6.2 Соединения железа (III)

Хлорид железа (III) FeCl₃ представляет собой темно-коричневые с зеленоватым отливом кристаллы. Это вещество сильно гигроскопично; поглощая влагу из воздуха оно, оно превращается в кристаллогидраты, содержащие различные количества воды и расправляющиеся на воздухе. В таком состояние хлорид железа (III) имеет буро-оранжевый цвет. В разбавленном растворе FeCl₃ гидролизуется до основных солей. В парах хлорид железа (III) имеет структуру, аналогичную структуре хлорида аммония и отвечающую формуле Fe₂Cl₆; заметная диссоциация Fe₂Cl₆ на молекулы FeCl₃ начинается при температурах около 500⁰С.

Хлорид железа (III) применяются в качестве коагулянта при очистке воды, как катализатор при синтезах органических веществ, в текстильной промышленности.

Сульфат железа (III) Fe₂(SO₄)₃ – очень гигроскопичные, расплывающиеся на воздухе белые кристаллы. Образуется кристаллогидрат Fe₂(SO₄)₃*9H₂O (желтые кристаллы). В водных растворах сульфат железа (III) сильно гидролизован. С сульфатами щелочных металлов и аммония он образует двойные соли – квасцы, например железоаммонийные квасцы (NH₄) Fe(SO₄)₂*12H₂O – хорошо растворимые в воде светло-фиолетовые кристаллы. При прокаливании выше 500⁰С сульфат железа (III) разлагается в соответствии с уравнением:

Fe₂(SO₄)₃ = Fe₂O₃ + 3SO₃↑

Сульфат железа (III) применяется, как и FeCl₃, в качестве коагулянта при очистке воды, а также для травления металлов. Раствор Fe₂(SO₄)₃ способен растворять Cu₂S и CuS с образованием сульфата меди (II); это используется при гидрометаллургическом получении меди.

При действии щелочей на растворы солей железа (III) выпадает красно-бурый гидроксид железа (III) Fe(OH)₃, нерастворимый в избытке щелочи:

FeCl₃ + 3NaOH = Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

Fe⁺³ + 3OH^- = Fe(OH)₃↓

Гидроксид железа (III) является более слабым основанием, чем Fe(OH)₂; это выражается в том, что соли железа (III) сильно гидролизуются, а со слабыми кислотами (например, с угольной, сероводородной) Fe(OH)₃ солей не образует. Гидролизом объясняется и цвет растворов солей железа (III): несмотря на то, что ион Fe⁺³ почти бесцветен, содержащие его растворы окрашены в желто-бурый цвет, это объясняется присутствием гидроксо-ионов железа или молекул Fe(OH)₃, которые образуются благодаря гидролизу:

Fe⁺³ + H₂O ↔ FeOH⁺² + H⁺

FeOH⁺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.

Гидроксид железа (III) проявляет амфотерные свойства. При взаимодействии с разбавленными кислотами Fe(OH)₃ легко образует соответствующие соли:

Fe(OH)₃ + 3HCl ↔ FeCl₃ + 3H₂O

2Fe(OH)₃ +3H₂SO₄ ↔ Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O

Fe(OH)₃ + 3H⁺ ↔ Fe⁺³ + 3H₂O

Реакция с концентрированными растворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании. При этом получаются устойчивые гидроксокомплексы с координационным числом 4 или 6:

Fe(OH)₃ + NaOH = Na[Fe(OH)₄]

Fe(OH)₃ + OH^- = [Fe(OH)₄]^-

Fe(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Fe(OH)₆]

Fe(OH)₃ + 3OH^- = [Fe(OH)₆]^-3

При прокаливании гидроксид железа (III), теряя воду, переходит в оксид железа (III), или окись железа, Fe₂O₃. Оксид железа (III) встречается в природе в виде красного железняка и применяется как коричневая краска – железный сурик, или мумия.

Оксид железа (III) Fe₂O₃ – порошок бурого цвета, не растворяется в воде. Оксид железа (III) получают:

а) разложением гидроксида железа:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O;

б) окислением пирита (FeS₂):

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂.

Оксид железа (III) проявляет амфотерные свойства:

а) взаимодействует с кислотами:

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

Fe₂O₃ + 6H⁺ = 2Fe⁺³ + 3H₂O

б) взаимодействует с твердыми щелочами NaOH и KOH и с карбонатами натрия и калия при высокой температуре:

Fe₂O₃ + 2NaOH = 2NaFeO₂ + H₂O

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaFeO₂ + CO₂

Соединения железа со степенью окисления +3 проявляют окислительные свойства, та как под действием восстановителей Fe⁺³ превращается в Fe⁺²:

Fe⁺³ + 1е^- → Fe⁺²

Так, например, хлорид железа (III) окисляется иодид калия до свободного йода:

2Fe⁺³Cl₃ + 2KI^- = 2Fe⁺²Cl₂ + 2KCl + I₂⁰

Реактивом для обнаружения катиона Fe⁺³ является гексациано(II)феррат калия (желтая кровяная соль) K₄[Fe(CN)₆].

При взаимодействии ионов [Fe(CN)₆]^4- с ионами Fe⁺³ образуется темно-синий осадок – берлинская лазурь:

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

4Fe⁺³ + 3[Fe(CN)₆]^-4 = Fe₄[Fe(CN)₆]↓

Катионы Fe⁺³ легко обнаруживаются с помощью роданида аммония (NH₄CNS). В результате взаимодействия ионов CNS^- с катионами железа (III) Fe⁺³ образуется малодиссоциирующий роданид железа (III) кроваво-красного цвета:

FeCl₃ +3NH₄CNS ↔ Fe(CNS)₃ + 3NH₄Cl

Fe⁺³ + 3CNS^- ↔ Fe(CNS)₃