≡×قائمة طعام

• بصلح
• بصلح
• تصميم داخلي
• حول كل شيء
• حول السباكة

دراسة إمكانية إجراء تفاعلات على تفاعل الكبريت مع المعادن. الحديد - صفة عامة للعنصر ، الخصائص الكيميائية للحديد ومركباته الحديد والكبريت ما يحدث

الحديد هو عنصر من مجموعة فرعية جانبية من المجموعة الثامنة من الفترة الرابعة من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev مع العدد الذري 26. يتم تحديده بالرمز Fe (لات. فيروم). أحد أكثر المعادن شيوعًا في قشرة الأرض (المرتبة الثانية بعد الألمنيوم). معدن متوسط ​​النشاط ، عامل مختزل.

حالات الأكسدة الرئيسية - +2 ، +3

مادة الحديد البسيطة هي معدن أبيض فضي مرن له تفاعل كيميائي عالي: يتآكل الحديد بسرعة في درجات الحرارة العالية أو الرطوبة العالية في الهواء. في الأكسجين النقي ، يحترق الحديد ، وفي حالة التشتت الدقيق ، يشتعل تلقائيًا في الهواء.

الخواص الكيميائية لمادة بسيطة - الحديد:

الصدأ وحرق الأكسجين

1) في الهواء يتأكسد الحديد بسهولة في وجود الرطوبة (الصدأ):

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe (OH) 3

يحترق سلك حديدي ساخن في الأكسجين ، مكونًا مقياسًا - أكسيد الحديد (II ، III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 درجة مئوية)

2) في درجات حرارة عالية (700-900 درجة مئوية) ، يتفاعل الحديد مع بخار الماء:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) يتفاعل الحديد مع اللافلزات عند تسخينه:

2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 درجة مئوية)

Fe + S - t ° → FeS (600 درجة مئوية)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2-1) (700 درجة مئوية)

4) في سلسلة من الفولتية ، على يسار الهيدروجين ، يتفاعل مع الأحماض المخففة Hcl و H 2 SO 4 ، بينما تتشكل أملاح الحديد (II) ويتحرر الهيدروجين:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (يتم تنفيذ التفاعلات بدون وصول للهواء ، وإلا يتم تحويل Fe +2 تدريجياً بواسطة الأكسجين إلى Fe +3)

Fe + H 2 SO 4 (فرق) → FeSO 4 + H 2

في الأحماض المؤكسدة المركزة ، يذوب الحديد فقط عند تسخينه ، ويمر على الفور في Fe 3+ الكاتيون:

2Fe + 6H 2 SO 4 (conc.) - t ° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (conc.) - t ° → Fe (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(في البرد ، أحماض النيتريك والكبريتيك المركزة خامل

يتم تغطية مسمار حديدي مغمور في محلول مزرق من كبريتات النحاس تدريجياً بطبقة من النحاس المعدني الأحمر.

5) يزيح الحديد عن يمينه المعادن في محاليل أملاحها.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + النحاس

تتجلى خاصية Amphotericity للحديد فقط في القلويات المركزة أثناء الغليان:

Fe + 2NaOH (50٪) + 2H 2 O \ u003d Na 2 ↓ + H 2

ويتكون راسب من رباعي هيدروكسوفيرات الصوديوم (II).

حديد تقني- سبائك الحديد مع الكربون: يحتوي الحديد الزهر على 2.06-6.67٪ C ، فُولاَذ 0.02-2.06٪ C ، شوائب طبيعية أخرى (S ، P ، Si) وإضافات خاصة يتم إدخالها بشكل مصطنع (Mn ، Ni ، Cr) غالبًا ما تكون موجودة ، مما يعطي سبائك الحديد خصائص مفيدة تقنيًا - الصلابة ، المقاومة الحرارية والتآكل ، القابلية للتأقلم ، إلخ. . .

عملية إنتاج الحديد في الفرن العالي

تتكون عملية الأفران العالية لإنتاج الحديد من المراحل التالية:

أ) تحضير (تحميص) خامات الكبريتيد والكربونات - التحويل إلى خام أكسيد:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2، 800 ° C، -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2، 500-600 ° C، -CO 2)

ب) حرق فحم الكوك بالانفجار الساخن:

C (فحم الكوك) + O 2 (هواء) → CO 2 (600-700 درجة مئوية) CO 2 + C (فحم الكوك) ⇌ 2CO (700-1000 درجة مئوية)

ج) اختزال خام الأكسيد بأول أكسيد الكربون على التوالي:

Fe2O3 → (أول أكسيد الكربون)(Fe II Fe 2 III) O 4 → (أول أكسيد الكربون)الحديد O → (أول أكسيد الكربون)الحديد

د) كربنة الحديد (حتى 6.67٪ C) وذوبان الحديد الزهر:

Fe (t ) →(ج(فحم الكوك)900-1200 درجة مئوية) Fe (g) (الحديد الزهر ، t pl 1145 درجة مئوية)

في الحديد الزهر ، يتواجد الأسمنت Fe 2 C والجرافيت دائمًا على شكل حبيبات.

إنتاج الصلب

تتم إعادة توزيع الحديد الزهر إلى الفولاذ في أفران خاصة (محول ، موقد مفتوح ، كهربائي) ، والتي تختلف في طريقة التسخين ؛ درجة حرارة العملية 1700-2000 درجة مئوية. يؤدي نفخ الهواء الغني بالأكسجين إلى حرق الكربون الزائد من الحديد الزهر ، وكذلك الكبريت والفوسفور والسيليكون على شكل أكاسيد. في هذه الحالة ، يتم التقاط الأكاسيد إما في شكل غازات عادم (CO 2 ، SO 2) ، أو يتم ربطها في خبث يسهل فصله - خليط من Ca 3 (PO 4) 2 و CaSiO 3. للحصول على فولاذ خاص ، يتم إدخال إضافات صناعة السبائك من معادن أخرى في الفرن.

إيصالالحديد النقي في الصناعة - التحليل الكهربائي لمحلول أملاح الحديد ، على سبيل المثال:

FeCl 2 → Fe ↓ + Cl 2 (90 درجة مئوية) (التحليل الكهربائي)

(هناك طرق خاصة أخرى منها تقليل أكاسيد الحديد بالهيدروجين).

يستخدم الحديد النقي في إنتاج السبائك الخاصة ، في تصنيع قلب المغناطيس الكهربائي والمحولات ، ويستخدم الحديد الزهر في إنتاج المسبوكات والصلب ، ويستخدم الفولاذ كمواد هيكلية وأدوات ، بما في ذلك التآكل والحرارة والتآكل -مواد مقاومة.

أكسيد الحديد الثنائي F EO . أكسيد مذبذب مع غلبة كبيرة من الخصائص الأساسية. أسود ، له بنية أيونية من Fe 2+ O 2-. عند تسخينه ، يتحلل أولاً ، ثم يعيد تكوينه. لا يتشكل أثناء احتراق الحديد في الهواء. لا تتفاعل مع الماء. تتحلل بواسطة الأحماض ، تنصهر مع القلويات. يتأكسد ببطء في الهواء الرطب. استعادته الهيدروجين وفحم الكوك. يشارك في عملية فرن الصهر لصهر الحديد. يتم استخدامه كعنصر من مكونات السيراميك والدهانات المعدنية. معادلات من اهم التفاعلات:

4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 درجة مئوية ، 900-1000 درجة مئوية)

FeO + 2HC1 (razb.) \ u003d FeC1 2 + H 2 O

FeO + 4HNO 3 (conc.) \ u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FeO + 4NaOH \ u003d 2H 2 O + نأ 4Fها3 (أحمر.) ثلاثي أوكسوفيرات (II)(400-500 درجة مئوية)

FeO + H 2 \ u003d H 2 O + Fe (درجة نقاء عالية) (350 درجة مئوية)

FeO + C (فحم الكوك) \ u003d Fe + CO (فوق 1000 درجة مئوية)

FeO + CO \ u003d Fe + CO 2 (900 درجة مئوية)

4FeO + 2H 2 O (الرطوبة) + O 2 (هواء) → 4FeO (OH) (t)

6FeO + O 2 \ u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 درجة مئوية)

إيصالالخامس مختبرات: التحلل الحراري لمركبات الحديد (II) دون دخول الهواء:

Fe (OH) 2 \ u003d FeO + H 2 O (150-200 درجة مئوية)

FeSOz \ u003d FeO + CO 2 (490-550 درجة مئوية)

أكسيد الدييرون (III) - الحديد ( ثانيًا ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . أكسيد مزدوج. أسود ، له التركيب الأيوني لـ Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. مستقر حرارياً حتى درجات حرارة عالية. لا تتفاعل مع الماء. تتحلل بواسطة الأحماض. يتم تقليله بواسطة الهيدروجين والحديد الساخن. يشارك في عملية فرن الانفجار لإنتاج الحديد. يستخدم كعنصر من مكونات الدهانات المعدنية ( الحديد المينيوم) والسيراميك والاسمنت الملون. ناتج أكسدة خاصة لأسطح منتجات الصلب ( اسوداد وازرق). يتوافق التكوين مع الصدأ البني والقياس الغامق على الحديد. لا ينصح باستخدام صيغة Fe 3 O 4. معادلات من اهم التفاعلات:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \ u003d 6FeO + O 2 (فوق 1538 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \ u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (conc.) \ u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (هواء) = 6Fe 2 O 3 (450-600 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \ u003d 4H 2 O + 3Fe (درجة نقاء عالية ، 1000 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \ u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 درجة مئوية)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1000 درجة مئوية ، 560-700 درجة مئوية)

إيصال:احتراق الحديد (انظر) في الهواء.

أكسيد الحديد الأسود.

أكسيد الحديد الثلاثي F ه 2 يا 3 . أكسيد مذبذب مع غلبة الخصائص الأساسية. أحمر-بني ، له بنية أيونية (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. مستقر حرارياً حتى درجات حرارة عالية. لا يتشكل أثناء احتراق الحديد في الهواء. لا يتفاعل مع الماء ، هيدرات بنية غير متبلورة Fe 2 O 3 nH 2 O تترسب من المحلول ، تتفاعل ببطء مع الأحماض والقلويات. يتم تقليله بواسطة أول أكسيد الكربون والحديد المصهور. سبائك مع أكاسيد من معادن أخرى وتشكل أكاسيد مزدوجة - سبينيلز(تسمى المنتجات التقنية الفريت). يتم استخدامه كمادة خام في صهر الحديد في عملية الفرن العالي ، كعامل مساعد في إنتاج الأمونيا ، كمكون للسيراميك والأسمنت الملون والدهانات المعدنية ، في لحام الثرمايت للهياكل الفولاذية ، كحامل للصوت والصورة على الأشرطة المغناطيسية ، كعامل تلميع للصلب والزجاج.

معادلات من اهم التفاعلات:

6Fe 2 O 3 \ u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 درجة مئوية)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 درجة مئوية ، ص)

Fe 2 O 3 + 2NaOH (conc.) → H 2 O + 2 نأFها 2 (أحمر)ديوكسوفيرات (III)

Fe 2 O 3 + MO \ u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \ u003d Cu ، Mn ، Fe ، Ni ، Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 \ u003d ZN 2 O + 2Fe (نقي للغاية ، 1050-1100 درجة مئوية)

Fe 2 O 3 + Fe \ u003d ZFeO (900 درجة مئوية)

3Fe 2 O 3 + CO \ u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 درجة مئوية)

إيصالفي المختبر - التحلل الحراري لأملاح الحديد (III) في الهواء:

Fe 2 (SO 4) 3 \ u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 درجة مئوية)

4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \ u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 ° C)

في الطبيعة - خامات أكسيد الحديد الهيماتيت Fe 2 O 3 و ليمونيت Fe 2 O 3 nH 2 O

هيدروكسيد الحديد (II) F ه (أوه) 2. هيدروكسيد الأمفوتريك مع غلبة الخصائص الأساسية. بيضاء (أحيانًا مع مسحة خضراء) ، سندات Fe-OH هي في الغالب تساهمية. غير مستقر حراريا. يتأكسد بسهولة في الهواء ، خاصة عندما يكون رطبًا (يغمق). غير قابل للذوبان في الماء. يتفاعل مع الأحماض المخففة والقلويات المركزة. المرمم النموذجي. منتج وسيط في صدأ الحديد. يتم استخدامه في تصنيع الكتلة النشطة لبطاريات الحديد والنيكل.

معادلات من اهم التفاعلات:

Fe (OH) 2 \ u003d FeO + H 2 O (150-200 درجة مئوية ، في أجهزة الصراف الآلي N 2)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \ u003d FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2 NaOH (> 50٪) \ u003d Na 2 ↓ (أزرق-أخضر) (غليان)

4Fe (OH) 2 (تعليق) + O 2 (هواء) → 4FeO (OH) ↓ + 2H 2 O (t)

2Fe (OH) 2 (تعليق) + H 2 O 2 (razb.) \ u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (conc.) \ u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 درجة مئوية)

إيصال: الترسيب من المحلول مع القلويات أو هيدرات الأمونيا في جو خامل:

Fe 2+ + 2OH (razb.) = Fه (أوه) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = Fه (أوه) 2 ↓+ 2NH4

ميثيدروكسيد الحديد F eO (يا). هيدروكسيد الأمفوتريك مع غلبة الخصائص الأساسية. السندات ذات اللون البني الفاتح ، Fe-O و Fe-OH هي في الغالب تساهمية. عند تسخينها ، تتحلل دون أن تذوب. غير قابل للذوبان في الماء. يترسب من محلول على شكل متعدد الهيدرات بني غير متبلور Fe 2 O 3 nH 2 O ، والذي ، عندما يتم الاحتفاظ به تحت محلول قلوي مخفف أو عند التجفيف ، يتحول إلى Fe O (OH). يتفاعل مع الأحماض والقلويات الصلبة. عامل مؤكسد ومختزل ضعيف. متكلس بالحديد (OH) 2. منتج وسيط في صدأ الحديد. يتم استخدامه كقاعدة للدهانات المعدنية الصفراء والمينا ، كممتص لغاز العادم ، كعامل مساعد في التخليق العضوي.

تكوين الاتصال Fe (OH) 3 غير معروف (لم يتم استلامه).

معادلات من اهم التفاعلات:

Fe 2 O 3. nH 2 O → ( 200-250 درجة مئوية ، -ح 2 ا) الحديد O (أوه) → ( 560-700 درجة مئوية في الهواء ، -H2O)→ Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \ u003d FeC1 3 + 2H 2 O

الحديد O (أوه) → الحديد 2 ا 3 . nH 2 اغرواني(هيدروكسيد الصوديوم (conc.))

الحديد O (أوه) → نأ 3 [F(يا) 6]أبيضو Na 5 و K 4 على التوالي ؛ في كلتا الحالتين ، يترسب منتج أزرق من نفس التركيب والبنية ، KFe III. في المختبر ، يسمى هذا الراسب الأزرق البروسي، أو تيرنبول الأزرق:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III

الأسماء الكيميائية للكواشف الأولية ومنتج التفاعل:

K 3 Fe III - سداسي فرات البوتاسيوم (III)

K 4 Fe III - سداسي فرات البوتاسيوم (II)

KFe III - سداسي فرات (II) حديد (III) بوتاسيوم

بالإضافة إلى ذلك ، فإن أيون ثيوسيانات NCS - هو كاشف جيد لأيونات Fe 3+ ، ويتحد الحديد (III) معه ، ويظهر لون أحمر ساطع ("دموي"):

Fe 3+ + 6NCS - = 3-

باستخدام هذا الكاشف (على سبيل المثال ، في شكل ملح KNCS) ، يمكن حتى اكتشاف آثار الحديد (III) في ماء الصنبور إذا كان يمر عبر أنابيب حديدية مغطاة بالصدأ من الداخل.

تعريف

حديد- عنصر من المجموعة الثامنة للفترة الرابعة من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D. I. Mendeleev.

والرقم الضعيف هو 26. الرمز هو Fe (lat. “ferrum”). أحد أكثر المعادن شيوعًا في قشرة الأرض (المرتبة الثانية بعد الألمنيوم).

الخصائص الفيزيائية للحديد

الحديد معدن رمادي. في شكله النقي ، يكون ناعمًا جدًا ، مرنًا ومرنًا. التكوين الإلكتروني لمستوى الطاقة الخارجية هو 3d 6 4s 2. يعرض الحديد في مركباته حالات الأكسدة "+2" و "+3". درجة انصهار الحديد هي 1539 درجة مئوية. يشكل الحديد تعديلين بلوريين: α- و-iron. يحتوي أولهما على شبكة مكعبة محورها الجسم ، والثانية لها شكل مكعب محوره الوجه. α-Iron مستقر ديناميكيًا في نطاقين من درجات الحرارة: أقل من 912 ومن 1394 درجة مئوية حتى نقطة الانصهار. بين 912 و 1394 درجة مئوية ، يكون حديد γ مستقرًا.

تعتمد الخواص الميكانيكية للحديد على نقاوته - المحتوى الموجود فيه حتى بكميات صغيرة جدًا من العناصر الأخرى. الحديد الصلب لديه القدرة على إذابة العديد من العناصر في حد ذاته.

الخواص الكيميائية للحديد

في الهواء الرطب ، يصدأ الحديد بسرعة ، أي مغطى بطبقة بنية من أكسيد الحديد المائي ، والتي ، بسبب قابليتها للتفتت ، لا تحمي الحديد من المزيد من الأكسدة. في الماء ، يتآكل الحديد بشدة. مع وصول وفير للأكسجين ، تتشكل أشكال رطبة من أكسيد الحديد (III):

2Fe + 3 / 2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

مع نقص الأكسجين أو صعوبة الوصول ، يتكون أكسيد مختلط (II ، III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2 O (v) ↔ Fe 3 O 4 + 4H 2.

يذوب الحديد في حمض الهيدروكلوريك بأي تركيز:

Fe + 2HCl \ u003d FeCl 2 + H 2.

وبالمثل ، يحدث الذوبان في حامض الكبريتيك المخفف:

Fe + H 2 SO 4 \ u003d FeSO 4 + H 2.

في المحاليل المركزة لحمض الكبريتيك ، يتأكسد الحديد إلى الحديد (III):

2Fe + 6H 2 SO 4 \ u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

ومع ذلك ، في حامض الكبريتيك ، الذي يقترب تركيزه من 100٪ ، يصبح الحديد سالبًا ولا يوجد تفاعل عمليًا. في المحاليل المخففة والمركزة بشكل معتدل لحمض النيتريك ، يذوب الحديد:

Fe + 4HNO 3 \ u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

في حالة وجود تركيزات عالية من حمض النيتريك ، يتباطأ الذوبان ويصبح الحديد سلبيًا.

مثل المعادن الأخرى ، يتفاعل الحديد مع المواد البسيطة. تفاعلات تفاعل الحديد مع الهالوجينات (بغض النظر عن نوع الهالوجين) تستمر عند تسخينها. يتفاعل تفاعل الحديد مع البروم مع زيادة ضغط البخار لهذا الأخير:

2Fe + 3Cl 2 \ u003d 2FeCl 3 ؛

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

يحدث تفاعل الحديد مع الكبريت (المسحوق) والنيتروجين والفوسفور أيضًا عند التسخين:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N ؛

2Fe + P = Fe 2 P ؛

3Fe + P = Fe 3 P.

الحديد قادر على التفاعل مع غير المعادن مثل الكربون والسيليكون:

3Fe + C = Fe 3 C ؛

من بين تفاعلات تفاعل الحديد مع المواد المعقدة ، تلعب التفاعلات التالية دورًا خاصًا - الحديد قادر على تقليل المعادن الموجودة في سلسلة النشاط على يمينه ، من المحاليل الملحية (1) ، لتقليل الحديد (III) ) المركبات (2):

Fe + CuSO 4 \ u003d FeSO 4 + Cu (1) ؛

Fe + 2FeCl 3 = 3 FeCl 2 (2).

يتفاعل الحديد ، عند الضغط المرتفع ، مع أكسيد غير مُكوِّن للملح - CO لتشكيل مواد ذات تركيبة معقدة - كربونيل - Fe (CO) 5 ، Fe 2 (CO) 9 و Fe 3 (CO) 12.

الحديد ، في حالة عدم وجود شوائب ، يكون مستقرًا في الماء وفي المحاليل القلوية المخففة.

الحصول على الحديد

الطريقة الرئيسية للحصول على الحديد هي من خام الحديد (الهيماتيت ، المغنتيت) أو التحليل الكهربائي لمحاليل أملاحه (في هذه الحالة ، يتم الحصول على الحديد "النقي" ، أي الحديد بدون شوائب).

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس

تمت معالجة مقياس الحديد Fe 3 O 4 بوزن 10 جم أولاً باستخدام 150 مل من محلول حمض الهيدروكلوريك (كثافة 1.1 جم / مل) مع كسر كتلي من كلوريد الهيدروجين 20٪ ، ثم تمت إضافة فائض من الحديد إلى المحلول الناتج. تحديد تركيبة المحلول (٪ بالوزن).

حل

نكتب معادلات التفاعل حسب حالة المشكلة: 8HCl + Fe 3 O 4 \ u003d FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O (1) ؛ 2 FeCl 3 + Fe = 3 FeCl 2 (2). بمعرفة كثافة وحجم محلول حمض الهيدروكلوريك ، يمكنك إيجاد كتلته: م سول (حمض الهيدروكلوريك) = V (حمض الهيدروكلوريك) × ρ (حمض الهيدروكلوريك) ؛ م سول (حمض الهيدروكلوريك) = 150 × 1.1 = 165 جم. احسب كتلة كلوريد الهيدروجين: m (HCl) = msol (HCl) × ω (HCl) / 100٪ ؛ م (حمض الهيدروكلوريك) = 165 × 20٪ / 100٪ = 33 جم. الكتلة المولية (كتلة مول واحد) لحمض الهيدروكلوريك ، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية لـ D.I. منديليف - 36.5 جم / مول. أوجد كمية مادة كلوريد الهيدروجين: ت (حمض الهيدروكلوريك) = م (حمض الهيدروكلوريك) / م (حمض الهيدروكلوريك) ؛ الخامس (حمض الهيدروكلوريك) = 33 / 36.5 = 0.904 مول. الكتلة المولية (كتلة مول واحد) من المقياس ، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية لـ D.I. منديليف - 232 جم / مول. أوجد مقدار مادة المقياس: الخامس (Fe 3 O 4) = 10/232 = 0.043 مول. وفقًا للمعادلة 1 ، v (HCl): v (Fe 3 O 4) \ u003d 1: 8 ، لذلك ، v (HCl) \ u003d 8 v (Fe 3 O 4) \ u003d 0.344 مول. ثم تكون كمية مادة كلوريد الهيدروجين المحسوبة بالمعادلة (0.344 مول) أقل من تلك المشار إليها في حالة المشكلة (0.904 مول). لذلك ، حمض الهيدروكلوريك زائد وسيستمر تفاعل آخر: Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2 (3). دعنا نحدد كمية مادة كلوريد الحديد المتكونة نتيجة التفاعل الأول (تشير المؤشرات إلى تفاعل معين): الخامس 1 (FeCl 2): ​​v (Fe 2 O 3) = 1: 1 = 0.043 مول ؛ الخامس 1 (FeCl 3): v (Fe 2 O 3) = 2: 1 ؛ v 1 (FeCl 3) = 2 × v (Fe 2 O 3) = 0.086 مول. لنحدد كمية كلوريد الهيدروجين التي لم تتفاعل في التفاعل 1 وكمية مادة كلوريد الحديد (II) المتكونة أثناء التفاعل 3: الخامس rem (HCl) \ u003d v (HCl) - v 1 (HCl) \ u003d 0.904 - 0.344 \ u003d 0.56 مول ؛ v 3 (FeCl 2): ​​v rem (HCl) = 1: 2 ؛ v 3 (FeCl 2) \ u003d 1/2 × v rem (HCl) \ u003d 0.28 مول. دعونا نحدد كمية مادة FeCl 2 المتكونة أثناء التفاعل 2 ، الكمية الإجمالية لمادة FeCl 2 وكتلتها: v 2 (FeCl 3) = v 1 (FeCl 3) = 0.086 مول ؛ v 2 (FeCl 2): ​​v 2 (FeCl 3) = 3: 2 ؛ v 2 (FeCl 2) = 3/2 × v 2 (FeCl 3) = 0.129 مول ؛ مجموع v (FeCl 2) \ u003d v 1 (FeCl 2) + v 2 (FeCl 2) + v 3 (FeCl 2) \ u003d 0.043 + 0.129 + 0.28 \ u003d 0.452 مول ؛ م (FeCl 2) \ u003d v مجموع (FeCl 2) × M (FeCl 2) \ u003d 0.452 × 127 \ u003d 57.404 جم. دعونا نحدد كمية المادة وكتلة الحديد التي دخلت في التفاعلين 2 و 3: v 2 (Fe): v 2 (FeCl 3) = 1: 2 ؛ v 2 (Fe) \ u003d 1/2 × v 2 (FeCl 3) \ u003d 0.043 مول ؛ الخامس 3 (Fe): v rem (HCl) = 1: 2 ؛ ع 3 (Fe) = 1/2 × v rem (HCl) = 0.28 مول ؛ مجموع v (Fe) \ u003d v 2 (Fe) + v 3 (Fe) \ u003d 0.043 + 0.28 \ u003d 0.323 مول ؛ م (Fe) = مجموع v (Fe) × M (Fe) = 0.323 × 56 = 18.088 جم. دعونا نحسب كمية المادة وكتلة الهيدروجين المنبعثة في التفاعل 3: v (H 2) \ u003d 1/2 × v rem (HCl) \ u003d 0.28 مول ؛ م (H 2) \ u003d v (H 2) × M (H 2) \ u003d 0.28 × 2 \ u003d 0.56 جم. نحدد كتلة المحلول الناتج m 'sol وجزء كتلة FeCl 2 فيه: م 'سول \ u003d م سول (حمض الهيدروكلوريك) + م (Fe 3 O 4) + م (Fe) - م (H 2) ؛

مقدمة

تعد دراسة الخصائص الكيميائية للعناصر الفردية جزءًا لا يتجزأ من دورة الكيمياء في المدرسة الحديثة ، والتي تسمح ، على أساس النهج الاستقرائي ، بعمل افتراض حول ميزات التفاعل الكيميائي للعناصر بناءً على خصائصها. الخصائص الفيزيائية والكيميائية. ومع ذلك ، فإن قدرات المختبر الكيميائي المدرسي لا تسمح دائمًا بإثبات اعتماد الخواص الكيميائية لعنصر ما على موقعه في النظام الدوري للعناصر الكيميائية ، والسمات الهيكلية للمواد البسيطة.

تُستخدم الخواص الكيميائية للكبريت في بداية دراسة مقرر الكيمياء لتوضيح الفرق بين الظواهر الكيميائية والظواهر الفيزيائية ، وفي دراسة خصائص العناصر الكيميائية الفردية. العرض الأكثر شيوعًا الموصى به في الإرشادات هو تفاعل الكبريت مع الحديد ، كمثال على الظواهر الكيميائية ومثال على خصائص أكسدة الكبريت. لكن في معظم الحالات ، لا يستمر رد الفعل هذا على الإطلاق ، أو لا يمكن تقييم نتائج مساره بالعين المجردة. غالبًا ما تتميز الخيارات المختلفة لإجراء هذه التجربة بإمكانية تكرار نتائج منخفضة ، مما لا يسمح باستخدامها بشكل منهجي في توصيف العمليات المذكورة أعلاه. لذلك ، من المناسب البحث عن خيارات يمكن أن تشكل بديلاً لإثبات عملية تفاعل الحديد مع الكبريت ، بما يتناسب مع خصائص مختبر كيميائي مدرسي.

هدف:التحقيق في إمكانية إجراء تفاعلات على تفاعل الكبريت مع المعادن في مختبر المدرسة.

مهام:

تحديد الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للكبريت ؛

تحليل شروط إجراء وتدفق تفاعلات تفاعل الكبريت مع المعادن ؛

لدراسة الطرق المعروفة لتنفيذ تفاعل الكبريت مع المعادن ؛

اختيار أنظمة لتنفيذ ردود الفعل ؛

تقييم مدى كفاية التفاعلات المختارة لظروف المختبر الكيميائي بالمدرسة.

موضوع الدراسة:تفاعلات تفاعل الكبريت مع المعادن

موضوع الدراسة:جدوى تفاعل التفاعلات بين الكبريت والمعادن في معمل المدرسة.

فرضية:سيكون أحد البدائل لتفاعل الحديد مع الكبريت في ظروف مختبر كيميائي مدرسي هو تفاعل كيميائي يلبي متطلبات الوضوح والتكاثر والسلامة النسبية وتوافر المواد المتفاعلة.

نريد أن نبدأ عملنا بوصف موجز للكبريت:

الموقف في النظام الدوري: الكبريت في الفترة 3 ، المجموعة السادسة ، المجموعة الفرعية الرئيسية (أ) ، تنتمي إلى العناصر s.

العدد الذري للكبريت هو 16 ، لذلك فإن شحنة ذرة الكبريت هي + 16 ، وعدد الإلكترونات هو 16. ثلاثة مستويات إلكترونية في المستوى الخارجي هي 6 إلكترونات

مخطط ترتيب الإلكترونات حسب المستويات:

16 ثانية )))
2 8 6

تحتوي نواة ذرة الكبريت 32 S على 16 بروتونًا (تساوي الشحنة النووية) و 16 نيوترونًا (الكتلة الذرية مطروحًا منها عدد البروتونات: 32 - 16 = 16).

الصيغة الإلكترونية: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

الجدول 1

قيم جهد التأين لذرة الكبريت

إمكانية التأين

الطاقة (فولت)

الكبريت في البرد إلى حد ما خاملة (ترتبط بقوة فقط مع الفلور) ، ولكن عند تسخينه يصبح شديد التفاعل - يتفاعل مع الهاليدات(باستثناء اليود) والأكسجين والهيدروجين وتقريبا جميع المعادن. نتيجة لتفاعلات من النوع الأخير ، يتم تشكيل مركبات الكبريت المقابلة.

تعتمد تفاعلية الكبريت ، مثل أي عنصر آخر ، عند التفاعل مع المعادن على:

نشاط المواد المتفاعلة. على سبيل المثال ، سيتفاعل الكبريت بشكل أكثر نشاطًا مع الفلزات القلوية

على درجة حرارة التفاعل. هذا ما يفسره الخصائص الديناميكية الحرارية للعملية.

يتم تحديد إمكانية الديناميكا الحرارية للتفاعلات الكيميائية العفوية في ظل الظروف القياسية من خلال طاقة جيبس ​​القياسية للتفاعل:

ΔG 0 T.< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 T> 0 - التفاعل المباشر مستحيل

على درجة طحن المواد المتفاعلة ، حيث يتفاعل كل من الكبريت والمعادن بشكل أساسي في الحالة الصلبة.

تم توضيح الخصائص الديناميكية الحرارية لبعض تفاعلات تفاعل الكبريت مع المعادن في الشريحة 4

يمكن أن نرى من الجدول أنه من الممكن ديناميكيًا للكبريت أن يتفاعل مع كل من المعادن في بداية سلسلة من الضغوط ومع المعادن منخفضة النشاط.

وبالتالي ، فإن الكبريت هو عنصر غير فلزي نشط إلى حد ما عند تسخينه ، وهو قادر على التفاعل مع المعادن ذات النشاط العالي (القلوية) والنشاط المنخفض (الفضة والنحاس).

دراسة تفاعل الكبريت مع الفلزات

اختيار أنظمة البحث

لدراسة تفاعل الكبريت مع المعادن ، تم اختيار الأنظمة ، بما في ذلك المعادن الموجودة في أماكن مختلفة من سلسلة Beketov ، والتي لها أنشطة مختلفة.

تم تحديد المعايير التالية كظروف اختيار: سرعة التنفيذ ، الرؤية ، اكتمال التفاعل ، الأمان النسبي ، إمكانية تكرار النتيجة ، يجب أن تختلف المواد بشكل ملحوظ في الخصائص الفيزيائية ، وجود المواد في المختبر المدرسي ، هناك محاولات ناجحة لإجراء تفاعلات الكبريت مع معادن معينة.

لتقييم استنساخ التفاعلات التي تم إجراؤها ، تم إجراء كل تجربة ثلاث مرات.

بناءً على هذه المعايير ، تم اختيار أنظمة التفاعل التالية للتجربة:

الكبريت والنحاس النحاس + S = CuS + 79 كيلوجول / مول

المنهجية والتأثير المتوقع

لنأخذ 4 جم من الكبريت في حالة مسحوق ونصبها في أنبوب اختبار. قم بتسخين الكبريت في أنبوب اختبار حتى يغلي. ثم خذ سلكًا نحاسيًا وقم بتسخينه فوق اللهب. عندما يذوب الكبريت ويغلي ، ضع سلكًا نحاسيًا فيه

نتيجة متوقعة:يمتلئ أنبوب الاختبار بأبخرة بنية اللون ، حيث يسخن السلك و "يحترق" مع تكوين كبريتيد هش.

2. تفاعل الكبريت مع النحاس.

تبين أن التفاعل لم يكن واضحًا جدًا ، كما لم يحدث تسخين تلقائي للنحاس. عند إضافة حمض الهيدروكلوريك ، لم يلاحظ أي تطور خاص للغاز.

الكبريت والحديد Fe + S = FeS + 100.4 كيلوجول / مول

المنهجية والتأثير المتوقع

خذ 4 جم من مسحوق الكبريت و 7 جم من مسحوق الحديد واخلطهما. صب الخليط الناتج في أنبوب اختبار. نقوم بتسخين المواد في أنبوب الاختبار

نتيجة متوقعة:هناك تسخين تلقائي قوي للخليط. يتم تلبيد كبريتيد الحديد الناتج. لا يتم فصل المادة بالماء ولا تتفاعل مع المغناطيس.

1. تفاعل الكبريت مع الحديد.

من المستحيل عمليًا إجراء تفاعل للحصول على كبريتيد الحديد بدون بقايا في ظروف المختبر ، ومن الصعب جدًا تحديد متى تفاعلت المواد تمامًا ، ولم يتم ملاحظة التسخين التلقائي لخليط التفاعل. تم فحص المادة الناتجة لمعرفة ما إذا كانت كبريتيد الحديد. لهذا استخدمنا حمض الهيدروكلوريك. عندما أسقطنا حمض الهيدروكلوريك على المادة ، بدأ في تكوين رغوة ، وتم إطلاق كبريتيد الهيدروجين.

الكبريت والصوديوم 2Na + S \ u003d Na 2 S + 370.3 كيلوجول / مول

المنهجية والتأثير المتوقع

خذ 4 جم من مسحوق الكبريت واسكبه في هاون ، وطحنه جيدًا

دعونا نقطع قطعة من الصوديوم تزن حوالي 2 جرام ونقطع طبقة الأكسيد ونطحنها معًا.

نتيجة متوقعة:يستمر التفاعل بعنف ، والاشتعال الذاتي للكواشف ممكن.

3. تفاعل الكبريت مع الصوديوم.

يعتبر تفاعل الكبريت مع الصوديوم بحد ذاته تجربة خطيرة لا تنسى. بعد بضع ثوانٍ من الاحتكاك ، طارت الشرارات الأولى ، واشتعل الصوديوم والكبريت في الهاون وبدأت في الاحتراق. عندما يتفاعل المنتج مع حمض الهيدروكلوريك ، يتم إطلاق كبريتيد الهيدروجين بنشاط.

الكبريت والزنك Zn + S = ZnS + 209 كيلوجول / مول

المنهجية والتأثير المتوقع

خذ مسحوق الكبريت والزنك ، 4 جم لكل منهما ، اخلطي المواد. صب الخليط النهائي على شبكة الأسبستوس. نحضر شعلة ساخنة للمواد

نتيجة متوقعة:لا يبدأ التفاعل على الفور ، ولكن بعنف يتشكل لهب أزرق مخضر.

4. تفاعل الكبريت مع الزنك.

من الصعب جدًا بدء التفاعل ، فهو يتطلب استخدام عوامل مؤكسدة قوية أو درجة حرارة عالية لبدء التفاعل. تومض المواد بلهب أزرق مخضر. عندما ينطفئ اللهب ، تبقى البقايا في هذا المكان ؛ عند التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك ، يتم إطلاق كبريتيد الهيدروجين قليلاً.

الكبريت والألمنيوم 2Al + 3S \ u003d Al 2 S 3 + 509.0 كيلوجول / مول

المنهجية والتأثير المتوقع

خذ مسحوق الكبريت بوزن 4 جم والألمنيوم بوزن 2.5 جم واخلط. نضع الخليط الناتج على شبكة الأسبستوس. اشعل الخليط بحرق المغنيسيوم

نتيجة متوقعة:رد الفعل هو وميض.

5. تفاعل الكبريت مع الألمنيوم.

يتطلب التفاعل إضافة عامل مؤكسد قوي كبادئ. بعد الاشتعال بحرق المغنيسيوم ، كان هناك وميض قوي من اللون الأبيض المصفر ، يتم إطلاق كبريتيد الهيدروجين بنشاط كبير.

الكبريت والمغنيسيوم ملغ + S = MgS + 346.0 كيلوجول / مول

المنهجية والتأثير المتوقع

تأخذ نشارة المغنيسيوم 2.5 غ ومسحوق الكبريت 4 غ وتخلط

سيتم وضع الخليط الناتج على شبكة الأسبستوس. نحضر الشظية إلى الخليط الناتج.

نتيجة متوقعة:أثناء التفاعل ، يحدث وميض قوي.

4. تفاعل الكبريت مع المغنيسيوم.

يتطلب التفاعل إضافة مغنيسيوم نقي كبادئ. هناك وميض قوي من اللون الأبيض ، يتم إطلاق كبريتيد الهيدروجين بنشاط.

خاتمة

لم يكتمل التفاعل للحصول على كبريتيد الحديد ، حيث بقيت المادة المتبقية في شكل خليط من الكبريت البلاستيكي والحديد.

تجلى الإطلاق الأكثر نشاطًا لكبريتيد الهيدروجين في كبريتيد الصوديوم والمغنيسيوم وكبريتيد الألومنيوم.

كان الإطلاق الأقل نشاطًا لكبريتيد الهيدروجين في كبريتيد النحاس.

إجراء تجارب للحصول على كبريتيد الصوديوم أمر خطير ولا ينصح به في مختبر المدرسة.

تفاعلات إنتاج الألومنيوم والمغنيسيوم وكبريتيدات الزنك هي الأنسب لإجراءها في ظروف المدرسة.

وتزامنت النتائج المتوقعة والفعلية مع تفاعل الكبريت مع الصوديوم والمغنيسيوم والألمنيوم.

خاتمة

على الرغم من التوصيات الحالية لإثبات تفاعل الحديد مع الكبريت كمثال يوضح الظواهر الكيميائية وخصائص مؤكسدة الكبريت في دورة الكيمياء بالمدرسة العامة ، فإن التنفيذ الفعلي لمثل هذه التجربة غالبًا لا يكون مصحوبًا بتأثير مرئي.

عند تحديد بديل لهذا العرض التوضيحي ، تم اختيار الأنظمة التي تفي بمتطلبات الرؤية والسلامة وتوافر المواد المتفاعلة في المختبر المدرسي. كخيارات ممكنة ، تم اختيار أنظمة تفاعل الكبريت مع النحاس والحديد والزنك والمغنيسيوم والألمنيوم والصوديوم ، مما يسمح بتقييم فعالية استخدام تفاعل تفاعل الكبريت مع المعادن المختلفة كتجارب إيضاحية في دروس الكيمياء.

وفقًا لنتائج التجارب ، تم تحديد أنه من الأفضل لهذه الأغراض استخدام أنظمة تفاعل الكبريت مع معادن ذات نشاط متوسط ​​عالي (مغنيسيوم ، ألمنيوم).

بناءً على التجارب ، تم إنشاء مقطع فيديو يوضح الخصائص المؤكسدة للكبريت باستخدام مثال تفاعله مع المعادن ، مما يجعل من الممكن وصف هذه الخصائص دون إجراء تجربة شاملة. تم إنشاء موقع على شبكة الإنترنت كمساعدة إضافية ( ) ، والذي يعرض ، من بين أمور أخرى ، نتائج الدراسة في شكل مرئي.

يمكن أن تصبح نتائج الدراسة أساسًا لدراسة أعمق لخصائص الخواص الكيميائية لغير المعادن ، والحركية الكيميائية والديناميكا الحرارية.

الخواص الكيميائية للحديددعنا نفكر في مثال تفاعلها مع المعادن النموذجية - الكبريت والأكسجين.

اخلطي الحديد والكبريت المسحوق إلى حالة مسحوق في طبق بتري. دعنا نسخن إبرة فولاذية في اللهب ونلمسها بمزيج من الكواشف. يترافق التفاعل العنيف بين الحديد والكبريت مع إطلاق الحرارة والطاقة الضوئية. المنتج الصلب لتفاعل هذه المواد - كبريتيد الحديد (II) - أسود. على عكس الحديد ، لا ينجذب بواسطة المغناطيس.

يتفاعل الحديد مع الكبريت لتكوين كبريتيد الحديد (II). لنكتب معادلة التفاعل:

يتطلب تفاعل الحديد مع الأكسجين أيضًا تسخينًا مسبقًا. صب رمل الكوارتز في وعاء سميك الجدران. دعونا نقوم بتسخين حزمة من الأسلاك الحديدية الرفيعة للغاية ، ما يسمى بالصوف الحديدي ، في لهب الموقد. دعنا نحضر السلك الأحمر الساخن إلى الوعاء الذي يحتوي على الأكسجين. يحترق الحديد بلهب مبهر ، شرارات متناثرة - جزيئات ساخنة حمراء من مقياس الحديد Fe 3 O 4.

يحدث نفس التفاعل في الهواء ، عندما يتم تسخين الفولاذ بشدة عن طريق الاحتكاك أثناء المعالجة الآلية.

عندما يتم حرق الحديد في الأكسجين أو في الهواء ، يتشكل مقياس الحديد:

3Fe + 2O 2 \ u003d Fe 3 O 4 ، مواد من الموقع

أو 3Fe + 2O 2 \ u003d FeO. Fe2O3.

أكسيد الحديد مركب فيه الحديد قيم تكافؤ مختلفة.

ويرافق مرور كلا تفاعلات الاتصال إطلاق حراري وطاقة ضوئية.

في هذه الصفحة ، مادة حول الموضوعات:

• ما هو نوع التفاعل كبريتيد الحديد مع الأكسجين

• اكتب معادلة بين الحديد والكبريت

• معادلة تفاعلات الحديد مع الأكسجين

• مثال على تفاعل كيميائي لتوليفة الحديد مع الكبريت

• معادلة تفاعل الأكسجين مع الحديد

أسئلة حول هذا العنصر: