Лабораторная работа №3 железо

Приборы и реактивы. (Полумикрометод.) Железо (стружка). Цинк (гранулированный). Гексагидрат сульфата аммония-железа (II) (соль Мора). Хлорид железа (III). Сероводородная вода. Лакмус (нейтральный раствор). Растворы: соляной кислоты (2 н.), серной кислоты (2 н. и пл. 1,84 г/см³), азотной кислоты (2 н.), ортофосфорной кислоты (2 н.), едкой щелочи (2 н.), пероксида водорода (3%-ный), гексациано-(II)феррата калия (0,5 н.), роданида калия (или аммония) (0,01 н.), хлорида железа (111) (0,5 н.), перманганата калия (0,5 н.), нитрата серебра , иодида калия (0,5 н.), сульфида аммония (0,5 н.).

Опыт 1. Взаимодействие железа с кислотами

Налейте в четыре пробирки по пять капель кислот: 2 н. HCl, 2 н. H₂SO₄, концентрированной H₂SO₄ (пл. 1,84 г/см³), 2 н. HNO₃ . В каждую пробирку внесите кусочек железной стружки. Пробирку с концентрированной серной кислотой нагрейте. Затем добавьте во все растворы по капле 0,01 н. раствора роданида калия или аммония, которые образуют с ионами железа (III) соль Fe(SCN)₃, интенсивно окрашенную в красный цвет. В каких пробирках образовались ионы Fe³⁺?

В тех кислотах, где не произошло окрашивания раствора в красный цвет, при растворении железа образуются ионы Fe²⁺ .

Чем объясняется, что при взаимодействии железа с серной кислотой разной концентрации образуются ионы железа различной степени окисления? Запишите уравнения реакций растворения железа в различных кислотах и укажите в каждом случае окислитель.

Опыт 2. Получение дигидроксида железа и его окисление кислородом воздуха. В солях железа (II) вследствие частичного окисления на воздухе всегда присутствуют в небольшом количестве ионы железа (III). Поэтому для изучения свойств железа (II) следует брать кристаллическую двойную соль: гексагидрат сульфата аммония-железа (II) (NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O (соль Мора) и для каждого опыта готовить свежий раствор, растворяя два микрошпателя этой соли в 5 – 6 каплях воды. Двойная соль Мора в растворе полностью диссоциирует на все составляющие ионы, поэтому в уравнениях реакций можно записывать лишь формулу сульфата двухвалентного железа.

Поместите в пробирку три капли раствора соли Мора и добавьте по каплям 2н. раствор щелочи до выпадения зеленоватого осадка частично окислившегося дигидроксида железа. Перенесите часть осадка в другую пробирку и проверьте, взаимодействует ли он с 2 н. соляной кислотой.

Какие свойства проявляет в этой реакции дигидроксид железа? Остальной осадок перемешайте стеклянной палочкой и наблюдайте через несколько минут побурение вследствие образования тригидроксида железа. Запишите уравнения образования дигидроксида железа и его окисления в тригидроксид под действием кислорода воздуха и воды.

Опыт 3. Характерные реакции на ионы железа

а) Взаимодействие солей железа (II) с гексациано-(III)ферратом калия. Приготовьте в пробирке раствор соли Мора (NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O и добавьте каплю раствора гексациано-(III)феррата калия (красной кровяной соли K₃[Fe(CN)₆]. Отметьте цвет осадка, напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде и дайте рациональное наименование полученному веществу, известному под названием турнбулева синь.

б) Взаимодействие солей железа (III) с гексациано-(II)ферратом калия. Поместите в пробирку 2-3 капли раствора трихлорида железа и добавьте одну каплю раствора гексациано-(II)феррата калия (желтой кровяной соли) K₄[Fe(CN)₆]. Отметьте цвет осадка, напишите уравнение реакции в молекулярном и ионном виде и дайте химическое наименование полученному веществу, известному под названием берлинская лазурь.

в) Взаимодействие солей железа (III) с роданидом калия (или аммония). Поместите в пробирку 2 – 3 капли раствора трихлорида железа и добавьте каплю 0,01 н. раствора роданида калия (или аммония). Такой же опыт проделайте со свежеприготовленным раствором соли Мора и убедитесь, что интенсивное красное окрашивание характерно только для роданида железа (III). Напишите уравнение реакции в молекулярном виде.

Опыт 4. Восстановительные свойства железа (II)

а) Восстановление перманганата калия. Поместите в пробирку 5 капель раствора перманганата калия и 2 капли 2 н. раствора серной кислоты. Внесите в раствор один микрошпатель гексагидрата сульфата аммония-железа (II) (соли Мора). Обесцвечивание раствора происходит вследствие восстановления фиолетового иона MnO₄^- в кислой среде до практически бесцветного в разбавленных растворах иона марганца (II). Напишите уравнение реакции.

б) Восстановление пероксида водорода. Приготовьте в двух пробирках раствор соли Мора. В одну добавьте 3 капли 2 н. раствора серной кислоты и 3 капли 3%-ного раствора пероксида водорода H₂O₂ , а затем в обе пробирки – по одной капле 0,01 н. раствора роданида калия (или аммония). В какой пробирке обнаруживаются ионы железа (III)? Восстановите пероксид водорода солью Мора (NH₄)₂SO₄·FeSO₄·6H₂O в щелочной среде. Что представляет собой выпадающий осадок? Напишите уравнения обеих окислительно-восстановительных реакций.

в) Восстановление нитрата серебра. Приготовьте в двух пробирках раствор соли Мора. В одну из них добавьте равный объем раствора нитрата серебра и слегка нагрейте на пламени горелки (не доводя до кипения). Что наблюдается? Охладите пробирку и добавьте в нее и в контрольную пробирку по капле 0,01 н. раствора роданида калия (или аммония). В какой пробирке появляется окрашивание и почему? Напишите уравнение восстановления нитрата серебра до металлического серебра сульфатом железа (II).

Опыт 5. Получение тригидроксида железа и иследование его свойств

Внесите в две пробирки по пять капель раствора трихлорида железа и добавьте по три капли 2 н. раствора щелочи до получения бурого осадка тригидроксида железа. Испытайте полученный гидроксид на растворимость в 2 н. кислоте и щелочи.

Слабые кислотные свойства тригидроксида железа не проявляются при взаимодействии с растворами щелочей и лишь при сплавлении со щелочами или карбонатами образуются соли железистой кислоты, называемые ферритами. Ферриты нацело гидролизуются водой и потому не могут существовать в растворе.

Напишите уравнения реакций: а) взаимодействия трихлорида железа с раствором щелочи; б) растворения тригидроксида железа в кислоте; в) образования ферритов при сплавлении Fe₂O₃ с KOH и с Na₂CO₃; г) гидролиза феррита. К какой группе гидроксидов относится тригидроксид железа?

Опыт 6. Окислительные свойства железа (III)

а) Окисление иодида калия. В пробирку с тремя каплями раствора FeCl₃ добавьте 1-2 капли раствора иодида калия. Как окрашивается раствор? Почему? Напишите уравнение реакции.

б) Окисление цинка. В пробирку с тремя каплями раствора FeCl₃ внесите кусочек цинка. Что наблюдается на поверхности цинка? Напишите уравнение реакции.