Реакции обмена

*2FeCl3 + 3H2O = Fe2O3 + 6HCl. Гидролиз обратим.

*Fe3++ 3CNS- = FeCNS (красный осадок; качественная реакция на Fе3+).

Использование железа и его соединений Железо — основной материал машиностроения. Способно к намагничиванию, поэтому используют в трансформаторах и электромоторах.

Fe2O3 (гематит) используется в термитной сварке, как краситель (железный сурик), как полирующий материал, как носитель звука в магнитных лентах. Имеет полупроводниковые свойства. Входит в состав ферритов (обладающих магнитными свойствами). [Fe(CO)5] (пентакарбонил железа) используется для получения чистого железа, ядовит. Fe3[Fe(CN)6]2 (турнбуллева синь) и Fe4[Fe(CN)6]3 (берлинская лазурь) используются как синий пигмент в красках. FeCl3•6H2O — кровоостанавливающее средство.

FeSO4•7H2O (железный купорос) используется в качестве пестицида и консерванта древесины, а также как лекарственное средство, мягкий восстановитель, пигмент и источник других соединений железа.

Соли железа (II) гидролизуются незначительно: Fe2++Н2ОFe(OH)++Н+ Среди солей железа (II) наибольшее значение имеет железный купорос FeSO4•7Н2О, в состав которого входит семь молекул кристаллизационной воды. Железный купорос хорошо растворяется в воде. Его применяют для борьбы с вредителями сельского хозяйства, а также для изготовления красителей. Соли трехвалентного железа могут быть получены окислением порошка железа галогенами, окислением солей железа (II), растворением оксида или гидроксида железа (III) на воздухе: 2Fe+3Cl2=2FeCl3

Fe2O3+3H2SO4=Fe2(SO4)3+3H2O

Соли железа (III) сильно гидролизуются водой, и их водные растворы имеют кислую реакцию:

FeCl3+НОНFe(OH)Cl2+HCl Fe3++НОНFe(OH)2++Н+ Из солей железа (III) наибольшее значение имеют хлорид железа (III) FeCl3, представляющий собой весьма гигроскопические оранжевые кристаллы, которые при хранении поглощают воду и расплываются в коричневую кашицу; ионагидрат сульфата железа (III) Fe2(SO4)3•9Н2О, используемый как коагулянт, а также для травления металлов; ионагидрат нитрата железа (III) Fe(NO3)3•9Н2О, используемый как протрава при крашении хлопчатобумажных тканей и утяжелитель шелка.

Соли железа (II) легко переходят в соли железа (III), например, при нагревании с азотной кислотой или с перманганатом калия в присутствии серной кислоты: 6FeSO4+2HNO3+3H2SO4=3Fe2(SO4)3+2NO+4H2O

Окисление солей железа (II) в соли железа (III) может происходить под действием кислорода воздуха при хранении этих соединений, но только этот процесс очень длительный.

Кроме того, следует отметить также две важные комплексные соли, в которых железо входит в состав анионов: гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] и гексацианоферрат (III) калия K3[Fe(CN)6], которые являются реактивами на катионы Fe3+ и Fe2+ соответственно.

Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] (желтая кровяная кровь) является важным реактивом для обнаружения ионов железа Fe3+ в растворе: K4[Fe(CN)6] 4К++[Fe(CN)6]4-

Получающиеся ионы [Fe(CN)6]4- могут взаимодействовать с ионами Fe3+, образуя характерный темно-синий осадок гексацианоферрата (II) железа (III), называемый часто берлинской лазурью:

3[Fe(CN)6]4-+4Fe3+=Fe4[Fe(CN)6]3

и при взаимодействии иона [Fe(CN)6]3- с катионами Fe2+ выпадает темно-синий осадок гексацианоферрата (III) железа (II), называемый часто турнбулевой синью: 2[Fe(CN)6]3-+Fe2+=Fe3[Fe(CN)6]2

Соединения железа (VI) — ферраты, например феррат калия K2FeO4, феррат бария BaFeO4, которые могут быть получены окислением оксида железа (III) при нагревании с нитратом и гидроксидом калия:

Fe2O3+4КОН+3KNO3=2K2FeO4+3KNO2+2H2O или при легком нагревании с бромом и щелочью.

Ферраты в окислительно-восстановительных реакциях могут быть только окислителями.

Общая характеристика d-элементов IБ подгруппы. Строение атомов. Распро-странённость и формы нахождения в природе. Промышленное получение меди, серебра и золота. Сплавы. Физические и химические свойства меди, серебра и золота. Применение.

В IБ-группе (группе меди) находятся переходные металлы Сu, Аg, Аu, которые имеют сходное распределение электронов, определяемое феноменом «проскока» или «провала» электронов.Явление «проскока» представляет собой символическое перенесение одного из двух валентных s-электронов на d-подуровень, что отражает неравномерность удержания ядром внешних электронов.

Переход одного s-электрона на внешний уровень приводит к стабилизации d-подуровня. Поэтому в зависимости от степени возбуждения атомы IБ-группы могут отдавать на образование химической связи от одного до трех электронов. Вследствие этого элементы IБ-группы могут образовывать соединения со степенями окисления +1, +2 и +3. Однако имеются различия: для меди наиболее устойчивы степени окисления +1 и +2; для серебра +1, а золота +1 и +3. Наиболее характерные координационные числа в этой группе 2, 3, 4. Элементы 1Б-группы относительно инертны. В электрохимическом ряду стоят после водорода, что проявляется в их слабой восстановительной способности. Поэтому в природе встречаются в самородном виде. Они относятся к первым металлам, которые нашел и применил древний человек. В качестве ископаемых находят соединения: Сu2О — куприт, Сu2S — халькозин, Аg2S — аргентит, акантит, АgСl — кераргирит, АuТe2 — калаверит, (Аu,Аg)Те4 — сильванит. В группе IБ восстановительные и основные свойства убывают от меди к золоту.

Промышленное получение меди - сложный многоступенчатый процесс. Добытую руду дробят, а для отделения пустой породы используют, как правило, флотационный метод обогащения. Полученный концентрат подвергают обжигу в печи с воздушным дутьем. В результате обжига образуется огарок - твердое вещество, содержащее, кроме меди, также и примеси других металлов. Огарок плавят в отражательных печах или электропечах. После этой плавки, кроме шлака, образуется так называемый штейн, в котором содержание меди составляет до 40-50%. Далее штейн подвергают конвертированию - через расплавленный штейн продувают сжатый воздух, обогащенный кислородом. В штейн добавляют кварцевый флюс (песок SiO2). В процессе конвертирования содержащийся в штейне как нежелательная примесь сульфид железа FeS переходит в шлак и выделяется в виде сернистого газа SO2:

2FeS + 3O2 + 2SiO2 = 2FeSiO3 + 2SO2^

Одновременно сульфид меди (I) Cu2S окисляется: 2Cu2S + 3О2 = 2Cu2О + 2SO2^

Образовавшийся на этой стадии Cu2О далее реагирует с Cu2S: 2Cu2О + Cu2S = 6Cuv + SО2^

Золото растворяется в растворах синильной кислоты и её солей, и это его свойство дало начало ряду методов извлечения путем цианирования руд. Метод цианирования основан на реакции золота с цианидами в присутствии кислорода воздуха: измельчённая золотоносная порода обрабатывается разбавленным (0,3-0,03 %) раствором цианида натрия, золото из образующегося раствора цианоаурата натрия Na[Au(CN)2] осаждается либо цинковой пылью, либо на специальных ионнообменых смолах. При этом происходят реакции:

Метод цианирования ограничен минеральным составом руд, он неприменим, если руда содержит большое количество сульфидов или арсенидов, так как цианиды реагируют с этими минералами. Поэтому цианированием перерабатываются малосульфидные руды. .Для извлечения золота из сульфидных руд используются сложные многоэтапные технологии. Золото, добытое из месторождений, содержит различные примеси, поэтому его подвергают специальным процессам высокой очистки, которые производятся на аффинажных заводах.

Физические свойства меди Цвет меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой Наиболее важные и широко используемые свойства меди: высокая теплопроводность

Химические свойства меди. Образуя химические соединения, атом может отдавать один, два или три электрона, проявляя степень окисления соответственно +1, +2 и +3. При этом наиболее устойчивыми являются соединения меди (II), а наименее устойчивыми - соединения меди (III).

Медь относится к малоактивным металлам. Стандартный электродныйпотенциал меди равен +0,34 В, что определяет ее место в ряду стандартных электродных потенциалов: оно находится правее водорода. При обычных условиях она не взаимодействует с водой, растворами щелочей, соляной и разбавленной серной кислотой. Однако в кислотах-сильных окислителях (например, азотной и концентрированной серной)-медь растворяется: Сu + 8HN03 = 3Cu(N03 )2 + 2NO + 4Н20

Разбавленная Сu + 4HN03 = Cu(N03)2 + 2N02+ 2Н20

Концентрированная Сu+ 2H2S04 = CuS04 + S02 + 2 Н20

Концентрированная Как малоактивный металл медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии, влажной атмосфере, содержащей углекислый газ, медь покрывается зеленоватым налетом карбоната меди:2 Сu + O2 + С02 + Н20 =Сu (ОН)2 • СuС02.В большинстве известных соединений медь проявляет степень окисления + 2. Соединения меди (II)-оксид СиО и гидроксид Си(ОН)2-довольно устойчивы. Этот гидроксид амфотерен,хорошо растворяется в кислотах:Cu(OH)2 + 2НС1 = СuСl2 + 2Н20

и в концентрированных щелочах. Гидроксид меди (II)-труднорасворимое в воде вещество голубого цвета. Приьнагреванииразлагается,образуя оксид меди (II) черного цвета: Сu(ОН)2 =СuО + Н20 Темный цвет окисленных медных изделий обусловлен наличием на их поверхности этого оксида. Для ионов меди (II) Сu2+ характерно образование комплексных соединений, например K2[Cu(CN)4]-тетрацианокупрат (II) калия: CuCl2 + 4KCN = К2 [Cu(CN)4] + 2КСl

Из других комплексных соединений меди (II) отметим соединение с аммиаком. Если к раствору хлорида меди (II) прилить небольшое количество раствора аммиака, то выпадет осадок гидроксида меди (II):

CuCl2 + 2NH3 + 2Н20 = Сu(ОН)2 + 2NH4Cl Если добавить избыток аммиака, то гидроксид растворится с образованием комплексного соединения темно-синей окраски, характерной для аммиачного комплекса меди: Си(ОН)2+ 4NH3 = [Cu(NH3)4] (ОН)2

Эта реакция является качественной на ион меди (II).

Растворимость гидроксида меди (II) в щелочах также связана с образованием комплексных соединений:

Cu(OH)2 + 2NaOH = Na2 [Cu(OH)4]

Образованием комплексных соединений объясняется цвет растворов солей

меди (II). Почему, например, безводный сульфат меди (II)-вещество белого цвета, а раствор этой соли имеет голубую окраску? При растворении происходит химическое взаимодействие ионов соли с водой, и образуются так называемые аквакомплексы меди, имеющие голубую окраску:

CuS04 + 6Н20 = [Сu (Н20)6] SO4

Соединения меди (III), например Cu203 или KCu02, встречаются редко, они

малоустойчивы. Устойчивость соединений меди (I) выше, однако и они в водных растворах легко подвергаются диспролорциог нированию (реакции самоокисления-самовосстановления): 2Сu+ = Сu + Сu2+