Примеры решения задач. Применение железа, кобальта и никеля и их соединений

Применение железа, кобальта и никеля и их соединений

Соединения железа (VI)

Соединения железа (VI) – оксоферраты, соли железной кислоты – кристаллические вещества, обычно красного цвета. В свободном состоянии железная кислота и соответствующий ей оксид не выделены.

Оксоферраты – очень сильные окислители, окисляют хром (III) до хрома (VI):

2K₂FeO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

и аммиак до азота:

2K₂FeO₄ + 2NH₃·H₂О = 2Fe(OH)₃ + N₂ + 4KOH.

Оксоферраты термически нестабильны и при небольшом нагревании разлагаются:

4K₂FeO₄ = 4KFeO₂ + 2K₂O + 3O₂.

Образуются при взаимодействии соединений железа (III) с сильными окислителями:

Fe₂O₃ + 3KNO₃ + 4KOH = 2K₂FeO₄ + 3KNO₂ + 2H₂O,

2Fe(OH)₃ + 3Br₂ + 10KOH = 2K₂FeO₄ + 6NaBr + 8H₂O.

Чистое железо применяется в качестве катализатора и для изготовления магнитных лент.

Более 90 % всего производимого железа используется в виде сплавов чугуна и сталей. Сплавы железа – основа большого количества конструкционных материалов.

Никель и кобальт также используются в виде сплавов. Никель используется в качестве декоративно-защитных покрытий, из него изготавливаются детали химической и электровакуумной аппаратуры. Кобальт и никель применяются в качестве катализаторов в органическом синтезе.

Оксиды железа используются в качестве сырья для доменного процесса, как пигмент в составе красок и эмалей.

Оксиды кобальта и никеля являются сырьем в производстве катализаторов, применяются в качестве компонента твердых электролитов, пигментов для керамики, стекла и фарфора.

Нитраты железа (II) и (III) применяются в качестве коагулянтов в процессе очистки сточных вод, протравы для крашения шерсти.

Хлорид железа (III) используется в качестве катализатора в органическом синтезе, в процессе травления печатных плат, применяется в аналитической химии.

Сульфат железа (II) применяется в качестве компонента электролита в гальванотехнике, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями.

Комплексные соединения железа с неорганическими лигандами используются в цветной фотографии.

Соли кобальта (II) используются в качестве пигментов.

Соли никеля (II) применяются для получения катализаторов и термочувствительных красок.

Задача 1. Запишите уравнения реакций между следующими веществами:

а) кобальтом и концентрированной серной кислотой (при нагревании);

б) никелем и концентрированной азотной кислотой (при нагревании);

в) железом и расплавом хлората калия в щелочной среде.

Решение:

А) Кобальт реагирует с концентрированной серной кислотой при нагревании с образованием сульфата кобальта (II) и сернистого газа:

Co + 2H₂SO₄ = CoSO₄ + SO₂ + 2H₂O.

Б) Никель реагирует с концентрированной азотной кислотой при нагревании с образованием нитрата никеля (II) и оксида азота (IV):

Ni + 4HNO₃ = Ni(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

В) Железо взаимодействует с щелочным расплавом хлората калия с образованием феррата железа:

Fe + KClO₃ + 2KOH = K₂FeO₄ + KCl + H₂O.

Задача 2. При прокаливании 37,45 г гидроксида железа (III) получили твердый остаток. Вычислите объем соляной кислоты с массовой долей HCl 20 % (плотность раствора 1,1 г/мл), необходимый для растворения полученного вещества.

Дано:

m (Fe(OH)₃) = 37,45 г

ω (HCl) = 20 %

ρ (р-ра) = 1,1 г/мл

M (Fe(OH)₃) = 107 г/моль

M (HCl) = 36,5 г/моль

Найти:

V (р-ра HCl)

Решение:

Запишем уравнение реакции разложения гидроксида железа (III):

2Fe(OH)₃ = Fe₂O₃ + 3H₂O. (1)

Твердый остаток – оксид железа (III), реагирует с соляной кислотой согласно уравнению реакции:

Fe₂O₃ + 6HCl = 2FeCl₃ + 3H₂O. (2)

Вычислим количество вещества гидроксида железа (III), которое подвергли разложению:

(моль).

По уравнению реакции (1) при разложении 2 моль гидроксида железа (III) образуется 1 моль оксида железа (III), следовательно, при разложении 0,35 моль гидроксида железа (III) образуется 0,175 моль (0,35 · ½) оксида железа (III). По уравнению реакции (2) для растворения 1 моль оксида железа (III) необходимо 6 моль соляной кислоты, а на растворение 0,175 моль – 1,05 моль (0,175 · 6) кислоты. Определим массу кислоты:

m (HCl) = n (HCl) · M (HCl) = 1,05 · 36,5 = 38,325 (г).

Тогда:

(г).