Учебники Рудзитис / 9

Соли алюминия — твёрдые кристаллические вещества; большинство растворимо в воде. Их получают в основном при взаимодействии алюминия с кислотами. Химические свойства солей алюминия аналогичны свой-

ствам других солей. В водных растворах подвергаются гидролизу (см. § 10). Генетическая связь между алюминием и его важнейшими соедине-

ниями показана на схеме 16.

Схема 16

Оксид алюминия. Гидроксид алюминия

1.К раствору сульфата алюминия понемногу приливали раствор щёлочи (до избытка). Что наблюдали? Составьте уравнения соответствующих реакций.

2.В водные растворы хлорида натрия и хлорида алюминия опустили синюю лакмусовую бумагу. Как изменился её цвет и почему?

3.Составьте уравнения реакций согласно схеме 16. Обсудите выполнение задания с соседом по парте.

4.Напишите уравнения химических реакций, соответствующих пре-

вращениям

5. Дано 40 г раствора, содержащего 5 % хлорида алюминия. Сколько потребуется миллилитров раствора (r = 1,2 г/см3), содержащего 0,2 массовой доли, или 20 %, гидроксида натрия, чтобы хлорид алюминия полностью превратить в тетрагидроксоалюминат натрия?

Я могу практически доказать амфотерность гидроксида алюминия.

170

"Как называют биологические катализаторы?

"Какие способы получения металлов вам известны?

Железо находится в побочной подгруппе VIII группы (VIIIБ-группе). Схема расположения электронов по энергетическим уровням в атоме железа следующая:

26Fe 2e, 8e, 14e, 2e

У атомов железа на внешнем энергетическом уровне находится два электрона, поэтому во многих соединениях железо проявляет степень окисления +2.

Так как предпоследний энергетический уровень у железа незаконченный, то в реакциях, кроме двух электронов внешнего уровня, часто участвует также один электрон предпоследнего уровня. Тогда железо

проявляет степень окисления +3.

Нахождение в природе. По распространённости среди металлов железо занимает второе место после алюминия. Состав и общая характеристика важнейших минералов железа даны в таблице 33.

В некоторых местах встречается минерал сидерит, основная составная часть которого — карбонат железа(II) FeCO3. Сидерит, магнетит и гематит используют для получения чугуна и стали. Изредка встречается

и метеоритное (почти чистое) железо. В водах многих минеральных источников содержится гидрокарбонат железа Fe(HCO3)2 и некоторые

другие соли железа.

171

Из курса биологии вам известно, что железо имеет большое значение для живых организмов. Оно является важной составной частью гемогло-

бина крови и других сложных белков, в том числе ферментов. Получение. Железо можно получить:

1) восстановлением железа из его оксида, например Fe2O3, водоро-

дом при нагревании;

2) восстановлением железа из его оксидов Fe2O3 и Fe3O4 алюмино-

термическим методом;

3) электролизом водных растворов солей железа(II).

Физические свойства. Чистое железо — весьма пластичный металл серебристо-белого цвета. Плотность железа 7,87 г/см3, температура плавления 1539 C. В отличие от многих других металлов железо обладает

магнитными свойствами.

Химические свойства. Чистое железо на воздухе устойчиво. На практике используют железо с примесями. Такое железо легко ржавеет.

Химические свойства железа приведены в таблице 34.

Таблица 34

Химические свойства железа

Железо реагирует

172

Применение. Чистое железо способно быстро намагничиваться и размагничиваться, поэтому его применяют для изготовления сердечников электромагнитов и мембран микрофонов. На практике в основном используют сплавы железа — чугун и сталь (см. § 42).

Железо. Сидерит. Магнетит. Гематит

1.В каком виде железо встречается в природе? Напишите формулы соединений и дайте им названия.

2.Составьте уравнения реакций, в которых железо реагирует: а) с кислотами; б) c солями; в) c водой при повышенной температуре. Покажите переход электронов и укажите окислитель и восстановитель.

3.Используя знания по биологии, Интернет и дополнительную литературу, охарактеризуйте роль элемента железа в организме человека.

4.Минеральная вода некоторых источников содержит гидрокарбонат железа(II). При каких условиях и в каких химических процессах эта растворимая соль железа может образоваться из природного минерала сидерита FeCO3?

1.Схема строения иона Fe3+ — это

3. Металл, который при нагревании реагирует с водой, — это

1)медь

2)железо

3)олово

4)свинец

Язнаю способы получения железа и важнейшие железные руды.

Яумею составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства железа.

173

§ 49 Соединения железа

" Какие соединения называют амфотерными?

Наиболее распространены соединения железа, где оно находится в степени окисления +2 или +3 (табл. 35).

Широко известен смешанный оксид Fe3O4 (FeO · Fe2O3) — железная окалина, который образуется при сгорании железа в кислороде и на воздухе. Искры, разлетающиеся при этом во все стороны, — это раскалённые частички железной окалины.

Оксиды железа(II) и железа(III) получают косвенным путём.

Оксид железа(II) и гидроксид железа(II) проявляют основные свойства:

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

Fe(OH)2 + 2HCl = FeCl2 + 2H2O

Оксид железа(III) и гидроксид железа(III) (аналогично сходным соединениям алюминия) проявляют слабые амфотерные свойства:

Fe2O3 + 6HCl =t 2FeCl3 + 3H2O Fe2O3 + 2NaOH = 2NaFeO2 + H2O

феррат натрия

Если феррат натрия обработать небольшим количеством воды, то образуется соль, сходная по составу с тетрагидроксоалюминатом натрия:

NaFeO2 + 2H2O = Na[Fe(OH)4]

тетрагидроксоферрат

натрия

Тетрагидроксоферраты устойчивы только в растворах.

174

Соли железа(II) получают при взаимодействии железа с растворами

кислот (НСl, H2SO4).

Соли железа(III) получают при сжигании железа в хлоре и при взаимодействии железа с концентрированными серной и азотной кислотами при нагревании.

Различить ионы Fe2+ и Fe3+ можно, подействовав на них щёлочью.

Лабораторный опыт. Качественные реакции на ионы Fe2+ и Fe3+

1) Налейте в пробирку 2—3 мл свежеприготовленного раствора сульфата железа(II) и добавьте немного раствора гидроксида натрия:

FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2 + 2NaCl

Fe2+ + 2Сl– + 2Na+ + 2OН– = Fe(OH)2 + 2Na+ + 2Сl– Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2

Отметьте цвет полученного осадка.

2) Налейте в пробирку 2—3 мл раствора хлорида железа(III) и добавьте немного раствора гидроксида калия:

Fe2(SO4)3 + 6KOH = 2Fe(OH)3 + 3K2SO4

2Fe3+ + 6OH– = 2Fe(OH)3 Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3

Отметьте цвет полученного осадка.

Качественной реакцией на ионы Fe2+ и Fe3+ является их взаимодействие с гидроксид-ионами ОН–:

Fe2+ + 2OH– = Fe(OH)2 (осадок зеленоватого цвета) Fe3+ + 3OH– = Fe(OH)3 (осадок бурого цвета)

На ионы Fe3+ существует ещё одна качественная реакция. При добавлении к растворам солей трёхвалентного железа раствора роданида калия появляется ярко-красное окрашивание:

Fe3+ + 3SCN– = Fe(SCN)3

Ионы Fe2+ быстро окисляются а) на воздухе:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

175

б) в присутствии окислителей:

2Fe(OH)2 + H2O2 = 2Fe(OH)3

Качественные реакции на ионы железа(II) и железа(III)

1.Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно получить: а) соли железа(II) и соли железа(III); б) гидроксид железа(II) и гидроксид железа(III); в) оксиды железа.

2.Какими общими и специфическими свойствами обладают оксиды

игидроксиды железа? Составьте уравнения соответствующих реакций.

3.Определите, какое количество сероводорода (моль) образуется при взаимодействии сульфида железа(II) c соляной кислотой массой 130 г (массовая доля HCl равна 20 %).

4.Образец сидерита, основная часть которого FeCO3, содержит 40 % железа. Вычислите, сколько процентов FeCO3 в этом образце.

1.Расположите формулы оксидов в порядке усиления их основных свойств.

1) FeO 2) CaO 3) Na2O 4) Fe2O3

2. В схеме реакции Fe3O4 + ... Fe + H2O вместо многоточия следует поставить формулу

3. Качественной реакцией на ионы Fe2+ и Fe3+ является их взаимо-

Прочитайте в Интернете о железной колонне в Дели (Индия).

Язнаю свойства соединений железа(II) и железа(III).

Ямогу отличить соединения железа(II) от соединений железа(III).

176

Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»

"Повторите правила техники безопасности при работе в химической лаборатории.

"Повторите качественные реакции на катионы и анионы.

Вариант I

1.В четырёх пробирках даны следующие вещества в твёрдом виде: а) хлорид магния; б) гидроксид натрия; в) карбонат натрия; г) нитрат натрия. При помощи химических реакций определите, в какой пробирке находится каждое из этих веществ.

2.При помощи характерных реакций докажите, что выданное вам вещество — сульфат алюминия.

3.В одной пробирке дан раствор хлорида натрия, во второй — раствор хлорида стронция, а в третьей — раствор хлорида алюминия. Определите, в какой пробирке находится каждое из выданных веществ.

4.Практически осуществите следующие превращения:

Fe FeCl2 Fe(OH)2 Fe(OH)3 Fe(NO3)3

Вариант II

1.В четырёх пробирках даны следующие твёрдые вещества: а) карбонат кальция; б) нитрат стронция; в) сульфат натрия; г) сульфид натрия. Определите, в какой пробирке находится каждое из перечисленных веществ.

2.Докажите, что кристаллы сульфата железа(II) частично окислились

исодержат примеси ионов Fe3+.

3.В двух склянках дана вода. В одной из них вода содержит сульфат магния, а в другой — гидрокарбонат кальция. Проделайте опыты, при помощи которых можно устранить постоянную и временную жёсткость воды.

4.Практически осуществите следующие превращения:

Al Al2(SO4)3 Al(OH)3 Na[Al(OH)4]

5.Отчёт о работе оформите в произвольной форме.

Ямогу определять наличие ионов с помощью качественных реакций.

177

Большинство неорганических веществ имеет немолекулярное строе-

ние, и поэтому они обладают высокими температурами плавления и кипения. Большинство же органических соединений имеет молекулярное строение, и поэтому температуры их плавления и кипения не-

высоки. Почти все органические вещества могут гореть и легко разлагаются при прокаливании.

Рассмотрим общие принципы строения органических соединений. Вы

знаете, что у атома углерода на внешнем электронном слое находится четыре валентных электрона. В органических соединениях углерод всегда четырёхвалентен.

Атомы углерода способны соединяться друг с другом, образуя длинные цепи и замкнутые кольца.

При этом между атомами углерода возникают прочные ковалентные связи. Если мы представим себе цепочку или кольцо (цикл) из атомов углерода, где каждая углерод-углеродная связь одинарная, т. е. представлена одной общей электронной парой, у каждого атома углерода останутся свободные валентности:

—С—С—С—С—С—

Эти свободные валентности могут быть заняты атомами водорода:

Н Н Н Н Н

H—С—С—С—С—С—H

Н Н Н Н Н

Соединения углерода с водородом называют УГЛЕВОДОРОДАМИ.

Между атомами углерода в молекулах углеводородов могут возникать одинарные, двойные и тройные связи, которые в структурных формулах изображают соответственно одним, двумя или тремя валентными штрихами, например:

179