सल्फर के साथ लोहे की प्रतिक्रिया। लोहे के भौतिक और रासायनिक गुण। आयरन और सल्फर के बीच एक समीकरण बनाएं

आयरन परमाणु संख्या 26 के साथ डी। आई। मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली की चौथी अवधि के आठवें समूह के एक पक्ष उपसमूह का एक तत्व है। इसे प्रतीक Fe (लैटिन फेरम) द्वारा नामित किया गया है। पृथ्वी की पपड़ी में सबसे व्यापक धातुओं में से एक (केवल एल्यूमीनियम के बाद दूसरा)। मध्यम गतिविधि धातु, कम करने वाला एजेंट।

प्रमुख ऑक्सीकरण अवस्थाएँ - +2, +3

एक साधारण पदार्थ लोहा एक उच्च रासायनिक प्रतिक्रिया के साथ एक चांदी-सफेद रंग का एक लचीला धातु है: लोहा उच्च तापमान पर या हवा में उच्च आर्द्रता पर जल्दी से खराब हो जाता है। शुद्ध ऑक्सीजन में, लोहा जलता है, और सूक्ष्म रूप से बिखरी हुई अवस्था में यह हवा में स्वतः ही प्रज्वलित हो जाता है।

एक साधारण पदार्थ के रासायनिक गुण - लोहा:

ऑक्सीजन में जंग लगना और जलना

1) हवा में नमी (जंग लगने) की उपस्थिति में लोहा आसानी से ऑक्सीकृत हो जाता है:

4Fe + 3O 2 + 6H 2 O → 4Fe (OH) 3

एक गर्म लोहे का तार ऑक्सीजन में जलता है, जिससे स्केल बनता है - आयरन ऑक्साइड (II, III):

3Fe + 2O 2 → Fe 3 O 4

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

2) उच्च तापमान (700-900 डिग्री सेल्सियस) पर, लोहा जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया करता है:

3Fe + 4H 2 O - t ° → Fe 3 O 4 + 4H 2

3) लोहा गर्म करने पर अधातुओं के साथ अभिक्रिया करता है:

2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3 (200 ° )

Fe + S - t ° → FeS (600 ° )

Fe + 2S → Fe +2 (S 2 -1) (700 ° )

4) वोल्टेज की एक श्रृंखला में, यह हाइड्रोजन के बाईं ओर खड़ा होता है, तनु अम्ल HCl और H 2 SO 4 के साथ प्रतिक्रिया करता है, जबकि आयरन (II) लवण बनता है और हाइड्रोजन निकलता है:

Fe + 2HCl → FeCl 2 + H 2 (हवा तक पहुंच के बिना प्रतिक्रियाएं की जाती हैं, अन्यथा Fe +2 को ऑक्सीजन द्वारा Fe +3 में धीरे-धीरे स्थानांतरित किया जाता है)

Fe + H 2 SO 4 (dil.) → FeSO 4 + H 2

सांद्र ऑक्सीकरण अम्लों में, लोहा गर्म होने पर ही घुलता है, यह तुरंत Fe 3+ धनायन में चला जाता है:

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

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

(ठंड में, केंद्रित नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड) निष्क्रिय करना

कॉपर सल्फेट के नीले रंग के घोल में डूबी एक लोहे की कील धीरे-धीरे लाल धात्विक तांबे के फूल से ढक जाती है।

5) लोहा धातुओं को उनके लवणों के विलयन से, उनके दाईं ओर स्थित धातुओं को विस्थापित करता है।

Fe + CuSO 4 → FeSO 4 + Cu

उबलने के दौरान लोहे की उभयचरता केवल केंद्रित क्षार में प्रकट होती है:

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

और सोडियम टेट्राहाइड्रॉक्सोफेरेट (II) का अवक्षेप बनता है।

तकनीकी लोहा- कार्बन के साथ लोहे की मिश्र धातु: कच्चा लोहा में 2.06-6.67% C होता है, इस्पात 0.02-2.06% सी, अन्य प्राकृतिक अशुद्धियां (एस, पी, सी) और कृत्रिम रूप से पेश किए गए विशेष योजक (एमएन, नी, सीआर) अक्सर मौजूद होते हैं, जो लौह मिश्र धातुओं को तकनीकी रूप से उपयोगी गुण देता है - कठोरता, थर्मल और संक्षारण प्रतिरोध, लचीलापन, आदि। . .

ब्लास्ट फर्नेस पिग आयरन उत्पादन

पिग आयरन के उत्पादन के लिए ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया में निम्नलिखित चरण होते हैं:

क) सल्फाइड और कार्बोनेट अयस्कों की तैयारी (भुना हुआ) - ऑक्साइड अयस्क में स्थानांतरण:

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)

बी) गर्म विस्फोट के साथ कोक का दहन:

(कोक) + ओ 2 (वायु) → O 2 (600-700 ° ) O 2 + С (कोक) 2СО (700-1000 ° )

सी) कार्बन मोनोऑक्साइड सीओ के साथ ऑक्साइड अयस्क की क्रमिक कमी:

फे 2 ओ 3 → (सीओ)(फे II फे 2 III) हे 4 → (सीओ) FeO → (सीओ)फ़े

d) लोहे का कार्बराइजेशन (6.67% C तक) और कच्चा लोहा का पिघलना:

फे (टी ) →(सी(कोक)900-1200 डिग्री सेल्सियस) Fe (w) (कच्चा लोहा, गलनांक 1145 ° C)

कच्चा लोहा में सीमेंटाइट Fe2C और ग्रेफाइट हमेशा अनाज के रूप में मौजूद होते हैं।

इस्पात उत्पादन

स्टील में कच्चा लोहा का रूपांतरण विशेष भट्टियों (कन्वर्टर, ओपन-चूल्हा, इलेक्ट्रिक) में किया जाता है, जो हीटिंग के तरीके में भिन्न होता है; प्रक्रिया तापमान 1700-2000 डिग्री सेल्सियस। ऑक्सीजन युक्त हवा बहने से कच्चा लोहा, साथ ही सल्फर, फास्फोरस और सिलिकॉन ऑक्साइड के रूप में अतिरिक्त कार्बन का जलता है। इस मामले में, ऑक्साइड या तो अपशिष्ट गैसों (सीओ 2, एसओ 2) के रूप में कब्जा कर लिया जाता है, या आसानी से अलग किए गए स्लैग में बंधे होते हैं - सीए 3 (पीओ 4) 2 और सीएएसआईओ 3 का मिश्रण। विशेष स्टील प्राप्त करने के लिए, अन्य धातुओं के मिश्र धातु योजक को भट्ठी में पेश किया जाता है।

प्राप्तउद्योग में शुद्ध लोहा - लोहे के लवण के घोल का इलेक्ट्रोलिसिस, उदाहरण के लिए:

FeСl 2 → Fe + Сl 2 (90 ° ) (इलेक्ट्रोलिसिस)

(हाइड्रोजन के साथ लोहे के आक्साइड की कमी सहित अन्य विशेष तरीके हैं)।

शुद्ध लोहे का उपयोग विशेष मिश्र धातुओं के उत्पादन में किया जाता है, इलेक्ट्रोमैग्नेट और ट्रांसफार्मर के कोर के निर्माण में, कच्चा लोहा - कास्टिंग और स्टील के उत्पादन में, स्टील - संरचनात्मक और उपकरण सामग्री के रूप में, जिसमें पहनने-, गर्मी- और जंग- प्रतिरोधी।

आयरन (द्वितीय) ऑक्साइड एफ ईओ ... मूल गुणों की एक बड़ी प्रबलता के साथ एम्फ़ोटेरिक ऑक्साइड। काला, एक आयनिक संरचना Fe 2+ O 2- है। गर्म करने पर, यह पहले विघटित होता है, फिर बनता है। लोहे को हवा में जलाने पर यह नहीं बनता है। पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है। एसिड द्वारा विघटित, क्षार के साथ जुड़े हुए। नम हवा में धीरे-धीरे ऑक्सीकरण करता है। हाइड्रोजन, कोक के साथ कम किया गया। लोहा गलाने की ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया में भाग लेता है। इसका उपयोग सिरेमिक और खनिज पेंट के एक घटक के रूप में किया जाता है। सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं के समीकरण:

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

FeO + 2HC1 (dil.) = FeC1 2 + H 2 O

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

FеО + 4NаОН = 2Н 2 O + एनएक 4एफइहे3 (लाल.) ट्राइऑक्सोफेरेट (द्वितीय)(400-500 डिग्री सेल्सियस)

FeO + H 2 = H 2 O + Fe (अतिरिक्त शुद्ध) (350 ° C)

FeO + C (कोक) = Fe + CO (1000 डिग्री सेल्सियस से ऊपर)

FeO + CO = Fe + CO 2 (900 डिग्री सेल्सियस)

4FеО + 2Н 2 O (नमी) + O 2 (वायु) → 4FеО (ОН) (टी)

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

प्राप्तवी प्रयोगशालाओं: वायु पहुंच के बिना लोहे (II) यौगिकों का थर्मल अपघटन:

Fe (OH) 2 = FeO + H 2 O (150-200 ° C)

FeCO3 = FeO + CO 2 (490-550 डिग्री सेल्सियस)

डायरॉन (III) ऑक्साइड - आयरन ( द्वितीय ) ( फे II फे 2 III) हे 4 ... डबल ऑक्साइड। काला, एक आयनिक संरचना Fe 2+ (Fe 3+) 2 (O 2-) 4 है। उच्च तापमान तक थर्मली स्थिर। पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है। एसिड द्वारा विघटित। हाइड्रोजन, गर्म लोहे से कम किया गया। पिग आयरन उत्पादन की ब्लास्ट फर्नेस प्रक्रिया में भाग लेता है। इसका उपयोग खनिज पेंट के एक घटक के रूप में किया जाता है ( लौह सीसा), चीनी मिट्टी की चीज़ें, रंगीन सीमेंट। इस्पात उत्पादों की सतह के विशेष ऑक्सीकरण का उत्पाद ( काला पड़ना, धुंधला पड़ना) संरचना भूरे रंग के जंग और लोहे पर काले पैमाने से मेल खाती है। सकल सूत्र Fe 3 O 4 के उपयोग की अनुशंसा नहीं की जाती है। सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं के समीकरण:

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

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

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

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

(Fe II Fe 2 III) O 4 + 4H 2 = 4H 2 O + 3Fе (अतिरिक्त शुद्ध, 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 ° С, 560-700 ° )

प्राप्त करना:हवा में लोहे का दहन (देखें)।

मैग्नेटाइट

आयरन (III) ऑक्साइड एफ ई 2 ओ 3 ... मूल गुणों की प्रबलता के साथ एम्फ़ोटेरिक ऑक्साइड। लाल-भूरा, एक आयनिक संरचना है (Fe 3+) 2 (O 2-) 3. उच्च तापमान तक ऊष्मीय रूप से स्थिर। लोहे को हवा में जलाने पर यह नहीं बनता है। पानी के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, भूरा अनाकार हाइड्रेट Fe 2 O 3 nH 2 O घोल से बाहर हो जाता है। अम्ल और क्षार के साथ धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। कार्बन मोनोऑक्साइड, पिघले हुए लोहे से कम। अन्य धातुओं के ऑक्साइड के साथ मिश्र धातु और दोहरे ऑक्साइड बनाती है - स्पिनल्स(तकनीकी उत्पादों को फेराइट्स कहा जाता है)। इसका उपयोग ब्लास्ट-फर्नेस प्रक्रिया में पिग आयरन के गलाने में कच्चे माल के रूप में, अमोनिया के उत्पादन में उत्प्रेरक के रूप में, स्टील संरचनाओं के थर्माइट वेल्डिंग में सिरेमिक, अलौह सीमेंट और खनिज पेंट के एक घटक के रूप में किया जाता है। स्टील और कांच के लिए पॉलिशिंग एजेंट के रूप में चुंबकीय टेप पर ध्वनि और छवियों का वाहक।

सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं के समीकरण:

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

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

Fe 2 O 3 + 2NaOH (संक्षिप्त) → H 2 O + 2 एनएएफइहे 2 (लाल)डाइऑक्सोफेरेट (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 (अतिरिक्त शुद्ध, 1050-1100 ° C)

Fe 2 O 3 + Fe = ZFeO (900 डिग्री सेल्सियस)

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

प्राप्तप्रयोगशाला में - हवा में लौह (III) लवण का थर्मल अपघटन:

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

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

प्रकृति में - लौह ऑक्साइड अयस्क हेमेटाइटफे 2 ओ 3 और लिमोनाईटफे 2 ओ 3 एनН 2 ओ

आयरन (द्वितीय) हाइड्रॉक्साइड एफ ई (ओएच) 2. मूल गुणों की प्रबलता के साथ एम्फ़ोटेरिक हाइड्रॉक्साइड। सफेद (कभी-कभी हरे रंग की टिंट के साथ), Fe - OH बांड मुख्य रूप से सहसंयोजक होते हैं। थर्मली अस्थिर। हवा में आसानी से ऑक्सीकरण हो जाता है, खासकर जब गीला (अंधेरा)। पानी में अघुलनशील। तनु अम्लों, सांद्र क्षारों के साथ अभिक्रिया करता है। विशिष्ट कम करने वाला एजेंट। लोहे की जंग में मध्यवर्ती। इसका उपयोग आयरन-निकल बैटरी के सक्रिय द्रव्यमान के निर्माण में किया जाता है।

सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं के समीकरण:

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

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

Fe (OH) 2 + 2NаОН (> 50%) = Na 2 (नीला-हरा) (उबलते)

4Fе (ОН) 2 (निलंबन) + O 2 (वायु) → 4FеО (ОН) + 2Н 2 O (टी)

2Fе (ОН) 2 (निलंबन) + 2 O 2 (dil.) = 2FеО (ОН) ↓ + 2Н 2 O

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

प्राप्तअक्रिय वातावरण में क्षार या अमोनिया हाइड्रेट के साथ विलयन से अवक्षेपण:

Fe 2+ + 2OH (विस्तारित) = एफई (ओएच) 2

फे 2+ + 2 (एनएच 3 एच 2 ओ) = एफई (ओएच) 2+ 2एनएच 4

आयरन मेटाहाइड्रॉक्साइड एफ ईओ (ओएच)। मूल गुणों की प्रबलता के साथ एम्फ़ोटेरिक हाइड्रॉक्साइड। हल्का भूरा, Fe - O और Fe - OH बांड मुख्य रूप से सहसंयोजक होते हैं। बिना पिघले गर्म करने पर विघटित हो जाता है। पानी में अघुलनशील। यह अनाकार भूरे रंग के पॉलीहाइड्रेट Fe 2 O 3 nH 2 O के रूप में घोल से अवक्षेपित होता है, जिसे जब तनु क्षारीय घोल में रखा जाता है या सूखने पर FeO (OH) में बदल दिया जाता है। अम्ल, ठोस क्षार के साथ प्रतिक्रिया करता है। कमजोर ऑक्सीकरण और कम करने वाला एजेंट। Fe (OH) 2 के साथ सिंटर्ड। लोहे की जंग में मध्यवर्ती। इसका उपयोग पीले खनिज पेंट और एनामेल्स, एक निकास गैस अवशोषक, कार्बनिक संश्लेषण में उत्प्रेरक के लिए आधार के रूप में किया जाता है।

Fe (OH) 3 का यौगिक ज्ञात नहीं है (प्राप्त नहीं)।

सबसे महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं के समीकरण:

फे 2 ओ 3. एनН 2 ओ → ( 200-250 डिग्री सेल्सियस, -एच 2 हे) FeO (OH) → ( हवा में 560-700 डिग्री सेल्सियस, -H2O)→ फे 2 ओ 3

FeO (OH) + ZNS1 (dil.) = FeC1 3 + 2H 2 O

FeO (OH) → फ़े 2 हे 3 . राष्ट्रीय राजमार्ग 2 हे-कोलॉइड(NaOH (संक्षिप्त))

FeO (OH) → एनएक 3 [एफई (ओएच) 6]सफेद, ना 5 और के 4, क्रमशः; दोनों ही मामलों में, समान संरचना और संरचना का एक नीला उत्पाद, Fе III, अवक्षेपित होता है। प्रयोगशाला में, इस तलछट को कहा जाता है हल्का नीला, या टर्नबुल का नीला:

फे 2+ + के + + 3- = केएफई III

फे 3+ + के + + 4- = केएफई III

प्रारंभिक अभिकर्मकों और प्रतिक्रिया उत्पाद के रासायनिक नाम:

K 3 Fe III - पोटेशियम हेक्सासायनोफेरेट (III)

K 4 Fe III - पोटेशियम हेक्सासायनोफेरेट (II)

Fе III - लोहा (III) पोटेशियम हेक्सासायनोफेरेट (II)

इसके अलावा, Fe 3+ आयनों के लिए एक अच्छा अभिकर्मक थायोसाइनेट आयन NСS है -, लोहा (III) इसके साथ जुड़ता है, और एक चमकदार लाल ("खूनी") रंग दिखाई देता है:

Fe 3+ + 6NСS - = 3-

यह अभिकर्मक (उदाहरण के लिए, केएनसीएस नमक के रूप में) नल के पानी में लोहे (III) के निशान का भी पता लगा सकता है अगर यह अंदर से जंग से ढके लोहे के पाइप से गुजरता है।

परिभाषा

लोहा- डी.आई. मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी के चौथे आवर्त के आठवें समूह का एक तत्व।

और सुस्त संख्या 26 है। प्रतीक Fe (लैटिन "फेरम") है। पृथ्वी की पपड़ी में सबसे व्यापक धातुओं में से एक (केवल एल्यूमीनियम के बाद दूसरा)।

लोहे के भौतिक गुण

लोहा एक धूसर धातु है। अपने शुद्ध रूप में, यह काफी नरम, निंदनीय और नमनीय है। बाह्य ऊर्जा स्तर का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास - 3d 6 4s 2. अपने यौगिकों में, लोहा ऑक्सीकरण अवस्था "+2" और "+3" प्रदर्शित करता है। लोहे का गलनांक 1539C होता है। लोहा दो क्रिस्टलीय संशोधनों का निर्माण करता है: α- और γ-लोहा। उनमें से पहले में एक क्यूबिक बॉडी-केंद्रित जाली है, दूसरा - एक क्यूबिक फेस-केंद्रित जाली है। α-आयरन थर्मोडायनामिक रूप से दो तापमान श्रेणियों में स्थिर है: 912 से नीचे और 1394C से गलनांक तक। 912 और 1394C के बीच -लोहा स्थिर होता है।

लोहे के यांत्रिक गुण इसकी शुद्धता पर निर्भर करते हैं - इसमें अन्य तत्वों की बहुत कम मात्रा में भी सामग्री। ठोस लोहा अपने आप में कई तत्वों को घोलने की क्षमता रखता है।

लौह रासायनिक गुण

नम हवा में लोहे में जल्दी जंग लग जाता है; हाइड्रेटेड आयरन ऑक्साइड के भूरे रंग के खिलने के साथ कवर किया गया, जो इसके ढीलेपन के कारण लोहे को आगे ऑक्सीकरण से नहीं बचाता है। पानी में लोहा तीव्रता से संक्षारित होता है; ऑक्सीजन की प्रचुर पहुंच के साथ, आयरन (III) ऑक्साइड के हाइड्रेटेड रूप बनते हैं:

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

ऑक्सीजन की कमी या मुश्किल पहुंच के साथ, एक मिश्रित ऑक्साइड (II, III) Fe 3 O 4 बनता है:

3Fe + 4H 2 O (v) Fe 3 O 4 + 4H 2।

आयरन किसी भी सांद्रता के हाइड्रोक्लोरिक एसिड में घुल जाता है:

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2।

तनु सल्फ्यूरिक अम्ल में विलयन इसी प्रकार होता है:

Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2।

सल्फ्यूरिक एसिड के सांद्र विलयन में, लोहे को लोहे (III) में ऑक्सीकृत किया जाता है:

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

हालांकि, सल्फ्यूरिक एसिड में, जिसकी एकाग्रता 100% के करीब होती है, लोहा निष्क्रिय हो जाता है और व्यावहारिक रूप से कोई बातचीत नहीं होती है। नाइट्रिक एसिड के तनु और मध्यम सांद्र विलयन में, लोहा घुल जाता है:

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

नाइट्रिक एसिड की उच्च सांद्रता में, विघटन धीमा हो जाता है और लोहा निष्क्रिय हो जाता है।

अन्य धातुओं की भाँति लोहा भी साधारण पदार्थों से अभिक्रिया करता है। गर्म होने पर आयरन हैलोजन (हैलोजन के प्रकार की परवाह किए बिना) के साथ बातचीत करता है। ब्रोमीन के साथ लोहे की परस्पर क्रिया बाद के वाष्प दबाव में वृद्धि पर होती है:

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3;

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

सल्फर (पाउडर), नाइट्रोजन और फास्फोरस के साथ लोहे की बातचीत भी गर्म होने पर होती है:

6Fe + N 2 = 2Fe 3 N;

2Fe + P = Fe 2 P;

3Fe + P = Fe 3 P।

लोहा गैर-धातुओं जैसे कार्बन और सिलिकॉन के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है:

3Fe + C = Fe 3 C;

जटिल पदार्थों के साथ लोहे की बातचीत की प्रतिक्रियाओं में, निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं एक विशेष भूमिका निभाती हैं - लोहा (III) यौगिकों को कम करने के लिए, नमक समाधान (1) से इसके दाईं ओर गतिविधि के क्रम में लोहा धातुओं को कम करने में सक्षम है। (2):

Fe + CuSO 4 = FeSO 4 + Cu (1);

Fe + 2FeCl 3 = 3FeCl 2 (2)।

लोहे, ऊंचे दबाव पर, एक गैर-नमक बनाने वाले ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करता है - सीओ एक जटिल संरचना के पदार्थों के निर्माण के साथ - कार्बोनिल्स - Fe (CO) 5, Fe 2 (CO) 9 और Fe 3 (CO) 12।

लोहा अशुद्धियों की अनुपस्थिति में जल में तथा क्षार के तनु विलयनों में स्थायी होता है।

लोहा प्राप्त करना

लोहे के उत्पादन की मुख्य विधि लौह अयस्क (हेमेटाइट, मैग्नेटाइट) या उसके लवण के घोल के इलेक्ट्रोलिसिस से होती है (इस मामले में, "शुद्ध" लोहा प्राप्त होता है, अर्थात अशुद्धियों के बिना लोहा)।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1

परिचय

व्यक्तिगत तत्वों के रासायनिक गुणों का अध्ययन एक आधुनिक स्कूल में रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम का एक अभिन्न अंग है, जो एक आगमनात्मक दृष्टिकोण के आधार पर तत्वों के रासायनिक संपर्क की विशेषताओं के बारे में एक धारणा बनाने की अनुमति देता है। उनकी भौतिक रासायनिक विशेषताएं। हालांकि, स्कूल रसायन विज्ञान प्रयोगशाला की क्षमताएं हमेशा रासायनिक तत्वों की आवर्त सारणी, सरल पदार्थों की संरचनात्मक विशेषताओं में किसी तत्व के रासायनिक गुणों की निर्भरता को पूरी तरह से प्रदर्शित करने की अनुमति नहीं देती हैं।

सल्फर के रासायनिक गुणों का उपयोग रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम के अध्ययन की शुरुआत में रासायनिक घटनाओं और भौतिक लोगों के बीच अंतर को प्रदर्शित करने के लिए और व्यक्तिगत रासायनिक तत्वों की विशेषताओं के अध्ययन में किया जाता है। रासायनिक घटनाओं के उदाहरण और सल्फर के ऑक्सीकरण गुणों के उदाहरण के रूप में, लोहे के साथ सल्फर की बातचीत का प्रदर्शन अक्सर दिशानिर्देशों में अनुशंसित किया जाता है। लेकिन ज्यादातर मामलों में, यह प्रतिक्रिया या तो बिल्कुल नहीं होती है, या इसके पाठ्यक्रम के परिणामों का मूल्यांकन नग्न आंखों से नहीं किया जा सकता है। इस प्रयोग के विभिन्न रूपों को अक्सर परिणामों की कम प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता की विशेषता होती है, जो उपरोक्त प्रक्रियाओं को चिह्नित करने में उनके व्यवस्थित उपयोग की अनुमति नहीं देता है। इसलिए, उन विकल्पों की खोज करना प्रासंगिक है जो स्कूल की रासायनिक प्रयोगशाला की विशेषताओं के लिए पर्याप्त, सल्फर के साथ लोहे की बातचीत की प्रक्रिया के प्रदर्शन के लिए एक विकल्प प्रदान कर सकते हैं।

लक्ष्य:एक स्कूल प्रयोगशाला में सल्फर की धातुओं के साथ अन्योन्यक्रिया पर प्रतिक्रिया करने की संभावना का अन्वेषण करें।

कार्य:

सल्फर की बुनियादी भौतिक और रासायनिक विशेषताओं का निर्धारण;

धातुओं के साथ सल्फर की अन्योन्यक्रिया की अभिक्रियाओं को अंजाम देने और आगे बढ़ने के लिए शर्तों का विश्लेषण;

धातुओं के साथ सल्फर की अन्योन्य क्रिया के लिए ज्ञात तकनीकों का अध्ययन करना;

प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए सिस्टम का चयन करें;

स्कूल की रासायनिक प्रयोगशाला की स्थितियों के लिए चयनित प्रतिक्रियाओं की पर्याप्तता का आकलन करें।

अध्ययन की वस्तु:धातुओं के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया की प्रतिक्रियाएँ

अध्ययन का विषय:एक स्कूल प्रयोगशाला में धातुओं के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया की प्रतिक्रियाओं की व्यवहार्यता।

परिकल्पना:स्कूल की रासायनिक प्रयोगशाला में सल्फर के साथ लोहे की बातचीत का एक विकल्प एक रासायनिक प्रतिक्रिया होगी जो स्पष्टता, पुनरुत्पादन, सापेक्ष सुरक्षा और अभिकारकों की उपलब्धता की आवश्यकताओं को पूरा करती है।

हम सल्फर के संक्षिप्त विवरण के साथ अपना काम शुरू करना चाहते हैं:

आवधिक प्रणाली में स्थिति: सल्फर तीसरी अवधि में है, समूह VI, मुख्य (ए) उपसमूह, एस-तत्वों को संदर्भित करता है।

सल्फर की परमाणु संख्या 16 है, इसलिए सल्फर परमाणु का आवेश +16 है, इलेक्ट्रॉनों की संख्या 16 है। बाहरी स्तर पर तीन इलेक्ट्रॉनिक स्तर 6 इलेक्ट्रॉन

स्तरों द्वारा इलेक्ट्रॉनों का लेआउट:

16 एस )))
2 8 6

32 एस सल्फर परमाणु के नाभिक में 16 प्रोटॉन (परमाणु आवेश के बराबर) और 16 न्यूट्रॉन (परमाणु द्रव्यमान माइनस प्रोटॉन की संख्या: 32 - 16 = 16) होते हैं।

इलेक्ट्रॉनिक सूत्र: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4

तालिका एक

सल्फर परमाणु की आयनीकरण क्षमता का मान

आयनीकरण क्षमता

ऊर्जा (ईवी)

ठंडी गंधक में बल्कि निष्क्रिय (जोर से केवल से जुड़ता है) फ्लोरीन), लेकिन गर्म होने पर यह बहुत रासायनिक रूप से सक्रिय हो जाता है - हैलोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है(आयोडीन को छोड़कर), ऑक्सीजन, हाइड्रोजन और लगभग सभी धातुओं के साथ। नतीजतनप्रतिक्रियाओं बाद के प्रकार से, संगत सल्फर यौगिक बनते हैं।

धातुओं के साथ अन्योन्यक्रिया करते समय किसी अन्य तत्व की भाँति सल्फर की अभिक्रियाशीलता इस पर निर्भर करती है:

प्रतिक्रियाशील पदार्थों की गतिविधि। इसलिए, उदाहरण के लिए, सल्फर सबसे सक्रिय रूप से क्षार धातुओं के साथ बातचीत करेगा

प्रतिक्रिया के तापमान पर। यह प्रक्रिया की थर्मोडायनामिक विशेषताओं द्वारा समझाया गया है।

मानक परिस्थितियों में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सहज घटना की थर्मोडायनामिक संभावना प्रतिक्रिया की मानक गिब्स ऊर्जा द्वारा निर्धारित की जाती है:

जी 0 टी< 0 – прямая реакция протекает

G 0 Т> 0 - सीधी प्रतिक्रिया असंभव है

प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों के पीसने की डिग्री पर, क्योंकि सल्फर और धातु दोनों मुख्य रूप से ठोस अवस्था में प्रतिक्रिया करते हैं।

धातुओं के साथ सल्फर की अन्योन्यक्रिया की कुछ प्रतिक्रियाओं की थर्मोडायनामिक विशेषताएं दी गई हैं स्लाइड 4 . में

यह तालिका से देखा जा सकता है कि तनाव की एक श्रृंखला की शुरुआत की दोनों धातुओं और कम गतिविधि की धातुओं के साथ सल्फर की बातचीत थर्मोडायनामिक रूप से संभव है।

इस प्रकार, सल्फर गर्म होने पर एक सक्रिय गैर-धातु है, जो उच्च गतिविधि (क्षारीय) और कम गतिविधि (चांदी, तांबा) दोनों की धातुओं के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम है।

धातुओं के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया का अध्ययन

अनुसंधान के लिए प्रणालियों का चयन

धातुओं के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया का अध्ययन करने के लिए, ऐसी प्रणालियों का चयन किया गया जिनमें बेकेटोव श्रृंखला के विभिन्न स्थानों में स्थित धातुएँ शामिल हैं, जिनकी अलग-अलग गतिविधियाँ हैं।

निम्नलिखित मानदंडों को चयन शर्तों के रूप में परिभाषित किया गया था: गति, स्पष्टता, प्रतिक्रिया की पूर्णता, सापेक्ष सुरक्षा, परिणाम की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता, पदार्थ भौतिक गुणों में स्पष्ट रूप से भिन्न होना चाहिए, स्कूल प्रयोगशाला में पदार्थों की उपस्थिति, संचालन के सफल प्रयास हैं विशिष्ट धातुओं के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया।

आयोजित प्रतिक्रियाओं की प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता का आकलन करने के लिए, प्रत्येक प्रयोग को तीन बार किया गया था।

इन मानदंडों के आधार पर, प्रयोग के लिए निम्नलिखित प्रतिक्रिया प्रणालियों का चयन किया गया:

सल्फर और कॉपर Cu + S = CuS + 79 kJ / mol

कार्यप्रणाली और अपेक्षित प्रभाव

4 ग्राम सल्फर को चूर्ण के रूप में लेकर परखनली में डालें। एक परखनली में सल्फर को उबालने के लिए गरम करें। फिर एक तांबे का तार लें और उसे आग पर गर्म करें। जब गंधक पिघल कर उबल जाए तो उसमें तांबे की तार डाल दें।

अपेक्षित परिणाम:ट्यूब भूरे रंग के वाष्प से भर जाती है, तार गरम किया जाता है और भंगुर सल्फाइड के गठन के साथ "जला" जाता है।

2. तांबे के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया।

प्रतिक्रिया बहुत स्पष्ट नहीं निकली, तांबे का सहज ताप भी नहीं हुआ। हाइड्रोक्लोरिक एसिड के अतिरिक्त के साथ कोई महत्वपूर्ण गैस विकास नहीं देखा गया।

सल्फर और आयरन Fe + S = FeS + 100.4 kJ / mol

कार्यप्रणाली और अपेक्षित प्रभाव

4 ग्राम गंधक का चूर्ण और 7 ग्राम लौह चूर्ण लेकर मिलाएं। परिणामी मिश्रण को एक परखनली में डालें। हम एक परखनली में पदार्थों को गर्म करेंगे

अपेक्षित परिणाम:मिश्रण का एक मजबूत सहज ताप होता है। परिणामस्वरूप लौह सल्फाइड को पाप किया जाता है। पदार्थ पानी से अलग नहीं होता है और चुंबक पर प्रतिक्रिया नहीं करता है।

1. लोहे के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया।

प्रयोगशाला स्थितियों में अवशेषों के बिना लौह सल्फाइड प्राप्त करने के लिए प्रतिक्रिया करना व्यावहारिक रूप से असंभव है, यह निर्धारित करना बहुत मुश्किल है कि पदार्थों ने पूरी तरह से प्रतिक्रिया की है, प्रतिक्रिया मिश्रण का सहज ताप नहीं देखा जाता है। प्राप्त पदार्थ की जाँच की गई कि क्या यह आयरन सल्फाइड है। इसके लिए हमने एचसीएल का इस्तेमाल किया। जब हमने पदार्थ पर हाइड्रोक्लोरिक एसिड गिराया, तो उसमें झाग आने लगा, हाइड्रोजन सल्फाइड निकल गया।

सल्फर और सोडियम 2ना + एस = ना 2 एस + 370.3 केजे / मोल

कार्यप्रणाली और अपेक्षित प्रभाव

4 ग्राम गंधक का चूर्ण लेकर मोर्टार में डालकर अच्छी तरह पीस लें

लगभग 2 ग्राम सोडियम का एक टुकड़ा काट लें। ऑक्साइड फिल्म को काट लें, उन्हें एक साथ पीस लें।

अपेक्षित परिणाम:यह प्रतिक्रिया हिंसक है, अभिकर्मक स्वयं प्रज्वलित हो सकते हैं।

3. सोडियम के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया।

सोडियम के साथ सल्फर का परस्पर क्रिया सबसे खतरनाक और यादगार प्रयोग है। पीसने के कुछ सेकंड के बाद, पहली चिंगारी उड़ गई, मोर्टार में सोडियम और सल्फर भड़क गए और जलने लगे। जब उत्पाद हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ इंटरैक्ट करता है, तो हाइड्रोजन सल्फाइड सक्रिय रूप से जारी होता है।

सल्फर और जिंक Zn + S = ZnS + 209 kJ / mol

कार्यप्रणाली और अपेक्षित प्रभाव

गंधक और जिंक का चूर्ण लें, प्रत्येक 4 ग्राम, पदार्थों को मिलाएं। तैयार मिश्रण को एस्बेस्टस मेश पर डालें। हम पदार्थों के लिए एक गर्म मशाल लाते हैं

अपेक्षित परिणाम:प्रतिक्रिया तुरंत नहीं होती है, लेकिन हिंसक रूप से, एक हरी-नीली लौ बनती है।

4. जिंक के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया।

प्रतिक्रिया शुरू करना बहुत मुश्किल है, इसकी शुरुआत के लिए मजबूत ऑक्सीडेंट या उच्च तापमान के उपयोग की आवश्यकता होती है। पदार्थ एक हरी-नीली लौ में फट जाते हैं। जब लौ बुझती है, तो इस स्थान पर एक अवशेष रहता है, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ बातचीत करते समय, हाइड्रोजन सल्फाइड नगण्य रूप से निकलता है।

सल्फर और एल्यूमीनियम 2Al + 3S = Al 2 S 3 + 509.0 kJ / mol

कार्यप्रणाली और अपेक्षित प्रभाव

गंधक का चूर्ण 4 ग्राम और एल्युमिनियम का 2.5 ग्राम द्रव्यमान लें और मिलाएँ। परिणामी मिश्रण को एस्बेस्टस जाल पर रखें। हम जलते हुए मैग्नीशियम के मिश्रण में आग लगाते हैं

अपेक्षित परिणाम:प्रतिक्रिया पर एक फ्लैश होता है।

5. एल्युमिनियम के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया।

प्रतिक्रिया के लिए एक सर्जक के रूप में एक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट को जोड़ने की आवश्यकता होती है। जलते हुए मैग्नीशियम के साथ प्रज्वलित होने के बाद, पीले-सफेद रंग का एक शक्तिशाली फ्लैश हुआ, हाइड्रोजन सल्फाइड काफी सक्रिय रूप से निकलता है।

सल्फर और मैग्नीशियम एमजी + एस = एमजीएस + 346.0 केजे / मोल

कार्यप्रणाली और अपेक्षित प्रभाव

2.5 ग्राम मैग्नीशियम छीलन और 4 ग्राम सल्फर पाउडर लें और मिलाएं

परिणामी मिश्रण को एस्बेस्टस जाल पर रखें। हम मशाल को परिणामी मिश्रण में लाते हैं।

अपेक्षित परिणाम:प्रतिक्रिया के दौरान एक शक्तिशाली फ्लैश होता है।

4. मैग्नीशियम के साथ सल्फर की परस्पर क्रिया।

प्रतिक्रिया के लिए एक सर्जक के रूप में शुद्ध मैग्नीशियम को जोड़ने की आवश्यकता होती है। सफेद रंग का एक शक्तिशाली फ्लैश होता है, हाइड्रोजन सल्फाइड सक्रिय रूप से निकलता है।

उत्पादन

आयरन सल्फाइड प्राप्त करने की प्रतिक्रिया पूरी नहीं हुई, क्योंकि शेष प्लास्टिक सल्फर और लोहे के मिश्रण के रूप में बना रहा।

हाइड्रोजन सल्फाइड की सबसे सक्रिय रिहाई सोडियम सल्फाइड और मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम सल्फाइड में प्रकट हुई थी।

कॉपर सल्फाइड में हाइड्रोजन सल्फाइड का कम सक्रिय विकास था।

सोडियम सल्फाइड की तैयारी पर प्रयोग खतरनाक हैं और स्कूल प्रयोगशाला सेटिंग में अनुशंसित नहीं हैं।

एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम और जस्ता के सल्फाइड के उत्पादन के लिए स्कूल की स्थितियों में सबसे उपयुक्त प्रतिक्रियाएं हैं।

अपेक्षित और वास्तविक परिणाम सल्फर के सोडियम, मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम के साथ परस्पर क्रिया के साथ मेल खाते हैं।

निष्कर्ष

एक सामान्य शिक्षा स्कूल के रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में रासायनिक घटना और सल्फर के ऑक्सीकरण गुणों को दर्शाने वाले उदाहरण के रूप में सल्फर के साथ लोहे की बातचीत को प्रदर्शित करने के लिए मौजूदा सिफारिशों के बावजूद, इस तरह के प्रयोग का वास्तविक कार्यान्वयन अक्सर एक दृश्य प्रभाव के साथ नहीं होता है।

इस प्रदर्शन के विकल्प का निर्धारण करते समय, उन प्रणालियों का चयन किया गया जो स्कूल प्रयोगशाला में दृश्यता, सुरक्षा, अभिकारकों की उपलब्धता की आवश्यकताओं को पूरा करती हैं। तांबा, लोहा, जस्ता, मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम, सोडियम के साथ सल्फर की प्रतिक्रिया प्रणालियों को संभावित विकल्पों के रूप में चुना गया था, जिससे रसायन विज्ञान के पाठों में प्रदर्शन प्रयोगों के रूप में विभिन्न धातुओं के साथ सल्फर की बातचीत की प्रतिक्रिया का उपयोग करने की दक्षता का मूल्यांकन करने की अनुमति मिलती है।

प्रयोगों के परिणामों के आधार पर, यह निर्धारित किया गया था कि मध्यम-उच्च गतिविधि (मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम) की धातुओं के साथ सल्फर की प्रतिक्रिया प्रणालियों का उपयोग करने के लिए संकेतित उद्देश्यों के लिए यह सबसे इष्टतम है।

प्रयोगों के आधार पर, एक वीडियो बनाया गया है जो धातुओं के साथ बातचीत के उदाहरण से सल्फर के ऑक्सीकरण गुणों को प्रदर्शित करता है, जिससे पूर्ण पैमाने पर प्रयोग किए बिना इन गुणों का वर्णन करना संभव हो जाता है। एक अतिरिक्त मार्गदर्शिका के रूप में, एक वेबसाइट बनाई गई थी ( ), जो अन्य बातों के अलावा, अध्ययन के परिणामों को एक दृश्य रूप में प्रस्तुत करता है।

शोध के परिणाम गैर-धातुओं, रासायनिक गतिकी और ऊष्मागतिकी के रासायनिक गुणों की विशेषताओं के गहन अध्ययन का आधार बन सकते हैं।