ПЕДАГАГІЧНАЯ СКАРБОНКА
Химия · 9 класс · § 51
Открываем, наблюдаем, объясняем

§ 51. Железо, его физические и химические свойства

Как условия выбирают Fe(II) или Fe(III) и почему железо ржавеет?

Обучающая модель4 смысловых раздела10 вопросов
Главный вопрос

Как условия выбирают Fe(II) или Fe(III) и почему железо ржавеет?

Исследуем вместе

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.

01

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.

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.

ВеществоСтепень окисления FeСмысл
Fe0Простой металл
FeCl₂+2Соль железа(II)
FeCl₃+3Соль железа(III)
Fe₃O₄+2 и +3Смешанный оксид

Железо — металл с атомным номером 26. В типичных школьных соединениях проявляет степени окисления +2 и +3.

02

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.

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.

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.

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.

03

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).

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.

До реакции

Fe и раствор CuSO₄.

Изменение

Fe входит в соль; Cu выделяется.

После реакции

FeSO₄ и простое вещество Cu.

Более активный металл может вытеснять менее активный из раствора соли. Водная среда ограничивает применение общей схемы.

04

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.

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.

Железо + влажная среда

Начало окисления

Соединения Fe

Образование ржавчины

Пористый слой

Коррозия может продолжаться

Защита

Барьер, покрытие или изменение материала

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.

Соберём главное

Шесть выводов

01Железо — металл с атомным номером 26. В типичных школьных соединениях проявляет степени окисления +2 и +3.
02С разбавленной HCl железо даёт FeCl₂ и H₂. С хлором образуется FeCl₃, поскольку Cl₂ способен окислить железо до +3.
03Более активный металл может вытеснять менее активный из раствора соли. Водная среда ограничивает применение общей схемы.
04Во влажном воздухе железо постепенно окисляется с образованием ржавчины сложного состава. Она включает гидратированные оксиды и оксигидроксиды, поэтому её нельзя точно описать одной формулой Fe₂O₃.
05Ряд 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.
06Покрытия ограничивают контакт со средой, а цинковое покрытие может дополнительно обеспечивать электрохимическую защиту. Выбор способа зависит от условий.
Тест по параграфу10 вопросов · 4 варианта · один правильный · 0,5 балла за ответ · максимум 5
1. Обычные степени Fe в изучаемых соединениях?
2. Формула хлорида железа(II)?
3. Продукт Fe с Cl₂ в школьной схеме?
4. Продукт Fe с разбавленной HCl?
5. Что даёт Fe с S?
6. Роль Fe при Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu?
7. Что происходит с Cu²⁺ в этой реакции?
8. Ржавчина — это…
9. Почему ржавчина обычно не защищает как плёнка Al?
10. Зачем применяют защитные покрытия?

Учебный источник и иллюстрации

Основа: предоставленный учебник «Химия, 9 класс», § 51. Материал переработан для объяснения; источник: 9 класс. Химия — § 51. Железо, его физические и химические свойства.pdf. Научные уточнения учитывают различие молекулярного и немолекулярного строения и границы учебных моделей.

Иллюстрации загружаются непосредственно с Wikimedia Commons; авторы и лицензии указаны под изображениями. Схемы и обучающие модели созданы для этого конспекта.

Royal Society of Chemistry: данные о химических элементах
↑

Загрузка прогресса…