Электроны связывают два процесса
Переключай этапы передачи. Модель подписывает и собственное изменение частицы, и её роль для партнёра.
Учебная схема: размеры, цвета и расстояния условны. Переключатели показывают объяснённые примеры, оценка здесь не выставляется.
Железо имеет несколько устойчивых состояний
Железо — металл с атомным номером 26. В типичных школьных соединениях проявляет степени окисления +2 и +3. Поэтому названия «хлорид железа(II)» и «хлорид железа(III)» означают разные вещества: FeCl₂ и FeCl₃.
| Вещество | Степень окисления Fe | Смысл |
|---|---|---|
| Fe | 0 | Простой металл |
| FeCl₂ | +2 | Соль железа(II) |
| FeCl₃ | +3 | Соль железа(III) |
| Fe₃O₄ | +2 и +3 | Смешанный оксид |
Простое железо имеет металлическую структуру, проводит ток и проявляет ферромагнитные свойства при обычных условиях. В природе широко встречаются его оксидные и другие минералы. Формулу руды и формулу чистого металла нужно различать.
Железо — металл с атомным номером 26. В типичных школьных соединениях проявляет степени окисления +2 и +3.
Продукт зависит от окислителя
С разбавленной HCl железо даёт FeCl₂ и H₂. С хлором образуется FeCl₃, поскольку Cl₂ способен окислить железо до +3. С серой в школьной схеме получается FeS, где Fe имеет +2.
Окислитель определяет состояние железа
Fe⁰
Ряд активности не выбирает степень окисления во всех продуктах. Условия реакции указывают вместе с реагентами.
Ряд активности помогает установить возможность реакции с неокисляющей кислотой, но не выбирает сам по себе степень окисления во всех продуктах. Холодные концентрированные HNO₃ и H₂SO₄ могут пассивировать железо, поэтому условия реакции обязательны.
Подробности: понятия и примеры
- С HCl
- Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂
- С Cl₂
- 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃
- С серой
- Fe + S → FeS
С разбавленной HCl железо даёт FeCl₂ и H₂. С хлором образуется FeCl₃, поскольку Cl₂ способен окислить железо до +3.
Чистое железо и кубик для сравнения размеров
Образец железа и куб объёмом 1 см³: металлическое вещество отличается от оксидов и ржавчины.
Heinrich Pniok / Alchemist-hp · Wikimedia Commons · Free Art License. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Ржавчина на поверхности железа
Коррозия железа показывает превращение вещества; ржавчина имеет сложный состав и не является одним чистым оксидом.
Titus Tscharntke · Wikimedia Commons · Public domain. Без изменений.
Не удалось загрузить изображение. Открыть источник
Металл вытесняет другой металл
Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu: более активное железо переводит медь из соли в простое вещество. На железе появляется медь, а железо входит в раствор как соединение железа(II).
- До реакции
Fe и раствор CuSO₄.
- Изменение
Fe входит в соль; Cu выделяется.
- После реакции
FeSO₄ и простое вещество Cu.
Пользуются рядом активности, но учитывают водную среду. Очень активные Na, K и Ca реагируют с водой, поэтому их нельзя механически подставлять в схему вытеснения из водных растворов. Обратная реакция Cu с FeSO₄ так не идёт.
Более активный металл может вытеснять менее активный из раствора соли. Водная среда ограничивает применение общей схемы.
Коррозия создаёт смесь соединений
Во влажном воздухе железо постепенно окисляется с образованием ржавчины сложного состава. Она включает гидратированные оксиды и оксигидроксиды, поэтому её нельзя точно описать одной формулой Fe₂O₃. Пористый слой обычно не защищает металл так, как плёнка на Al.
- Железо + влажная среда
Начало окисления
- Соединения Fe
Образование ржавчины
- Пористый слой
Коррозия может продолжаться
- Защита
Барьер, покрытие или изменение материала
Покрытия ограничивают контакт со средой, а цинковое покрытие может дополнительно обеспечивать электрохимическую защиту. Выбор способа зависит от условий. При коррозии элемент Fe сохраняется, но металлический материал превращается в другие вещества и теряет свойства. Нейтральный атом Fe: [Ar]3d⁶4s². При образовании Fe²⁺ сначала удаляются два электрона 4s, остаётся [Ar]3d⁶; Fe³⁺ имеет [Ar]3d⁵. С разбавленной HCl получается FeCl₂, с Cl₂ при достатке окислителя — FeCl₃. Условия реакции определяют продукт, а не одно только наличие элемента Fe. Коррозии железа во влажном воздухе способствует доступ воды и кислорода.
Во влажном воздухе железо постепенно окисляется с образованием ржавчины сложного состава. Она включает гидратированные оксиды и оксигидроксиды, поэтому её нельзя точно описать одной формулой Fe₂O₃.
Шесть выводов
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Химия, 11 класс», § 49. Материал переработан и дополнен разъяснениями; источник: 11 класс. Химия — § 49. Железо и его соединения.pdf. Указаны условия реакций, единицы величин и границы применимости моделей. Числовые примеры решены по шагам.
Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.
OpenStax: Chemistry 2e