Гидроксид калия в растворе реагирует с оксидом железа


Основания. Химические свойства и получение

Перед изучением этого раздела рекомендую прочитать следующую статью:

Классификация неорганических веществ

Основания – сложные вещества, которые состоят из катиона металла Ме+ (или металлоподобного катиона, например, иона аммония NH4+) и гидроксид-аниона ОН.

По растворимости в воде основания делят на растворимые (щелочи) и нерастворимые основания. Также есть неустойчивые основания, которые самопроизвольно разлагаются.

1. Взаимодействие основных оксидов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только те оксиды, которым соответствует растворимое основание (щелочь). Т.е. таким способом можно получить только щёлочи:

основный оксид + вода = основание

Например, оксид натрия в воде образует гидроксид натрия (едкий натр):

Na2O + H2O → 2NaOH

При этом оксид меди (II)  с водой не реагирует:

CuO + H2O ≠

2. Взаимодействие металлов с водой. При этом с водой реагируют в обычных условиях только щелочные металлы (литий, натрий, калий. рубидий, цезий), кальций, стронций и барий. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, окислителем выступает водород, восстановителем является металл.

металл + вода = щёлочь + водород

Например, калий реагирует с водой очень бурно:

2K0 + 2H2+O →  2K+OH + H20

 

3. Электролиз растворов некоторых солей щелочных металлов. Как правило, для получения щелочей электролизу подвергают растворы солей, образованных щелочными или щелочноземельными металлами и бескилородными кислотами (кроме плавиковой) – хлоридами, бромидами, сульфидами и др. Более подробно этот вопрос рассмотрен в статье Электролиз.

Например, электролиз хлорида натрия:

2NaCl + 2H2O → 2NaOH + H2↑ + Cl2

4. Основания образуются при взаимодействии других щелочей с солями. При этом взаимодействуют только растворимые вещества, а в продуктах должна образоваться нерастворимая соль, либо нерастворимое основание:

щелочь + соль1 = соль2↓ + щелочь

либо

щелочь + соль1 = соль2↓ + щелочь

Например: карбонат калия реагирует в растворе с гидроксидом кальция:

K2CO3 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + 2KOH

Например: хлорид меди (II) взаимодействет в растворе с гидроксидом натрия. При этом выпадает голубой осадок гидроксида меди (II):

CuCl2 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + 2NaCl

 

1. Нерастворимые основания взаимодействуют с сильными кислотами и их оксидами  (и некоторыми средними кислотами). При этом образуются соль и вода.

нерастворимое основание + кислота = соль + вода

нерастворимое основание + кислотный оксид = соль + вода

Например, гидроксид меди (II) взаимодействует с сильной соляной кислотой:

 Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O

При этом гидроксид меди (II) не взаимодействует с кислотным оксидом слабой угольной кислоты – углекислым газом:

Cu(OH)2 + CO2

2. Нерастворимые основания разлагаются при нагревании на оксид и воду.

Например, гидроксид железа (III) разлагается на оксид железа (III)  и воду при прокаливании:

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

3. Нерастворимые основания не взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами.

нерастворимое оснвоание + амфотерный оксид  ≠

нерастворимое основание + амфотерный гидроксид  ≠

4. Некоторые нерастворимые основания могут выступать в качестве восстановителей. Восстановителями являются основания, образованные металлами с минимальной или промежуточной степенью окисления, которые могут повысить свою степень окисления (гидроксид железа (II), гидроксид хрома (II) и др.).

Например, гидроксид железа (II) можно окислить кислородом воздуха в присутствии воды до гидроксида железа (III):

4Fe+2(OH)2 + O20 + 2H2O → 4Fe+3(O-2H)3

1. Щёлочи взаимодействуют с любыми кислотами – и сильными, и слабыми. При этом образуются средняя соль и вода. Эти реакции называются реакциями нейтрализации. Возможно и образование кислой соли, если кислота многоосновная, при определенном соотношении реагентов, либо в избытке кислоты. В избытке щёлочи образуется средняя соль и вода:

щёлочь(избыток)+ кислота = средняя соль + вода

щёлочь + многоосновная кислота(избыток) = кислая соль + вода

Например, гидроксид натрия при взаимодействии с трёхосновной фосфорной кислотой может образовывать 3 типа солей: дигидрофосфаты, фосфаты или гидрофосфаты.

При этом дигидрофосфаты образуются в избытке кислоты, либо при  мольном соотношении (соотношении количеств веществ) реагентов 1:1.

NaOH + H3PO4  → NaH2PO4 + H2O

При мольном соотношении количества щелочи и кислоты 2:1 образуются гидрофосфаты:

2NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 2H2O

В избытке щелочи, либо при мольном соотношении количества щелочи и кислоты 3:1 образуется фосфат щелочного металла.

3NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O

2. Щёлочи взаимодействуют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются обычные соли, а в растворе – комплексные соли.

щёлочь (расплав) + амфотерный оксид = средняя соль + вода

щёлочь (расплав) + амфотерный гидроксид = средняя соль + вода

щёлочь (раствор) + амфотерный оксид = комплексная соль

щёлочь (раствор) + амфотерный гидроксид = комплексная соль

Например, при взаимодействии гидроксида алюминия с гидроксидом натрия в расплаве образуется алюминат натрия. Более кислотный гидроксид образует кислотный остаток:

NaOH + Al(OH)3 = NaAlO2 + 2H2O

А в растворе образуется комплексная соль:

NaOH + Al(OH)3 = Na[Al(OH)4]

Обратите внимание, как составляется формула комплексной соли: сначала мы выбираем центральный атом (как правило, это металл из амфотерного гидроксида). Затем дописываем к нему лиганды — в нашем случае это гидроксид-ионы. Число лигандов, как правило, в 2 раза больше, чем степень окисления центрального атома. Но комплекс алюминия — исключение, у него число лигандов чаще всего равно 4. Заключаем полученный фрагмент в квадртаные скобки — это комплексный ион. Определяем его заряд и снаружи дописываем нужное количество катионов или анионов.

3. Щёлочи взаимодействуют с кислотными оксидами. При этом возможно образование кислой или средней соли, в зависимости от мольного соотношения щёлочи и кислотного оксида. В избытке щёлочи образуется средняя соль, а в избытке кислотного оксида образуется кислая соль:

щёлочь(избыток) + кислотный оксид = средняя соль + вода

либо:

щёлочь + кислотный оксид(избыток) = кислая соль

Например, при взаимодействии избытка гидроксида натрия с углекислым газом образуется карбонат натрия и вода:

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

А при взаимодействии избытка углекислого газа с гидроксидом натрия образуется только гидрокарбонат натрия:

2NaOH + CO2 = NaHCO3 

4. Щёлочи взаимодействуют с солями. Щёлочи реагируют только с растворимыми солями в растворе, при условии, что в продуктах образуется газ или  осадок. Такие реакции протекают по механизму ионного обмена.

щёлочь + растворимая соль = соль + соответствующий гидроксид

Щёлочи взаимодействуют с растворами солей металлов, которым соответствуют нерастворимые или неустойчивые гидроксиды.

Например, гидроксид натрия взаимодействует с сульфатом меди в растворе:

Cu2+SO42- + 2Na+OH = Cu2+(OH)2↓ + Na2+SO42-

Также щёлочи взаимодействуют с растворами солей аммония.

Например, гидроксид калия взаимодействует с раствором нитрата аммония:

NH4+NO3 + K+OH = K+NO3 + NH3↑ + H2O

! При взаимодействии солей амфотерных металлов с избытком щёлочи образуется комплексная соль !

Давайте рассмотрим этот вопрос подробнее. Если соль, образованная металлом, которому соответствует амфотерный гидроксид, взаимодействует с небольшим количеством щёлочи, то протекает обычная обменная реакция, и в осадок выпадает гидроксид этого металла.

Например, избыток сульфата цинка реагирует в растворе с гидроксидом калия:

ZnSO4 + 2KOH = Zn(OH)2↓ + K2SO4

Однако, в данной реакции образуется не основание, а амфотерный гидроксид. А, как мы уже указывали выше, амфотерные гидроксиды растворяются в избытке щелочей с образованием комплексных солей. Таким образом, при взаимодействии сульфата цинка с избытком раствора щёлочи образуется комплексная соль, осадок не выпадает:

ZnSO4 + 4KOH = K2[Zn(OH)4] + K2SO4

Таким образом, получаем 2 схемы взаимодействия солей металлов, которым соответствуют амфотерные гидроксиды, с щелочами:

соль амф.металла(избыток) + щёлочь = амфотерный гидроксид↓ + соль

соль амф.металла + щёлочь(избыток) = комплексная соль + соль

5. Щёлочи взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, либо менее кислые соли.

кислая соль + щёлочь = средняя соль + вода

Например, гидросульфит калия реагирует с гидроксидом калия с образованием сульфита калия и воды:

KHSO3 + KOH = K2SO3 + H2O

Свойства кислых солей очень удобно определять, разбивая мысленно кислую соль на 2 вещества — кислоту и соль. Например, гидрокарбонта натрия NaHCO3 мы разбиваем на уольную кислоту H2CO3 и карбонат натрия Na2CO3. Свойства гидрокарбоната в значительной степени определяются свойствами угольной кислоты и свойствами карбоната натрия.

6. Щёлочи взаимодействуют с металлами в растворе и расплаве. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция, в растворе образуется комплексная соль и водород, в расплаве — средняя соль и водород.

! Обратите внимание! С щелочами в растворе реагируют только те металлы, у которых оксид с минимальной положительной степенью окисления металла амфотерный!

Например, железо не реагирует с раствором щёлочи, оксид железа (II) — основный. А алюминий растворяется в водном растворе щелочи, оксид алюминия — амфотерный:

2Al + 2NaOH + 6H2+O = 2Na[Al+3(OH)4] + 3H20

7. Щёлочи взаимодействуют с неметалами. При этом протекают окислительно-восстановительные реакции. Как правило, неметаллы диспропорционируют в щелочах. Не реагируют с щелочами кислород, водород, азот, углерод и инертные газы (гелий, неон, аргон и др.):

NaOH +О2 ≠

NaOH +N2 ≠

NaOH +C ≠

Сера, хлор, бром, йод, фосфор и другие неметаллы диспропорционируют в щелочах (т.е. самоокисляются-самовосстанавливаются).

Например, хлор при взаимодействии с холодной щелочью переходит в степени окисления -1 и +1:

2NaOH +Cl20 = NaCl + NaOCl+ + H2O

Хлор при взаимодействии с горячей щелочью переходит в степени окисления -1 и +5:

6NaOH +Cl20 = 5NaCl + NaCl+5O3 + 3H2O

Кремний окисляется щелочами до степени окисления +4.

Например, в растворе:

2NaOH + Si0 + H2+O=  Na2Si+4O3 + 2H20

Фтор окисляет щёлочи:

2F20 + 4NaO-2H = O20 + 4NaF + 2H2O

Более подробно про эти реакции можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.

8. Щёлочи не разлагаются при нагревании.

Исключение — гидроксид лития:

2LiOH = Li2O + H2O

 

Различные реакции галогенов

На этот раз мы можем говорить только о реакциях хлора, брома и йода. Где бы у вас ни были растворы, фтор вступает в реакцию с водой.

Хлор и бром являются достаточно сильными окислителями, чтобы окислять ионы железа (II) до ионов железа (III). При этом хлор восстанавливается до хлорид-ионов; бром в бромид-ионы.

Для уравнения брома просто замените Cl на Br.

Очень бледно-зеленый раствор, содержащий ионы железа (II), превратится в желтый или оранжевый раствор, содержащий ионы железа (III).

Йод не является достаточно сильным окислителем, чтобы окислять ионы железа (II), поэтому реакции нет. На самом деле происходит обратная реакция. Ионы железа (III) являются достаточно сильными окислителями, чтобы окислять иодид-ионы до йода:

Еще раз, мы просто посмотрим на это для хлора, брома и йода. Мы начнем с подробного рассмотрения случая хлора, потому что именно с ним вы, скорее всего, столкнетесь.

 

Реакция хлора с холодным раствором гидроксида натрия

Реакция между хлором и разбавленным холодным раствором гидроксида натрия:

NaClO (иногда обозначаемый как NaOCl) представляет собой хлорат натрия (I).Старое название для этого - гипохлорит натрия, а раствор в правой части уравнения - это то, что обычно продается как отбеливатель.

Теперь подумайте об этом в терминах степеней окисления.

Очевидно, что хлор изменил степень окисления, потому что он попал в соединения, начиная с исходного элемента. Проверка всех степеней окисления показывает:

Хлор только вещь, чтобы изменить степень окисления. Он был окислен или восстановлен? Да! Обе! Один атом был восстановлен, потому что его степень окисления упала.Другой был окислен.

Это хороший пример реакции диспропорционирования . Реакция диспропорционирования - это реакция, в которой одно вещество одновременно окисляется и восстанавливается.

 

Реакция хлора с горячим раствором гидроксида натрия

Реакция между хлором и горячим концентрированным раствором гидроксида натрия:

Незнакомый продукт на этот раз - хлорат натрия (V) - NaClO 3 .

Как и раньше, проверьте степень окисления всего в уравнении. И снова вы обнаружите, что единственное, что нужно изменить, - это хлор. Он изменяется от 0 в молекулах хлора в левой части до -1 (в NaCl) и +5 (в NaClO 3 ).

Это тоже реакция диспропорционирования.

 

Построение уравнений для этих реакций

На самом деле, первый простой, и большинство людей просто его записали бы.Второй вариант сложнее, и один из способов его наращивания - использовать степени окисления.

Вам необходимо знать два основных продукта реакции. Так что запишите это:

А теперь подумайте об изменениях степени окисления. Чтобы перейти к NaCl, степень окисления хлора упала с 0 до -1.

Чтобы перейти на NaClO 3 , он увеличился с 0 до +5.

Положительные и отрицательные изменения степени окисления должны уравновешиваться, поэтому на каждый образованный NaClO 3 должно приходиться 5 NaCl.Запишите это:

Теперь уравновесить натрий и хлор - несложная задача. Когда вы закончите, вы обнаружите, что у вас осталось достаточно водорода и кислорода, чтобы получить 3H 2 О. Это кажется разумным!

 

Реакции с участием брома и йода

По сути, они похожи на хлор, разница в температурах, при которых что-то происходит. Тенденция к образованию иона с галогеном в степени окисления +5 быстро возрастает по мере того, как вы спускаетесь по группе.

Раствор брома и гидроксида натрия

В случае брома образование бромата натрия (V) происходит при гораздо более низкой температуре, вплоть до комнатной. Если вы хотите приготовить раствор бромата натрия (I), вы должны провести реакцию при температуре около 0 ° C.

Раствор йода и гидроксида натрия

В этом случае вы получаете йодат натрия (V) независимо от температуры. Коттон и Уилкинсон (Advanced Inorganic Chemistry, 3-е издание, стр. 477) говорят, что ион йодата (I) неизвестен в растворе.

,

железо

утюг

 

На этой странице рассматриваются некоторые аспекты химического состава железа, необходимые для сдачи экзаменов уровня A 'в Великобритании (резюмированные из других источников на сайте). Вы найдете ссылки на страницы, где даны подробные сведения и объяснения.

 

Железо и его ионы как катализаторы

Железо как катализатор в процессе Габера

Процесс Габера объединяет азот и водород в аммиак.Азот поступает из воздуха, а водород получают в основном из природного газа (метана). Железо используется как катализатор.


Примечание: Вы можете найти полное обсуждение процесса Хабера, перейдя по этой ссылке.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Ионы железа как катализатор реакции между персульфат-ионами и иодид-ионами

Реакция между персульфат-ионами (пероксодисульфат-ионами), S 2 O 8 2- и иодид-ионами в растворе может катализироваться с использованием ионов железа (II) или железа (III).

Общее уравнение реакции:

Для аргументации в качестве катализатора примем ионы железа (II). Реакция происходит в два этапа.

Если вы используете ионы железа (III), вторая из этих реакций происходит первой.

Это хороший пример использования соединений переходных металлов в качестве катализаторов из-за их способности изменять степень окисления.


Примечание: Эта реакция более подробно описана на странице о типах катализа.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



 

Реакции ионов железа в растворе

Простейшие ионы в растворе:

Оба они кислые, но ион железа (III) более кислый.


Примечание: Если вас не устраивают сложные ионы (включая способ их связывания и названия), вам будет выгодно перейти по этой ссылке и изучить первые две страницы в меню сложных ионов, прежде чем продолжить.

Кислотность комплексных ионов подробно обсуждается на другой странице.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Реакции ионов железа с гидроксид-ионами

Ионы гидроксида (например, из раствора гидроксида натрия) удаляют ионы водорода из лигандов воды, прикрепленных к ионам железа.

Когда будет удалено достаточно ионов водорода, у вас останется комплекс без заряда - нейтральный комплекс.Он не растворяется в воде, и образуется осадок.

В железном (II) ящике:

В железном (III) корпусе:


Примечание: Цветовая кодировка показывает, что эти не являются реакциями обмена лиганда . Кислороды, которые первоначально были присоединены к железу, все еще присоединены к нейтральным комплексам.


В пробирке изменения цвета:

В железном (II) ящике:

Железо очень легко окисляется в щелочных условиях.Кислород в воздухе окисляет осадок гидроксида железа (II) до гидроксида железа (III), особенно в верхней части трубки. По тем же причинам происходит потемнение осадка.

В железном (III) корпусе:


Примечание: Вы найдете подробное обсуждение реакций между гексааква-ионами и гидроксид-ионами, если вы перейдете по этой ссылке.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Реакции ионов железа с раствором аммиака

Аммиак может действовать как основание и лиганд.В этих случаях он просто действует как основание - удаляет ионы водорода из аквакомплекса.

В железном (II) ящике:

Внешний вид такой же, как и при добавлении раствора гидроксида натрия. Осадок снова меняет цвет, поскольку комплекс гидроксида железа (II) окисляется воздухом до гидроксида железа (III).

В железном (III) корпусе:

Реакция выглядит так же, как при добавлении раствора гидроксида натрия.


Примечание: Вы найдете подробное обсуждение реакций между гексааква-ионами и раствором аммиака, если вы перейдете по этой ссылке.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Реакции ионов железа с карбонат-ионами

Здесь есть важное различие между поведением ионов железа (II) и железа (III).

Ионы железа (II) и карбонат-ионы

Вы просто получаете осадок, который можно представить как карбонат железа (II).


Примечание: Только одна из экзаменационных комиссий Великобритании уровня A хочет этого, и это упрощение, которое они делают. Фактически, осадок лучше описать как основной карбонат с формулой типа xFeCO 3 , yFe (OH) 2 , zH 2 O.


Ионы железа (III) и карбонат-ионы

Ион гексаакваирона (III) достаточно кислый, чтобы реагировать со слабоосновным карбонатным ионом.

Если вы добавите раствор карбоната натрия к раствору ионов гексаакваирона (III), вы получите точно такой же осадок, как если бы вы добавили раствор гидроксида натрия или раствор аммиака.

На этот раз карбонат-ионы удаляют ионы водорода из гексааква-иона и образуют нейтральный комплекс.

В зависимости от соотношения карбонат-ионов к гексааква-ионам вы получите либо образующиеся гидрокарбонат-ионы, либо газообразный диоксид углерода в результате реакции между ионами водорода и карбонат-ионами.Более часто цитируемое уравнение показывает образование диоксида углерода.

Кроме углекислого газа в этой реакции нет ничего нового:


Примечание: Вы найдете подробное обсуждение реакций между гексааква-ионами и карбонат-ионами, если вы перейдете по этой ссылке.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Определение ионов железа (III) тиоцианат-ионами

Это чрезвычайно чувствительный тест на ионы железа (III) в растворе.

Если вы добавите ионы тиоцианата, SCN -, (например, из раствора тиоцианата натрия, калия или аммония) в раствор, содержащий ионы железа (III), вы получите раствор интенсивного кроваво-красного цвета, содержащий ион [Fe (SCN) (H 2 O) 5 ] 2+ .


Примечание: Я не смог правильно предложить интенсивный насыщенный красный цвет тиоциано-комплекса. Представьте себе кровь!

Это реакция обмена лиганда.Вы можете узнать об этом больше, перейдя по этой ссылке.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы быстро вернуться на эту страницу.



Определение концентрации ионов железа (II) в растворе титрованием

Концентрацию ионов железа (II) в растворе можно определить титрованием раствором манганата калия (VII) или раствором дихромата калия (VI). Реакции проводят в присутствии разбавленной серной кислоты.

В любом случае, вы должны добавить пипеткой известный объем раствора, содержащего ионы железа (II), в колбу и добавить примерно равный объем разбавленной серной кислоты. Что произойдет дальше, зависит от того, используете ли вы раствор манганата калия (VII) или раствор дихромата калия (VI).

Использование раствора манганата (VII) калия

Раствор манганата калия (VII) сливается из бюретки. Сначала он становится бесцветным, когда вступает в реакцию.Конечная точка - это первый след постоянного розового цвета в растворе, показывающий крошечный избыток ионов манганата (VII).

Ионы манганата (VII) окисляют железо (II) до ионов железа (III). Два полууравнения реакции:

Они объединяются, чтобы дать ионное уравнение реакции:


Примечание: Если вы не знаете, как составить полууравнения и объединить их в такие уравнения, вы можете узнать, как это сделать, на странице, посвященной написанию ионных уравнений для окислительно-восстановительных реакций.

Используйте кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу позже.



Полное уравнение показывает, что 1 моль ионов манганата (VII) реагирует с 5 молями ионов железа (II). Получив эту информацию, расчеты титрования будут такими же, как и любые другие.


Примечание: Если вы не очень хорошо умеете расчеты титрования, вам может быть интересна моя книга расчетов по химии.

Подробнее о титровании манганата (VII) калия можно узнать на странице о химии марганца.



Использование раствора дихромата калия (VI)

Раствор дихромата калия (VI) становится зеленым, поскольку он вступает в реакцию с ионами железа (II), и невозможно обнаружить изменение цвета, если у вас есть одна капля избыточного оранжевого раствора в сильно окрашенном зеленом растворе.

Для раствора дихромата калия (VI) необходимо использовать отдельный индикатор, известный как индикатор окислительно-восстановительного потенциала .Они меняют цвет в присутствии окислителя.

Таких индикаторов несколько - например, сульфонат дифениламина. Это дает фиолетово-синий цвет в присутствии избытка раствора дихромата калия (VI).

Два полууравнения:

Объединение этих дает:

Вы можете видеть, что пропорции реакции составляют 1 моль ионов дихромата (VI) на 6 моль ионов железа (II).

Как только вы это установите, расчет титрования снова будет таким же, как и любой другой.


Примечание: Более подробная информация о титровании дихроматом калия (VI) представлена ​​на странице о химии хрома.


 

Вопросы для проверки вашего понимания

Если это первый набор вопросов, которые вы задали, пожалуйста, прочтите вводную страницу перед тем, как начать. Вам нужно будет использовать КНОПКУ «НАЗАД» в браузере, чтобы потом вернуться сюда.

вопросов по железу

ответов

 

Куда бы вы сейчас хотели отправиться?

В меню переходных металлов. , ,

В меню «Неорганическая химия». , ,

В главное меню. , ,

 

© Джим Кларк 2003 (изменено в июле 2015 г.)

.

Раствор гидроксида натрия стандартизирован по гидрофталату калия. Из следующих данных рассчитайте молярность раствора NaOH? (См. Подробности ниже)

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
.

Смотрите также