO ₄) ₃= Fe ₂O ₃+ 3SO ₃(500–700 °C)

4{Fe(NO ₃) ₃9 H ₂O} = 2Fe _aO ₃+ 12NO ₂+ 3O ₂+ 36H ₂O (600–700 °C)

В природе – оксидные руды железа гематитFe ₂O ₃и лимонитFe ₂O ₃nН ₂O.

Гидроксид железа (II)Fe(OH) ₂.Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fe – ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:

Fe ²⁺+ 2OН(разб.) = Fe(OH) ₂↓

Fe ²⁺+ 2(NH ₃H ₂O) = Fe(OH) ₂↓ + 2NH ₄ ⁺

Метагидроксид железаFeO(OH).Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fe – О и Fe – ОН преимущественно ковалентные.

При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fe ₂O ₃nН ₂O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FeO(OH). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fe(OH) ₂. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.

Соединение состава Fe(OH) ₃не известно (не получено).

Уравнения важнейших реакций:

Получение: осаждение из раствора солей железа(III) гидрата Fe ₂O ₃nН ₂O и его частичное обезвоживание (см. выше).

В природе – оксидная руда железа лимонитFe ₂O ₃nН ₂O и минерал гётитFeO(OH).

Феррат калияK ₂FeO ₄.Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель. Качественная реакция– образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов – промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида FeO(OH), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо