Raudan reaktio rikin kanssa. Raudan fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Tee yhtälö raudan ja rikin välille

Rauta on D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen järjestelmän neljännen jakson kahdeksannen ryhmän sivualaryhmän elementti, jonka atominumero on 26. Se on merkitty symbolilla Fe (latinalainen Ferrum). Yksi maankuoren yleisimmistä metalleista (toiseksi vain alumiinin jälkeen). Keskiaktiivinen metalli, pelkistävä aine.

Tärkeimmät hapetustilat - +2, +3

Yksinkertainen rauta-aine on hopeanvalkoinen muokattava metalli, jolla on korkea kemiallinen reaktiivisuus: rauta syöpyy nopeasti korkeissa lämpötiloissa tai korkeassa ilman kosteudessa. Puhtaassa hapessa rauta palaa, ja hienojakoisessa tilassa se syttyy itsestään ilmassa.

Yksinkertaisen aineen - raudan - kemialliset ominaisuudet:

Ruostuu ja palaa hapessa

1) Ilmassa rauta hapettuu helposti kosteuden läsnä ollessa (ruostuminen):

4Fe + 3O 2 + 6H2O → 4Fe (OH) 3

Kuuma rautalanka palaa hapessa muodostaen hilsettä - rautaoksidia (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

3Fe + 2O 2 → (Fe II Fe 2 III) O 4 (160 ° С)

2) Korkeissa lämpötiloissa (700-900 °C) rauta reagoi vesihöyryn kanssa:

3Fe + 4H 2O - t ° → Fe 3O 4 + 4H 2

3) Rauta reagoi ei-metallien kanssa kuumennettaessa:

2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 °С)

Fe + S - t ° → FeS (600 ° С)

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° С)

4) Jännitesarjassa se seisoo vedyn vasemmalla puolella, reagoi laimeiden happojen HCl ja H 2 SO 4 kanssa, samalla kun muodostuu rauta(II)-suoloja ja vapautuu vetyä:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (reaktiot suoritetaan ilman pääsyä ilmaan, muuten Fe +2 siirtyy vähitellen hapen vaikutuksesta Fe +3:ksi)

Fe + H 2 SO 4 (laim.) → FeSO 4 + H 2

Väkevässä hapettavassa hapossa rauta liukenee vain kuumennettaessa, se siirtyy välittömästi Fe 3+ -kationiin:

2Fe + 6H 2SO 4 (konsentr.) - t ° → Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO 3 (konsentr.) - t ° → Fe (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

(kylmässä, väkevässä typpi- ja rikkihapossa passivoida

Sinertävään kuparisulfaattiliuokseen upotettu rautanaula peittyy vähitellen punaisen metallisen kuparin kukinnolla.

5) Rauta syrjäyttää sen oikealla puolella olevat metallit niiden suoloista.

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

Raudan amfoteerisuus ilmenee vain tiivistetyissä emäksissä kiehumisen aikana:

Fe + 2NaOH (50 %) + 2H 2 O = Na 2 ↓ + H 2

ja muodostuu natriumtetrahydroksoferraatin (II) sakka.

Tekninen rauta- raudan ja hiilen seokset: valurauta sisältää 2,06-6,67 % C, teräs 0,02-2,06 % C, mukana on usein muita luonnollisia epäpuhtauksia (S, P, Si) ja keinotekoisesti lisättyjä erikoislisäaineita (Mn, Ni, Cr), mikä antaa rautaseoksille teknisesti hyödyllisiä ominaisuuksia - kovuuden, lämmön- ja korroosionkestävyyden, muokattavuuden jne. . .

Masuunien harkkoraudan tuotanto

Masuuniprosessi harkkoraudan valmistukseen koostuu seuraavista vaiheista:

a) sulfidi- ja karbonaattimalmien valmistus (paahtaminen) - siirto oksidimalmiin:

FeS 2 → Fe 2 O 3 (O 2, 800 ° C, -SO 2) FeCO 3 → Fe 2 O 3 (O 2, 500-600 ° C, -CO 2)

b) koksin poltto kuumapuhalluksella:

С (koksi) + O 2 (ilma) → СO 2 (600-700 °С) СO 2 + С (koksi) ⇌ 2СО (700-1000 ° С)

c) oksidimalmin pelkistys hiilimonoksidilla CO peräkkäin:

Fe2O3 → (CO)(Fe II Fe 2 III) O 4 → (CO) FeO → (CO) Fe

d) raudan hiiletys (6,67 % C asti) ja valuraudan sulatus:

Fe (t ) →(C(koksi)900-1200 °C) Fe (w) (valurauta, sulamispiste 1145 °C)

Valurautassa sementiitti Fe 2 C ja grafiitti ovat aina rakeiden muodossa.

Teräksen tuotanto

Valuraudan muuntaminen teräkseksi suoritetaan erityisissä uuneissa (muunnin, avotakka, sähkö), jotka eroavat lämmitystavoista; prosessilämpötila 1700-2000 °C. Happirikastetun ilman puhallus johtaa valuraudan ylimääräisen hiilen sekä rikin, fosforin ja piin palamiseen oksidien muodossa. Tässä tapauksessa oksidit joko otetaan talteen jätekaasujen muodossa (CO 2, SO 2) tai sidotaan helposti erottuvaan kuonaan - Ca 3 (PO 4) 2:n ja CaSiO 3:n seokseen. Erikoisterästen saamiseksi uuniin lisätään muiden metallien seostavia lisäaineita.

Vastaanottaminen puhdas rauta teollisuudessa - rautasuolojen liuoksen elektrolyysi, esimerkiksi:

FeСl 2 → Fe ↓ + Сl 2 (90 ° С) (elektrolyysi)

(on muitakin erikoismenetelmiä, mukaan lukien rautaoksidien pelkistys vedyllä).

Puhdasta rautaa käytetään erikoisseosten valmistuksessa, sähkömagneettien ja muuntajien ytimien valmistuksessa, valurautaa - valujen ja teräksen valmistuksessa, terästä - rakenne- ja työkalumateriaaleina, mukaan lukien kulutus-, lämpö- ja korroosio- vastustuskykyinen.

Rauta(II)oksidi F eO ... Amfoteerinen oksidi, jolla on suuri enemmistö perusominaisuuksista. Musta, on ionirakenne Fe 2+ O 2-. Kuumennettaessa se ensin hajoaa ja muodostuu sitten uudelleen. Sitä ei muodostu, kun rautaa poltetaan ilmassa. Ei reagoi veden kanssa. Hajoaa hapoista, fuusioituu alkalien kanssa. Hapeutuu hitaasti kosteassa ilmassa. Pelkistetty vedyllä, koksilla. Osallistuu raudan sulatuksen masuuniprosessiin. Sitä käytetään keramiikan ja mineraalimaalien komponenttina. Tärkeimpien reaktioiden yhtälöt:

4FеО ⇌ (Fe II Fe 2 III) + Fe (560-700 °С, 900-1000 ° С)

FeO + 2HC1 (laim.) = FeC12 + H2O

FeO + 4HNO 3 (konsentr.) = Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2H 2 O

FеО + 4NAОН = 2Н 2 O + Na 4FeO3 (punainen.) trioksoferraatti (II)(400-500 °C)

FeO + H 2 = H 2 O + Fe (erittäin puhdas) (350 °C)

FeO + C (koksi) = Fe + CO (yli 1000 °C)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900 °C)

4FеО + 2Н 2 O (kosteus) + O 2 (ilma) → 4FеО (ОН) (t)

6FеО + O 2 = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 (300-500 ° С)

Vastaanottaminen v laboratoriot: rauta(II)yhdisteiden lämpöhajoaminen ilman pääsyä ilmaan:

Fe (OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 °C)

Dirauta(III)oksidi - rauta ( II ) ( Fe II Fe 2 III) O 4 ... Kaksoisoksidi. Musta, sillä on ionirakenne Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4. Lämpöstabiili korkeisiin lämpötiloihin asti. Ei reagoi veden kanssa. Hajoaa happojen vaikutuksesta. Pelkistetty vedyllä, kuumalla raudalla. Osallistuu harkkorautatuotannon masuuniprosessiin. Sitä käytetään mineraalimaalien komponenttina ( rauta lyijyä), keramiikka, värillinen sementti. Terästuotteiden pinnan erityisen hapettumisen tuote ( tummuminen, sinertyminen). Koostumus vastaa ruskeaa ruostetta ja tummaa hilsettä raudalla. Bruttokaavan Fe 3 O 4 käyttöä ei suositella. Tärkeimpien reaktioiden yhtälöt:

2 (Fe II Fe 2 III) O 4 = 6FеO + O 2 (yli 1538 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 8HC1 (laim.) = FeC1 2 + 2FeC1 3 + 4H 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 10НNO 3 (konsentr.) = 3Fе (NO 3) 3 + NO 2 + 5Н 2 O

(Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (ilma) = 6Fе 2 O 3 (450-600 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fе (erittäin puhdas, 1000 °C)

(Fe II Fe 2 III) O 4 + CO = ZFeO + CO 2 (500-800 °C)

(Fe II Fe 2 III) O4 + Fe ⇌4FеО (900-1000 °C, 560-700 °С)

Vastaanottaminen: raudan palaminen (katso) ilmassa.

magnetiitti.

Rauta(III)oksidi F e 2 O 3 ... Amfoteerinen oksidi, jolla on vallitseva perusominaisuudet. Punaruskea, ionirakenne (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. Lämpöstabiili korkeisiin lämpötiloihin asti. Sitä ei muodostu, kun rautaa poltetaan ilmassa. Ei reagoi veden kanssa, ruskea amorfinen hydraatti Fe 2 O 3 nH 2 O putoaa liuoksesta Reagoi hitaasti happojen ja alkalien kanssa. Pelkistetty hiilimonoksidilla, sulalla raudalla. Seokset muiden metallien oksidien kanssa ja muodostavat kaksoisoksideja - spinellejä(teknisiä tuotteita kutsutaan ferriiteiksi). Sitä käytetään raaka-aineena harkkoraudan sulatuksessa masuuniprosessissa, katalysaattorina keramiikan, ei-rautasementtien ja mineraalimaalien komponentin ammoniakin tuotannossa, teräsrakenteiden termiittihitsauksessa, mm. äänen ja kuvan kantaja magneettinauhoille, teräksen ja lasin kiillotusaineena.

Tärkeimpien reaktioiden yhtälöt:

6Fе 2 O 3 = 4 (Fe II Fe 2 III) O 4 + O 2 (1200-1300 °C)

Fe 2 O 3 + 6HC1 (laim.) → 2FeC1 3 + ЗН 2 O (t) (600 ° C, p)

Fe 2O 3 + 2NaOH (väk.) → H 2 O + 2 NaFeO 2 (punainen)dioksoferraatti (III)

Fe 2 O 3 + MO = (M II Fe 2 II I) O 4 (M = Cu, Mn, Fe, Ni, Zn)

Fe 2 O 3 + ZN 2 = ZN 2 O + 2Fе (erittäin puhdas, 1050-1100 °C)

Fe 2 O 3 + Fe = ZFeO (900 ° C)

3Fе 2 O 3 + CO = 2 (Fe II Fe 2 III) O 4 + CO 2 (400-600 ° C)

Vastaanottaminen laboratoriossa - rauta(III)-suolojen lämpöhajoaminen ilmassa:

Fe 2 (SO 4) 3 = Fe 2 O 3 + 3SO 3 (500-700 ° C)

4 (Fe (NO 3) 3 9 Н 2 O) = 2Fе a O 3 + 12NO 2 + 3O 2 + 36Н 2 O (600-700 ° С)

Luonnossa - rautaoksidimalmit hematiitti Fe203 ja limoniitti Fe2O3nН2O

Rauta(II)hydroksidi F e (OH) 2. Amfoteerinen hydroksidi, jolla on vallitseva perusominaisuudet. Valkoiset (joskus vihertävän sävyiset) Fe - OH -sidokset ovat pääasiassa kovalenttisia. Termisesti epävakaa. Hapeutuu helposti ilmassa, erityisesti märkänä (tummuu). Ei liukene veteen. Reagoi laimennettujen happojen, väkevien emästen kanssa. Tyypillinen pelkistysaine. Keskitaso raudan ruosteessa. Sitä käytetään rauta-nikkeli-akkujen aktiivisen massan valmistukseen.

Tärkeimpien reaktioiden yhtälöt:

Fe (OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 °C, N 2 atm)

Fe (OH) 2 + 2HC1 (laim.) = FeC1 2 + 2H 2 O

Fe (OH) 2 + 2NаОН (> 50 %) = Na 2 ↓ (sinivihreä) (kiehuva)

4Fе (ОН) 2 (jousitus) + O 2 (ilma) → 4FеО (ОН) ↓ + 2Н 2 O (t)

2Fе (ОН) 2 (suspensio) + Н 2 O 2 (laim.) = 2FеО (ОН) ↓ + 2Н 2 O

Fe (OH) 2 + KNO 3 (konsentr.) = FeO (OH) ↓ + NO + KOH (60 ° C)

Vastaanottaminen: saostuminen liuoksesta alkalien tai ammoniakkihydraatin kanssa inertissä ilmakehässä:

Fe 2+ + 2OH (laajennettu) = Fe (OH) 2 ↓

Fe 2+ + 2 (NH3H20) = Fe (OH) 2 ↓+ 2NH 4

Rauta metahydroksidi F eO (OH). Amfoteerinen hydroksidi, jolla on vallitseva perusominaisuudet. Vaaleanruskeat Fe-O- ja Fe-OH-sidokset ovat pääasiassa kovalenttisia. Hajoaa kuumennettaessa sulamatta. Ei liukene veteen. Se saostuu liuoksesta amorfisena ruskeana polyhydraattina Fe 2 O 3 nH 2 O, joka laimeassa emäksisessä liuoksessa säilytettynä tai kuivattaessa muuttuu FeO:ksi (OH). Reagoi happojen, kiinteiden alkalien kanssa. Heikko hapettava ja pelkistävä aine. Sintrattu Fe (OH) 2:lla. Keskitaso raudan ruosteessa. Sitä käytetään keltaisten mineraalimaalien ja emalien pohjana, pakokaasun absorboijana, orgaanisen synteesin katalysaattorina.

Koostumuksen Fe(OH)3 yhdistettä ei tunneta (ei saatu).

Tärkeimpien reaktioiden yhtälöt:

Fe2O3. nН 2 O → ( 200-250 °C, -H 2 O) FeO (OH) → ( 560-700 °C ilmassa, -H2O)→ Fe 2 O 3

FeO (OH) + ZNS1 (laim.) = FeC13 + 2H2O

FeO (OH) → Fe 2 O 3 . nH 2 O-kolloidi(NaOH (väk.))

FeO (OH) → Na 3 [Fe (OH) 6]Valkoinen, Na5 ja K4, vastaavasti; molemmissa tapauksissa saostuu sininen tuote, jolla on sama koostumus ja rakenne, КFе III. Laboratoriossa tätä sedimenttiä kutsutaan Preussin sininen, tai turnbullin sininen:

Fe 2+ + K + + 3- = KFe III ↓

Fe 3+ + K + + 4- = KFe III ↓

Lähtöreagenssien ja reaktiotuotteen kemialliset nimet:

K 3 Fe III - kaliumheksasyanoferraatti (III)

K 4 Fe III - kaliumheksasyanoferraatti (II)

КFе III - rauta (III) kaliumheksasyanoferraatti (II)

Lisäksi hyvä reagenssi Fe 3+ -ioneille on tiosyanaatti-ioni NСS -, rauta (III) yhdistyy sen kanssa ja tulee kirkkaan punainen ("verinen") väri:

Fe 3+ + 6NSS - = 3-

Tämä reagenssi (esimerkiksi KNCS-suolan muodossa) voi havaita jopa rautajäämiä (III) vesijohtovedestä, jos se kulkee sisäpuolelta ruosteen peittämien rautaputkien läpi.

MÄÄRITELMÄ

Rauta- D.I.Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon neljännen jakson kahdeksannen ryhmän elementti.

Ja laiska luku on 26. Symboli on Fe (latinaksi "ferrum"). Yksi maankuoren yleisimmistä metalleista (toiseksi vain alumiinin jälkeen).

Raudan fysikaaliset ominaisuudet

Rauta on harmaa metalli. Puhtaassa muodossaan se on melko pehmeää, muokattavaa ja taipuisaa. Ulkoisen energiatason elektroninen konfigurointi - 3d 6 4s 2. Yhdisteissään raudalla on hapetusasteet "+2" ja "+3". Raudan sulamispiste on 1539C. Rauta muodostaa kaksi kiteistä muunnelmaa: α- ja γ-rauta. Ensimmäisessä niistä on kuutiomainen vartalokeskeinen hila, toisessa - kuutiomainen kasvokeskeinen hila. α-rauta on termodynaamisesti stabiili kahdella lämpötila-alueella: alle 912 °C ja 1394 °C:sta sulamispisteeseen. 912-1394C y-rauta on stabiili.

Raudan mekaaniset ominaisuudet riippuvat sen puhtaudesta - jopa hyvin pienten määrien muiden alkuaineiden pitoisuudesta siinä. Kiinteällä raudalla on kyky liuottaa monia alkuaineita itsessään.

Raudan kemialliset ominaisuudet

Rauta ruostuu nopeasti kosteassa ilmassa; peitetty ruskealla hydratoidulla rautaoksidilla, joka löystymisensä vuoksi ei suojaa rautaa lisähapettumiselta. Rauta syövyttää voimakkaasti vedessä; Kun happea on runsaasti, muodostuu rauta(III)oksidin hydratoituja muotoja:

2Fe + 3 / 2O 2 + nH 2 O = Fe 2 O 3 × H 2 O.

Hapen puutteen tai vaikean pääsyn vuoksi muodostuu sekoitettu oksidi (II, III) Fe 3 O 4:

3Fe + 4H 2O (v) ↔ Fe 3O 4 + 4H 2.

Rauta liukenee minkä tahansa pitoisuuden suolahappoon:

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2.

Liukeneminen laimeaan rikkihappoon tapahtuu samalla tavalla:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2.

Konsentroiduissa rikkihapon liuoksissa rauta hapettuu raudaksi (III):

2Fe + 6H 2SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Kuitenkin rikkihapossa, jonka pitoisuus on lähellä 100 %, raudasta tulee passiivinen eikä vuorovaikutusta käytännössä tapahdu. Laimeissa ja kohtalaisen väkevöityissä typpihapon liuoksissa rauta liukenee:

Fe + 4HNO 3 = Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O.

Suurilla typpihappopitoisuuksilla liukeneminen hidastuu ja raudasta tulee passiivinen.

Kuten muutkin metallit, rauta reagoi yksinkertaisten aineiden kanssa. Rauta on vuorovaikutuksessa halogeenien kanssa (halogeenin tyypistä riippumatta) kuumennettaessa. Raudan vuorovaikutus bromin kanssa tapahtuu viimeksi mainitun kohonneessa höyrynpaineessa:

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3;

3Fe + 4I 2 = Fe 3 I 8.

Raudan vuorovaikutus rikin (jauheen), typen ja fosforin kanssa tapahtuu myös kuumennettaessa:

6Fe + N2 = 2Fe3N;

2Fe + P = Fe2P;

3Fe + P = Fe 3P.

Rauta pystyy reagoimaan ei-metallien, kuten hiilen ja piin, kanssa:

3Fe + C = Fe3C;

Raudan ja monimutkaisten aineiden vuorovaikutusreaktioista seuraavilla reaktioilla on erityinen rooli - rauta pystyy pelkistämään metalleja suolaliuoksista sen oikealla puolella olevassa aktiivisuusjärjestyksessä (1), pelkistämään rauta(III)-yhdisteitä (2):

Fe + CuS04 = FeS04 + Cu (1);

Fe + 2FeCl3 = 3FeCl2 (2).

Rauta reagoi korotetussa paineessa ei-suolaa muodostavan oksidin - CO:n kanssa muodostaen monimutkaisen koostumuksen aineita - karbonyylit - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 ja Fe 3 (CO) 12.

Rauta on stabiili vedessä ja laimeissa alkaliliuoksissa ilman epäpuhtauksia.

Hankkimassa rautaa

Pääasiallinen menetelmä raudan valmistamiseksi on rautamalmista (hematiitti, magnetiitti) tai sen suolojen liuosten elektrolyysi (tässä tapauksessa saadaan "puhdasta" rautaa, eli rautaa ilman epäpuhtauksia).

Esimerkkejä ongelmanratkaisusta

ESIMERKKI 1

Johdanto

Yksittäisten alkuaineiden kemiallisten ominaisuuksien tutkiminen on kiinteä osa nykyaikaisen koulun kemian kurssia, joka mahdollistaa induktiivisen lähestymistavan perusteella oletuksen alkuaineiden kemiallisen vuorovaikutuksen ominaisuuksista. niiden fysikaalis-kemialliset ominaisuudet. Koulun kemian laboratorion ominaisuudet eivät kuitenkaan aina mahdollista täysin osoittaa elementin kemiallisten ominaisuuksien riippuvuutta sen sijainnista kemiallisten alkuaineiden jaksollisessa taulukossa, yksinkertaisten aineiden rakenteellisia ominaisuuksia.

Rikin kemiallisia ominaisuuksia käytetään kemian kurssin opiskelun alussa kemiallisten ilmiöiden ja fysikaalisten ilmiöiden välisen eron osoittamiseen sekä yksittäisten kemiallisten alkuaineiden ominaisuuksien tutkimiseen. Useimmiten ohjeissa suositellaan rikin ja raudan vuorovaikutuksen osoittamista esimerkkinä kemiallisista ilmiöistä ja esimerkkinä rikin hapetusominaisuuksista. Mutta useimmissa tapauksissa tätä reaktiota ei tapahdu ollenkaan tai sen kulun tuloksia ei voida arvioida paljaalla silmällä. Tämän kokeen eri muunnelmille on usein tunnusomaista tulosten alhainen toistettavuus, mikä ei salli niiden systemaattista käyttöä yllä olevien prosessien karakterisoinnissa. Siksi on tärkeää etsiä vaihtoehtoja, jotka voivat tarjota vaihtoehdon raudan ja rikin vuorovaikutusprosessin osoittamiselle, joka on riittävä koulukemian laboratorion ominaisuuksiin.

Kohde: Tutki mahdollisuutta suorittaa reaktioita rikin ja metallien vuorovaikutuksesta koululaboratoriossa.

Tehtävät:

Määritä rikin fyysiset ja kemialliset perusominaisuudet;

Analysoi olosuhteet rikin ja metallien vuorovaikutusreaktioiden suorittamiselle ja etenemiselle;

Tutkia tunnettuja tekniikoita rikin ja metallien vuorovaikutukseen;

Valitse järjestelmät reaktioiden suorittamiseksi;

Arvioi valittujen reaktioiden riittävyys koulun kemian laboratorion olosuhteisiin.

Tutkimuksen kohde: rikin ja metallien vuorovaikutusreaktiot

Opintojen aihe: rikin ja metallien vuorovaikutusreaktioiden toteutettavuus koululaboratoriossa.

Hypoteesi: vaihtoehto raudan ja rikin vuorovaikutukselle koulukemian laboratoriossa on kemiallinen reaktio, joka täyttää selkeyden, toistettavuuden, suhteellisen turvallisuuden ja lähtöaineiden saatavuuden vaatimukset.

Haluamme aloittaa työmme lyhyellä rikin kuvauksella:

Sijainti jaksollisessa järjestelmässä: rikki on 3. jaksossa, ryhmä VI, pää (A) alaryhmä, viittaa s-alkuaineisiin.

Rikin atomiluku on 16, joten rikkiatomin varaus on + 16, elektronien lukumäärä on 16. Kolme elektronitasoa ulkotasolla 6 elektronia

Elektronien asettelu tasojen mukaan:

16 S )))
2 8 6

32S-rikkiatomin ydin sisältää 16 protonia (vastaa ydinvarausta) ja 16 neutronia (atomimassa miinus protonien lukumäärä: 32 - 16 = 16).

Elektroninen kaava: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

pöytä 1

Rikkiatomin ionisaatiopotentiaalien arvot

Ionisaatiopotentiaali

Energia (eV)

Kylmässä rikissä melko inertti (liittyy voimakkaasti vain fluori), mutta kuumennettaessa siitä tulee erittäin kemiallisesti aktiivinen - reagoi halogeenien kanssa(paitsi jodi), happi, vety ja lähes kaikkien metallien kanssa. Tuloksena reaktiot jälkimmäisestä tyypistä muodostuu vastaavia rikkiyhdisteitä.

Rikin, kuten minkä tahansa muun elementin, reaktiivisuus vuorovaikutuksessa metallien kanssa riippuu:

reagoivien aineiden aktiivisuus. Joten esimerkiksi rikki on aktiivisimmin vuorovaikutuksessa alkalimetallien kanssa

reaktion lämpötilasta. Tämä selittyy prosessin termodynaamisilla ominaisuuksilla.

Kemiallisten reaktioiden spontaanin esiintymisen termodynaaminen mahdollisuus normaaleissa olosuhteissa määräytyy reaktion standardi Gibbsin energian perusteella:

ΔG 0 T< 0 – прямая реакция протекает

ΔG 0 Т> 0 - suora reaktio on mahdotonta

reagoivien aineiden jauhatusasteeseen, koska sekä rikki että metallit reagoivat pääasiassa kiinteässä tilassa.

Joidenkin rikin ja metallien vuorovaikutuksen reaktioiden termodynaamiset ominaisuudet esitetään diassa 4

Taulukosta voidaan nähdä, että rikin vuorovaikutus sekä jännityssarjan alussa olevien metallien että matalaaktiivisten metallien kanssa on termodynaamisesti mahdollista.

Siten rikki on kuumennettaessa melko aktiivinen ei-metalli, joka pystyy reagoimaan sekä korkea-aktiivisten (emäksinen) että matala-aktiivisten (hopea, kupari) metallien kanssa.

Rikin ja metallien vuorovaikutuksen tutkimus

Tutkimusjärjestelmien valinta

Rikin ja metallien vuorovaikutuksen tutkimiseksi valittiin järjestelmiä, jotka sisältävät Beketov-sarjan eri paikoissa sijaitsevia metalleja, joilla on erilainen aktiivisuus.

Valintaedellytyksiksi määriteltiin seuraavat kriteerit: nopeus, kirkkaus, reaktion täydellisyys, suhteellinen turvallisuus, tuloksen toistettavuus, aineiden fysikaalisten ominaisuuksien tulisi erota huomattavasti, aineiden esiintyminen koulun laboratoriossa, onnistuneita yrityksiä on rikin vuorovaikutus tiettyjen metallien kanssa.

Suoritettujen reaktioiden toistettavuuden arvioimiseksi kukin koe suoritettiin kolme kertaa.

Näiden kriteerien perusteella kokeeseen valittiin seuraavat reaktiosysteemit:

RIKI JA KUPARI Cu + S = CuS + 79 kJ/mol

Menetelmät ja odotettu vaikutus

Ota 4 g rikkiä jauheena ja kaada se koeputkeen. Kuumenna rikki koeputkessa kiehuvaksi. Ota sitten kuparilanka ja kuumenna se liekillä. Kun rikki sulaa ja kiehuu, laita siihen kuparilankaa.

Odotettu tulos:Putki täytetään ruskeilla höyryillä, lanka kuumennetaan ja "poltetaan" hauraan sulfidin muodostuessa.

2. Rikin vuorovaikutus kuparin kanssa.

Reaktio ei osoittautunut kovin selväksi, kuparin spontaania kuumenemista ei myöskään tapahtunut. Merkittävää kaasun kehittymistä ei havaittu lisättäessä kloorivetyhappoa.

RIKI JA RAUTA Fe + S = FeS + 100,4 kJ / mol

Menetelmät ja odotettu vaikutus

Ota 4 g jauhettua rikkiä ja 7 g jauhettua rautaa ja sekoita. Kaada saatu seos koeputkeen. Lämmitämme aineet koeputkessa

Odotettu tulos:Seoksessa on voimakas spontaani kuumeneminen. Saatu rautasulfidi sintrataan. Aine ei erotu veden vaikutuksesta, eikä se reagoi magneetin kanssa.

1. Rikin vuorovaikutus raudan kanssa.

Laboratorio-olosuhteissa on käytännössä mahdotonta suorittaa reaktiota rautasulfidin saamiseksi ilman jäännöstä, on erittäin vaikea määrittää, milloin aineet ovat reagoineet täydellisesti, eikä reaktioseoksen spontaania kuumenemista havaita. Saatu aine tarkastettiin, oliko se rautasulfidia. Tätä varten käytimme HCl:a. Kun tiputimme aineen päälle suolahappoa, se alkoi vaahtoa, rikkivetyä vapautui.

RIKI JA NATRIUM 2Na + S = Na2S + 370,3 kJ/mol

Menetelmät ja odotettu vaikutus

Ota 4 g jauhettua rikkiä ja kaada se huhmareeseen, jauha hyvin

Leikkaa pois noin 2 g painoinen natriumpala, leikkaa oksidikalvo irti, jauha ne yhteen.

Odotettu tulos:Tämä reaktio on raju, reagenssit voivat syttyä itsestään.

3. Rikin vuorovaikutus natriumin kanssa.

Rikin vuorovaikutus natriumin kanssa on vaarallisin ja mieleenpainuvin kokeilu. Muutaman sekunnin jauhamisen jälkeen ensimmäiset kipinät lensivät, natrium ja rikki leimahtivat laastissa ja alkoivat palaa. Kun tuote on vuorovaikutuksessa kloorivetyhapon kanssa, rikkivetyä vapautuu aktiivisesti.

RIKI JA SINKKI Zn + S = ZnS + 209 kJ/mol

Menetelmät ja odotettu vaikutus

Ota jauhettu rikki ja sinkki, 4 g kutakin, sekoita aineet. Kaada valmis seos asbestiverkon päälle. Tuomme aineille kuuman taskulampun

Odotettu tulos:Reaktio ei tapahdu välittömästi, vaan rajusti muodostuu vihertävänsininen liekki.

4. Rikin vuorovaikutus sinkin kanssa.

Reaktio on erittäin vaikea käynnistää, sen käynnistäminen vaatii voimakkaiden hapettimien käyttöä tai korkeita lämpötiloja. Aineet syttyvät vihertävän siniseksi liekiksi. Kun liekki sammuu, tähän paikkaan jää jäännös; vuorovaikutuksessa kloorivetyhapon kanssa rikkivetyä vapautuu merkityksettömästi.

RIKI JA ALUMIINI 2Al + 3S = Al 2S 3 + 509,0 kJ/mol

Menetelmät ja odotettu vaikutus

Ota jauhemainen rikki, jonka massa on 4 g, ja alumiini, jonka massa on 2,5 g, ja sekoita. Aseta saatu seos asbestiverkon päälle. Sytytimme seoksen tuleen palavalla magnesiumilla

Odotettu tulos:Reaktiossa tapahtuu välähdys.

5. Rikin vuorovaikutus alumiinin kanssa.

Reaktio vaatii vahvan hapettimen lisäämisen initiaattoriksi. Palavan magnesiumin syttymisen jälkeen tapahtui voimakas kellertävänvalkoinen välähdys, rikkivetyä vapautuu melko aktiivisesti.

RIKI JA MAGNESIUM Mg + S = MgS + 346,0 kJ/mol

Menetelmät ja odotettu vaikutus

Ota 2,5 g magnesiumlastuja ja 4 g rikkijauhetta ja sekoita

Aseta saatu seos asbestiverkon päälle. Tuomme taskulampun tuloksena olevaan seokseen.

Odotettu tulos:Reaktion aikana tapahtuu voimakas salama.

4. Rikin vuorovaikutus magnesiumin kanssa.

Reaktio vaatii puhtaan magnesiumin lisäämisen initiaattorina. Esiintyy voimakas valkeahko värin välähdys, rikkivetyä vapautuu aktiivisesti.

Johtopäätös

Reaktio rautasulfidin saamiseksi ei päättynyt, koska loppuosa jäi muovisen rikin ja raudan seoksen muotoon.

Aktiivisin rikkivedyn vapautuminen ilmeni natriumsulfidissa sekä magnesium- ja alumiinisulfideissa.

Kuparisulfidissa oli vähemmän aktiivista rikkivetyä.

Natriumsulfidin valmistuskokeet ovat vaarallisia, eikä niitä suositella koululaboratoriossa.

Kouluolosuhteiden suorittamiseen sopivimmat reaktiot alumiinin, magnesiumin ja sinkin sulfidien valmistukseen.

Odotetut ja todelliset tulokset osuivat yhteen rikin vuorovaikutuksen kanssa natriumin, magnesiumin ja alumiinin kanssa.

Johtopäätös

Huolimatta olemassa olevista suosituksista osoittaa raudan ja rikin vuorovaikutus esimerkkinä, joka kuvaa rikin kemiallisia ilmiöitä ja hapettavia ominaisuuksia yleissivistävän koulun kemian kurssilla, tällaisen kokeen varsinaiseen toteuttamiseen ei useinkaan liity näkyvää vaikutusta.

Vaihtoehtoa tälle esittelylle määritettäessä valittiin järjestelmät, jotka täyttävät näkyvyyden, turvallisuuden ja reagenssien saatavuuden vaatimukset koulun laboratoriossa. Mahdollisiksi vaihtoehdoiksi valittiin rikin reaktiojärjestelmät kuparin, raudan, sinkin, magnesiumin, alumiinin ja natriumin kanssa, mikä mahdollistaa rikin ja eri metallien vuorovaikutusreaktion käytön tehokkuuden kemian oppituntien demonstraatiokokeina.

Kokeiden tulosten perusteella todettiin, että ilmoitettuihin tarkoituksiin on optimaalisin käyttää rikin reaktiojärjestelmiä keskiaktiivisten metallien (magnesium, alumiini) kanssa.

Kokeiden perusteella luotiin video, joka osoittaa rikin hapettavat ominaisuudet esimerkillä sen vuorovaikutuksesta metallien kanssa, mikä mahdollistaa näiden ominaisuuksien kuvaamisen ilman täysimittaista koetta. Lisäoppaana luotiin verkkosivusto ( ), joka esittelee muun muassa tutkimuksen tulokset visuaalisessa muodossa.

Tutkimustulokset voivat muodostaa pohjan ei-metallien kemiallisten ominaisuuksien piirteiden, kemiallisen kinetiikan ja termodynamiikan syvemmälle tutkimukselle.