Опыт взаимодействие железа с водой

Тема. Железо и его соединения.

познакомить с некоторыми химическими свойствами соединений железа в различных степенях окисления.

Реактивы: железные опилки Fe, соль Мора (NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O, раствор хлорида железа (III) FeCl₃, раствор гексационоферрата (III) калия K₃[Fe(CN)₆], раствор гексационоферрата (II) калия K₄[Fe(CN)₆], раствор роданида калия KCNS, раствор соляной кислоты HCl (концентрированный и разбавленный), раствор серной кислоты H₂SO₄ (концентрированный и разбавленный), раствор азотной кислоты HNO₃ (концентрированный и разбавленный), раствор гидроксида натрия NaOH (концентрированный и разбавленный).

Посуда и оборудование: спиртовка, держатель для пробирок, штатив для пробирок, шпатель, пробирки, стеклянная палочка.

Опыт 1. Свойства металлического железа

Испытайте действие на железо концентрированных и разбавленных кислот при обычных условиях и при нагревании.

Для этого поместите железные опилки в пробирку и прилейте несколько капель разбавленной соляной кислоты, запишите наблюдаемые явления и дайте им объяснения. Опыт повторите с разбавленными растворами серной и азотной кислот. Осторожно нагрейте те пробирки, в которых не происходит взаимодействие железа с кислотой. Отметьте наблюдения.

Повторите опыт с концентрированными растворами кислот. Запишите наблюдаемые явления, обратите внимание на цвет и запах выделяющихся газов и на цвет растворов.

1. В пробирку поместили железные опилки и прилили несколько капель разбавленной соляной кислоты.

Наблюдается выделение бесцветного газа, раствор окрашивает-ся в бледно-зеленый цвет

Fe 0 – 2e Fe 2+ восстановитель

2H + + 2e H₂

Железо взаимодействует с соляной кислотой, проявляя восстановитель-ные свойства, в результате реакции образуется соль – хлорид железа (II) и выделяется бесцветный газ — водород

Опыт 2. Гидроксид железа (II), получение и свойства

Вскипятите немного воды, охладите ее и добавьте несколько кристаллов соли Мора (NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O. В пробирку со свежеприготовленным раствором соли Мора прилейте раствор гидроксида натрия до выпадения осадка. Отметьте цвет осадка. Оставьте осадок на воздухе и наблюдайте за быстрым изменением окраски.

Запишите уравнение реакции получения гидроксида железа (II) (в уравнении учитывайте только FeSO₄) в молекулярной и ионной форме и уравнение окисления гидроксида железа (II) кислородом воздуха. Сделайте вывод об устойчивости ионов двухвалентного железа.

Опыт 3. Гидроксид железа (III), получение и свойства

В пробирку поместите несколько капель раствора хлорида железа (III) и прибавьте по каплям раствор гидроксида натрия до выпадения осадка. Отметьте цвет осадка. Полученный осадок разделите на две части. К первой прилейте по каплям раствор соляной кислоты, ко второй – концентрированный раствор гидроксида натрия. Запишите наблюдаемые явления.

Запишите уравнения получения гидроксида железа (III). Приведите уравнения растворения гидроксида железа (III) в кислоте и в щелочи, сделайте вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида железа (III).

Взаимодействие соли железа (II) с гексационоферратом (III) калия (качественная реакция на ионы Fe 2+ )

В пробирку с раствором соли Мора (NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O прилейте несколько капель раствора гексационоферрата (III) калия (красной кровяной соли). Отметьте цвет осадка. Запишите уравнение реакции, дайте название образовавшемуся соединению KFe +2 [Fe +3 (CN)₆] (используйте справочную литературу).

Взаимодействие соли железа (III) с гексационоферратом (II) калия (качественная реакция на ионы Fe 3+ )

В пробирку с раствором хлорида железа (III) прилейте несколько капель раствора гексационоферрата (II) калия (желтой кровяной соли). Отметьте цвет осадка. Запишите уравнение реакции, дайте название образовавшемуся соединению KFe +3 [Fe +2 (CN)₆] (используйте справочную литературу).

Взаимодействие соли железа (III) с роданидом калия (качественная реакция на ионы Fe 3+ )

В пробирку с раствором хлорида железа (III) прилейте несколько капель раствора роданида калия. Отметьте цвет раствора. Запишите уравнение реакции.

Сделайте общий вывод по работе.

Пример оформления отчета приведен в лабораторной работе №2.

Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. – М.: Экзамен, 2004. – С. 415–416.
Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Химия. Для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: ОНИКС 21 век: Мир и образование, 2002. – С. 258–259.
Габриелян О.С., Остроумов И.Г., Соловьев С.Н., Маскаев Ф.Н. Общая химия: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений с углубленным изучением химии. – М.: Просвещение, 2005. – С. 345–352.
Фримантл М. Химия в действии. Т.2. – М.: Мир, 1991. – С. 147–149.

Источник

Взаимодействие воды с металлами

Вода обладает разнообразными свойствами. Она может замерзать. Превращаться в пар. С водой человек дружит с рождения. Помимо всего этого она так же может вступать во взаимодействие с металлом. Как? Читайте нашу статью, и Вы узнаете об этом! Вступая в контакт с жидкостью, металлы способны давать самые удивительные реакции! Например: чтобы насытить воду железом её настаивают несколько часов на железе, после чего употребляют во внутрь, а если бросить в стакан с водой щелочной металл то произойдет взрыв. Существует множество разнообразных металлов и каждый случай взаимодействия уникален! Проводите опыты, делайте собственные открытия, а посвятить Вас в основы взаимодействия воды с металлами поможет наша статья!

Как они взаимодействуют?

Взаимодействие металла с водой может происходить по разному, в зависимости от металла и воды. Каждый металл обладает своими неповторимыми особенностями. Так же, может показаться, что формулы очень сложные, однако со временем Вы легко научитесь их читать. Если алюминий, железо вступает в активные реакции с водой, то это значит что в нем присутствуют образующиеся соли. Он окисляется ионами водорода. Проследить это можно по формуле и записать в виде сокращенной формулировки Me + nH + → Me n+ + H₂↑

Вступая в реакцию с водой, в исключительных ситуациях образуются гидроксиды. Очень активно в спокойных условиях вступают в реакцию с влагой щелочные металлы, например Литий (Li), натрий (Na) , Калий (К), Рубидий (Rb) , Цезий (Cs), Франций (FR).

Щелочные металлы вступают в очень бурную реакцию с водой. Отследить процесс взаимодействия металлов с водой можно по формулам:

NaH + HCl ® NaCl + H₂

Разные активные реакции металлы выдают так же при различных условиях. Например, в состоянии покоя и при комнатной температуре реакция может быть одна, а в других условиях взаимодействие проявляться по разному: Тихо, спокойно, бурно.

Активные металлы способны вступать во взаимодействие с водой при обычных условиях согласно схеме: 2Me + 2nH2O → 2Me(OH)n + nH2 .Итогом окисления как правило становится гидроксид Me(OH)n (где n-степень окисления металла).

Приведем пример: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑

Металлы же со средней степенью активности вступают во взаимодействие с водой при нагревании по схеме: 2Me + nH2O Me2On + nH2 . Итогом такой реакции становится появление оксида металла. Его формула — Me2On (где n-степень окисления металла) .

Пример взаимодействие активных металлов с водой

Металлы так же используют при изготовлении кухонной утвари. К примеру алюминиевая сковородка, металлический корпус чайника, лопасти блендера. Тут важна стойкость металла. Самой известной реакцией металла на воду является окисление самой обыкновенной стали на воздухе и в воде. Железо в таком случае разрушается, ржавеет. Происходящие при этом процессы являются весьма сложными и удивительным природным процессом. Если же окисление происходит в морской воде, то процесс ускоряется, этому способствует определенная концентрация соли находящаяся в составе воды.

Противостоять образованию ржавчины можно при использовании разнообразных лаков, призванных защитить от коррозии металла и перехитрить химические законы! Так же, вода вступая в реакцию с нагретым металлом способна образовывать накипь.

Это явление можно наблюдать на частях чайника сделанных из алюминия или стали, который давно не чистили. Такой чайник достаточно прокипятить с лимонной кислотой и он снова будет как новый!

Иногда образование накипи не связано с активными металлами, а имеет немного другую природу. В частности, накипь может появляться из-за солей жесткости в воде. В таком случае нужно купить качественный фильтр для жесткой воды.

Источник

Реакция железа с водой

Железо вода реакция

Реакцию железа с водой можно выразить следующим суммарным уравнением:

Реакция идет с достаточной скоростью при нагревании (примерно до 400 °С). На ней был основан железопаровой способ получения водорода, утративший в настоящее время практическое значение. Однако эта реакция представляет интерес для истории химии: этим превращением в конце XVIII в. было доказано, что вода не простое вещество, а химическое соединение, в состав которого входит «горючий воздух» (т. е. водород).

Для опыта удобно воспользоваться свежевосстановленным железом в виде порошка, полученным взаимодействием водорода с оксидом железа (III) при сильном нагревании. Вместо восстановленного железа можно взять железные стружки, очищенные от оксидов железа споласкиванием их в кислоте, обезжиренные раствором щелочи, промытые водой и высушенные. Однако в этом случае реакция протекает медленнее.

Железо помещают в железную трубку, куда подводится вода (водяной пар). На рисунке 2 изображен вариант I опыта в железной трубке с диаметром 1,5—2 см. Более удобной для опытов является изогнутая трубка с длиной колен 15 и 25 см, которую можно изготовить в порядке самооборудования.

Рис. 2. Установка для взаимодействие раскаленного железа с водяным паром (вариант I):

1 — железная трубка, 2 — пробки, 3 — алонж, 4 — капельная воронка, 5 — газоотводная трубка, 6 — цилиндр, 7 — чаша кристаллизационная, 5 — горелка с насадкой.

В среднюю часть трубки 1 ближе к пробке помещают около 20 г железного порошка (или железных стружек) и слабо запирают его стеклянной ватой. Концы трубки закрывают хорошо подогнанными корковыми пробками 2 с отверстиями для алонжа 3 с капельной воронкой 4 и газоотводной трубкой 5. Нагревают железную трубку, не доводя ее до красного каления (более высо кая температура способствует обратному — эндотермическому — процессу). Из капельной воронки 4 прибавляют по каплям воду.

После вытеснения из установки воздуха образующийся водород собирают в цилиндры и испытывают его, соблюдая правила техники безопасности. Заканчивают опыт: вынимают газоотводную трубку вместе с пробкой, прекращают нагревание железной трубки и приливание воды из капельной воронки. Содержащиеся в трубке оксиды железа могут быть использованы для восстановления из них железа для опытов, а иногда их оставляют в трубке для проведения другого опыта — восстановления оксидов железа водородом.

Рис. 3. Установка для взаимодействия железа с водяным паром (вариант II):

1 — колба круглодонная с водой, 2 —тройник, 3 — стеклянная трубка с порошком восстановленного железа между комками стеклянной ваты, 4 — газоотводная трубка, 5 — чаша кристаллизационная, б — цилиндр, 7 — газовая горелка со щелевой насадкой.

В другом варианте опыта, при котором пропускают над раскаленным железом не воду, а водяные пары, применяют не изогнутую, а прямую железную или фарфоровую трубку. В этой установке использовано сочетание двух типов реакторов: колба и реакционная трубка.

Для проведения опыта собирают установку, изображенную на рисунке 3. В трубке 3 помещают железный порошок или железные опилки между комками стеклянной ваты. Трубку сильно накаливают, после чего воду в колбе 1 доводят до кипения (для равномерного кипения в колбу помещают капилляры-кипятильники). Избыток пара выходит через тройник 2. Через несколько минут, когда из установки будет вытеснен воздух, подводят под цилиндр 6 газоотводную трубку и собирают водород. Наличие водорода доказывают поджиганием собранного в цилиндре газа.

Восстановление железа водородом

Взаимодействие железа с водой может протекать и в обратном направлении. Восстановление оксидов железа водородом — эндотермические процессы:

Для проведения опыта можно использовать установку, показанную на рисунке 3.

Рис. 3. Установка для получения железа восстановлением оксидов железа водородом:

1 — газоотводная трубка для подачи водорода, 2 — промывная склянка с концентрированной серной кислотой, 3 — железная трубка, 4 — стакан с охлаждающей смесью, 3 — приемник с обезвоженным медным купоросом, 6 — пробирка для собирания водорода.

Поступающий из аппарата Киппа по трубке 1 водород проходит через концентрированную серную кислоту в склянке 2 и в сухом виде проникает в реакционную трубку 3, и далее водород выходит наружу через трубку 6. После вытеснения из установки воздуха (проба водорода на чистоту!) водород поджигают у газоотводной трубки 6. Затем сильно нагревают трубку 3 с оксидом железа, что может привести к угасанию пламени у отверстия трубки 6. Через 10—15 мин разъединяют реактор с приемником, вынув пробку из него. В пробирке легко можно заметить голубые кристаллы медного купороса.

Они образовались при взаимодействии безводного сульфата меди с водой — одним из продуктов реакции водорода с оксидами железа. После этого прекращают нагревание трубки, продолжая пропускать водород до ее остывания. Высыпают содержимое трубки на стекло или в фарфоровую чашку и сравнивают его с исходным веществом. Если для опыта был взят оксид железа (III) красного цвета, то он отличается от образовавшегося продукта реакции — железа — по цвету и отсутствию магнитных свойств. В том же случае, когда в реакционной трубке находится оксид Fe₃О₄, в состав которого входит железо со степенями окисления +2 и +3, то исходные и конечные продукты идентифицируют при помощи разбавленной соляной кислоты, а не с помощью магнита, так как оба они — железо (Fe) и оксид железа (Fe₃О₄) — почти не отличаются по цвету и обладают магнитными свойствами.

Полученное таким способом железо может быть использовано в качестве катализатора при синтезе аммиака.

Железо восстановленное, Fe

Горючий порошок. Состав, % (масс): железо 98,5, углерод 0,18, кислород 0,9. Дисперсность образца менее 50 мкм. Т. самовоспл.: аэрогеля 240 °С, аэровзвеси 400 °С; нижн. конц. предел распр. пл. 100 г/м 3 ; макс. давл. взрыва 250 кПа; макс, скорость нарастания давл. 3 МПа/с; МВСК 13,1% (об.); миним. энергия зажигания аэровзвеси 80 мДж. В зависимости от состава и дисперсности образца нижн. конц. предел распр. пл. колеблется в интервале 66—460 г/м 3 .

Железо Fe физические свойства

Порошок железа в зависимости от состава, крупности и технологии получения может быть горючим или трудногорючим веществом. Уменьшение размеров частиц порошка, т-ры восстановления или отжига, содержания кислорода способствуют развитию пирофорных свойств.

Железные порошки марок ПЖМ и ПЖОМ дисперсностью 40—100 мкм имеют следующие показатели пожаро-взрывоопасности: т. самовоспл. аэрогеля 260—460 °С, аэровзвеси 300—940 °С; нижн. конц. предел распр. пл. 100—875 г/мз. макс. давл. взрыва 101,3—3039 кПа; скор, нарастания давл. взрыва 1 — 18,2 МПа/с; МВСК 13—18% (об.); миним. энергия зажигания 6,8—23 мДж; железные порошки марок ПЖС и ПЖИ не воспламеняются в слое вплоть до 1000 °С и в аэровзвеси до 2000 0 С.

Для определения пожароопасных свойств использованы нестандартные методики, можно применять распыленную воду.

Железо карбонильное

Горючий порошок. Содержание Fe 99% (масс). Дисперсность образца менее 74 мкм. Т. самовоспл.: аэрогеля 170 °С, аэровзвеси 320 °С; нижн. конц. предел распр. пл. 105 г/м 3 ; миним. энергия зажигания 20 мДж; при конц. пыли 1000 г/м 3 макс, давл. взрыва 300 кПа; макс, скорость нарастания давл. 16,6 МПа/с; МВСК 10% (об.) при разбавлении пылевоздушной смеси диоксидом углерода. Для образца со следами аммиаками дисперсностью менее 44 мкм т. самовоспл.: аэрогеля 260 °С, аэровзвеси 460 °С; нижн. конц. предел распр. пл. 120 г/м 3 ; при конц. пыли 500 г/м 3 макс. давл. взрыва 350 кПа; макс, скорость нарастания давл. 48,2 МПа/с; миним. энергия зажигания 120 мДж [471]. Средства тушения: табл. 4.1, гр. 3.

Железо карбонильное КЖ-20ф

Горючий серый порошок. Состав, % (масс): железо 97—98, углерод 0,7—0,8, азот 0,7—0,8, фосфор 0,01. Насыпная масса 2500—4500 кг/м 3 . Дисперсность образца 2—3 мкм. Т. воспл, 473 °С; т. самовоспл. 542 °С; т. тлен. 223 °С; нижн. конц. предел распр. пл. 102 г/м 3 . Средства тушения: табл. 4.1, гр. 3.

Железо карбонильное КЖР-10ф

горючий серый порошок. Состав, % (масс): железо 97—98, углерод 0,8—0,9, азот 0,8—0,9, фосфор 0,01. Насыпная масса 2500—4500 кг/м 3 . Дисперсность образца 3—4 мкм. Т. воспл. 482 °С; т. самовоспл. 555 °С; т. тлен. 229 °С; нижн. конц. предел распр. пл. 106 г/м 3 . Средства тушения: табл. 4.1, гр. 3.

Железо электролитическое

Горючее вещество, склонно к самовозгоранию. Дисперсность образца 25 мкм. Т. самовоспл. аэровзвеси 430 °С; т. тлен. 350 °С; нижн. конц. предел распр. пл. 220 г/м 3 ; макс, давл. взрыва 330 кПа; миним. энергия зажигания 240 мДж; МВСК 13% (об.) [394, 532]. Средства тушения: табл. 4.1, гр. 10.

Статья на тему Реакция железа с водой

Опыт взаимодействие железа с водой