Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ
.pdf
Глава 18. Металлы IA- и ПА-групп. Жесткость воды. Алюминий |
441 |
Широко используются и соединения алюминия: |
корунд |
(очень чистый бесцветный твердый природный А12О3) — как абразивный материал (для шлифовки); синтетический А10О3 — в производстве устойчивой к высоким температурам керами ки; сапфир (синий из-за наличия примесей Fe2O3) и рубин (красный вследствие присутствия примесей Сг2О3 и TiO2) — природные минералы А12О3 (драгоценные камни), исполь зуются в производстве ювелирных украшений. Каолинит (А12О3 ■ 2SiO2 ■ 2Н,О) применяется в производстве цемента.
444 |
Химия элементов и их соединений |
Кратко охарактеризуем биологическую роль соединений металлов группы В.
Железо. Массовая доля железа в организмах животных составляет около 0,01 % (в организме человека 5 г). Атом железа входит в состав гемоглобина, который переносит кислород из легких в ткани. Перенос электронов в окис лительно-восстановительных процессах в живых организмах осуществляется с помощью железосодержащих фермен тов — цитохромов. Атомы железа входят в состав фермен тов каталазы (ускоряет разложение пероксида водорода)
ипероксидазы (ускоряет реакции окисления органических веществ пероксидом водорода).
Медь. Атомы меди входят в состав более 30 ферментов
ибелков (оксигеназы, гидроксилазы и др.). В организме человека массой 70 кг содержится примерно 70 мг меди; потребность взрослого человека в меди составляет пример но 2—3 мг/сут., однако в больших количествах растворимые соединения меди токсичны. Богаты медью орехи, печень, яичный желток, ржаной хлеб.
Существует мнение, что дефицит меди в организме че ловека вызывает появление седины. Дефицит меди нару шает обмен железом между плазмой крови и эритроцита ми. Соединения меди важны при лечении анемии. Важную роль играет медь в создании миелина — оболочки нервных волокон.
Роль гемоглобина в крови ракообразных и головоногих моллюсков играет пигмент гемоцианин (содержит медь),
который, соединяясь с кислородом, синеет (поэтому, напри мер, у улиток кровь голубая), а отдавая кислород тканям — обесцвечивается.
Хром и марганец. В организме взрослого человека со держится примерно 5—6 мг хрома и 20 мг марганца. Счи тают, что хромсодержащие ферменты ускоряют процессы обмена углеводов. При дефиците хрома в организме повы шается уровень холестерина и сахара.
Марганец необходим для эффективного усвоения тиа мина (витамин ВД, железа и меди. Важные биологические
446 |
Химия элементов и их соединений |
Соединения Fe(III) образуются в реакциях железа с сильны ми окислителями: О2, С12, Вг2, F2, концентрированными HNO3
и H2SO4.
Компактное железо —- металл средней (умеренной) хими ческой активности. В сухом воздухе компактное железо устой чиво к окислению примерно до 200 °C. При нагревании желе зо взаимодействует с кислородом, галогенами, серой:
t, |
воздух |
4Fe + 30,.... |
2Fe,0„ |
3Fe + 2О2 |
«570 °C |
■ ■ - Fe3O4, |
t, следы H,0
2Fe + ЗС12 —= 2FeCl3,
2Fe + ЗВг, = 2FeBr3,
Fe +12 |
= Fel2 (но не Fel3), |
|
" |
„ 700 °C „ „ |
|
Fe + S-------FeS, |
||
„ |
, |
600 °c „ |
Fe |
+ 2S |
= FeS2. |
При высокой температуре железо взаимодействует с азотом, фосфором и углем:
4Fe + N2 = 2Fe2N,
3Fe + Р = Fe3P,
3Fe + С = Fe3C.
Карбид железа Fe3C называется цементитом. Это твердое вещество нестехиометрического состава (как и Fe2N и Fe3P), серого цвета, очень хрупкое и тугоплавкое.
Железо растворяется в соляной и разбавленной серной кис лоте с образованием солей железа(П):
Fe + 2НС1 = FeCl2 + Н2Т,
Fe + H2SO4 (разб) = FeSO4 + Н,Т.
При высокой температуре железо реагирует с парами воды:
3Fe + 4Н,0 ■ ° °— Fe3O4 + 4Н,Т
Глава 19. Металлы В-групп четвертого периода. Железо |
447 |
(при комнатной температуре в отсутствие кислорода железо не реагирует с водой).
Концентрированные HNO3 и H2SO4 при обычных услови ях пассивируют железо, однако реагируют с ним при нагре вании; образуются соли железа(Ш):
2Fe + 6H2SO4 (конц) = Fe,(SO4)3 + 3SO2T + 6Н2О,
Fe + 6HNO3 (конц) = Fe(NO3)3 + 3NO2t + 3H2O.
Железо растворяется в разбавленных растворах азотной кислоты:
Fe + 4HNO3 (разб) = Fe(NO3)3 + NOT + 2Н2О,
4Fe + 10HNO3 (очень разб) = 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
(с примесями N2O, N2).
В соответствии с положением, занимаемым в электрохи мическом ряду напряжений металлов, железо вытесняет ме таллы, стоящие правее его, из водных растворов их солей:
Fe (тв) + CuSO4 (р-р) = FeSO4 (р-р) + Си4,
Fe (тв) + 2AgNO3 (р-р) = Fe(NO3)2 (р-р) + 2Ag>k
19.3. ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ЖЕЛЕЗА
Для железа наиболее характерны два ряда соединений: соединения железа(П) и соединения железа(Ш).
Оксид железа(П) FeO — основный оксид черного цвета, в воде нерастворим, растворяется в сильных кислотах:
FeO + 2НС1 = FeCl2 + Н2О.
Окисляется кислородом с образованием Fe3O4 (при недо статке кислорода) или Fe2O3 (в избытке кислорода):
6FeO + О2 = 2Fe3O4,
4FeO + О2 = 2Fe,O3.
448 |
Химия элементов и их соединений |
Оксид железа(Ш) Fe2O3 — амфотерный оксид красно-ко ричневого цвета с преобладанием основных свойств, исполь зуется как пигмент в производстве краски — охры. В воде нерастворим, растворяется при сплавлении в щелочах, а также при нагревании в концентрированных растворах щелочей (об разуются ферриты) или в сильных кислотах:
Fe2O3 + 2К0Н (тв) = 2KFeO2 + Н2ОТ,
Fe2O3 + 2NaOH (конц) = 2NaFeO, + Н,О,
Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O.
Оксид железа(Ш) при сплавлении взаимодействует с ос новными оксидами и карбонатами:
Fe2O3 + СаО = Ca(FeO2)2,
Fe2O3 + Na2CO3 = 2NaFeO2 + CO2T.
Оба оксида железа восстанавливаются водородом, коксом, угарным газом и алюминием, например:
FeO + Н7 = Fe + Н7О,
+с |
+с |
+с |
Fe2O3 -> Fe3O4 -> FeO -» Fe.
При сплавлении Fe?O3 или Fe(OH)3 с сильными окислите лями в щелочной среде образуются соединения железа(У1) — ферраты (соли не выделенной в свободном состоянии желез ной кислоты H7FeO4):
Fe2O3 + КС1О3 + 4КОН = 2K2FeO4 + 2КС1 + 2H20f.
Известен смешанный оксид железа состава Fe3O4, фор-
+2 +3
мулу которого удобно представить в виде FeO • Fe2O3.* Этот оксид взаимодействует:
* Оксид железа(П, III) Fe3O4 можно рассматривать как феррит железа(П) Fe(FeO2)2, который получают прокаливанием смеси гид
роксидов железа:
Fe(OH)2 + 2Fe(OH)3 = Fe(FeO2)2 + 4H20t.