Номер 3, страница 412 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 57. Железо - номер 3, страница 412.

Условие.

3. Сравните способы получения, химические свойства и области применения оксидов железа. Аналогично сравните гидроксиды железа(II, III).

Решение.

Решение 2.

Сравнение способов получения, химических свойств и областей применения оксидов железа

Оксид железа(II), $FeO$

Способы получения:
- Термическое разложение оксалата железа(II) в инертной атмосфере: $FeC_2O_4 \xrightarrow{t} FeO + CO \uparrow + CO_2 \uparrow$.
- Неполное восстановление оксида железа(III) при температуре 500-600°C: $Fe_2O_3 + CO \xrightarrow{500-600°C} 2FeO + CO_2$.
- Осторожное окисление железа в недостатке кислорода: $2Fe + O_2 \xrightarrow{t} 2FeO$.

Химические свойства:
- Является основным оксидом черного цвета. Реагирует с кислотами, образуя соли железа(II): $FeO + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2O$.
- Не реагирует с водой и растворами щелочей.
- Является сильным восстановителем, легко окисляется кислородом воздуха при нагревании до оксида железа(III): $4FeO + O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3$.
- Может быть восстановлен до металлического железа более активными металлами (например, алюминием), водородом, угарным газом: $FeO + H_2 \xrightarrow{t} Fe + H_2O$.
- При нагревании выше 575°C неустойчив и диспропорционирует: $4FeO \xrightarrow{t} Fe_3O_4 + Fe$.

Области применения:
- Компонент для изготовления керамики, эмалей и термостойкого стекла (придает зеленый цвет).
- Черный пигмент в красках.

Оксид железа(III), $Fe_2O_3$

Способы получения:
- Сжигание железа на воздухе или в кислороде: $4Fe + 3O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3$.
- Термическое разложение гидроксида железа(III) и некоторых солей железа(III): $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$.
- Окислительный обжиг пирита (основной промышленный способ): $4FeS_2 + 11O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3 + 8SO_2 \uparrow$.

Химические свойства:
- Является амфотерным оксидом красно-бурого цвета с преобладанием основных свойств.
- Реагирует с кислотами с образованием солей железа(III): $Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$.
- При сплавлении реагирует со щелочами, основными оксидами и карбонатами, образуя соли — ферриты: $Fe_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaFeO_2 + H_2O$.
- Является окислителем, восстанавливается до железа в доменном процессе (коксом, угарным газом) или алюмотермией: $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2$.

Области применения:
- Основное сырье для производства чугуна и стали (входит в состав руд, например, гематита).
- Минеральный пигмент (железный сурик, охра) для производства красок, окрашивания строительных материалов.
- Катализатор в химической промышленности (например, в синтезе аммиака).
- Компонент термитной смеси для сварки рельсов и крупных деталей.
- Абразивный материал для полировки (крокус).
- В производстве носителей магнитной записи (ферримагнитные свойства).

Ответ: Основное различие между оксидами железа(II) и (III) заключается в их кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойствах. $FeO$ — основной оксид, проявляет восстановительные свойства, легко окисляется до соединений Fe(III) и имеет ограниченное применение. $Fe_2O_3$ — амфотерный оксид, является высшим и наиболее устойчивым оксидом железа, проявляет окислительные свойства (может быть восстановлен до Fe) и имеет значительно более широкое промышленное применение, в первую очередь как основная железная руда.

Сравнение способов получения, химических свойств и областей применения гидроксидов железа(II, III)

Гидроксид железа(II), $Fe(OH)_2$

Способы получения:
- Осаждение из растворов солей железа(II) щелочами в отсутствие кислорода (в инертной атмосфере): $FeSO_4 + 2KOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + K_2SO_4$. Образуется осадок белого цвета.

Химические свойства:
- Нерастворимое в воде основание.
- Проявляет типичные свойства оснований, реагируя с кислотами с образованием солей железа(II): $Fe(OH)_2 + 2HBr \rightarrow FeBr_2 + 2H_2O$.
- На воздухе очень неустойчив и быстро окисляется кислородом, превращаясь в гидроксид железа(III). При этом осадок сначала зеленеет, а затем становится бурым: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 \downarrow$.
- При нагревании без доступа воздуха разлагается на оксид и воду: $Fe(OH)_2 \xrightarrow{t} FeO + H_2O$.

Области применения:
- В основном используется как промежуточный продукт в химических синтезах.
- Входит в состав активной массы железо-никелевых аккумуляторов.

Гидроксид железа(III), $Fe(OH)_3$

Способы получения:
- Осаждение из растворов солей железа(III) щелочами или гидроксидом аммония: $FeCl_3 + 3NH_4OH \rightarrow Fe(OH)_3 \downarrow + 3NH_4Cl$. Образуется объемистый студенистый осадок бурого цвета.

Химические свойства:
- Очень слабое, нерастворимое в воде основание. Проявляет амфотерные свойства (с преобладанием основных).
- Как основание, легко реагирует с кислотами: $2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O$.
- Как очень слабая кислота, реагирует только с концентрированными растворами щелочей при нагревании с образованием гидроксокомплексов: $Fe(OH)_3 + NaOH_{конц.} \xrightarrow{t} Na[Fe(OH)_4]$.
- При прокаливании легко разлагается на оксид и воду: $2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$.

Области применения:
- В очистке воды в качестве коагулянта для осаждения взвешенных частиц.
- Для получения минеральных пигментов (охра).
- В медицине как компонент некоторых препаратов и как антидот при отравлении соединениями мышьяка.
- В химической промышленности для получения чистого оксида железа(III) и других соединений железа.

Ответ: Гидроксид железа(II) и гидроксид железа(III) кардинально различаются по цвету, устойчивости на воздухе и кислотно-основным свойствам. $Fe(OH)_2$ — вещество белого цвета, неустойчивое на воздухе (быстро окисляется), проявляющее выраженные основные свойства. $Fe(OH)_3$ — вещество бурого цвета, устойчивое на воздухе, проявляющее слабые амфотерные свойства (с преобладанием основных). Кроме того, $Fe(OH)_3$ находит значительно более широкое практическое применение.