Железо и его соединения (Fe²⁺, Fe³⁺)
Опорный конспект № 7.6 Железо и его соединения (Fe²⁺, Fe³⁺).
Проверяемый элемент содержания: ОГЭ 4.3. Физические и химические свойства простых веществ-металлов: железа. ОГЭ 4.6. Химические свойства оксидов металлов. ОГЭ 4.7. Химические свойства оснований и амфотерных гидроксидов (на примере гидроксидов железа).
Вернуться к Списку конспектов
Характеристика элемента железа
Железо — самый важный металл в истории человечества. Именно с железного века началась современная цивилизация. Сегодня железо и его сплавы (чугун и сталь) составляют основу всей промышленности.
📌 Железо Fe — элемент № 26, 4-го периода, VIIIB группы.
Электронная конфигурация: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s²
На внешнем слое у железа 2 электрона, на предвнешнем (d-подуровне) — 6 электронов. Поэтому железо проявляет переменные степени окисления: +2 и +3 (реже +6 — в ферратах).
⚡️ Железо — d-элемент, переходный металл. Именно поэтому оно образует окрашенные соединения и проявляет переменную валентность.
Интересный факт: железо — второй по распространённости металл в земной коре (после алюминия). Ядро Земли на 80–85% состоит из железа и никеля!
Положение в Периодической системе
| Признак | Характеристика |
| Положение в ПСХЭ | 4-й период, VIIIB группа, d-элемент |
| Степени окисления | +2, +3 (основные); +6 (в ферратах, нестабильны) |
| Характер оксидов | FeO (основный), Fe₂O₃ (амфотерный, с преобладанием основных свойств), Fe₃O₄ (смешанный) |
| Характер гидроксидов | Fe(OH)₂ (основный), Fe(OH)₃ (амфотерный, с преобладанием основных свойств) |
⚠️ Важно: железо — единственный металл, который образует два устойчивых катиона: Fe²⁺ и Fe³⁺. Их соединения имеют разный цвет и разные свойства.
Физические свойства железа
📌 При обычных условиях железо — серебристо-белый металл.
Основные физические свойства:
- Плотность: 7,87 г/см³ (тяжёлый металл).
- Температура плавления: 1539 °С (тугоплавкий).
- Твёрдый, ковкий (хорошо куётся и прокатывается).
- Ферромагнитен (притягивается магнитом) — это характерное свойство железа!
- На влажном воздухе ржавеет (коррозия).
💡 Чистое железо — мягкий металл. Твёрдость и прочность железу придают примеси (особенно углерод). Именно так получают сталь и чугун.
Химические свойства железа
📌 Железо — металл средней активности. В ряду напряжений оно находится между Zn и Pb.
⚠️ Важно: железо может проявлять две степени окисления: +2 и +3. Какой из них образуется, зависит от условий реакции (особенно от силы окислителя).
1. Взаимодействие с неметаллами
- С кислородом — при нагревании:
3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ (железная окалина, смесь FeO·Fe₂O₃)
На влажном воздухе — ржавление (коррозия):
4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃
💡 Ржавление — это медленное окисление железа кислородом в присутствии воды. Продукт — гидратированный оксид железа(III) Fe₂O₃·nH₂O.
- С хлором — с образованием FeCl₃ (с.о. +3):
2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃
- С серой — с образованием FeS (с.о. +2):
Fe + S → FeS
- С азотом, фосфором, углеродом — при высокой температуре образует нитриды, фосфиды, карбиды:
3Fe + C → Fe₃C (цементит, входит в состав чугуна и стали)
2. Взаимодействие с водой
📌 Железо не реагирует с водой при обычных условиях (как и алюминий, покрывается плёнкой).
⚠️ Но с водяным паром при нагревании:
3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂↑
3. Взаимодействие с кислотами
📌 С разбавленными кислотами (HCl, H₂SO₄ разб.) — выделяется H₂, образуются соли железа(II):
Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑
Fe + H₂SO₄(разб.) → FeSO₄ + H₂↑
📌 С концентрированной серной и азотной кислотами — пассивируется (на холоде не реагирует). При нагревании — реагирует:
2Fe + 6H₂SO₄(конц.) → Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂↑ + 6H₂O
⚠️ При нагревании с концентрированными кислотами-окислителями образуются соли железа(III).
4. Взаимодействие с солями
📌 Железо вытесняет менее активные металлы из растворов их солей (реакция замещения):
Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓
Fe + Pb(NO₃)₂ → Fe(NO₃)₂ + Pb↓
⚠️ В этих реакциях всегда образуются соли железа(II), а не (III).
Соединения железа (II)
📌 Все соединения железа(II) содержат ион Fe²⁺.
Оксид железа(II) FeO
- Основный оксид (твёрдое вещество чёрного цвета).
- Реагирует с кислотами → соль + вода:
FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O
Гидроксид железа(II) Fe(OH)₂
- Нерастворимое основание (белый осадок, на воздухе быстро буреет).
- Получение: FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓ + 2NaCl
- Реагирует с кислотами:
Fe(OH)₂ + 2HCl → FeCl₂ + 2H₂O
- Окисляется на воздухе до Fe(OH)₃:
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃
Соли железа(II)
📌 Примеры: FeCl₂ (хлорид железа(II)), FeSO₄ (сульфат железа(II)).
- Цвет: обычно зеленоватый (кристаллогидраты).
- Железный купорос: FeSO₄·7H₂O — зелёные кристаллы, используется для борьбы с вредителями растений.
- Восстановительные свойства: Fe²⁺ легко окисляется до Fe³⁺.
2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃
Соединения железа (III)
📌 Все соединения железа(III) содержат ион Fe³⁺.
Оксид железа(III) Fe₂O₃
- Амфотерный оксид (красно-бурый порошок).
- Природная форма — гематит (красный железняк).
- Реагирует с кислотами:
Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O
- Со щелочами при сплавлении — ферриты:
Fe₂O₃ + 2NaOH → 2NaFeO₂ + H₂O
Гидроксид железа(III) Fe(OH)₃
- Амфотерный гидроксид (бурый осадок).
- Получение: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
- Реагирует с кислотами (основные свойства):
Fe(OH)₃ + 3HCl → FeCl₃ + 3H₂O
- При нагревании — разлагается:
2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O
Соли железа(III)
📌 Примеры: FeCl₃ (хлорид железа(III)), Fe₂(SO₄)₃ (сульфат железа(III)).
- Цвет: жёлто-бурый (в растворах).
- Качественная реакция на Fe³⁺ — с роданидом калия KSCN:
Fe³⁺ + 3SCN⁻ → Fe(SCN)₃ (кроваво-красное окрашивание)
💡 Эта реакция — самая известная качественная реакция в неорганической химии. Её используют для обнаружения ионов Fe³⁺.
- Окислительные свойства: Fe³⁺ восстанавливается до Fe²⁺:
2FeCl₃ + Cu → 2FeCl₂ + CuCl₂
Сравнительная таблица соединений железа
| Свойство | Соединения Fe²⁺ | Соединения Fe³⁺ |
| Цвет солей | Зеленоватые | Жёлто-бурые |
| Гидроксид | Fe(OH)₂ — белый (буреет на воздухе) | Fe(OH)₃ — бурый |
| Характер гидроксида | Основный | Амфотерный |
| Окислительно-восстановительные свойства | Восстановитель (Fe²⁺ → Fe³⁺) | Окислитель (Fe³⁺ → Fe²⁺) |
| Качественная реакция | С щёлочью → Fe(OH)₂↓ (белый, зеленеющий) | С KSCN → кроваво-красный цвет |
Получение чугуна и стали. Доменная печь
📌 Железо в промышленности получают из руд:
- Магнетит: Fe₃O₄
- Гематит: Fe₂O₃
- Лимонит: Fe₂O₃·nH₂O
- Пирит: FeS₂ (используют для получения серной кислоты, а огарок Fe₂O₃ — для чугуна)
Производство чугуна (доменный процесс)
📌 Чугун — сплав железа с углеродом (2–4,3% C), содержит также примеси Si, Mn, S, P.
Сырьё: железная руда, кокс (восстановитель), известняк (флюс).
Основные реакции в доменной печи:
- Горение кокса: C + O₂ → CO₂
- Образование CO: CO₂ + C → 2CO
- Восстановление железа:
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂
Fe₃O₄ + 4CO → 3Fe + 4CO₂
- Удаление пустой породы: CaCO₃ → CaO + CO₂; CaO + SiO₂ → CaSiO₃ (шлак)
Производство стали
📌 Сталь — сплав железа с углеродом (менее 2% C).
Способы получения стали (уменьшения содержания C и примесей):
- Конвертерный — продувка воздуха или кислорода через расплавленный чугун.
- Мартеновский — окисление примесей в мартеновской печи.
- Электросталеплавильный — в электропечах (для высококачественных сталей).
💡 Современные способы производства стали позволяют получать сотни марок стали с разными свойствами (нержавеющая, инструментальная, конструкционная).
Коррозия железа и защита от неё
📌 Коррозия — самопроизвольное разрушение металлов под действием окружающей среды.
Ржавление железа:
4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃
Способы защиты от коррозии:
- Покрытие (краска, масло, другой металл — цинк, хром).
- Легирование (нержавеющая сталь — с Cr, Ni).
- Создание сплавов (чугун, сталь).
- Электрохимическая защита (протекторная).
Практическое задание
📌 Задание 1. Напишите уравнения реакций, подтверждающих свойства железа:
- Fe + Cl₂ →
- Fe + HCl →
- Fe + CuSO₄ →
- Fe + H₂O (пар) →
📌 Задание 2. Как распознать ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ в растворе?
📌 Задание 3. Напишите уравнения реакций получения Fe(OH)₂ и Fe(OH)₃ из солей.
📌 Задание 4. Почему сталь — твёрже чугуна?
⚡️ Проверьте себя: задание 1: 1) 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃; 2) Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑; 3) Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu↓; 4) 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂↑.
Задание 2: Fe²⁺ — с щёлочью даёт белый осадок, зеленеющий; Fe³⁺ — с KSCN даёт кроваво-красное окрашивание.
Памятка
- ✅ Железо (Fe) — металл средней активности, d-элемент, с.о. +2 и +3.
- ✅ С неметаллами: с O₂ → Fe₃O₄; с Cl₂ → FeCl₃; с S → FeS.
- ✅ С кислотами: разб. → Fe²⁺ + H₂↑; конц. HNO₃/H₂SO₄ → пассивация (на холоде).
- ✅ С солями: вытесняет менее активные металлы → Fe²⁺.
- ✅ Fe²⁺ — восстановитель, соли зеленоватые, Fe(OH)₂ — белый.
- ✅ Fe³⁺ — окислитель, соли жёлто-бурые, Fe(OH)₃ — бурый.
- ✅ Качественная реакция на Fe³⁺: с KSCN → кроваво-красный цвет.
- ✅ Чугун — сплав Fe с C (>2%). Сталь — сплав Fe с C (<2%).
- ✅ Коррозия — разрушение металлов; защита — покрытия, легирование.
Вы смотрели конспект урока химии по теме «Железо и его соединения (Fe²⁺, Fe³⁺)». Выберите дальнейшее действие:
- Перейти к Списку конспектов по химии (по классам)
- Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
- Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии
