Железо

Наиболее распространены соединения железа со степенью окисления +2 и +3.  Известен и смешанный оксид железа Fe₃O₄ или FeO*Fe₂O₃.

Оксид железа (II) можно получить различными методами:

1. Восстановлением оксида железа (III).

Fe₂O₃ +H₂ = 2FeO +H₂O
Fe₂O₃ +CO = 2FeO+CO₂
Fe₂O₃ +Fe = 3FeO

2. Разложением гидроксида железа (II) при нагревании:

Fe(OH)₂ = FeO   +  H₂O

Оксид железа (II) — типичный основный оксид.

1. При взаимодействии FeO с кислотными оксидами образуются соответствующие соли.

FeO  +  SO₃ = FeSO₄

2. FeO взаимодействует с растворимыми кислотами. При этом также образуются соответствующие соли.

FeO  +  2HCl  = FeCl₂ +  H₂O

3. Оксид железа II с водой не реагирует.
4. При взаимодействии с концентрированной азотной кислотой образуются нитрат железа (III), оксид азота (IV) и вода: 
5. FeO легко окисляется до соединений железа (III).

FeO  +  4HNO_3(конц.)  = NO₂  +  Fe(NO₃)₃  +  2H₂O

При взаимодействии с разбавленной азотной кислотой образуется оксид азота (II). Реакция идет при нагревании:

3FeO  +  10HNO_3(разб.) = 3Fe(NO₃)₃  +  NO  +  5H₂O

6. FeO обладает слабыми окислительными свойствами.

FeO   +   CO  = Fe   +  CO₂

Оксид железа (III) – это твердое вещество, нерастворимое в воде красно-бурого цвета.

Оксид железа (III) можно получить различными способами:

1. Окислением оксида железа (II) кислородом.

4FeO   +   O₂  = 2Fe₂O₃

2. Разложением гидроксида железа (III) при нагревании:

2Fe(OH)₃  =  Fe₂O₃   +  3H₂O

Оксид железа (III) – амфотерный оксид.

1. При взаимодействии Fe₂O₃ с кислотными оксидами и кислотами образуются соответствующие соли.

Fe₂O₃  +  6HNO₃   = 2Fe(NO₃)₃  +  3H₂O

2. Взаимодействует с щелочами и основными оксидами только в расплаве с образованием  соответствующих солей (ферритов).

Fe₂O₃  +  2NaOH = 2NaFeO₂  +  H₂O

3. Fe₂O₃ с водой не реагирует.
4. Окисляется сильными окислителями до соединений железа (VI).

Fe₂O₃  +  KClO₃  +  4KOH = 2K₂FeO₄  +  KCl  +  2H₂O

Нитраты и нитриты в щелочной среде окисляют оксид железа (III):
Fe₂O₃  +  3KNO₃  +  4KOH  = 2K₂FeO₄  +  3KNO₂  +  2H₂O

5. Проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства.

Fe₂O₃  +  3СO  = 2Fe  +  3CO₂
Fe₂O₃  +  3Н₂ = 2Fe  +  3H₂O
Fe₂O₃  +  Fe = 3FeO
Fe₂O₃  +  3NaH = 3NaOH  +  2Fe

Может реагировать с более активными металлами.
Алюмотермия:
Fe₂O₃  +  2Al = 2Fe  +  Al₂O₃

6. Оксид железа (III) – твердый, нелетучий  и амфотерный. При сплавлении он вытесняет более летучие оксиды (углекислый газ) из солей.

Fe₂O₃  +  Na₂CO₃ = 2NaFeO₂  +  CO₂

Оксид железа (II, III) (железная окалина, магнетит) – это твердое, нерастворимое в воде вещество черного цвета.

Оксид железа (II, III) можно получить различными способами:

1. Горением железа на воздухе:

3Fe  +  2O₂  = Fe₃O₄

2. Неполным восстановлением оксида железа (III) водородом или угарным газом:

3Fe₂O₃  +  Н₂  =  2Fe₃O₄  +  H₂O

3. При высокой температуре раскаленное железо реагирует с парами воды с образованием двойного оксида железа (II, III):

3Fe  +  4H₂O_(пар) = Fe₃O₄  +  4H₂

Свойства оксида железа (II, III) определяются свойствами двух оксидов, из которых он состоит: основного оксида железа (II) и амфотерного оксида железа (III).

1. При взаимодействии оксида железа (II, III) с кислотными оксидами и кислотами образуются соответствующие соли железа (II) и железа (III).

Fe₃O₄  +  8HCl  = FeCl₂  +  2FeCl₃  +  4H₂O
Fe₃O₄   +  4H₂SO_4(разб.) = Fe₂(SO₄)₃  +  FeSO₄  +  4Н₂О

2. Реагирует с сильными кислотами-окислителями (серной-концентрированной и азотной). 

Fe₃O₄  +  10HNO_3(конц.) = NO₂↑  +  3Fe(NO₃)₃  +  5H₂O

Разбавленной азотной кислотой Fe₃O₄ окисляется при нагревании:
3Fe₃O₄   +  28HNO_3(разб.) =  9Fe(NO₃)₃   +   NO   +  14H₂O

Окалина окисляется концентрированной серной кислотой:
2Fe₃O₄   +  10H₂SO_4(конц.)  = 3Fe₂(SO₄)₃  +  SO₂   +   10H₂O

Fe₃O₄ окисляется кислородом воздуха:
4Fe₃O₄  +  O_{2(воздух)}  = 6Fe₂O₃

3. С водой не взаимодействует.
4. Fe₃O₄ окисляется сильными окислителями до соединений железа (VI), как и прочие оксиды железа.
5. Проявляет окислительные свойства.

Оксид железа (II, III) реагирует с угарным газом при нагревании. При этом возможно восстановление как до чистого железа, так и до оксида железа (II):
Fe₃O₄  +  4CO  = 3Fe  +  4CO₂

Fe₃O₄ восстанавливается водородом:
Fe₃O₄   +  4H₂  = 3Fe   +   4H₂O

Оксид железа (II, III) реагирует с более активными металлами.

Алюмотермия:
3Fe₃O₄  +  8Al  = 9Fe  +  4Al₂O₃

---

Гидроксид железа (II) можно получить:

1. действием раствора аммиака на соли железа (II).

FeCl₂   +   2NH₃   +   2H₂O = Fe(OH)₂   +   2NH₄Cl

2. действием щелочи на соли железа (II).

FeCl₂ + 2KOH  = Fe(OH)₂↓ + 2KCl

Свойства гидроксида железа (II):

1. Проявляет основные свойства — реагирует с кислотами. При этом образуются соответствующие соли.

Fe(OH)₂  +  2HCl = FeCl₂  +  2H₂O
Fe(OH)₂  +  H₂SO₄  = FeSO₄  +  2H₂O
Fe(OH)₂  +  2HBr = FeBr₂  +  2H₂O

2. Взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот.

Fe(OH)₂ + SO₃  =  FeSO₄ + 2H₂O

3. Проявляет сильные восстановительные свойства. При этом образуются соединения железа (III).

4Fe(OH)₂  +  O₂  +  2H₂O  =  4Fe(OH)₃↓
2Fe(OH)₂   +  H₂O₂   = 2Fe(OH)₃
2Fe(OH)₂  +  4H₂SO_4(конц.) = Fe₂(SO₄)₃  +  SO₂  +  6H₂O

4. Разлагается при нагревании:

Fe(OH)₂ = FeO  +  H₂O

Гидроксид железа (III) можно получить: 

1. Действием раствора аммиака на соли железа (III).

FeCl₃ + 3NH₃ + 3H₂O = Fe(OH)₃ + 3NH₄Cl

2. Окислением гидроксида железа (II) кислородом или пероксидом водорода:

4Fe(OH)₂  +  O₂  +  2H₂O  =  4Fe(OH)₃↓
2Fe(OH)₂   +  H₂O₂    = 2Fe(OH)₃

3. Действием щелочи на раствор соли железа (III).

FeCl₃ + 3KOH   = Fe(OH)₃↓ + 3KCl

4. При взаимодействии растворимых солей железа (III) с растворами карбонатов. Образующийся карбонат железа (III) подвергаются необратимому гидролизу в водном растворе.

2FeBr₃  +  3Na₂CO₃  + 3H₂O  =  2Fe(OH)₃↓  +  CO₂↑ +  6NaBr

Гидроксид железа (III) проявляет следующие свойства:

1. Слабовыраженные амфотерные. Как основание, гидроксид железа (III) реагирует с растворимыми кислотами.

Fe(OH)₃ + 3HNO₃ = Fe(NO₃)₃ + 3H₂O
Fe(OH)₃  +  3HCl =  FeCl₃  +  3H₂O
2Fe(OH)₃  +  3H₂SO₄  = Fe₂(SO₄)₃  +  6H₂O
Fe(OH)₃  +  3HBr = FeBr₃  +  3H₂O

2. Взаимодействует с кислотными оксидами сильных кислот.

2Fe(OH)₃ + 3SO₃ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O

3. Взаимодействует с щелочами в расплавах с образованием соответствующих солей — ферритов. При этом гидроксид железа (III) проявляет кислотные свойства.

KOH  +  Fe(OH)₃  = KFeO₂ + 2H₂O

4. Разлагается при нагревании:

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O

---

Соли железа

Нитрат железа (II) при нагревании разлагается на оксид железа (III), оксид азота (IV)  и кислород:

4Fe(NO₃)₂ = 2Fe₂O₃  +  8NO₂  +   O₂

 Гидролиз солей железа

Растворимые соли железа, образованные кислотными остатками сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает обратимо по нескольким ступеням.

I ступень: Fe³⁺ +  H₂O  ↔  FeOH²⁺ + H⁺
II ступень: FeOH²⁺ + H₂O ↔ Fe(OH)₂⁺ + H⁺
III ступень: Fe(OH)₂⁺ + H₂O ↔ Fe(OH)₃ + H⁺

Однако  сульфиты и карбонаты железа (III) и их кислые соли гидролизуются необратимо, полностью, т.е. в водном растворе не существуют, а разлагаются водой:

Fe₂(SO₄)₃  +  6NaHSO₃  = 2Fe(OH)₃  +  6SO₂  +  3Na₂SO₄
2FeBr₃  +  3Na₂CO₃  + 3H₂O = 2Fe(OH)₃↓  +  CO₂↑ +  6NaBr
2Fe(NO₃)₃  +  3Na₂CO₃  +  3H₂O = 2Fe(OH)₃↓  +  6NaNO₃  +  3CO₂↑
2FeCl₃  +  3Na₂CO₃  +  3H₂O = 2Fe(OH)₃↓  +  6NaCl  +  3CO₂↑
Fe₂(SO₄)₃  +  3K₂CO₃  +  3H₂O = 2Fe(OH)₃↓  +  3CO₂↑  +  3K₂SO₄

При взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает ОВР:
2FeCl₃  +  3Na₂S  →  2FeS  +  S  +  6NaCl

Окислительные свойства железа (III)

Соли железа (III) под проявляют довольно сильные окислительные свойства. Так, при взаимодействии соединений железа (III) с сульфидами протекает окислительно-восстановительная реакция.

2FeCl₃  +  3Na₂S_{(избыток)} =  2FeS  +  S  +  6NaCl
2FeCl_{3 (избыток)}  +  Na₂S  =  2FeCl₂  +  S   +  2NaCl

По такому же принципу соли железа (III) реагируют с сероводородом:
2FeCl₃  +  H₂S  =  2FeCl₂  +  S   +  2HCl

Соли железа (III) также вступают в окислительно-восстановительные реакции с йодидами.
2FeCl₃  +  2KI    →   2FeCl₂  +  I₂   +  2KCl

^{Ферраты и ферриты}

^{Ферриты – соли несуществующей в свободном виде железистой кислоты HFeO (феррит натрия NaFeO₂).} 

^{Обычно ферриты натрия или калия получают сплавлением оксида железа (III) с карбонатом натрия или калия:}

^{Fe₂O₃ + Na₂CO₃ = 2NaFeO₂ + CO↑}

^{В технике ферритами называют продукты спекания (при температуре 1000-1400 С) порошков оксида железа (III) и некоторых оксидов двухвалентных металлов (Zn, Ni, Mn):}

^{Fe₂O₃ + ZnO = Zn(FeO₂)₂}

^{Ферраты – соли железной кислоты H₂FeO₂. Здесь железо находится в своей степени окисления +6.} 

^{Если нагреть стальные опилки или оксид железа(III) с нитратом и гидроксидом калия, то образуется сплав, содержащий феррат калия: K2FeO4:}

^{Fe₂O₃ + 4KOH + 3KNO₃ = K₂FeO + 3KNO₂ + 2H₂O}

^{При растворении сплава в воде получается красно-фиолетовый раствор, из которого действием хлорида бария можно осадить нерастворимый в воде феррат бария BaFeO₄:}

^{K₂FeO+ BaCl₂ = BaFeO₄↓+ 2KCl}

^{Все ферраты – сильные оксилители (более сильные, чем перманганаты). H2FeO4 и FeO3 в свободном состоянии не получены.}