1. Получение восстановленного железа
Собрать прибор по рисунку 116. Зарядить аппарат Киппа для получения водорода и проверить выделяющийся водород на чистоту. В промывные склянки налить: в 1 — раствор соли свинца, в 2 — подкисленный раствор КМnО4 и в 5— концентрированную H2SO4. Для какой цели налиты эти растворы в промывные склянки?
Рис. 116. Получение восстановленного железа: 1-2,3 — промывные склянки Тищенко; 4 — тугоплавкая стеклянная трубка.
В тугоплавкую стеклянную трубку 4 положить тонким слоем немного Fе2О3 и закрепить ее слегка наклонно в штативе. Проверить прибор на герметичность. Пропускать водород и через 1—2 мин проверить его на чистоту у выходной трубки прибора (см. работу XIX, опыт 1). Убедившись в чистоте водорода, нагревать то место трубки, где лежит Fе2О3. Нагревать трубку нужно до темно-красного каления (500—600 °С), так как при более низкой температуре получается пирофорное железо, легко окисляющееся на воздухе. Когда весь оксид железа (III) восстановится (как убедиться в этом?), нагревание прекратить и охладить трубку в токе водорода.
После охлаждения трубки часть полученного железа насыпать на лист бумаги и испытать отношение его, а также Fе2О3 к магниту. Оставшееся восстановленное железо поместить в банку с хорошо притертой пробкой. Написать уравнение реакции.
2. Коррозия железа при контакте его с цинком и оловом
В место расщепления стального пера или в скрепку для бумаги вставить тоненький кусочек металлического цинка, а в другое перо (или скрепку) — такой же кусочек олова. В две пробирки налить воды и добавть по 2—3 капли разбавленной H2SO4 и раствора красной кровяной соли K2[Fe(CN)6] — вещества, которое является реактивом на ионы Fe2+, образуя с ним соединение синего цвета. Оба пера (или скрепки) опустить в приготовленные растворы. Какую окраску приобретает жидкость, в которую опущено перо с оловом, через несколько минут? Какие ионы появились в растворе? На что это указывает?
В другой пробирке окрашивание можно наблюдать только после растворения всего цинка. Разобрать все протекающие реакции, принимая во внимание величины стандартных электродных потенциалов Fe, Zn и Sn (табл. 12). Записать схемы коррозии оцинкованного и луженого железа.
3. Взаимодействие железа с кислотами
(Работу проводить в вытяжном шкафу)
К небольшому количеству железных опилок в отдельных пробирках добавить разбавленные и концентрированные растворы НС1, H2SO4, НNО3. Те пробирки, в которых реакция на холоде не идет, нагреть. Наблюдать происходящие явления. Объяснить, почему в некоторых опытах реакция идет лишь при нагревании. Написать уравнения реакций.
4. Пассирование и оксидирование железа
(Работу проводить в вытяжном шкафу)
а) В широкую пробирку налить дымящую HNO3 и внести в нее хорошо очищенную железную проволоку (или гвоздь). Через 1—2 мин осторожно, не касаясь стенок пробирки, вынуть железо из кислоты, промыть его в стакане с водой и внести на несколько секунд в раствор медного купороса. Выделяется ли на нем медь?
Затем сильно ударить толстой стеклянной палочкой по проволоке (или гвоздю) и снова погрузить металл в раствор медного купороса. Что наблюдаете?
Объяснить, почему после обработки концентрированной HNO3 на железе не выделяется медь. Какое значение имеет удар палочкой по железу?
б) Два железных образца очистить тонкой наждачной бумагой. Один из них оставить для контроля, а ко второму прикрепить проволоку и опустить на 1—2 мин в 5%-ный раствор НС1, затем промыть его водой под краном и осушить фильтровальной бумагой. В стаканчике нагреть до кипения раствор, содержащий в 100 мл воды 60 г NaOH и 6 г NaNO2, опустить в него протравленный образец. Через 20—30 мин вынуть его из раствора, промыть водой и осушить фильтровальной бумагой. Объяснить, почему поверхность образца изменила свою окраску.
На поверхность испытуемого и контрольного образца нанести по капле раствор сульфата меди. Наблюдать, через какое время на поверхности образцов под каплей произойдет выделение меди. Дать объяснение.