Železo Fe

• Triáda železa: Fe, Co, Ni

Výskyt:

• 4. v přírodě nejrozšířenější prvek (po O₂, Si, Al)
• v zemské kůře 5,1%
• základní kov současné civilizace („doba železná“ x „doba umělohmotná“ ????)
• čisté Fe: meteority, zemské jádro
• železné rudy: krevel (Fe₂O₃), magnetovec (Fe₃O₄), hnědel (Fe₂O₃ . H₂O), ocelek (FeCO₃)

Historie:

• Železné rudy zahřívány ve zkujňovacích ohništích = mělké jámy s přebytkem dřevěného uhlí + dmychadla

Výroba Fe:

• Redukce Fe₂O₃ či jiné Fe rudy ve vysoké peci
• Kychta, šachta, rozpora, nístěj (obrázek a popis vysoké pece viz. 3. ročník – zopakovat!!!)
• Přímá redukce x nepřímá redukce – zopakovat rovnice z 3. ročníku!!!
• Výroba oceli: snižování obsahu C
• Zušlechťování oceli: + Mn, + Ti, + Cr, + Mo…

Vlastnosti:

• Bílý, lesklý kov
• Nepříliš tvrdý
• @= 7,86 g/cm³
• B_tání = 1 528 ^oC
• Velká afinita ke kyslíku -> Fe na vlhkém vzduchu rezaví = přechází na Fe(OH)₃
• Se suchým vzduchem reaguje až při T > 150 ^oC.
• Slitiny Fe + C: Ferrit (čisté Fe) à perlit à cementit à grafit (čistý C)
• Druhy Fe:
• Surové Fe = litina = Fe s 2- 5% C (celkem obyčejně 5 – 10% příměsí), není kujné, hodí se k odlívání – dokonale vyplňuje formy
• Kujné Fe = snížený obsah C i příměsí
• Kovářské Fe = 0,5% C maximálně
• Ocel = obyčejně 0,5 – 1 %C, je kalitelná = zahřeje se do světlého žáru a pak se prudce ochladí vodou či olejem (nepředvádět při hodině!) -> tvrdá, křehká
• Popouštění oceli = odstraňování křehkosti = zakalenou ocel zahřát na 250 – 301 ^oC
• Speciální oceli = + Si, + Mn, + Ni, + Cr, + Va, + Mo, + W

Sloučeniny Fe:

FeSO₄ . 7 H₂O = zelená skalice (odpad při výrobě Ti běloby, po hydrolýze kyselý roztok, ekologický problém: na 1 tunu TiO₂ vznikají 4 tuny zelené skalice!!!)

M₂FeO₄ kuriozita Fe^vi

FeO černý prášek, za tepla rozkládá vodu! (doma navrhnout rovnici)

Fe(OH)₂ vzniká působením alkalických hydroxidů na vodné roztoky solí Fe^II (doma navrhnout rovnici), bílá vločkovitá sraženina

Fe₂O₃ žíháním Fe(OH)₃, červenohnědý prášek

Fe₃O₄ oxid železnato železitý FeO . Fe₂O₃ spinel

FeS₂ pyrit, kyz železnatý (dříve výroba H₂SO₄)

Soli železnaté příprava obecně: Fe + kyselina

Fe(SCN)₂ rhodanid železnatý -à rhodanoželeznatany: M₄[Fe(SCN)₆]

Fe(NO₃)₂ vzniká rozpouštěním Fe ve studené zředěné HNO₃:

Fe + HNO₃ -à Fe(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O (doma vyčíslit, mají to tak rádi)

FeCO3 ocelek: za tepla-àFeO + CO₂

K₄[Fe(CN)₆] hexakyanoželeznatan draselný = žlutá krevní sůl

Příprava: dusíkaté organické látky (= krev, paznehty, kůže…) + Fe odpady + roztavená potaš (rádi si vzpomenou na vzorec, učili jsme se…)

--à taveninu vyloužit vodou

K₃[Fe(CN)₆] hexakyanoželezitan draselný = červená krevní sůl, je méně stálá než K₄[Fe(CN)₆] -à je jedovatá (CN^- skupina!!!!)

Fe(CO)₅ pentakarbonyl železa: vzniká zahříváním jemně rozptýleného Fe s CO za podtlaku (rádi si vzpomenou proč snížený tlak)

Fe(NO)₄ tetra nitrosyl železa: velmi reaktivní!

Reakce železa

Zdroj: http://www.jergym.hiedu.cz/~canovm/anorgrov/rovnice/fe.html

Železo se vyrábí redukcí oxidů železa uhlíkem
Fe₃O₄ + 2C --› 3Fe + 2CO₂
2Fe₂O₃ + 3C --› 4Fe + 3CO₂
4FeO(OH) + 3C --› 4Fe + 3CO₂ + 2H₂O

02.

a) Chemicky čisté železo se získává redukcí oxidů železa vodíkem.
Fe₃O₄ + 4H₂ --› 3Fe + 4H₂O
Fe₂O₃ + 3H₂ --› 2Fe + 3H₂O
2FeO(OH) + 3H₂ --› 2Fe + 4H₂O
b) Chemicky čisté železo se získává termickým rozkladem pentakarbonylu železa.
[Fe(CO)₅] --› Fe + 5CO
c) Chemicky čisté železo se získává elektrolýzou síranu železnatého.
2FeSO₄ + 2H₂O --› 2Fe + 2H₂SO₄ + O₂

03.

Železo na vlhkém vzduchu koroduje.
4Fe + 3O₂ + 6H₂O --› 4Fe(OH)₃

Železnaté soli

04.

a) Manganistan je redukován železnatou solí ve vhodném prostředí na manganatou sůl.
MnO₄^-1 + 5Fe⁺² + 8H₃O⁺¹ --› Mn⁺² + 5Fe⁺³ + 12H₂O
b) Manganistan draselný je redukován síranem železnatým v prostředí kyseliny sírové na síran manganatý.
2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ --› 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O
c) Manganistan draselný je redukován síranem železnatým v prostředí kyseliny trihydrogenfosforečné na tetraoxofosforečnan manganatý.
3KMnO₄ + 15FeSO₄ + 8H₃PO₄ --› Mn₃(PO₄)₂ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 5FePO₄ + K₃PO₄ + 12H₂O
f) Manganistan vápenatý je redukován síranem železnatým v prostředí kyseliny trihydrogenfosforečné na tetraoxofosforečnan manganatý.
3Ca(MnO₄ )₂ + 30FeSO₄ + 16H₃PO₄ --› 2Mn₃(PO₄)₂ + Ca₃(PO₄)₂ + 10Fe₂(SO₄)₃ + 10FePO₄ + 24H₂O

05.

a) Manganistan je redukován železnatou solí v neutrálním prostředí na hydrát oxidu manganičitého.
MnO₄^-1 + 3Fe⁺² + (2+x)H₂O --› MnO₂.xH₂O + 3Fe⁺³ + 4OH^-1
b) Manganistan draselný je redukován síranem železnatým na hydrát oxidu manganičitého.
6KMnO₄ + 18FeSO₄ + (12+6x)H₂O --› 6MnO₂.xH₂O + 3K₂SO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8Fe(OH)₃

06.

Železnaté soli vznikají při rozpouštění železa v neoxidujícíxh kyselinách.
Fe + 2H₃O⁺¹ --› Fe⁺² + 2H₂O + H₂

07.

a) Reakcí železnaté soli s kyanidem vzniká komplexní sloučenina.
Fe⁺² + 6CN^-1 --› [Fe(CN)₆]^-4
b) Reakcí síranu železnatého s kyanidem draselným vzniká komplexní sloučenina.
FeSO₄ + 6KCN --› K₄[Fe(CN)₆] + K₂SO₄

Karbonyl železa

08.

Oxid uhelnatý reaguje se železem za vzniku pentakarbonylu železa.
5CO + Fe --› [Fe(CO)₅]

Kyanokomplexy a kyanidy

09.

Varianta 1:
a) Žlutá krevní sůl reaguje s chloridem železitým na Berlínskou (Pruskou) modř
K₄[Fe(CN)₆] + FeCl₃ --› KFe^III[Fe^II(CN)₆] + 3KCl
b) Červená krevní sůl reaguje se síranem železnatým na Turnbullovu modř
K₃[Fe(CN)₆] + FeSO₄ --› KFe^II[Fe^III(CN)₆] + K₂SO₄

10.

Varianta 2:
a) Žlutá krevní sůl reaguje s chloridem železitým na Berlínskou (Pruskou) modř
3K₄[Fe(CN)₆] + 4FeCl₃ --› Fe₄[Fe(CN)₆]₃ + 12KCl
b) Červená krevní sůl reaguje se síranem železnatým na Turnbullovu modř
2K₃[Fe(CN)₆] + 3FeSO₄ --› Fe₃[Fe(CN)₆]₂ + 3K₂SO₄

11.

a) Manganistan je redukován hexakyanoželeznatanem ve vhodném prostředí na manganatou sůl.
MnO₄^-1 + 5[Fe(CN)₆]^-4 + 8H₃O⁺¹ --› Mn⁺² + 5[Fe(CN)₆]^-3 + 12H₂O
b) Manganistan draselný je redukován hexakyanoželeznatanem draselným v prostředí kyseliny sírové na síran manganatý.
KMnO₄ + 5K₄[Fe(CN)₆] + 4H₂SO₄ --› MnSO₄ + 3K₂SO₄ + 5K₃[Fe(CN)₆] + 4H₂O
c) Manganistan draselný je redukován hexakyanoželeznatanem sodným v prostředí kyseliny sírové na síran manganatý.
2KMnO₄ + 10Na₄[Fe(CN)₆] + 8H₂SO₄ --› 2MnSO₄ + 10Na₃[Fe(CN)₆] + K₂SO₄ + 5Na₂SO₄ + 8H₂O
d) Manganistan draselný je redukován hexakyanoželeznatanem draselným v prostředí kyseliny trihydrogenfosforečné na tetraoxofosforečnan manganatý.
3KMnO₄ + 15K₄[Fe(CN)₆] + 8H₃PO₄ --› Mn₃(PO₄)₂ + 15K₃[Fe(CN)₆]₂ + 6K₃PO₄ + 12H₂O
e) Manganistan draselný je redukován hexakyanoželeznatanemm sodným v prostředí kyseliny trihydrogenfosforečné na tetraoxofosforečnan manganatý.
3KMnO₄ + 15Na₄[Fe(CN)₆] + 8H₃PO₄ --› Mn₃(PO₄)₂ + 15Na₃[Fe(CN)₆] + K₃PO₄ + 5Na₃PO₄ + 12H₂O
f) Manganistan vápenatý je redukován hexakyanoželeznatanem sodným v prostředí kyseliny trihydrogenfosforečné na tetraoxofosforečnan manganatý.
3Ca(MnO₄ )₂ + 30Na₄[Fe(CN)₆] + 16H₃PO₄ --› 2Mn₃(PO₄)₂ + Ca₃(PO₄)₂ + 10Na₃PO₄ + 30Na₃[Fe(CN)₆] + 24H₂O

12.

a) Manganistan je redukován hexakyanoželeznatanem v neutrálním prostředí na hydrát oxidu manganičitého.
MnO₄^-1 + 3[Fe(CN)₆]^-4 + (2+x)H₂O --› MnO₂.xH₂O + 3[Fe(CN)₆]^-3 + 4OH^-1
b) Manganistan draselný je redukován hexakyanoželeznatanem draselným na hydrát oxidu manganičitého.
KMnO₄ + 3K₄[Fe(CN)₆] + (2+x)H₂O --› MnO₂.xH₂O + 3K₃[Fe(CN)₆] + 4KOH
c) Manganistan draselný je redukován hexakyanoželeznatanem sodným na hydrát oxidu manganičitého.
KMnO₄ + 3Na₄[Fe(CN)₆] + (2+x)H₂O --› MnO₂.xH₂O + 3Na₃[Fe(CN)₆] + 3NaOH + KOH

13.

Žlutá krevní sůl uvolňuje reakcí s kyselinou sírovou kyanovodík
K₄[Fe(CN)₆] + 3H₂SO₄ --› 6HCN + 2K₂SO₄ + FeSO₄

14.

a) Reakcí železnaté soli s kyanidem vzniká komplexní sloučenina.
Fe⁺² + 6CN^-1 --› [Fe(CN)₆]^-4
b) Reakcí síranu železnatého s kyanidem draselným vzniká komplexní sloučenina.
FeSO₄ + 6KCN --› K₄[Fe(CN)₆] + K₂SO₄

Železany

15.

Železan draselný vzniká při tavení oxidu železitého dusičnanem a hydroxidem draselným..
Fe₂O₃ + 3KNO₃ + 4KOH --› 2K₂FeO₄ + 3KNO₂ + 2H₂O

16.

a) Železany se redukují ve vodě na železitou sůl.
4FeO₄^-2 + 10H₂O --› 4Fe⁺³ + 20OH^-1 + 3O₂
b) Železan draselný se redukuje ve vodě na hydroxid železitý železitou sůl.
4K₂FeO₄ + 10H₂O --› 4Fe(OH)₃ + 3O₂ + 8KOH

17.

a) Železany se redukují v kyselém prostředí na železitou sůl.
4FeO₄^-2 + 20H₃O⁺¹ --› 4Fe⁺³ + 3O₂ + 30H₂O
b) Železan draselný se redukuje v kyselině chlrovodíkové na chlorid železitý.
4K₂FeO₄ + 20HCl --› 4FeCl₃ + 3O₂ + 8KCl + 10H₂O
b) Železan draselný se redukuje v kyselině sírové na síran železitý.
4K₂FeO₄ + 10H₂SO₄ --› 2Fe₂(SO₄)₃ + 3O₂ + 4K₂SO₄ + 10H₂O

Thiokynatany

V reakcích 18 až 20 jsou zapisovány reakce, kdy za a) reakcí železité soli s kyanatanem vznikají krvavě zbarvené rhodanokomlexy, které se za b) odbarví (rhodanoligandy se z komplexu uvolní) fluoridem nebo hydrogenfluoridem a za g) opět zabarví (obnoví se komplex) hlinitou solí.

18.
I.

a) a) Železitá sůl reaguje s rhodanidem na dirhodanoželezitou sůl
Fe⁺³ + 2SCN^-1 --› [Fe(SCN)₂]⁺¹
b) Fluorid reaguje s dirhodanoželezitou solí na hexafluoroželezitan a rhodanid
6F^-1 + [Fe(SCN)₂]⁺¹ --› [FeF₆]^-3 + 2SCN^-1
g)Hlinitá sůl reaguje s hexafluoroželezitanem a rhodanidem na hexafluorohlinitan a dirhodanoželezitou sůl
Al⁺³ + [FeF₆]^-3 + 2SCN^-1 --› [AlF₆]^-3 + [Fe(SCN)₂]⁺¹
--------------------------------------------------------------------------
b) a) Chlorid železitý reaguje s rhodanidem sodným na chlorid dirhodanodoželezitý a chlorid sodný
FeCl₃ + 2NaSCN --› [Fe(SCN)₂]Cl + 2NaCl
b) Fluorid amonný reaguje s chloridem dirhodanodoželezitým za vzniku hexafluoroželezitanu amonného, chloridu amonného a rhodanidu amonného
6NH₄F + [Fe(SCN)₂]Cl --› (NH₄)₃[FeF₆] + NH₄Cl + 2NH₄SCN
g) Síran hlinitý reaguje s hexafluoroželezitanem a rhodanidem amonným za vzniku hexafluorohlinitanu amonného a síranů dirhodanoželezitého a amonného
1/2Al₂(SO₄)₃ + (NH₄)₃[FeF₆] + 2NH₄SCN --› (NH₄)₃[AlF₆] + 1/2[Fe(SCN)₂]₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄

18.
II

a) a) Železitá sůl reaguje s rhodanidem na dirhodanoželezitou sůl
Fe⁺³ + 2SCN^-1 --› [Fe(SCN)₂]⁺¹
b) Hydrogenfluorid reaguje neutrálním prostředí s dirhodanoželezitou solí na hexafluoroželezitan a rhodanid
3HF₂^-1 + [Fe(SCN)₂]⁺¹ + 3H₂O --› [FeF₆]^-3 + 2SCN^-1 + 3H₃O⁺¹
g) Hlinitá sůl reaguje s hexafluoroželezitanem a rhodanidem na hexafluorohlinitan a dirhodanoželezitou sůl
Al⁺³ + [FeF₆]^-3 + 2SCN^-1 --› [AlF₆]^-3 + [Fe(SCN)₂]⁺¹
--------------------------------------------------------------------------
b) a) Chlorid železitý reaguje s rhodanidem sodným na chlorid dirhodanodoželezitý a chlorid sodný
FeCl₃ + 2NaSCN --› [Fe(SCN)₂]Cl + 2NaCl
b) Hydrogenfluorid amonný reaguje s chloridem dirhodanodoželezitým za vzniku hexafluoroželezitanu amonného, kyseliny chlorovodíkové a kyseliny rhodanovodíkové
3NH₄HF₂ + [Fe(SCN)₂]Cl --› (NH₄)₃[FeF₆] + HCl + 2HSCN
g) Síran hlinitý reaguje s hexafluoroželezitanem amonným a kyselinou rhodanodovodíkovou za vzniku hexafluorohlinitanu amonného, síranu dirhodanoželezitého a kyseliny sírové
1/2Al₂(SO₄)₃ + (NH₄)₃[FeF₆] + 2HSCN --› (NH₄)₃[AlF₆] + 1/2[Fe(SCN)₂]₂SO₄ + H₂SO₄

19.
I.

a) a) Železitá sůl reaguje s rhodanidem na tetrarhodanoželezitan
Fe⁺³ + 4SCN^-1 --› [Fe(SCN)₄]^-1
b) Fluorid reaguje s tetrarhodanoželezitanem na hexafluoroželezitan a rhodanid
6F^-1 + [Fe(SCN)₄]^-1 --› [FeF₆]^-3 + 4SCN^-1
g) Hlinitá sůl reaguje s hexafluoroželezitanem a rhodanidem na hexafluorohlinitan a tetrarhodanoželezitan
Al⁺³ + [FeF₆]^-3 + 4SCN^-1 --› [AlF₆]^-3 + [Fe(SCN)₄]^-1
--------------------------------------------------------------------------
b) a) Chlorid železitý reaguje s rhodanidem draselným na tetrarhodanodoželezitan draselný a chlorid draselný
FeCl₃ + 4KSCN --› K[Fe(SCN)₄] + 3KCl
b) Fluorid amonný reaguje s tetrarhodanodoželezitanem draselným za vzniku hexafluoroželezitanu amonného a rhodanidů amonného a draselného
6NH₄F + K[Fe(SCN)₄] --› (NH₄)₃[FeF₆] + 3NH₄SCN + KSCN
g) Síran hlinitý reaguje s hexafluoroželezitanem amonným a rhodanidy amonným a draselným za vzniku hexafluorohlinitanu amonného, tetrarhodanoželezitanu draselného a síranu amonného
1/2Al₂(SO₄)₃ + (NH₄)₃[FeF₆] + 3NH₄SCN + KSCN --› (NH₄)₃[AlF₆] + K[Fe(SCN)₄] + 3/2(NH₄)₂SO₄

19.
II

a) a) Železitá sůl reaguje s rhodanidem na tetrarhodanoželezitan
Fe⁺³ + 4SCN^-1 --› [Fe(SCN)₄]^-1
b) Hydrogenfluorid reaguje neutrálním prostředí s tetrarhodanoželezitanem na hexafluoroželezitan a rhodanid
3HF₂^-1 + [Fe(SCN)₄]^-1 + 3H₂O --› [FeF₆]^-3 + 4SCN^-1 + 3H₃O⁺¹
g) Hlinitá sůl reaguje s hexafluoroželezitanem a rhodanidem na hexafluorohlinitan a tetrarhodanoželezitan
Al⁺³ + [FeF₆]^-3 + 4SCN^-1 --› [AlF₆]^-3 + [Fe(SCN)₄]^-1
--------------------------------------------------------------------------
b) a) Chlorid železitý reaguje s rhodanidem draselným na tetrarhodanodoželezitan draselný a chlorid draselný
FeCl₃ + 4KSCN --› K[Fe(SCN)₄] + 3KCl
b) Hydrongenfluorid amonný reaguje s tetrarhodanodoželezitanem draselným za vzniku hexafluoroželezitanu amonného, rhodanidu draselného a kyseliny rhodanovodíkové
3NH₄HF₂ + K[Fe(SCN)₄] --› (NH₄)₃[FeF₆] + KSCN + 3HSCN
g) Síran hlinitý reaguje s hexafluoroželezitanem amonným, kyselinou rhodanodovodíkovou a rhodanidem draselným za vzniku hexafluorohlinitanu amonného, tetrarhodanoželezitanu draselného a kyseliny sírové
1/2Al₂(SO₄)₃ + (NH₄)₃[FeF₆] + 3HSCN + KSCN --› (NH₄)₃[AlF₆] + K[Fe(SCN)₄] + 3/2H₂SO₄

20.
I.

a) a) Železitá sůl reaguje s rhodanidem na hexarhodanoželezitan
Fe⁺³ + 6SCN^-1 --› [Fe(SCN)₆]^-3
b) Fluorid reaguje s hexarhodanoželezitanem na hexafluoroželezitan a rhodanid
6F^-1 + [Fe(SCN)₆]^-3 --› [FeF₆]^-3 + 6SCN^-1
g) Hlinitá sůl reaguje s hexafluoroželezitanem a rhodanidem na hexafluorohlinitan a hexarhodanoželezitan
Al⁺³ + [FeF₆]^-3 + 6SCN^-1 --› [AlF₆]^-3 + [Fe(SCN)₆]^-3
--------------------------------------------------------------------------
b) a) Chlorid železitý reaguje s rhodanidem draselným na hexarhodanodoželezitan draselný a chlorid draselný
FeCl₃ + 6KSCN --› K₃[Fe(SCN)₆] + 3KCl
b) Fluorid amonný reaguje s hexarhodanodoželezitanem draselným za vzniku hexafluoroželezitanu draselného a rhodanidu amonného
6NH₄F + K₃[Fe(SCN)₆] --› K₃[FeF₆] + 6NH₄SCN
g) Síran hlinitý reaguje s hexafluoroželezitanem draselným a rhodanidem amonným za vzniku hexafluorohlinitanu amonného, hexarhodanoželezitanu draselného a síranu amonného
1/2Al₂(SO₄)₃ + K₃[FeF₆] + 6NH₄SCN --› (NH₄)₃[AlF₆] + K₃[Fe(SCN)₆] + 3/2(NH₄)₂SO₄

20.
II.

a) a) Železitá sůl reaguje s rhodanidem na hexarhodanoželezitan
Fe⁺³ + 6SCN^-1 --› [Fe(SCN)₆]^-3
b) Hydrogenfluorid reaguje neutrálním prostředí s hexarhodanoželezitanem na hexafluoroželezitan a rhodanid
3HF₂^-1 + [Fe(SCN)₆]^-3 + 3H₂O --› [FeF₆]^-3 + 6SCN^-1 + 3H₃O⁺¹
g) Hlinitá sůl reaguje s hexafluoroželezitanem a rhodanidem na hexafluorohlinitan a hexarhodanoželezitan
Al⁺³ + [FeF₆]^-3 + 6SCN^-1 --› [AlF₆]^-3 + [Fe(SCN)₆]^-3
--------------------------------------------------------------------------
b) a) Chlorid železitý reaguje s rhodanidem draselným na hexarhodanodoželezitan draselný a chlorid draselný
FeCl₃ + 6KSCN --› K₃[Fe(SCN)₆] + 3KCl
b) Hydrogenfluorid amonný reaguje s hexarhodanodoželezitanem draselným za vzniku hexafluoroželezitanu draselného, rhodanidu amonného a kyseliny rhodanovodíkové
3NH₄HF₂ + K₃[Fe(SCN)₆] --› K₃[FeF₆] + 3NH₄SCN + 3HSCN
g) Síran hlinitý reaguje s hexafluoroželezitanem draselným, kyselinou rhodanodovodíkovou a rhodanidem amonným za vzniku hexafluorohlinitanu amonného, hexarhodanoželezitanu draselného a kyseliny sírové
1/2Al₂(SO₄)₃ + K₃[FeF₆] + 3NH₄SCN + 3HSCN --› (NH₄)₃[AlF₆] + K₃[Fe(SCN)₆] + 3/2H₂SO₄