Завдання для самоперевірки

1. Методом електронного балансу підберіть коефіцієнти в схемах окисно-відновних реакцій:

а) H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ → S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O;

б) MnSO₄ + KClO₃ + KOH → K₂MnO₄ + KCl + H₂O.

2. Напишіть рівняння реакцій, які проходять при отриманні марганця електролізом водного розчину сульфата мангану (ІІ).

3. Розрахуйте масу технічного кремнія (масова частка Si – 98%), який потребується для відновлення 82,3 кг концентрату, якщо масова частка Mn₂O₃ в ньому складає 96%. Відповідь: 21,4 кг.

4. Напишіть рівняння реакцій за допомогою яких можна зробити наступні перетворення:

Mn → Mn(NO₃)₂ → HMnO₄ → MnO₂ → MnCl₂ → Mn(OH)₂ → MnSO₄.

Заняття № 25

Тема: Метали родин феруму та платини. (2 год.)

План.

1. Загальна характеристика родин феруму та платини.

2. Ферум.

3. Застосування платинових металів.

В побічну підгрупу VIII групи Періодичної системи Д. І. Менделєєва входять дев’ять елементів: залізо Fe, кобальт Co, нікель Ni, які складають родину феруму, та рутеній Ru, родій Rh, паладій Pd, осмій Os, іридій Ir, платина Pt, які складають родину платини.

Будова електронних оболонок атомів елементів, які входять до родини феруму, така: Fe 3d⁶4s²; Co 3d⁷4s²; Ni 3d⁸4s². Валентними електронами можуть бути електрони зовнішнього енергетичного рівня та частина електронів d-підрівня передостаннього рівня. Так, атоми феруму, кобальту і нікелю виявляють ступені окиснення +3; отримані також сполуки феруму (ІІ) i (IV).

	Fe		Co	Ni
Порядковий номер Відносна атомна маса Природні ізотопи Електрони зовнішнього енергетичного рівня і d-підрівня передостаннього рівня Характерні ступені окиснення	26 55,487 54Fe, 56Fe – 58Fe 3d64s2 +2, +3		27 58,9332 57Co, 59Co 3d74s2 +2, +3	28 58,69 58Ni, 60Ni – 62Ni, 64Ni 3d84s2 +2
		Ru			Rh
Порядковий номер Відносна атомна маса Природні ізотопи Електрони зовнішнього енергетичного рівня і d-підрівня передостаннього рівня Характерні ступені окиснення		44 101,07 96Ru, 98Ru – 102Ru, 104Ru 4d75s1 +4, +8			45 102,9055 103Rh 4d85s1 +3, +4

Ферум

Розповсюдженість в природі. Ферум є одним з найрозповсюдженіших елементів в природі, поступаючись лише оксигену, силіцію та алюмінію. Його масова частка в земній корі складає 5,1 %.

Найбільш багаті на залізні руди Курська магнітна аномалія та Криворіжський залізорудний басейн. Великі поклади знаходяться також на Уралі, в Казахстані, західній Сибірі.

Добування. Залізо в промисловості добувають шляхом пірометалургії з сульфідних FeS, FeS₂ та оксидних Fe₂O₃, Fe₃O₄. Сульфідні руди спочатку піддають обжигу, переводячи їх в оксиди феруму, які потім відновлюють вугіллям, чадним газом, алюмотермією:

4FeS₂ + 11О₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂;

Fe₂O₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2Fe; Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO; Fe₂O₃ + 3CO = 2Fe + 3CO₂.

Фізичні властивості. Залізо являє собою сріблясто-білий метал. На повітрі він підлягає корозії, вкриваючись іржею. Чисте залізо достатньо м’яке та пластичне. Густина складає 7,87 г/см³, температура плавлення 1539°С.

Залізо при звичайних умовах кристалізується в кубічній об’ємоцентрованій кристалічній решітці. В інтервалі температур 910 - 1390°С залізо утворює кубічну гранецентровану решітку. Така властивість речовини утворювати різні типи структури називається поліморфізмом.

Хімічні властивості. Залізо є достатньо хімічно активним металом.

1.Взаємодія з неметалами. При нагріванні залізо реагує з багатьма неметалами (киснем, галогенами, сіркою, вуглецем) наприклад:

Fe + S = FeS; 2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃.

2. Взаємодія з водою. Залізо реагує з водою лише за високих температур (вище 700°С):

3Fe + 4H₂O = Fe₃O₄ + 4H₂.

3. Взаємодія з кислотами. Залізо розчиняється в хлоридній та розбавленій сульфатній кислотах, утворюючи солі феруму (ІІ) і водень, наприклад:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂.

В достатньо концетрованій сульфатній кислоті реакція проходить за рівнянням:

Fe + 2H₂SO₄ = FeSO₄ + SO₂ + 2H₂O.

В сульфатній кислоті дуже високої концентрації (практично безводній) залізо пасивується, що дозволяє зберігати та перевозити сульфатну кислоту в залізній тарі.

З розбавленою нітратною кислотою залізо взаємодіє. Продукти взаємодії в залежності від концентрації кислоти можуть бути різними, наприклад:

4Fe + 10HNO₃(дуже розб.) = 4Fe(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O;

Fe + 6HNO₃(розб.) = Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O.

В концентрованій нітратній кислоті залізо пасивується.

4. Взаємодія з солями. Залізо може витісняти деякі метали (електродні потенціали яких більш позитивні, ніж у заліза) з розчинів їх солей, наприклад:

Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu.

5. Взаємодія з оксидом карбону (ІІ). Залізо, взаємодіючи з оксидом карбону (ІІ) утворює пентакарбоніл заліза:

Fe (з домішками) + 5CO = [Fe(CO)₅]

Цю сполуку використовують для отримання чистого метала:

[Fe(CO)₅] = Fe (чистий) + 5СО.

6. Корозія заліза в різних середовищах.

В кислому середовищі корозія відбувається з утворенням відповідних солей та виділенням водню:

Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂.

Атмосферна корозія відбувається в декілька етапів:

2Fe + 2H₂O + O₂ = 2Fe(OH)₂;

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ = 4Fe(OH)₃;

Потім паралельно відбувається два процеса:

а) Fe(OH)₃ = FeOOH + H₂O;

оксид-гідроксид феруму (ІІІ)

б) 2Fe(OH)₃ + nH₂O = Fe₂O₃х3nH₂O

Cаме суміш речовин FeOOH та Fe₂O₃х3nH₂O і є основою іржі.

У водному середовищі метали родини Феруму майже не кородують, найстійкіший проти корозії нікель. Стійкість заліза проти корозії залежить від ступеня його чистоти. Залізо високого ступеня чистоти не піддається корозії. Технічне залізо у вологому повітрі легко окиснюється і вкривається іржею.

Залізо, кобальт і нікель у подрібненому стані здатні самозайматися на повітрі за звичайних умов.

Сполуки. Ферум утворює наступні оксиди та гідроксиди: FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, Fe(OH)₂, Fe(OH)₃. Усі ці сполуки в воді практично не розчиняються.

Застосування заліза. Залізо та його сполуки мають велике значення для промисловості. Сплави феруму з карбоном та іншими речовинами – сталі є основними конструкційними матеріалами.

В хімічній промисловості залізо використовують як каталізатор (в синтезі аміаку, органічних сполук).