Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

§ 73. Сполуки Феруму

Властивості сполук Феруму

Ферум(ІІ) оксид і ферум(ІІ) гідроксид — основні речовини, у кислотно-основних взаємодіях вони реагують лише з кислотними речовинами (кислотними оксидами і кислотами). Проте ферум(IIІ) оксид і ферум(IIІ) гідроксид виявляють слабкі амфотерні властивості: ферум(IIІ) гідроксид розчиняється в гарячому концентрованому розчині лугу:

Fe(OH)₃+ NaOH =^t Na[Fe(OH)₄]

Амфотерні властивості сполук Феруму(IIІ) значно слабкіші, ніж сполук Алюмінію, тому алюміній гідроксид розчиняється в лугах за звичайних умов, а ферум(ІII) гідроксид — за нагрівання і за високої концентрації лугу.

Ферум(II) і ферум(IIІ) гідроксиди — слабкі основи, отже, солі Феруму піддаються гідролізу (здебільшого за першим ступенем), а їхні розчини виявляють кислотне середовище:

Fe₂(SO₄)₃+ 2Н₂О = 2Fe(OH)SO₄+ H₂SO₄

Fe³⁺ + Н₂О = FeOH²⁺ + Н⁺

За підвищення температури гідроліз посилюється: у разі потрапляння солей Феруму(IIІ) в киплячу воду відбувається повний гідроліз:

FeCl₃ + 3Н₂О = Fe(OH)₃↓ + 3НСl

Через здатність до гідролізу солі Феруму(IIІ) зі слабкими кислотами в розчині існувати не можуть. У разі спроби добути їх реакцією обміну вони піддаються необоротному гідролізу:

2FeCl₃+ 3Na₂S + 6Н₂О = 2Fe(OH)₃↓ + 3H₂S↑ + 6NaCl

Ступінь окиснення +2 для Феруму є проміжним. Тому сполуки Феруму(ІІ) виявляють двоїсті окисно-відновні властивості. З активними відновниками (зазвичай із воднем і активними металами) вони виявлять окисні властивості:

FeO + Н₂ = Fe + Н₂О

FeSO₄ + Zn = Fe↓ + ZnSO4

Із сильними окисниками сполуки Феруму(II) виявляють відновні властивості, при цьому перетворюються на сполуки Феруму(ІII):

2FeCl₂+ Сl₂ = 2FeCl₃

10FeSO₄ + 2КМnО₄ + 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

Завдяки активним відновним властивостям розчини солей Феруму(ІІ) дуже нестійкі. Взаємодіючи з киснем повітря, вони швидко перетворюються на сполуки Феруму(ІІІ):

4FeCl₂ + О₂ + 2Н₂О = 4FeOHCl₂

Найстабільніша в розчині сіль Феруму(ІІ) — сіль Мора. Це подвійна сіль — амоній ферум(ІІ) сульфат (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ •6H₂O.

Ступінь окиснення +3 для Феруму є вищим, тому сполуки Феруму в цьому ступені окиснення можуть виявляти лише окисні властивості. З активними відновниками (вуглецем, карбон(ІІ) оксидом тощо) вони перетворюються на залізо. А в більшості випадків перетворюються на сполуки зі ступенем окиснення Феруму +2:

2FeCl₃+ 2КI = 2FeCl₂ + I₂↓ + 2КСl

2FeCl₃ + Na₂SO₃ + 2KOH = 2FeCl₂ + Na₂SO₄ + 2KCl + H₂O

Сполуки Феруму(ІІІ) здатні навіть окиснювати залізо. У разі потрапляння заліза в розчин ферум(ІІІ) хлориду воно розчиняється:

Fe + 2FeCl₃ = 3FeCl₂

Виявлення йонів Fe²⁺ та Fe³⁺

• Виявлення катіонів Феруму(ІІІ) Fe³⁺. Розчини солей Феруму(ІІІ) зазвичай мають інтенсивне жовте або навіть коричневе забарвлення. Під час додавання до такого розчину лугу утворюється нерозчинний гідроксид жовтого (або рудого, іржавого чи бурого) кольору:

Для виявлення в розчині сполук Феруму(IIІ) використовують якісну реакцію йонів Fe³⁺ із тіоціанат-іонами (роданід-іонами) SCN^-. Під час взаємодії цих йонів утворюється яскраво-червоний ферум(IIІ) роданід, який за кольором нагадує кров:

Fe³⁺ + 3SCN^- = Fe(SCN)₃

Йони Fe²⁺ із тіоціанат-іонами не взаємодіють.

Ще одним реактивом на йони Fe³⁺ є калій гексаціаноферат(ІІ) (жовта кров’яна сіль) K₄[Fe(CN)₆]. Під час їх взаємодії утворюється яскраво-синій осад берлінської лазурі:

FeCl₃ + K₄[Fe(CN)₆] = KFe^III[Fe^II(CN)₆]↓ + 3КСl

• Виявлення катіонів Феруму(ІІ) Fe²⁺. Розчини солей Феруму(ІІ) зазвичай мають слабке блідо-зелене (салатове) забарвлення. Під час додавання до такого розчину лугу утворюється нерозчинний гідроксид такого самого кольору, який із часом стає більш рудим унаслідок окиснення киснем повітря:

Йони Fe²⁺ також можна виявити за допомогою калій гексаціаноферату(IIІ) (червона кров’яна сіль) K₃[Fe(CN)₆]. Під час їх взаємодії утворюється осад турнбулевої сині:

FeSO₄ + K₃[Fe(CN)₆] = KFe^II[Fe^III(CN)₆]↓ + K₂SO₄

Цікаво, що берлінська лазур KFe^III[Fe^II(CN)₆] і турнбулева синь KFe^II[Fe^III(CN)₆] — дві ізомерні форми однієї речовини.

Лідія Павлівна Логінова (нар. 1950)

Українська хімікиня. Досліджувала методи виявлення йонів у багатокомпонентних сумішах

ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ № 20-23

Хімічні властивості сполук Феруму

Обладнання: штатив із пробірками, піпетки.

Реактиви: розчини ферум(IIІ) хлориду, ферум(II) сульфату, калій перманганату, калій йодиду, натрій сульфіту, натрій карбонату, натрій гідроксиду, сульфатної кислоти, крохмалю, лакмусу, хлоридна кислота.

Дотримуйтесь правил безпеки

Дослід 1. Добування гідроксидів Феруму та їхні властивості. У першу пробірку налийте розчин ферум(II) сульфату об’ємом 1-2 мл, у другу — таку саму кількість ферум(IIІ) хлориду. До обох пробірок додайте декілька крапель розчину лугу. Відзначте колір утворених осадів. В обидві пробірки додавайте краплинами розчин кислоти до зникнення осадів. Про які властивості гідроксидів свідчить взаємодія з кислотами? Складіть рівняння реакцій.

Дослід 2. Відновні властивості Феруму(ІІ). У пробірку налийте розчин калій перманганату об’ємом 1-2 мл і таку саму кількість розбавленого розчину сульфатної кислоти. Додавайте краплинами розчин ферум(II) сульфату до зникнення забарвлення, зумовленого калій перманганатом. Складіть рівняння реакції.

Дослід 3. Окисні властивості Феруму(ІІІ). У дві пробірки налийте по 1-2 мл розчину ферум(IIІ) хлориду. У першу пробірку долийте таку саму кількість води (щоб розчин став солом’яного кольору) і додайте декілька крапель розчину калій йодиду. Які зміни спостерігаєте? Утворенням якої речовини зумовлена зміна забарвлення розчину? Додайте декілька крапель розчину крохмалю для доведення наявності йоду. У другу пробірку долийте розчин лугу об’ємом 1-3 мл і краплинами додавайте розчин натрій сульфіту до зміни забарвлення, зумовленого ферум(IIІ) хлоридом. Складіть рівняння реакцій.

Дослід 4. Гідроліз солей Феруму. У дві пробірки налийте по 1-2 мл води. У першу пробірку додайте декілька крапель розчину ферум(II) сульфату, а в другу — таку саму кількість розчину ферум(IIІ) хлориду. В обидві пробірки додайте декілька крапель розчину лакмусу. Відзначте колір індикатора. Про що свідчить таке забарвлення розчинів? У третю пробірку налийте розчин ферум(IIІ) хлориду об’ємом 1-2 мл і додайте таку саму кількість розчину натрій карбонату. Що спостерігаєте? Про що свідчать ваші спостереження? Складіть рівняння реакцій.

ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ № 24, 25

Виявлення йонів Fe²⁺ і Fe³⁺ у розчині

Обладнання: штатив із пробірками, піпетки.

Реактиви: розчини ферум(ІІ) сульфату, ферум(ІІІ) хлориду, натрій гідроксиду.

Дотримуйтесь правил безпеки

Дослід 1. У пробірку налийте розчин ферум(ІІ) сульфату об’ємом 2-3 мл та додайте 2-3 краплі розчину лугу. Що спостерігаєте? За якою ознакою можна довести, що в пробірці містяться йони Fe²⁺? Складіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції.

Дослід 2. У пробірку налийте розчин ферум(ІІІ) хлориду об’ємом 2-3 мл та додайте 2-3 краплі розчину лугу. Що спостерігаєте? За якою ознакою можна довести, що в пробірці містяться йони Fe³⁺? Складіть молекулярне та йонно-молекулярне рівняння реакції.

Ключова ідея

Ферум — яскравий приклад металічного елемента, що залежно від ступеня окиснення змінює властивості від відновних до окисних.

Запитання та завдання

435. Схарактеризуйте властивості оксидів і гідроксидів Феруму в ступенях окиснення +2 та +3.

436. Як виявляють йони Fe²⁺ і Fe³⁺ у розчинах?

437. Випишіть з тексту параграфа рівняння реакцій, що характеризують окисно-відновні властивості сполук Феруму, складіть для них електронний баланс.

438. Закінчіть рівняння реакцій, які можна практично здійснити: