ЭЛЕМЕНТЫ VIII ГРУППЫВосьмую группу разделяют на металлы триады железа и платиновые металлы. В семейство железа входят железо, кобальт и никель :
Распространение в природе. Железо встречается в основном в виде оксидных руд: Fe2O3 красный же- лезняк, Fe3O4 – магнитный железняк, FeOOH · nH2O –бурый железняк. Чисто кобaльтовые руды встречаются редко, более распространены CoAsS – кобальтин. Кобaльт обычно содержится в медных, никелевых, серебряных и железных рудах. Никель встречается в виде соединений с мышьяком и серой. Получение: Реакции, лежащие в основе получения железа, можно представить системой: CO CO CO Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe Углерод и примеси окисляют либо в мартеновских печах, либо по способу Бессемера. Последнее время из-за дороговизны коксующихся углей в промышленности используют метод прямого восстановления железной руды смесью СО и Н2. Однако в данном случае требуется сложная подготовка руды в виде окатышей. Производство Со и Ni, которые обычно содержатся в рудах совместно, – сложный технологический процесс. Трудности связаны с небольшим со-держанием Со и Ni в руде и близостью их свойств. Для извлечения Ni и Со используют гидро – и пирометаллургические методы. На конечном этапе оксиды Со и Ni восстанавливают углеродом в электропечах, а затем про-водят их очистку электролизом. Свойства простых веществ: I) компактные железо, кобальт и никель – твердые металлы, стойкие на воздухе до 400 – 700ºС, благодаря защищающей их оксидной пленке. Наиболее стоек к действию окисляющих реагентов Ni, наименее – Fe. В высодисперсном состоянии металлы пирофорные; еских соединений не образуют, но поглощают его в значительных количе 2) с водородом химич ствах; 3) при нагревании в мелкораздробленном состоянии Fe, Co, Ni взаимодействуют практически со всеми неметаллами, образуя при этом твердые растворы (с С, Si, N, P, B) или соли ( F, Cl, S ). При этом образуются соли железа (111) и Со и Ni (11): 5) в ряду напряжения стоят до водорода (относятся к металлам средней активности), поэтому вытесняют его из растворов разбавленных кислот. Ме + 2Н+ = Ме2+ + Н2. В концентрированных серной и азотной кислотах пассивируются. В водной среде чистые Fe, Co, Ni мало подвержены коррозии, особенно, Ni (устойчивость Fe к коррозии зависит от его чистоты). 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3; Ni + Cl2 = NiCl2. 4) c растворами и расплавами щелочей не взаимодействуют; Соединения Fe, Co, Ni в одинаковых степенях окисления очень похожи по структуре и термодинамическим свойствам, особенно большое сходство проявляют Со и Ni. Степень окисления + 2 FeO CoO NiO Fe(OH)2 Co(OH)2 Ni(OH)2
Основные свойства уменьшаются Все гидроксиды проявляют основные свойства Э2+ + 2ОН¯ = Э(ОН)2↓ Э(ОН)2 + 2Н+ = Э 2+ + 2Н2О. Гидроксод железа (II) очень неустойчив, мгновенно окисляется кислородом воздуха:
1 O2 + 4ē + 2H2O = 4OH¯ 4 Fe(OH)2 – 1 ē + OH¯ = Fe(OH )3+ H2O. O2 +2H2O+4Fe(OH)2 +4OH¯=4OH¯+ Fe(OH )3+ 4H2O Значительно медленнее окисляется Со(ОН)2: 4Co(OH)2 + О2 + 2H2O = 4Co(OH)3. Гидроксид Ni(II) кислородом воздуха не окисляется, для этого нужен более сильный окислитель, например Вr2: 2Ni(OH)2+ Br2+2NaOH=2Ni(OH)3+2NaBr;
1 Br2 + 2 ē = 2Br ¯ 2 Ni(OH)2 + 2OH¯ + Br2 = Ni(OH)з + 2Br ¯
Вышесказанное говорит о том, что восстановительная способность в ряду Fe2+, Co2+, Ni2+ уменьшается. Соли Fe, Co, Ni(II) легко гидролизуются по катиону, например: FeCl2 + H2O ↔ FeOHCl + HCl. Для соединений Fe(II), Co(II), Ni(II) очень характерно комплексообразо-вание: FeCl2 + 6KCN = K4[Fe(CN)6] + 2KCl. Желтая кровяная соль широко используется в аналитической химии для обнаружения ионов Fe3+ : FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + 3KCl; берлинская лазурь NiCl2 + 4KCN = K2[Ni(CN)4] + 2KCl. Растворяя гидроксиды в концентрированном аммиаке, получают аммиакаты: Со(ОН)2 + 6NH4OH = [Co(NH3)6](OH)2 + 6H2O. Аммиакаты Fe получают при действии аммиака на безводные соли FeCl2 + 6NH3 = [Fe(NH3)6]Cl2; oни легко разрушаются водой [Fe(NH3)6]Cl2 + 2HOH = Fe(OH)2 + 2NH4Cl + 4NH3. Действием очень концентрированных растворов щелочей можно получить гидроксокомплексы, например: Fe(OH)2 + 2NaOH = Na2[Fe(OH)4]. В водных растворах образуются аквакомплексы состава [Э(Н2О)6]2+. Производные анионных комплексов Fe2+ малостойки и напоминают двойные соли (за исключением цианидов). Степень окисления +3 Степень окисления +3 наиболее характерна для железа. Бинарные соединения Со(III), Ni (III) нехарактерны, для них данная степень окисления проявляется обычно в комплексных соединениях. Fe2O3 Co3O4 - Fe(OH)3 Co(OH)3 Ni(OH)3
основные свойства усиливаются устойчивость уменьшается Fe3+ + 3OH¯= Fe(OH)3 Fe(OH)3 + 3H+ = Fe3+ + 3H2O;
Fe(OH)3+NaOH tº, сплав NaFeO2 + 2H2O. Co(OH)3 и Ni(OH)3 получают окислением двухвалентных гидроксидов: 2Со(ОН)2 + Н2О2 = 2Со(ОН)3 1 Н2О2+ 2ē =2ОН ¯ 2 Со(ОН)2 – 1ē + ОН ¯= Со(ОН)3 Н2О2 + 2ОН ¯ + 2Со(ОН)2 = 2 Со(ОН)3 + 2ОН ¯ так как для Ni степень окисления +2 более устойчива, чем для Со, то и для окисления Ni(OH)2 требуется более сильный окислитель. 2Ni(OH)2 + Br2 + 2NаOH = 2Ni(OH)3 + 2NaBr. Таким образом, окислительная способность в ряду Fe3+, Co3+, Ni3+ увеличивается, что можно подтвердить следующими уравнениями реакций: Fe(OH)3 + 3HCl(к) = FeCl3 + 3H2O 2Co(OH)3 + 6HCl(к) = 2CoCl2 + Cl2↑ + 6 H2O
1 Co(OH)3 + 1ē + 3H+ = Co2+ + 3H2O 2 Co(OH)3 + 6H+ + 2Cl¯ = 2 Co2+ + 6H2O + Cl2 Ni(OH)3 + 6HCl(к) = 2NiCl2 + Cl2 ↑ + 6 H2O Аналогично идут реакции с HNO3 и H2SO4 (конц.)
4 Ni(OH)3 + 1ē + 3H+ = Ni2+ + 3 H2O 2 H2O – 4ē = O2 + 4H+ 4 Ni(OH)3 + 12H+ + 2 H2O = 4 Ni2+ + 12 H2O + O2 + 4H+ Соли Fe (111) достаточно легко подвергаются гидролизу (сильнее, чем Fe2+): FeCl3 + H2O ↔ FeOHCl + HCl; 2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3CO2 ↑ + 6NaCl. Действуя аммиаком на безводные соли, получают аммиакаты ЭCl3 + 6NH3 = [Э(NH3)6]Cl3. Устойчивы и цианиды FeCl3 + 6KCN = K3[Fe(CN)6] + 3KCl. Красная кровяная соль Данная соль является реактивом на Fe2+: FeCl2 + K3[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + 2KCl. Турнбулевая синь Степень окисления +6 При действии на соединения Fe(III) сильных окислителей можно получить соединения железа (VI): Fe(OH)3 + 3Br2 + 10KOH = 2K2FeO4 + 6KBr ; 2 Fe(OH)3 - 3ē + 5OH¯ = FeO42– + 4H2O; 3 Br2 + 2ē = 2Br¯ 2 Fe(OH)3+ 10OH¯ + 3Br2 = 2FeO42– + 8H2O +2Br¯.
Ферраты – сильные окислители (сильнее, чем KMnO4) : 2KFeO4 + 2NH3 = 2FeOOH + N2↑ + 4KOH; 2 FeO42– + 3ē + 4H2O = Fe(OH)3 +5OH¯; 1 2NH3 – 6ē = N2 + 6H+; 2FeO42– + 6H2O + 2NH3 = FeOOH +5OH¯ + N2 + 6H+. Поможем в написании учебной работы
|
4Fe(OH)2 + O2 = 4Fe(OH)3 + 2H2O;
2 Ni(OH)2 – 1 ē + OH¯= Ni(OH)з
2 2Cl¯ – 2ē = Cl2
Ni(OH)3 + H2SO4 = NiSO4 + O2 ↑ + 10 H2O> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%