Елементи VIII групи. Родина феруму
План
1. Загальна характеристика елементів VIII групи
2. Розповсюдження у природі елементів родини феруму
3. Добування, властивості, застосування Fe, Co, Ni
4. Добування чавуну та сталі
5. Важливіші сполуки елементів родини феруму та їх використання
Рекомендована література
Основна: [1, 2, 3]
Додаткова: [3, 4, 5, 7]
Міні-лексикон: феріти, ферати, чавун, сталь
1. Загальна характеристика елементів VIII групи
C.O.
26Fe: 1s22s22p63s23p63d64s2 +2, +3, +6
27Co: - 3d74s2 +2, +3
28Ni: - 3d84s2 +2, +3
Елементи | tопл. | ρ , г/см3 | Ео (В) |
Fe Co Ni | 7,86 8,83 8,9 | -0,44 -0,28 -0,25 |
Отримання металів:
1. Доменний процес: FeS2 Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe
2. Електролізом водних розчинів солей
FeSO4 + 2H2O = Fe + H2 + O2 + H2SO4
K(-): Fe2+ + 2 ē = Fe
A(+): 2H2O - 4 ē = O2 + 4H-
3. Відновленням H2, C, B, Si із оксидів цих металів:
Co3O4 + 4H2 = 3Co +4 H2O
3CoO4 + 8 B = 9Co + 4B2O3
4. Карбонільний метод
Fe(CO)5 = Fe +5 CO
2. Розповсюдження у природі елементів родини феруму
Fe: Fe2O3 - гематит
2FeO3 . 3H2O - бурий залізняк
Fe3O4 - магнетит
FeCO3 -сидерит
FeS2 - пірит
Co:CoAsS - кобальтін
Ni: FeS . NiS - пентлантід
3. Добування, властивості, застосування Fe, Co, Ni
а) відношення до простих речовин
O2 FeO, Fe2O3, Fe3O4,
CoO,Co2O3, NiO
S FeS, NiS, CoS
Me C E3C
Fe, Co, NiN2
_
H2O Fe3O4
|
Fe Co, Ni
Fe – основа важкої для отримання легованих сталей,
промисловості нікелювання, в акумуляторах
4. Виготовлення чавуну та сталі
Сплави
Чавун Сталь
Сплав Fe із C, де вміст Сплав Fe із C, де вміст
карбону становить 2-4% карбону становить до 1,7%
- переробний - малоуглецева
(білий) чавун
- сірий чавун - середня, високоуглецева
- легований чавун - інструментальна
Основні технологічні процеси виплавки чавуну
1. Спалювання коксу:
С + О2 = СО2; СО2 + С = 2 СО
2. Відновлення Fe:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
2Fe + C = Fe3C (цементит)
3. Утворення шлаків:
CaCO3 = CaO + CO2
MgCO3 =MgO + CO2
CaO + MgO + SiO2 = CaMgSiO3
4. Відношення до агресивних середовищ:
H2O
Fe3O4+ H2
HCl FeCl2, NiCl2
H2SO4(p) FeSO4, NiSO4
Me H2SO4(k) _
Fe, Co, Ni _
HNO3(k)
HNO3(p) Me(NO3)3 + NO + H2O
NaOH _
Fe
+2 +3 +6
FeO Fe2O3FeO3
Fe(OH)2 Fe(OH)3 Na2FeO4
FeCl2, FeSO4 FeCl3, Fe2(SO4)3 ферат
+7 +2 +2 +3
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 = 4Fe(OH)3
Якісні реакції на:
а) йон Fe2+
3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + 6KCl
б) йон Fe3+
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]2 + 12KCl - берлінська блакить
FeCl3 + 3NH4SCN = Fe(SCN)3 + 3 KCl - темно-червоне забарвлення
Виробництво сталі здійснюється за допомогою реакції окиснення
C, Si, Mn, P, S.
Стадії
1. Окиснення Fe: 2Fe + O2 = 2FeO
окиснення домішок C, Si, Mn, P, S за допомогою FeO
Si + 2 FeO = SiO2 +2Fe; Mn + FeO = MnO + Fe
2. P + 5FeO = P2O5 + 5 Fe
C + FeO = CO + Fe
S + FeO = SO2 + Fe
3. Утворення шлаків
MnO + SiO2 = MnSiO3
4CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2 . CaO - томасшлак
Способи одержання сталі:
1) киснево-конвертерний
2) мартенівський
3) томасівський
4) електротермічний
5. Важливіші сполуки елементів родини феруму та їх використання
Формула | Назва | Використання |
FeS2 | Пірит | Для отримання Н2SО4 |
FeSO4 . 7H2O | Залізний купорос | Як фунгіцид, для виробництва чорнил та мінеральних фарб |
Fe2(SO4)3 | Ферум (ІІІ) сульфат | Як коагулятор при очищенні води |
CoCl2 . 6H2O | Хлорид Со(ІІ) | Як показник вологості |
Ni2O3 | Нікель (ІІІ) оксид | В акумуляторах |
Питання для самоконтролю
1. Які елементи складають побічну групу VIII групи?
2. Які ступені окиснення характерні для елементів родини феруму?
3. Які кислотно-основні та окисно-відновні властивості мають оксидні та гідроксидні сполуки елементів підгрупи феруму?
4. Охарактеризуйте здатність до утворення комплексних сполук елементів підгрупи феруму.
5. Охарактеризуйте сферу використання елементів підгрупи феруму.
6. Допишіть рівняння реакцій:
Fe(OH)3 + KOH =
FeCl2 + KNO2 + HCl =
FeCl3 + SnCl2 =
Fe + H2O =
FeCO3 + H2O + CO =
Ni2O3 + HCl =
CoO + ZnO =
7. Зразок руди містить 90% Fe3O4, решта – пуста порода. Обчисліть масу Fe в 1 т руди.
8. У зразку руди, в складі якої знаходиться Fe2O3, червоного залізняку міститься 65%. Визначте відсотковий вміст оксиду в руді.
CПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ