Химические свойства железа

Железо – металл средней активности. Сложность написания реакций связано с наличием у железа двух достаточно устойчивых степеней окисления +2 и +3. Рассмотрим на примерах.

1. Взаимодействие с неметаллами.

С кислородом. Раскаленная железная проволока горит в кислороде с образованием железной окалины:

3Fe + 2O₂ = Fe⁺²Fe⁺³₂O₄

C галогенами. Фтор, хлор и бром – сильные окислители, железо окисляется до степени окисления +3, например:

2Fe + 3Cl₂ = 2FeCl₃

Отметим, что при растворении железа в соляной кислоте образуется хлорид железа(II) (в этой реакции железо окисляется менее сильным окислителем H⁺):

Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂

С менее сильными окислителями – йодом и серой др., железо окисляется до степени окисления +2, например:

Fe + S FeS

При высокой температуре железо реагирует с углеродом и фосфором, образуются соединения Fe₃C и Fe₃P.

2. Взаимодействие со сложными веществами.

С водой. С водяным паром при высоких температурах протекает реакция:

3Fe + 4H₂O = Fe⁺²Fe⁺³₂O₄+ 4H₂

Во влажном воздухе и в воде железо подвергается коррозии, ржавеет:

4Fe + 3O₂ + 6H₂O = 4Fe(OH)₃

Следует отметить, что элементы триады железа – кобальт и никель – коррозии не подвержены, добавки этих металлов делают сталь «нержавеющей».

С кислотами-неокислителями, с растворами солей, реагирует как типичный металл средней активности. Без нагревания железо (как и алюминий) не реагирует с концентрированными азотной и серной кислотой из-за эффекта пассивации. При нагревании легко окисляется этими кислотами (см. раздел ОВР).

3. Железо при нагревании реагирует с угарным газом с образованием карбонила железа:

Fе + 5CO = [Fе(CO)₅]

4. При высоких температурах в реакциях с сильными окислителями (KClO₃, KNO₃) железо окисляется до степени окисления +6, образуются ферраты, например:

Fе + KClO₃ + 2KОН = K₂FeO₄ + KCl + Н₂O

Железо при нагревании реагирует с соединениями железа(III), надо знать реакции:

Fе + Fe₂O₃ 3FeO

Fе + Fe₂(SO₄)₃ 3FeSO₄

Соединения железа

Существуют два гидроксида железа: основание Fe(ОН)₂ бледно-зеленого цвета и проявляющий слабые амфотерные свойства гидроксид Fe(ОН)₃ бурого цвета. Свежеосажденный Fe(ОН)₂ достаточно быстро окисляется кислородом по реакции:

2Fe(ОН)₂ + 0,5 O₂ + Н₂O = 2Fe(ОН)₃

Fe(ОН)₃ проявляет амфотерность только в концентрированных растворах щелочей:

Fe(ОН)₃ + 3KОН = Na₃[Fe(ОН)₆]

При низких температурах более устойчивыми являются соединения железа(III), при высоких – железа(II), на переходе Fe⁺³ + ē «Fe⁺² основано множество ОВР. Здесь рассмотрим некоторые наиболее сложные:

6FeSO₄ + 4Н₂SO₄ + 2KNO₃ = 3Fe₂(SO₄)₃ + 2NO + K₂SO₄ + 4Н₂O