5. Утворення і застосування металів сімейства заліза

Чисте залізо утворюють електролізом розчинів FeSО₄ або FeСl₂, а також відновленням оксидів заліза воднем при нагріванні. Кобальт і нікель утворюють при відновленні їх оксидів вугіллям, воднем або алюмінієм, а також електролізом їх солей.

В промисловості залізо виплавляють із руд шляхом його відновлення коксом при високих температурах. При цьому отримують чавун, який містить 93-95% Fe, 2-4% С і домішки Силіцію, Мангану, Сульфуру, Фосфору. Чавун є сплавом Феруму з перерахованими елементами. Але виробляють також хромистий, хромонікелевий, мідистий, алюмінієвий чавуни. Велика роль в техніці відводиться легованим сталям. Нержавіючі сталі ( 12% Сr і більше) не підлягають корозії на повітрі, стійкі до кислот та луг. Швидкоріжуча сталь (3,8 -4,8% Сr і 17,5 – 18,5% W) зберігає свої властивості при нагріванні до 600-700⁰С.

Кобальт має велике значення в виробництві легованих сталей, особливо швидкоріжучих магнітних і жаростійких сталей.

Нікель грає важливу роль в виробництві спеціальних сталей. Його використовують в сплавах з іншими металами, наприклад міддю, алюмінієм, оловом, свинцем. Сплав нікелю з міддю використовують для виготовлення монет. Ніхром має великий електричний опір. Сплави константан і нікелін характеризуються низькими значеннями електричної провідності, майже не залежної від температури.

Кобальт і нікель використовують також для виготовлення каталізаторів.

2. Запитання для самоконтролю і контролю знань

1. В чому полягають особливості будови атомів d-елементів VIІІ групи сімейства Феруму?

2. Які ступені окиснення в сполуках проявляють d-елементи VIІІ групи сімейства Феруму?

3. Які фізичні властивості заліза, кобальту, нікелю?

4. З якими простими речовинами взаємодіють дані метили, за яких умов? Які властивості в даних окисно-відновних процесах вони проявляють?

5. Як дані метали взаємодіють з водою, з кислотами?

6. Складіть рівняння хімічних реакцій, які підтверджують хімічні властивості даних металів.

7. Поясніть характер оксидів та гідроксидів даних металів. Доведіть це за допомогою рівнянь хімічних реакцій.

8. Поясніть окисно-відновні властивості солей даних металів. Доведіть це за допомогою рівнянь хімічних реакцій.

9. Як хімічним способом довести наявність основних, амфотерних властивостей сполук даних металів?

10. У вигляді яких сполук Ферум, Кобальт, Нікель знаходиться в природі?

11. Як дані метали та їх сполуки застосовуються в металургійному виробництві? Які сплави з застосуванням даних металів виготовляють?

3. Завдання для самоконтролю

Рівень А

1. Залізні ошурки масою 14 г окиснили надлишком брому. Одержаний продукт розчинили в 0,8 л води. Визначте масову частку (%) речовини в одержаному розчині.

2. Визначте об’єм повітря (н. у.) та масу піриту, масова частка домішок в якому становить 10%, які необхідно використати для добування 2,5 т сульфур (ІV) оксиду.

3. На суміш заліза і міді масою 10 г подіяли надлишком хлоридної кислоти. При цьому виділилось 2,8 л водню (н. у.). Визначте масову частку (%) заліза в вихідній суміші.

Рівень В

1. На залізо масою 13,89 г подіяли надлишком нітратної кислоти. Обчисліть об’єм нітроген (ІІ) оксиду, що виділився, при температурі 30⁰С і тиску 105 кПа.

2. Крізь розчин ферум (ІІ) хлориду та розчин ферум (ІІІ) хлориду, які містились у різних електролізерах, пропускали електричний струм силою 4А протягом 0,2 год. Визначте маси металів, які виділились за цей час на електродах в кожному електролізері, якщо електроліз солей не завершився.

3. Яку масу заліза можна одержати при взаємодії 5,33 г ферум (ІІІ) оксиду, що містить домішки силіцій (ІV) оксиду, масова частка яких становить 10%, та коксу масою 1,8 г?

Рівень С

1. На суміш заліза, ферум (ІІІ) оксиду та кварцового піску масою 160 г подіяли розчином нітратної кислоти. При йьому утворилось 387,2 г ферум (ІІІ) нітрату і 51,2 г нерозчинного залишку. Який об’єм хлоридної кислоти (ρ = 1,1 г/мл, ω(%) = 20%) необхідно використати на розчинення такої ж за складом і масою суміші?

2. На часткове відновлення ферум (ІІІ) оксиду масою 96 г витратили карбон (ІІ) оксид об’ємом 4,48 л (н. у.). Визначте формулу утвореного оксиду.

3. Яку масу чавуну, де масова частка Феруму становить 95%, можна добути з червоного залізняка масою 20 г, масова частка Феруму в якому становить 60%?