Получение металлов подгруппы железа

Восстановлением из оксидов углём или оксидом углерода (II)

FeO + C Fe + CO

Fe₂O₃ + 3CO 2Fe + 3CO₂

NiO + C Ni + CO

Co₂O₃ + 3C 2Co + 3CO

Fe
d- элемент VIII группы; порядковый номер – 26; атомная масса – 56; (26p; 30 n), 26e

1s22s22p63s23p63d64s2

Металл средней активности, восстановитель.

Основные степени окисления - +2, +3

Железо и его соединения

Химические свойства

На воздухе железо легко окисляется в присутствии влаги (ржавление):

4Fe + 3O₂ + 6H₂ O 4Fe(OH)₃

Накалённая железная проволока горит в кислороде, образуя окалину - оксид железа (II,III):

3Fe + 2O₂ Fe₃O₄

При высокой температуре (700–900⁰C) железо реагирует с парами воды:

3Fe + 4H₂O Fe₃O₄ + 4H₂

Железо реагирует с неметаллами при нагревании:

2Fe + 3Br₂ 2FeBr₃

Fe + S FeS

Железо легко растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах:

Fe + 2HCl FeCl₂ + H₂

Fe + H₂SO₄(разб.) FeSO₄ + H₂

В концентрированных кислотах–окислителях железо растворяется только при нагревании

2Fe + 6H₂SO₄(конц.) Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Fe + 6HNO₃(конц.) Fe(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

(на холоде концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо).
Железо вытесняет металлы, стоящие правее его в ряду напряжений из растворов их солей.

Fe + CuSO₄ FeSO₄ + Cu

Соединения двухвалентного железа

Гидроксид железа (II)

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

FeCl + 2KOH 2KCl + Fе(OH)₂

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

Fe(OH)₂ + H₂SO₄ FeSO₄ + 2H₂O

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

Fe(OH)₂ 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

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

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

Соединения железа склонны к комплексообразованию (координационное число=6):

FeCl₂ + 6NH₃ [Fe(NH₃)₆]Cl₂

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

Качественная реакция на Fe²⁺

При действии гексацианоферрата (III) калия K₂[Fe(CN)₆] (красной кровяной соли) на растворы солей двухвалентного железа образуется синий осадок (турнбулева синь):

3FeSO₄ + 2K₃[Fe(CN)₆] Fe₃[Fe(CN)₆] + 3K₂SO₄

Соединения трёхвалентного железа

Оксид железа (III)

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

4FeS₂ + 11O₂ 2Fe₂O₃ + 8SO₂

или при прокаливании солей железа:

2FeSO₄ Fe₂O₃ + SO₂ + SO₃

Fe₂O₃ - основной оксид, в незначительной степени проявляющий амфотерные свойства

Fe₂O₃ + 6HCl 2FeCl₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 2NaOH + 3H₂O 2Na[Fe(OH)₄]

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

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 + NaOH Na[Fe(OH)₃]

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

2FeCl₃ + H2S S + 2FeCl₂ + 2HCl

Качественные реакции на Fe3+

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

4FeCl₃ +3K₄[Fe(CN)₆] Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12KCl

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

FeCl₃ + 3NH₄CNS 3NH₄Cl + Fe(CNS)₃

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

Кобальт и его соединения

По химической активности кобальт уступает железу. Он легко растворяется в кислотах - окислителях и медленно в обычных кислотах:

Co + 2HCl CoCl₂ + H₂

В простых соединениях у кобальта наиболее устойчива степень окисления +2, в комплесных – +3. Водные растворы солей кобальта (II) обычно окрашены в розовый цвет.

Гидроксид кобальта (II)

Образуется при действии щелочей на соли кобальта (II):

CoSO₄ + 2KOH K₂SO₄ + Co(OH)₂

На воздухе розовый осадок Co(OH)2 постепенно буреет, превращаясь в гидроксид кобальта (III):

4Co(OH)₂ + O₂ + 2H₂O 4Co(OH)₃

Сo(OH)₂ - слабое основание, растворимое в сильных кислотах:

Co(OH)₂ + 2HCl CoCl₂ + 2H₂O

При прокаливании Co(OH)₂ образует оксид кобальта (II) CoO:

Co(OH)₂ CoO + H₂O

Cоединения кобальта склонны к комплексообразованию (координационное число=6):

Co(OH)₂ + 6NH₃ [Co(NH₃)](OH)₂

Никель и его соединения

Никель легко растворяется в разбавленной азотной кислоте и медленно в соляной и серной кислотах

Ni + 2HCl NiCl₂ + H₂

Ион Ni²⁺ в водных растворах имеет зелёную окраску. Для никеля наиболее характерна степень окисления +2. Оксид и гидроксид никеля проявляют основной характер.

NiO + H₂SO₄ NiSO₄ + H₂O

NiCl₂ + 2NaOH Ni(OH)₂(зелёный) + 2NaCl

Ni(OH)₂ + H₂SO₄ NiSO₄ + 2H₂O

Соединения двухвалентного никеля могут давать комплексы с аммиаком:

Ni(OH)₂ + 6NH₃ [Ni(NH₃)₆](OH)₂

Железо. Среди биоэлементов, важных для жизнедеятельности всех живых существ, железа играет главную роль, так как оно является активатором многих каталитических процессов в организме и участвует в транспортировке газов кровью.

В организме взрослого человека содержится около 3,5 г железа. Основная его масса сконцентрирована в гемоглобине эритроцитов. И хотя на долю атомов железа в гемоглобине приходится всего 0,35% массы, именно железо придаёт ей уникальное свойство – способность захватывать молекулярный кислород и отдавать его там, где он нужен.

Значительная часть железа содержится в мышечном белке – миоглобине, структурном родственнике гемоглобина, который так же способен обратимо связывать молекулярный кислород. При недостатке железа в организме человека развивается железодефицитная анемия.

Для лечения железодефицитных анемий, а также при слабости и истощении организма, применяются следующие препараты железа:

1. аскорбинат железа (II), 2. драже «Фероплекс» (сульфат железа (II) с аскорбиновой кислотой), 3. «Гематоген» 4. сироп алоэ с железом.