Номер 2, страница 176 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 7. Металлы. Параграф 49. Соединения железа. Подумай, ответь, выполни... - номер 2, страница 176.

Условие.

2. Какими общими и специфическими свойствами обладают оксиды и гидроксиды железа? Составьте уравнения соответствующих реакций.

Решение.

Решение 2.

Железо является переходным металлом и образует несколько оксидов и гидроксидов, в которых проявляет в основном степени окисления +2 и +3. Их свойства можно разделить на общие и специфические.

Общие свойства

Это свойства, характерные для большинства или всех рассматриваемых соединений железа.

1. Взаимодействие с кислотами

Все оксиды и гидроксиды железа реагируют с сильными кислотами с образованием соли и воды. Это свойство, характерное для основных и амфотерных оксидов и гидроксидов.

Для соединений железа(II):

$FeO + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2O$

$Fe(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + 2H_2O$

Для соединений железа(III):

$Fe_2O_3 + 6HNO_3 \rightarrow 2Fe(NO_3)_3 + 3H_2O$

$Fe(OH)_3 + 3HCl \rightarrow FeCl_3 + 3H_2O$

Для смешанного оксида железа(II, III):

$Fe_3O_4 + 8HCl \rightarrow FeCl_2 + 2FeCl_3 + 4H_2O$

2. Термическое разложение гидроксидов

Гидроксиды железа(II) и железа(III) являются нерастворимыми основаниями и при нагревании разлагаются на соответствующий оксид и воду.

$Fe(OH)_2 \xrightarrow{t} FeO + H_2O$

$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$

3. Восстановление оксидов до металла

Оксиды железа могут быть восстановлены до металлического железа при высоких температурах с помощью восстановителей, таких как угарный газ, водород или кокс. Этот процесс лежит в основе доменного производства чугуна.

$Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2$

$FeO + C \xrightarrow{t} Fe + CO$

$Fe_3O_4 + 4H_2 \xrightarrow{t} 3Fe + 4H_2O$

Ответ: Общими свойствами оксидов и гидроксидов железа являются их способность реагировать с кислотами с образованием солей и воды, термическое разложение гидроксидов до оксидов и воды, а также возможность восстановления оксидов до металлического железа.

Специфические свойства

Это свойства, которые отличают соединения железа в разных степенях окисления друг от друга.

1. Кислотно-основные свойства

Свойства соединений железа меняются в зависимости от степени окисления металла. С ростом степени окисления основные свойства ослабевают, а кислотные (амфотерные) усиливаются.

- Соединения железа(II) ($FeO$, $Fe(OH)_2$) проявляют преимущественно основные свойства. Они не реагируют со щелочами в обычных условиях.

- Соединения железа(III) ($Fe_2O_3$, $Fe(OH)_3$) являются амфотерными с преобладанием основных свойств. Они способны реагировать не только с кислотами, но и с концентрированными растворами щелочей или при сплавлении с ними, проявляя кислотные свойства.

Реакции, доказывающие амфотерность соединений $Fe(III)$:

Сплавление со щелочью или основным оксидом:

$Fe_2O_3 + 2NaOH \xrightarrow{t} 2NaFeO_2 + H_2O$ (образуется феррит натрия)

Реакция с концентрированным раствором щелочи:

$Fe(OH)_3 + NaOH(конц.) \rightarrow Na[Fe(OH)_4]$ (образуется тетрагидроксоферрат(III) натрия)

2. Окислительно-восстановительные свойства

Степень окисления железа определяет его окислительно-восстановительную активность.

- Соединения железа(II) ($Fe^{2+}$) являются сильными восстановителями, так как железо в них находится в промежуточной степени окисления и легко окисляется до более устойчивой степени окисления +3.

Окисление оксида железа(II):

$4FeO + O_2 \xrightarrow{400-500^{\circ}C} 2Fe_2O_3$

Очень характерной является реакция окисления гидроксида железа(II) кислородом воздуха, сопровождающаяся изменением цвета осадка с белого (или зеленоватого) на бурый:

$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 \downarrow$

- Соединения железа(III) ($Fe^{3+}$) находятся в высшей устойчивой степени окисления, поэтому они являются окислителями. Они не проявляют восстановительных свойств и стабильны на воздухе.

Например, соединения железа(III) могут окислять иодиды:

$2FeCl_3 + 2KI \rightarrow 2FeCl_2 + I_2 + 2KCl$

3. Свойства смешанного оксида $Fe_3O_4$

Этот оксид ($Fe_3O_4$ - железная окалина, магнетит) формально можно рассматривать как соединение оксида железа(II) и оксида железа(III) - $FeO \cdot Fe_2O_3$. Его специфическим свойством является то, что при реакции с сильными кислотами он образует смесь солей железа(II) и железа(III).

$Fe_3O_4 + 8HCl \rightarrow FeCl_2 + 2FeCl_3 + 4H_2O$

Ответ: Специфические свойства соединений железа определяются степенью окисления. Соединения $Fe(II)$ являются основными и сильными восстановителями. Соединения $Fe(III)$ амфотерны и являются окислителями. Смешанный оксид $Fe_3O_4$ при реакции с кислотами дает смесь солей $Fe(II)$ и $Fe(III)$.