Положение металлов в периодической системе

Вид материала

Документы

Содержание Железо и его соединения Общая характеристика элементов семейства железа Основные сведения об элементах семейства железа Относительная атомная масса Степень окисления Основные природные соединения Железо ― простое вещество Химические свойства Способы получения Области применения Соединения железа Химические свойства Качественные реакции на ионы Биологическая роль железа

Подобный материал:

• Реферат по теме: «Металлы. Свойства металлов.», 196.2kb.
• Положение металлов в Периодической системе Д. И. Менделеева, строение их атомов. Физические, 90.2kb.
• Тема: Металлы, 107.83kb.
• Задачи урока. Образовательные: обобщить и систематизировать материал по теме, углубить, 73.88kb.
• Урок тема: Металлы главных подгрупп, 62.33kb.
• Химических элементов Д. И. Менделеева. Закономерности изменения свойств элементов малых, 461.43kb.
• Урок по теме: «металлы, самый, самый…и его роль в организме человека», 145.15kb.
• Задачи: Обучающая: Познакомить учащихся со свойствами щелочных металлов, Щелочно-земельных, 51.5kb.
• Впервые в исследовательской литературе предпринимается попытка выявления места альманаха, 122.06kb.
• Их положение в периодической системе Д. И. Менделеева, строение атомов их кристаллов., 74.33kb.

Железо и его соединения

Знакомство человека с железом произошло в давние времена. Есть основания полагать, что образцы железа, которые держали в руках первобытные люди, были неземного происхождения. И метеоритное железо было тем материалом, из которого человек впервые изготовил железные изделия.

Железо в самородном состоянии встречается на Земле главным образом в виде метеоритного, “космического” железа.

• 18 октября 1916 года вблизи с. Богуславки Дальневосточного края наблюдали падение метеорита, два его осколка весили по 256 кг;
  
• 1920 год ― Юго-Западная Африка, метеорит Гоба весом около 60 тонн;
  
• 30 июня 1908 г. упал знаменитый Тунгусский метеорит весом 50 тыс. тонн.
  

К металлам семейства железа относятся железо (Fe), кобольт (Co), никель (Ni).

Общая характеристика элементов семейства железа

Металлы семейства железа относятся к d-элементам. На внешнем электронном слое у атомов металлов два s-электрона (ns²) и не заполнен 3d-подуровень.

Основные сведения об элементах семейства железа

Элемент	Fe железо	Co кобальт	Ni никель
Атомный номер	26	27	28
Относительная атомная масса	55,85	58,93	58,69
Электронная формула валентного уровня	…3d64s2	…3d74s2	…3d84s2
Электроотрицательность	1,64	1,70	1,75
Степень окисления	+2,+3,+6	+2,+3	+2,+3,+4
Содержание в земной коре, массовая доля, %	4,65	4·10-3	8·10-3
Основные природные соединения	Fe3 O4 (Fe2O3 и FeO cодержит 72 % Fe) ― магнезит, магнитный железняк; Fe2O3 (содержит до 65 % Fe) ― гематит, красный железняк; Fe2O3 n H2O (содержит до 60 % Fe) ― лимонит, бурый железняк; FeS2 (содержит около 47 % Fe) ― пирит, железный колчедан; Fe(HCO3)2 ― гидрокарбонат в минеральной воде; Fe ― важнейший составляющий гемоглобина в крови.	CoAsS (кобальтин); (CO,Fe)As2 (саффлорит); CoAs3 (скуттерит)	(Fe,Ni)2S8 (пентландит), NiAs (никелин); Ni3S4 (полидимит)

Железо имеет 8 валентных электронов (два из них на 4s- и шесть на 3d-АО). Однако валентность 8 для железа не характерна; неустойчивы и соединения с шестивалентным железом, например производные железной кислоты H₂FeO₄, являющиеся сильнейшими окислителями. Обычно железо проявляет валентности равные двум и трем и соответствующие степени окисления Fe⁺², Fe⁺³.

Железо ― простое вещество

Железо в брикетах




Физические свойства

Железо ― серебристо-белый или серый металл, твердый, с высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью, тугоплавкий; ρ = 7874 кг/м³, Т_пл = 1540°С. В отличие от других металлов, железо способно намагничиваться, оно обладает ферромагнетизмом.


Химические свойства

Железо взаимодействует как с простыми, так и сложными веществами.


Взаимодействие железа с кислородом



а) при нагревании (горение), б) при н.у. (коррозия)

Химические свойства железа

При н.у.	При нагревании
С кислородом, во влажном воздухе, Fe корродирует: 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3; Fe (OH)3 ↔ O = Fe-O-H + H2O (ржавчина). C разбавленными кислотами HCl и H2SO4: Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑; Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑. C солями в водном растворе: Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu↓.	С кислородом: 3Fe + 2O2 → Fe2+3O3-2∙Fe+2O-2. C хлором: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3. C серой: Fe + S → FeS (сульфид). С водой (пар): 3Fe + 4H2O → Fe2O3∙FeO + 4H2. C H2SO4; HNO3 (конц.): 2Fe + 6H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O; Fe + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + 2H2O.

Способы получения

В промышленности железо получают электролизом водных растворов солей или восстанавливая водородом или алюминием из его соединений.

Восстановлением из оксида водородом: Fe₂⁺³O₃ + 3H₂⁰ = 2Fe⁰ + 3H₂⁺O.

Восстановление алюмотермическим способом: 8Al⁰ + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe⁰

Электролизом водных растворов солей Fe:

FeSO₄ ⇆ Fe⁺² + SO₄^-2

H₂O ⇆ H⁺ + OH^-

Катод: Fe⁺²; H⁺

2H₂O + 2e = H₂↑ + 2OH^-

Fe⁺² + 2e = Fe⁰

Анод: SO₃^-2; OH^-

2H₂O-4e = O₂↑ + 4H⁺



Области применения

Железо ― основа всей металлургии, машиностроения, железнодорожного транспорта, судостроения, грандиозных инженерных сооружений ― от башни Эйфеля до ажура железнодорожных мостов. Все, все ― начиная от швейной иглы, гвоздя, топора и кончая паутиной железных дорог, плавающими крепостями ― авианосцами и линкорами ― и огнедышащими домнами, где рождается само железо, ― состоит из железа.

Соединения железа

Оксид железа (II) FeO и магнитный железняк (магнетит) Fe₃O₄



Красный железняк (гематит) Fe₂O₃

	Fe+2	Fe+3
Оксиды
Физические свойства	Чёрное кристаллическое вещество, не растворимое в воде.	Порошок бурого цвета, не растворим в воде.
Получение	Fe3O4 + СО → 3FeО + СO2↑	Разложение гидроксида: 2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O. Окисление пирита: 4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8CO2.
Химические свойства	FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O	Амфотерные свойства: Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2 (SO4)3 + 3H2O; Fe2O3 + 2NaOH → 2NaFeO2 + H2O; Fe2O3 + Na2CO3 → 2NaFeO2 + CO2 (Феррит Na).
	Гидроксиды
Физические свойства	Порошок белого цвета, не растворим в воде.	― ― ―
Получение	FeSO4 +2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4	FeCl3 + 3NaOH → Fe(OH)3↓ + 3H2O
Химические свойства	Fe (OH)2 + 2HCl = FeCl2 +2H2O. Fe (OH)2 → FeO + H2O. 4Fe(OH)2 +O2+ 2H2O= 4Fe(OH)3 (свежеприготовленный зеленоватый осадок на воздухе буреет). 10Fe+2SO4+2KMn+7O4 + 8H2SO4 = 5Fe2+3(SO4)3+2Mn+2SO4+K2SO4 + 8H2O	Fe (OH)3 + 3HCl (разб.) ⇆ FeCl3 + 3H2O. Fe(OH)3 + NaOH → Na[Fe(OH)4] (гидроксокомплекс). 2Fe+3Cl3 +2KJ=2Fe+2Cl2 +2KCl +J20.
	Качественные реакции на ионы
Реактив	K3[Fe(CN)6] ― красная кровяная соль (герсациано-3-феррат K)	K4[Fe(CN)6] ― жёлтая кровяная соль (герсациано-2-феррат калия) NH4CNS роданид аммония
Реакция	3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 3K2SO4 (турбуленова синь ― тёмно-синий осадок).	4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe (CN)6]3↓ + 12KCl (берлинская лазурь ― тёмно-синий осадок). FeCl3 + 3NH4CNS ⇆ Fe(CNS)3 + 3NH4Cl (роданид Fe кроваво-красный + нашатырь).

Биологическая роль железа

Биохимики раскрывают огромную роль железа в жизни растений, животных и человека. Входя в состав гемоглобина, железо обуславливает красный цвет этого вещества, от которого, в свою очередь, зависит цвет крови. В организме взрослого человека содержится 3 г железа, из них 75 % входят в состав гемоглобина, благодаря которому осуществляется важнейший биологический процесс ― дыхание. Железо необходимо и для растений. Оно участвует в окислительных процессах протоплазмы, при дыхании растений и в построении хлорофилла, хотя само и не входит в его состав. Железо издавна применяется в медицине для лечения малокровия, при истощении, упадке сил.