เหล็กเป็นองค์ประกอบของกลุ่มย่อยที่สองของกลุ่มที่แปดของช่วงเวลาที่สี่ของระบบธาตุ องค์ประกอบทางเคมี D. I. Mendeleev ที่มีเลขอะตอม 26 ถูกกำหนดโดยสัญลักษณ์ Fe (lat. Ferrum) หนึ่งในโลหะที่พบมากที่สุดในเปลือกโลก (อันดับสองรองจากอะลูมิเนียม) โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลาง, ตัวรีดิวซ์.
สถานะออกซิเดชันหลัก - +2, +3
เหล็กที่มีสารธรรมดาคือโลหะสีเงินขาวที่หลอมละลายได้ซึ่งมีปฏิกิริยาทางเคมีสูง เหล็กจะสึกกร่อนอย่างรวดเร็วที่อุณหภูมิสูงหรือความชื้นในอากาศสูง ในออกซิเจนบริสุทธิ์ เหล็กจะถูกเผาไหม้ และในสภาพที่กระจายตัวอย่างละเอียด มันจะติดไฟได้เองในอากาศ
คุณสมบัติทางเคมีของสารอย่างง่าย - เหล็ก:
การเกิดสนิมและการเผาไหม้ในออกซิเจน
1) ในอากาศ เหล็กสามารถออกซิไดซ์ได้ง่ายเมื่อมีความชื้น (เป็นสนิม):
4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe(OH) 3
ลวดเหล็กร้อนเผาไหม้ในออกซิเจน ก่อตัวเป็นสเกล - เหล็กออกไซด์ (II, III):
3เฟ + 2O 2 → เฟ 3 O 4
3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 °С)
2) ที่อุณหภูมิสูง (700–900°C) เหล็กจะทำปฏิกิริยากับไอน้ำ:
3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2
3) เหล็กทำปฏิกิริยากับอโลหะเมื่อถูกความร้อน:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 (200 °C)
Fe + S – t° → FeS (600 °C)
Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 °С)
4) ในชุดของแรงดันไฟฟ้า มันอยู่ทางด้านซ้ายของไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยากับกรดเจือจาง Hcl และ H 2 SO 4 ในขณะที่เกิดเกลือของเหล็ก (II) และปล่อยไฮโดรเจน:
Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (ปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยไม่มีอากาศเข้า มิฉะนั้น Fe +2 จะค่อยๆ ถูกเปลี่ยนโดยออกซิเจนเป็น Fe +3)
Fe + H 2 SO 4 (ต่างกัน) → FeSO 4 + H 2
ในกรดออกซิไดซ์เข้มข้น เหล็กจะละลายเมื่อถูกความร้อนเท่านั้น และจะผ่านเข้าไปในไอออนบวก Fe 3+ ทันที:
2Fe + 6H 2 SO 4 (สรุป) – t° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Fe + 6HNO 3 (สรุป) – t° → Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O
(ในกรดไนตริกและกรดกำมะถันเข้มข้นที่เย็นจัด เฉยเมย
ตะปูเหล็กที่แช่อยู่ในสารละลายสีน้ำเงินของคอปเปอร์ซัลเฟตจะค่อยๆ เคลือบด้วยทองแดงเมทัลลิคสีแดง
5) เหล็กแทนที่โลหะทางด้านขวาในสารละลายของเกลือ
เฟ + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu
แอมโฟเทอริซิตี้ของธาตุเหล็กจะปรากฏเฉพาะในด่างเข้มข้นระหว่างการเดือด:
Fe + 2NaOH (50%) + 2H 2 O \u003d Na 2 ↓ + H 2
และเกิดการตกตะกอนของโซเดียมเตตระไฮดรอกโซเฟอร์เรต(II)
เหล็กเทคนิค- โลหะผสมของเหล็กกับคาร์บอน: เหล็กหล่อมี 2.06-6.67% C, เหล็ก 0.02-2.06% C, สิ่งเจือปนตามธรรมชาติอื่น ๆ (S, P, Si) และสารเติมแต่งพิเศษที่แนะนำเทียม (Mn, Ni, Cr) มักมีอยู่ซึ่งทำให้โลหะผสมเหล็กในทางเทคนิค คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์– ความแข็ง ความต้านทานต่อความร้อนและการกัดกร่อน ความอ่อนตัว ฯลฯ .
กระบวนการผลิตเหล็กเตาหลอม
กระบวนการผลิตเหล็กในเตาหลอมประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:
ก) การเตรียม (การคั่ว) แร่ซัลไฟด์และคาร์บอเนต - การแปลงเป็นแร่ออกไซด์:
FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 °С, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 °С, -CO 2)
b) การเผาโค้กด้วยระเบิดร้อน:
C (โค้ก) + O 2 (อากาศ) → CO 2 (600-700 ° C) CO 2 + C (โค้ก) ⇌ 2CO (700-1,000 ° C)
c) การลดลงของแร่ออกไซด์ด้วยคาร์บอนมอนอกไซด์ CO อย่างต่อเนื่อง:
Fe2O3 →(CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 →(CO) FeO →(CO)เฟ
d) คาร์บูไรเซชั่นของเหล็ก (สูงถึง 6.67% C) และการหลอมเหล็กหล่อ:
เฟ (ท ) →(ค(โคก)900-1200°ซ) Fe (g) (เหล็กหล่อ, t pl 1145°C)
ในเหล็กหล่อ ซีเมนต์เฟต Fe 2 C และกราไฟต์มักอยู่ในรูปของธัญพืช
การผลิตเหล็ก
การกระจายเหล็กหล่อเป็นเหล็กจะดำเนินการในเตาเผาพิเศษ (ตัวแปลง, เปิดเตา, ไฟฟ้า) ซึ่งแตกต่างกันในวิธีการให้ความร้อน อุณหภูมิกระบวนการ 1,700-2,000 °C การเป่าอากาศที่อุดมด้วยออกซิเจนจะเผาผลาญคาร์บอนส่วนเกินจากเหล็กหล่อ เช่นเดียวกับซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส และซิลิกอนในรูปของออกไซด์ ในกรณีนี้ ออกไซด์อาจถูกจับในรูปของก๊าซไอเสีย (CO 2, SO 2) หรือจับตัวเป็นตะกรันที่แยกออกได้ง่าย ซึ่งเป็นส่วนผสมของ Ca 3 (PO 4) 2 และ CaSiO 3 เพื่อให้ได้เหล็กชนิดพิเศษ จึงมีการนำสารเติมแต่งโลหะผสมของโลหะอื่นเข้าสู่เตาหลอม
ใบเสร็จเหล็กบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรม - อิเล็กโทรไลซิสของสารละลายเกลือเหล็ก ตัวอย่างเช่น:
FeCl 2 → Fe↓ + Cl 2 (90°C) (อิเล็กโทรลิซิส)
(ยังมีวิธีการพิเศษอื่น ๆ รวมถึงการรีดิวซ์ออกไซด์ของเหล็กด้วยไฮโดรเจน)
เหล็กบริสุทธิ์ใช้ในการผลิตโลหะผสมพิเศษ ในการผลิตแกนของแม่เหล็กไฟฟ้าและหม้อแปลง เหล็กหล่อใช้ในการผลิตการหล่อและเหล็กกล้า เหล็กใช้เป็นวัสดุโครงสร้างและเครื่องมือ รวมถึงการสึกหรอ ความร้อน และการกัดกร่อน - วัสดุที่ทนทาน
เหล็ก (II) ออกไซด์ ฉ สอศ . แอมโฟเทอริกออกไซด์ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานเด่นมาก สีดำ มีโครงสร้างไอออนของ Fe 2+ O 2- เมื่อได้รับความร้อน มันจะสลายตัวก่อนแล้วจึงเปลี่ยนรูปใหม่ มันไม่ได้เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของเหล็กในอากาศ ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ ย่อยสลายด้วยกรด ผสมกับด่าง ออกซิไดซ์ช้าๆในอากาศชื้น นำกลับมาใช้ใหม่โดยไฮโดรเจน โค้ก มีส่วนร่วมในกระบวนการหลอมเหล็กของเตาหลอม ใช้เป็นส่วนประกอบของเซรามิกส์และสีแร่ สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
4FeO ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °С, 900-1,000 °С)
FeO + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 (รวม) \u003d Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
FeO + 4NaOH \u003d 2H 2 O + เอ็น4ฉอีอ3(แดง.) ไตรออกโซเฟอร์เรต(II)(400-500 °С)
FeO + H 2 \u003d H 2 O + Fe (ความบริสุทธิ์สูง) (350 ° C)
FeO + C (โค้ก) \u003d Fe + CO (สูงกว่า 1,000 ° C)
FeO + CO \u003d Fe + CO 2 (900 ° C)
4FeO + 2H 2 O (ความชื้น) + O 2 (อากาศ) → 4FeO (OH) (t)
6FeO + O 2 \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 °С)
ใบเสร็จวี ห้องปฏิบัติการ: การสลายตัวด้วยความร้อนของสารประกอบเหล็ก (II) โดยไม่มีอากาศเข้าถึง:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C)
FeSOz \u003d FeO + CO 2 (490-550 °С)
Diiron ออกไซด์ (III) - เหล็ก ( ครั้งที่สอง ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 . ดับเบิ้ลออกไซด์ สีดำ มีโครงสร้างไอออนของ Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. ทนความร้อนได้สูงถึงอุณหภูมิสูง ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ ย่อยสลายโดยกรด จะลดลงด้วยไฮโดรเจน เหล็กร้อนแดง มีส่วนร่วมในกระบวนการผลิตเหล็กในเตาหลอม ใช้เป็นส่วนประกอบของสีแร่ ( ธาตุเหล็ก), เซรามิค, คัลเลอร์ซีเมนต์. ผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันพิเศษที่พื้นผิวของผลิตภัณฑ์เหล็ก ( ใส่ร้ายป้ายสี). องค์ประกอบสอดคล้องกับสนิมสีน้ำตาลและคราบสีเข้มบนเหล็ก ไม่แนะนำให้ใช้สูตร Fe 3 O 4 สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
2 (Fe II Fe 2 III) O 4 \u003d 6FeO + O 2 (สูงกว่า 1538 °С)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10HNO 3 (รวม) \u003d 3 Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (อากาศ) \u003d 6Fe 2 O 3 (450-600 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 \u003d 4H 2 O + 3Fe (ความบริสุทธิ์สูง 1,000 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO \u003d 3 FeO + CO 2 (500-800 ° C)
(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4 FeO (900-1,000 °С, 560-700 °С)
ใบเสร็จ:การเผาไหม้ของเหล็ก (ดู) ในอากาศ
แม่เหล็ก
เหล็ก (III) ออกไซด์ ฉ อี 2 โอ 3 . แอมโฟเทอริกออกไซด์ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานเด่น สีน้ำตาลแดง มีโครงสร้างเป็นไอออน (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. เสถียรทางความร้อนจนถึงอุณหภูมิสูง มันไม่ได้เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของเหล็กในอากาศ ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ Fe 2 O 3 nH 2 O มีสีน้ำตาลอสัณฐานไฮเดรต Fe 2 O 3 nH 2 O ตกตะกอน ทำปฏิกิริยาอย่างช้าๆกับกรดและด่าง มันถูกรีดิวซ์โดยคาร์บอนมอนอกไซด์ เหล็กหลอมเหลว โลหะผสมกับออกไซด์ของโลหะอื่นและเกิดออกไซด์สองเท่า - สปิเนล(ผลิตภัณฑ์ทางเทคนิคเรียกว่าเฟอร์ไรต์) ใช้เป็นวัตถุดิบในการถลุงเหล็กในกระบวนการเตาถลุงเหล็ก เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตแอมโมเนีย เป็นส่วนประกอบของเซรามิก ซีเมนต์สี และสีแร่ ในการเชื่อมเทอร์ไมต์ของโครงสร้างเหล็ก เป็นตัวพาเสียงและภาพ บนเทปแม่เหล็ก เป็นสารขัดเงาเหล็กและกระจก
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
6Fe 2 O 3 \u003d 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 ° C)
Fe 2 O 3 + 6HC1 (razb.) → 2FeC1 3 + ZH 2 O (t) (600 ° C, p)
Fe 2 O 3 + 2NaOH (สรุป) → H 2 O+ 2 เอ็นกฉอีอ 2 (สีแดง)ไดออกโซเฟอร์เรต(III)
Fe 2 O 3 + MO \u003d (M II Fe 2 II I) O 4 (M \u003d Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)
Fe 2 O 3 + ZN 2 \u003d ZN 2 O + 2Fe (บริสุทธิ์สูง 1,050-1100 ° C)
Fe 2 O 3 + Fe \u003d ZFeO (900 ° C)
3Fe 2 O 3 + CO \u003d 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° C)
ใบเสร็จในห้องปฏิบัติการ - การสลายตัวด้วยความร้อนของเกลือเหล็ก (III) ในอากาศ:
Fe 2 (SO 4) 3 \u003d Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 °С)
4 (Fe (NO 3) 3 9 H 2 O) \u003d 2 Fe a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36H 2 O (600-700 °С)
ในธรรมชาติ - แร่เหล็กออกไซด์ ออกไซด์เฟ 2 โอ 3 และ ลิโมไนต์ Fe 2 O 3 nH 2 O
เหล็ก (II) ไฮดรอกไซด์ ฉ จ(OH) 2 . แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานเด่น สีขาว (บางครั้งมีสีเขียว) พันธะ Fe-OH ส่วนใหญ่เป็นโควาเลนต์ ไม่เสถียรทางความร้อน ออกซิไดซ์ได้ง่ายในอากาศ โดยเฉพาะเมื่อเปียก (มืดลง) ไม่ละลายในน้ำ ทำปฏิกิริยากับกรดเจือจาง ด่างเข้มข้น ตัวซ่อมแซมทั่วไป ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการเกิดสนิมของเหล็ก ใช้ในการผลิตแบตเตอรี่เหล็ก-นิกเกิลจำนวนมากที่ใช้งานอยู่
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
Fe (OH) 2 \u003d FeO + H 2 O (150-200 ° C ใน atm.N 2)
Fe (OH) 2 + 2HC1 (razb.) \u003d FeC1 2 + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + 2NaOH (> 50%) \u003d Na 2 ↓ (สีน้ำเงินอมเขียว) (เดือด)
4Fe(OH) 2 (ระบบกันสะเทือน) + O 2 (อากาศ) → 4FeO(OH)↓ + 2H 2 O (t)
2Fe (OH) 2 (ช่วงล่าง) + H 2 O 2 (razb.) \u003d 2FeO (OH) ↓ + 2H 2 O
Fe (OH) 2 + KNO 3 (รวม) \u003d FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 °С)
ใบเสร็จ: การตกตะกอนจากสารละลายที่มีด่างหรือแอมโมเนียไฮเดรตในบรรยากาศเฉื่อย:
เฟ 2+ + 2OH (ราซบี.) = ฉจ(OH) 2 ↓
เฟ 2+ + 2 (NH 3 H 2 O) = ฉจ(OH) 2 ↓+2NH4
เหล็กเมตาไฮดรอกไซด์ ฉ eO(OH). แอมโฟเทอริกไฮดรอกไซด์ที่มีคุณสมบัติพื้นฐานเด่น พันธะสีน้ำตาลอ่อน Fe-O และ Fe-OH ส่วนใหญ่เป็นโควาเลนต์ เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวโดยไม่ละลาย ไม่ละลายในน้ำ มันตกตะกอนจากสารละลายในรูปของโพลีไฮเดรตอสัณฐานสีน้ำตาล Fe 2 O 3 nH 2 O ซึ่งเมื่อเก็บไว้ภายใต้สารละลายด่างเจือจางหรือเมื่อแห้งจะเปลี่ยนเป็น FeO (OH) ทำปฏิกิริยากับกรด ด่างที่เป็นของแข็ง ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ที่อ่อนแอ เผาด้วย Fe(OH) 2 . ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางในการเกิดสนิมของเหล็ก ใช้เป็นฐานสำหรับสีแร่สีเหลืองและเคลือบฟัน เป็นตัวดูดซับก๊าซไอเสีย เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์สารอินทรีย์
ไม่ทราบองค์ประกอบการเชื่อมต่อ Fe(OH) 3 (ไม่ได้รับ)
สมการของปฏิกิริยาที่สำคัญที่สุด:
เฟ 2 ออ 3 . nH 2 O→( 200-250 °С, —ชม 2 อ) FeO(OH)→( 560-700°C ในอากาศ, -H2O)→เฟ 2 ออ 3
FeO (OH) + ZNS1 (razb.) \u003d FeC1 3 + 2H 2 O
FeO(OH)→ เฟ 2 อ 3 . เอช 2 อ-คอลลอยด์(NaOH (สรุป))
FeO(OH) → เอ็น3 [ฉจ(OH) 6 ]สีขาว, Na 5 และ K 4 ตามลำดับ; ในทั้งสองกรณี ผลิตภัณฑ์สีน้ำเงินที่มีส่วนประกอบและโครงสร้างเดียวกันคือ KFe III จะตกตะกอน ในห้องปฏิบัติการเรียกการตกตะกอนนี้ว่า ปรัสเซียนสีน้ำเงิน, หรือ เทิร์นบูลสีน้ำเงิน:
Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓
Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓
ชื่อทางเคมีของรีเอเจนต์ตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา:
K 3 Fe III - โพแทสเซียมเฮกซาไซยาโนเฟอร์เรต (III)
K 4 Fe III - โพแทสเซียมเฮกซาไซยาโนเฟอร์เรต (II)
KFe III - โพแทสเซียม hexacyanoferrate (II) (III)
นอกจากนี้ ไทโอไซยาเนตไอออน NCS - เป็นรีเอเจนต์ที่ดีสำหรับไอออน Fe 3+ เหล็ก (III) รวมอยู่ด้วย และสีแดงสด ("เลือด") จะปรากฏขึ้น:
เฟ 3+ + 6NCS - = 3-
ด้วยรีเอเจนต์นี้ (เช่น ในรูปของเกลือ KNCS) แม้แต่ร่องรอยของธาตุเหล็ก (III) ก็สามารถตรวจจับได้ในน้ำประปาหากผ่านท่อเหล็กที่ปกคลุมด้วยสนิมจากภายใน
คำนิยาม
เหล็ก (II) ออกไซด์ภายใต้สภาวะปกติ จะเป็นผงสีดำ (รูปที่ 1) สลายตัวเมื่อให้ความร้อนระดับปานกลางและขึ้นรูปใหม่จากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวเมื่อให้ความร้อนเพิ่มเติม
หลังจากการเผาจะไม่ใช้งานทางเคมี ผงไพโรโฟรีน ไม่ทำปฏิกิริยากับ น้ำเย็น. แสดงคุณสมบัติของ amphoteric (โดยมีความเด่นเป็นพื้นฐาน) ออกซิไดซ์ได้ง่ายด้วยออกซิเจน จะลดลงด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอน
ข้าว. 1. เหล็กออกไซด์ (II). รูปร่าง.
สูตรเคมีของเหล็กออกไซด์2
สูตรทางเคมีของเหล็ก (II) ออกไซด์คือ FeO สูตรทางเคมีแสดงองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของโมเลกุล (มีกี่อะตอมและอะตอมใดบ้าง) ตามสูตรทางเคมี คุณสามารถคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของสาร (Ar (Fe) \u003d 56 amu, Ar (O) \u003d 16 amu):
นาย(FeO) = Ar(Fe) + Ar(O);
นาย(FeO) = 56 + 16 = 72.
สูตรโครงสร้าง (กราฟิก) ของเหล็กออกไซด์ 2
สูตรโครงสร้าง (กราฟิก) ของสารจะมองเห็นได้มากขึ้น มันแสดงให้เห็นว่าอะตอมเชื่อมต่อกันอย่างไรภายในโมเลกุล ด้านล่างนี้เป็นสูตรกราฟิกของเหล็กออกไซด์ (II):
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่างที่ 1
| ออกกำลังกาย | เมื่อทำให้กรดโมโนเบสิกอิ่มตัว 25.5 กรัมเป็นกลางด้วยสารละลายโซเดียมไบคาร์บอเนตส่วนเกิน จะปล่อยก๊าซ 5.6 ลิตร (N.O.) กำหนดสูตรโมเลกุลของกรด |
| สารละลาย | เราเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางของกรดโมโนเบสิกอิ่มตัวด้วยสารละลายโซเดียมไบคาร์บอเนตส่วนเกินในรูปแบบทั่วไป: C n H 2n+1 COOH + NaHCO 3 → C n H 2n+1 COONa + CO 2 + H 2 O คำนวณปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยา: n(CO 2) \u003d V (CO 2) / V ม.; n(CO 2) \u003d 5.6 / 22.4 \u003d 0.25 โมล ตามสมการปฏิกิริยา n(CO 2): n(C n H 2n+1 COOH) = 1:1 เช่น n (C n H 2n + 1 COOH) \u003d n (CO 2) \u003d 0.25 โมล คำนวณมวลโมลาร์ของกรดโมโนเบสิกที่จำกัด: M(Cn H 2n+1 COOH) = m(Cn H 2n+1 COOH) / n(Cn H 2n+1 COOH); M(C n H 2 n +1 COOH) \u003d 25.5 / 0.25 \u003d 102 g / mol ให้เรากำหนดจำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลของกรด monobasic ที่อิ่มตัว (ค่าของสัมพัทธ์ มวลอะตอมนำมาจากตารางธาตุของ D.I. Mendeleev ปัดเศษเป็นจำนวนเต็ม: 12 สำหรับคาร์บอน 1 สำหรับไฮโดรเจน และ 16 สำหรับออกซิเจน): M(C n H 2n+1 COOH) = 12n + 2n + 1 + 12 + 16 + 16 +1 = 14n + 46; 14n + 46 = 102 ก./โมล; ดังนั้นสูตรโมเลกุลของกรดโมโนเบสิกที่จำกัดคือ C 4 H 9 COOH |
| คำตอบ | C4H9COOH |
ตัวอย่างที่ 2
| ออกกำลังกาย | ตั้งสูตรโมเลกุลของแอลคีนหากทราบว่า 2.8 กรัมของแอลคีนสามารถเติมไฮโดรเจนคลอไรด์ได้ 1120 มล. (N.O.) |
| สารละลาย | ให้เราเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาของการเติมไฮโดรเจนคลอไรด์ให้กับอัลคีนในรูปแบบทั่วไป: C n H 2 n + HCl → C n H 2 n +1 Cl คำนวณปริมาณสารไฮโดรเจนคลอไรด์: n(HCl) = V(HCl) / V ม. ; n(HCl) = 1.2 / 22.4 = 0.05 โมล ตามสมการปฏิกิริยา n(HCl): n(C n H 2n) = 1:1 เช่น n (C n H 2n) \u003d n (HCl) \u003d 0.05 โมล คำนวณมวลโมลาร์ของอัลคีน: M(C n H 2n) = ม.(C n H 2n) / n(C n H 2n); M(C n H 2 n) \u003d 2.8 / 0.05 \u003d 56 g / mol เรามากำหนดจำนวนอะตอมของคาร์บอนในโมเลกุลอัลคีน (ค่าของมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่นำมาจากตารางธาตุของ D.I. Mendeleev จะถูกปัดเศษเป็นจำนวนเต็ม: 12 สำหรับคาร์บอนและ 1 สำหรับไฮโดรเจน): M(C n H 2 n) = 12n + 2n = 14n; 14n= 56 ก./โมล; สูตรโมเลกุลของแอลคีนคือ C 4 H 8 |
| คำตอบ | ซี4เอช8 |
ออกไซด์ของเหล็กเป็นสารประกอบของเหล็กกับออกซิเจน
รู้จักเหล็กออกไซด์สามชนิด: เหล็ก (II) ออกไซด์ - FeO, เหล็กออกไซด์ (III) - Fe 2 O 3 และเหล็กออกไซด์ (II, III) - Fe 3 O 4
เหล็ก (II) ออกไซด์
สูตรทางเคมีของเฟอร์รัสออกไซด์คือ - FeO . การเชื่อมต่อนี้เป็นสีดำ
FeO ทำปฏิกิริยาได้ง่ายเมื่อเจือจาง กรดไฮโดรคลอริกและกรดไนตริกเข้มข้น
FeO + 2HCl → FeCl 2 + H 2 O
FeO + 4HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O
ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำและเกลือ
เมื่อทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 350 ° C และโค้กที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ° C จะลดลงเป็นเหล็กบริสุทธิ์
FeO + H 2 → Fe + H 2 O
FeO + C → Fe + CO
เหล็กออกไซด์ (II) ได้มาหลายวิธี:
1. อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยารีดักชันของเฟอริกออกไซด์กับคาร์บอนมอนอกไซด์
เฟ 2 O 3 + CO → 2 FeO + CO 2
2. รีดด้วยความร้อนที่ความดันออกซิเจนต่ำ
2Fe + O 2 → 2 FeO
3. การสลายตัวของเฟอรัสออกซาเลตในสุญญากาศ
FeC 2 O 4 → FeO + CO + CO 2
4. ปฏิสัมพันธ์ของเหล็กกับเหล็กออกไซด์ที่อุณหภูมิ 900-1,000 o
เฟ + เฟ 2 O 3 → 3 FeO
เฟ + เฟ 3 O 4 → 4 FeO
ในธรรมชาติ เฟอร์รัสออกไซด์มีอยู่ในรูปของแร่วุสไทต์
ในอุตสาหกรรม มันถูกใช้ในการถลุงเหล็กในเตาหลอมเหล็ก ในกระบวนการทำให้เหล็กดำ (การเผา) รวมอยู่ในส่วนประกอบของสีย้อมและเซรามิกส์
เหล็ก (III) ออกไซด์
สูตรเคมี Fe2O3 . เป็นสารประกอบของเหล็กเฟอร์ริกกับออกซิเจน เป็นผงสีน้ำตาลแดง เกิดขึ้นตามธรรมชาติเป็นแร่เฮมาไทต์
Fe2O3 มีชื่อเรียกอื่นว่า ไอรอนออกไซด์ ไอรอนมินิเนียม โครคัส สีแดง 101, สีผสมอาหารE172 .
ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ สามารถโต้ตอบกับทั้งกรดและด่าง
เฟ 2 O 3 + 6HCl → 2 FeCl 3 + 3H 2 O
เฟ 2 O 3 + 2NaOH → 2NaFeO 2 + H 2 O
เหล็ก (III) ออกไซด์ใช้สำหรับทำสี วัสดุก่อสร้าง: อิฐ ซีเมนต์ เซรามิก คอนกรีต แผ่นพื้น เสื่อน้ำมัน มันถูกเพิ่มเป็นสีย้อมสำหรับสีและเคลือบฟันกับหมึกพิมพ์ เหล็กออกไซด์ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการผลิตแอมโมเนีย ในอุตสาหกรรมอาหารเรียกว่า E172
เหล็กออกไซด์ (II, III)
สูตรเคมีเฟ3ออ4 . สูตรนี้สามารถเขียนได้อีกวิธีหนึ่ง: FeO Fe 2 O 3
ในธรรมชาติพบเป็นแร่แมกนีไทต์หรือแร่เหล็กแม่เหล็ก เขาเป็นตัวนำที่ดี กระแสไฟฟ้าและมีคุณสมบัติเป็นแม่เหล็ก มันเกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้ของเหล็กและภายใต้การกระทำของไอน้ำร้อนยวดยิ่งบนเหล็ก
3เฟ + 2 O 2 → เฟ 3 O 4
3เฟ + 4H 2 O → Fe 3 O 4 + 4H 2
ความร้อนที่อุณหภูมิ 1538 ° C นำไปสู่การสลายตัว
2Fe 3 O 4 → 6FeO + O 2
ทำปฏิกิริยากับกรด
เฟ 3 O 4 + 8HCl → FeCl 2 + 2FeCl 3 + 4H 2 O
Fe 3 O 4 + 10HNO 3 → 3Fe(NO 3) 3 + NO 2 + 5H 2 O
ทำปฏิกิริยากับด่างเมื่อหลอมละลาย
เฟ 3 O 4 + 14NaOH → นา 3 FeO 3 + 2Na 5 FeO 4 + 7H 2 O
ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในบรรยากาศ
4 เฟ 3 O 4 + O 2 → 6Fe 2 O 3
การกู้คืนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยากับไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์
เฟ 3 O 4 + 4H 2 → 3Fe + 4H 2 O
เฟ 3 O 4 + 4CO → 3Fe + 4CO 2
อนุภาคนาโนแม่เหล็กของ Fe 3 O 4 ออกไซด์พบการใช้งานในการถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตสื่อแม่เหล็ก ไอรอนออกไซด์ Fe 3 O 4 เป็นส่วนหนึ่งของสีที่ผลิตขึ้นโดยเฉพาะสำหรับเรือรบ เรือดำน้ำ และอุปกรณ์อื่นๆ แมกนีไทต์หลอมละลายใช้ทำอิเล็กโทรดสำหรับกระบวนการเคมีไฟฟ้า
เหล็กก่อตัวเป็นออกไซด์สองชนิด ซึ่งแสดงค่าวาเลนซี II และ III และสถานะออกซิเดชัน (+2) และ (+3) ตามลำดับ
คำนิยาม
เหล็ก (II) ออกไซด์ภายใต้สภาวะปกติ จะเป็นผงสีดำ (รูปที่ 1) สลายตัวเมื่อให้ความร้อนระดับปานกลางและขึ้นรูปใหม่จากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวเมื่อให้ความร้อนเพิ่มเติม
หลังจากการเผาจะไม่ใช้งานทางเคมี ผงไพโรโฟรีน ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำเย็น แสดงคุณสมบัติของ amphoteric (โดยมีความเด่นเป็นพื้นฐาน) ออกซิไดซ์ได้ง่ายด้วยออกซิเจน จะลดลงด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอน
ข้าว. 1. เหล็กออกไซด์ (II). รูปร่าง.
คำนิยาม
เป็นของแข็งสีน้ำตาลแดงในกรณีของการดัดแปลงแบบตรีโกณมิติ หรือสีน้ำตาลเข้มในกรณีของการดัดแปลงแบบลูกบาศก์ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ไวที่สุด (รูปที่ 1)
มีเสถียรภาพทางความร้อน จุดหลอมเหลว 1562 o C
ข้าว. 1. เหล็กออกไซด์ (III)
ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ แอมโมเนีย ไฮเดรต แสดงคุณสมบัติแอมโฟเทอริก ทำปฏิกิริยากับกรด ด่าง จะลดลงด้วยไฮโดรเจน คาร์บอนมอนอกไซด์ เหล็ก
สูตรทางเคมีของเหล็กออกไซด์
สูตรทางเคมีของเหล็กออกไซด์ (II) คือ FeO และเหล็กออกไซด์ (III) คือ Fe 2 O 3 สูตรทางเคมีแสดงองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของโมเลกุล (มีกี่อะตอมและอะตอมใดบ้าง) ตามสูตรทางเคมี คุณสามารถคำนวณน้ำหนักโมเลกุลของสาร (Ar (Fe) \u003d 56 amu, Ar (O) \u003d 16 amu):
นาย(FeO) = Ar(Fe) + Ar(O);
นาย(FeO) = 56 + 16 = 72.
นาย(Fe 2 O 3) = 2×Ar(Fe) + 3×Ar(O);
นาย(Fe 2 O 3) \u003d 2 × 56 + 3 × 16 \u003d 58 + 48 \u003d 160
สูตรโครงสร้าง (กราฟิก) ของเหล็กออกไซด์
สูตรโครงสร้าง (กราฟิก) ของสารจะมองเห็นได้มากขึ้น มันแสดงให้เห็นว่าอะตอมเชื่อมต่อกันอย่างไรภายในโมเลกุล ด้านล่างนี้เป็นสูตรกราฟิกของเหล็กออกไซด์ (a - FeO, b - Fe 2 O 3):
ตัวอย่างการแก้ปัญหา
ตัวอย่างที่ 1
| ออกกำลังกาย | หลังจากวิเคราะห์สารพบว่าประกอบด้วยโซเดียมที่มีเศษส่วนมวล 0.4207 (หรือ 42.07%) ฟอสฟอรัสที่มีเศษส่วนมวล 0.189 (หรือ 18.91%) ออกซิเจนที่มีเศษส่วนมวล 0.3902 (หรือ 39 .02 %) หาสูตรผสม. |
| สารละลาย | ให้เราแสดงจำนวนอะตอมของโซเดียมในโมเลกุลเป็น "x" จำนวนอะตอมของฟอสฟอรัสเป็น "y" และจำนวนอะตอมของออกซิเจนเป็น "z" ให้เราหามวลอะตอมสัมพัทธ์ที่สอดคล้องกันของธาตุโซเดียม ฟอสฟอรัส และออกซิเจน (ค่าของมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่นำมาจากตารางธาตุของ D.I. Mendeleev จะถูกปัดเศษขึ้นเป็นจำนวนเต็ม) อา(นา) = 23; อาร์(P) = 31; อาร์(O) = 16. เราแบ่งเปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบด้วยมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่สอดคล้องกัน ดังนั้นเราจะพบความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนอะตอมในโมเลกุลของสารประกอบ: นา:P:O = 42.07/39: 18.91/31: 39.02/16; นา:พี:โอ = 1.829:0.61:2.43. ลองใช้จำนวนที่น้อยที่สุดเป็นหนึ่ง (เช่น หารจำนวนทั้งหมดด้วยจำนวนที่น้อยที่สุด 0.61): 1,829/0,61: 0,61/0,61: 2,43/0,61; ดังนั้น สูตรที่ง่ายที่สุดสำหรับสารประกอบของโซเดียม ฟอสฟอรัส และออกซิเจนคือ Na 3 PO 4 มันคือโซเดียมฟอสเฟต |
| คำตอบ | Na3PO4 |
ตัวอย่างที่ 2
| ออกกำลังกาย | มวลโมลาร์ของสารประกอบไนโตรเจนกับไฮโดรเจนคือ 32 ก./โมล กำหนดสูตรโมเลกุลของสารที่มีเศษส่วนมวลของไนโตรเจนเท่ากับ 85.7% |
| สารละลาย | เศษส่วนมวลของธาตุ X ในโมเลกุลขององค์ประกอบ HX คำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% คำนวณ เศษส่วนมวลไฮโดรเจนในสารประกอบ: ω (H) \u003d 100% - ω (N) \u003d 100% - 85.7% \u003d 14.3% ให้เราแสดงจำนวนโมลของธาตุที่ประกอบเป็นสารประกอบเป็น "x" (ไนโตรเจน), "y" (ไฮโดรเจน) จากนั้นอัตราส่วนโมลาร์จะมีลักษณะดังนี้ (ค่าของมวลอะตอมสัมพัทธ์ที่นำมาจากตารางธาตุของ D.I. Mendeleev จะถูกปัดเศษเป็นจำนวนเต็ม): x:y = ω(N)/Ar(N) : ω(H)/Ar(H); x:y= 85.7/14: 14.3/1; x:y= 6.12: 14.3= 1: 2. ซึ่งหมายความว่าสูตรที่ง่ายที่สุดสำหรับการผสมไนโตรเจนกับไฮโดรเจนจะมีรูปแบบ NH 2 และมวลโมลาร์ 16 กรัมต่อโมล ในการหาสูตรที่แท้จริงของสารประกอบอินทรีย์ เราจะหาอัตราส่วนของมวลโมลาร์ที่ได้: สาร M / M (NH 2) \u003d 32/16 \u003d 2. ซึ่งหมายความว่าดัชนีของอะตอมของไนโตรเจนและไฮโดรเจนควรสูงกว่า 2 เท่า นั่นคือ สูตรของสารจะมีลักษณะดังนี้ N 2 H 4 นี่คือไฮดราซีน |
| คำตอบ | เอ็น 2 เอช 4 |