Оксиды, гидроксиды и соли железа (II) и железа (III).

Оксиды, гидроксиды и соли железа (II) и железа (III).

Соединения двухвалентного железа

1. Гидроксид железа (II)

Образуется при действии растворов щелочей на соли железа (II) без доступа воздуха:

FeCl₂ + 2KOH = 2KCl + Fе(OH)₂↓

Fe(OH)₂ - слабое основание, растворимо в сильных кислотах:

Fe(OH)₂ + H₂SO₄ = FeSO₄ + 2H₂O

Fe(OH)₂ + 2H⁺ =  Fe²⁺ + 2H₂O

Fe(OH)₂ – проявляет и слабые амфотерные свойства, реагирует с концентрированными щелочами:

Fe(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Fe(OH)₄] образуется соль тетрагидроксоферрат (II) натрия

При прокаливании Fe(OH)₂ без доступа воздуха образуется оксид железа (II) FeO - соединение черного цвета:

Fe(OH)₂  ^t˚C→  FeO + H₂O

В присутствии кислорода воздуха белый осадок Fe(OH)₂, окисляясь, буреет – образуя гидроксид железа (III) Fe(OH)₃: 

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Fe(OH)₃↓

2. Соли железа (II)

Соединения железа (II) обладают восстановительными свойствами, они легко превращаются в соединения железа (III) под действием  окислителей: 

10FeSO₄ + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O

6FeSO₄ + 2HNO₃ + 3H₂SO₄ = 3Fe₂(SO₄)₃ + 2NO­ + 4H₂O

Соединения железа склонны к комплексообразованию: 

FeCl₂ + 6NH₃ = [Fe(NH₃)₆]Cl₂

Fe(CN)₂ + 4KCN = K₄[Fe(CN)₆] (жёлтая кровяная соль) 

Качественная реакция на Fe²⁺

Опыт: “Качественные реакции на железо (II)”

При действии гексацианоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красной кровяной соли) на растворы солей двухвалентного железа образуется синий осадок (турнбулева синь):

3Fe²⁺Cl₂ + 3K₃[Fe³⁺(CN)₆] → 6KCl + 3KFe²⁺[Fe³⁺(CN)₆]↓

(турнбулева синь – гексацианоферрат (III) железа (II)-калия)

Турнбуллева синь очень похожа по свойствам на берлинскую лазурь и тоже служила красителем.  Названа по имени одного из основателей шотландской фирмы  по производству красителей «Артур и Турнбуль».

Соединения трёхвалентного железа

1. Оксид железа (III)

Образуется при сжигании сульфидов железа, например, при обжиге пирита:

4FeS₂ + 11O₂^t˚C→   2Fe₂O₃ + 8SO₂­

или при прокаливании солей железа:

2FeSO₄  ^t˚C→  Fe₂O₃ + SO₂­ + SO₃­

Fe₂O₃ - оксид красно-коричневого цвета, в незначительной степени проявляющий амфотерные свойства

Fe₂O₃ + 6HCl  ^t˚C→  2FeCl₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 6H^{+  t˚C}→  2Fe³⁺ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O  ^t˚C→  2Na[Fe(OH)₄],  образуется соль – тетрагидроксоферрат (III) натрия

Fe₂O₃ + 2OH^- + 3H₂O ^t˚C→   2[Fe(OH)₄]^-

При сплавлении с основными оксидами  или карбонатами щелочных металлов образуются ферриты:

Fe₂O₃ + Na₂O ^t˚C→ 2NaFeO₂

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaFeO₂ + CO₂

2.Гидроксид железа (III)

Образуется при действии растворов щелочей на соли трёхвалентного железа: выпадает в виде красно–бурого осадка

Fe(NO₃)₃ + 3KOH = Fe(OH)₃↓ + 3KNO₃

Fe³⁺ + 3OH^- = Fe(OH)₃↓

Fe(OH)₃ – более слабое основание, чем гидроксид железа (II).

Это объясняется тем, что у Fe²⁺ меньше заряд иона и больше его радиус, чем у Fe³⁺, а поэтому, Fe²⁺ слабее удерживает гидроксид-ионы, т.е. Fe(OH)₂ более легко диссоциирует.

В связи с этим соли железа (II) гидролизуются незначительно, а соли железа (III) - очень сильно.

Гидролизом объясняется и цвет растворов солей Fe(III): несмотря на то, что ион Fe³⁺ почти бесцветен, содержащие его растворы окрашены в жёлто-бурый цвет, что объясняется присутствием гидроксоионов железа или молекул Fe(OH)₃, которые образуются благодаря гидролизу: 

Fe³⁺ + H₂O ↔ [Fe(OH)]²⁺ + H⁺

[Fe(OH)]²⁺ + H₂O ↔ [Fe(OH)₂]⁺ + H⁺

[Fe(OH)₂]⁺ + H₂O ↔ Fe(OH)₃ + H⁺

При нагревании окраска темнеет, а при прибавлении кислот становится более светлой вследствие подавления гидролиза.

Fe(OH)₃ обладает слабо выраженной амфотерностью: он растворяется в разбавленных кислотах и в концентрированных растворах щелочей:

Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + 3H⁺ = Fe³⁺ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + NaOH = Na[Fe(OH)₄]

Fe(OH)₃ + OH^- = [Fe(OH)₄]^-

3. Соли железа (III)

Соединения железа (III) - слабые окислители, реагируют с сильными восстановителями: 

2Fe⁺³Cl₃ + H₂S^-2 = S⁰↓ + 2Fe⁺²Cl₂ + 2HCl

FeCl₃ + KI = I₂↓ + FeCl₂ + KCl 

Качественные реакции на Fe³⁺

Опыт: “Качественные реакции на железо (III)”

1) При действии гексацианоферрата (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (жёлтой кровяной соли) на растворы солей трёхвалентного железа образуется синий осадок (берлинская лазурь):

4Fe³⁺Cl₃ + 4K₄[Fe²⁺(CN)₆] → 12KCl + 4KFe³⁺[Fe²⁺(CN)₆]↓

(берлинская лазурь - гексацианоферрат (II) железа (III)-калия)

Берлинская лазурь была получена случайно в начале 18 века в Берлине красильных дел мастером Дисбахом. Дисбах купил у торговца необычный поташ (карбонат калия): раствор этого поташа при добавлении солей железа получался синим. При проверке поташа оказалось, что он был прокален  с бычьей кровью. Краска оказалась подходящей для тканей: яркой, устойчивой и недорогой. Вскоре стал известен и рецепт получения краски: поташ сплавляли с высушенной кровью животных и железными опилками. Выщелачиванием такого сплава получали желтую кровяную соль. Сейчас берлинскую лазурь используют для получения печатной краски и подкрашивания полимеров.

Установлено, что берлинская лазурь и турнбулева синь – одно и то же вещество, так как комплексы, образующиеся в реакциях находятся между собой в равновесии:

KFe^III[Fe^II(CN)₆]↔KFe^II[Fe^III(CN)₆]

2) При добавлении к раствору, содержащему ионы Fe³⁺ роданистого калия или аммония появляется интенсивная кроваво-красная окраска раствора роданида железа(III):

2FeCl₃ + 6KCNS = 6KCl + Fe^III[Fe^III(CNS)₆]

(при взаимодействии же с роданидами ионов Fe²⁺ раствор остаётся практически бесцветным).

Тренажёры

Тренажёр №1 - Распознавание соединений, содержащих ион Fe (2+)

Тренажёр №2 - Распознавание соединений, содержащих ион Fe (3+)