"Химия", Журин А.А.
Соединения железа(II) содержат железо со степенью окисления +2: ион Fe²⁺ входит в состав оксида FeO, гидроксида Fe(OH)₂ и солей. Они участвуют в реакциях с кислотами, щёлочами и кислородом. Гидроксид железа(II) выпадает в осадок, но на воздухе постепенно превращается в соединение железа(III). Умение определять заряд Fe²⁺ помогает правильно составлять формулы и уравнения реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Железо(II) — железо со степенью окисления +2, в составе соединений его обозначают как катион Fe²⁺. Это означает, что атом железа условно отдал два электрона. Знание заряда Fe²⁺ нужно для правильного составления формул.
Оксид железа(II) FeO — основной оксид, состоящий из ионов Fe²⁺ и O²⁻. Это твёрдое вещество чёрного цвета, называемое оксидом железа(II). По формуле видно, что один ион железа соединён с одним оксид-ионом.
Гидроксид железа(II) Fe(OH)₂ — нерастворимое основание. Он образует осадок светлого зеленоватого цвета и называется гидроксидом железа(II). Скобки показывают, что в составе одного вещества находятся два целых гидроксид-иона.
Соли железа(II) содержат катион Fe²⁺ и кислотный остаток, например FeCl₂ — хлорид железа(II), FeSO₄ — сульфат железа(II), FeS — сульфид железа(II). Растворы некоторых солей имеют бледно-зелёную окраску, а сульфид образует тёмный осадок. Такие вещества вступают в реакции обмена и легко окисляются.
Формулу соединения составляют по зарядам ионов. В FeCl₂ заряд Fe²⁺ уравновешивают два иона Cl⁻, поэтому индекс 2 относится к хлору. В Fe(OH)₂ два иона OH⁻ также дают общий заряд −2, а в FeSO₄ достаточно одного иона SO₄²⁻, потому что его заряд уже равен −2.
FeO получают соединением железа с кислородом при недостатке кислорода или восстановлением оксидов железа(III) и железа(II,III). В лаборатории Fe(OH)₂ осаждают из раствора соли железа(II) щёлочью. Соли получают реакциями железа или его соединений с кислотами, щёлочами и другими солями; например, железо реагирует с соляной кислотой с образованием FeCl₂.
FeO проявляет основные свойства, потому что это оксид металла с невысокой степенью окисления. Он реагирует с кислотами: FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O. Fe(OH)₂ тоже нейтрализует кислоты, но при нагревании дополнительно разлагается: Fe(OH)₂ → FeO + H₂O.
Для Fe(OH)₂ характерны реакции с кислотами и образование осадка из раствора соли. Например, FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓ + 2NaCl, а Fe(OH)₂ + 2HCl → FeCl₂ + 2H₂O. На воздухе осадок темнеет и буреет, потому что кислород окисляет его до Fe(OH)₃.
Железо(II) легко окисляется до железа(III), так как при этом ион Fe²⁺ отдаёт один электрон и превращается в Fe³⁺. Поэтому соединения Fe²⁺ нельзя долго хранить на воздухе без защиты. В уравнении 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ изменение степени окисления видно по переходу Fe²⁺ в Fe³⁺.
В таблице собраны главные вещества темы. Сначала определяйте заряд и внешний вид соединения, затем смотрите способ его получения и характерную реакцию. Стрелка вниз обозначает образование осадка, а указание кислорода — возможное окисление Fe²⁺.
| Соединение | Формула и внешний вид | Способ получения | Характерные химические свойства | Признак реакции или применения |
|---|---|---|---|---|
| Оксид железа(II) FeO | FeO, чёрное твёрдое вещество | Соединение железа с кислородом при недостатке O₂; восстановление оксидов | Основный оксид; реагирует с кислотами: FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O | Получение солей железа(II), взаимодействие с кислотами |
| Гидроксид железа(II) Fe(OH)₂ | Светлый зеленоватый осадок | FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓ + 2NaCl | Реагирует с кислотами; при нагревании разлагается; на воздухе окисляется | Осадок буреет из-за образования Fe(OH)₃ |
| Хлорид железа(II) FeCl₂ | Раствор или кристаллы бледно-зелёного цвета | Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ | Реагирует со щёлочами и окислителями | Из раствора щёлочью получают Fe(OH)₂ |
| Сульфат железа(II) FeSO₄ | Обычно бледно-зелёные кристаллы или раствор | Реакция железа с разбавленной серной кислотой | Реагирует со щёлочами; Fe²⁺ окисляется до Fe³⁺ | Образование осадка Fe(OH)₂ при добавлении щёлочи |
| Сульфид железа(II) FeS | FeS, чёрный осадок | Реакция растворов соли железа(II) и сульфида | Нерастворим в воде; с кислотами образует соль и H₂S | Чёрная окраска осадка |
| Окисление соединений железа(II) до соединений железа(III) | Fe²⁺ превращается в Fe³⁺; Fe(OH)₂ сменяется бурым Fe(OH)₃ | Действие O₂ воздуха или другого окислителя | 4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃ | Изменение окраски осадка, переход к соединениям железа(III) |
Составьте формулы оксида, гидроксида, хлорида и сульфата железа(II) и назовите вещества. Используем Fe²⁺ и заряды частиц второго элемента или группы. Индексы подбираем так, чтобы суммарный заряд соединения был равен нулю.
Ответ: FeO, Fe(OH)₂, FeCl₂ и FeSO₄. Скобки в формуле гидроксида обязательны, потому что индекс относится ко всей группе OH.
Получите гидроксид железа(II) из FeCl₂ и запишите его реакции с соляной кислотой и кислородом воздуха. Сначала выбираем щёлочь для реакции обмена, затем проверяем образование осадка. В последней реакции учитываем переход Fe²⁺ в Fe³⁺.
Ответ: образуется светлый зеленоватый осадок, который растворяется в кислоте и постепенно буреет на воздухе. Первая реакция — обмен, вторая — нейтрализация, третья — окислительно-восстановительная.
Осуществите превращения Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → FeO. Для каждой стрелки подбираем реагент и условие. Затем проверяем, сохраняется ли степень окисления железа.
Ответ: реагенты по цепочке — HCl, NaOH и нагревание. Переход Fe²⁺ в Fe³⁺ не является обязательным для основной цепочки, но возможен при действии кислорода.
FeOH вместо Fe(OH)₂. Ошибка появляется, если не учитывать заряд Fe²⁺: одного OH⁻ недостаточно для нейтральности. Проверьте формулу подсчётом зарядов: +2 − 2 = 0.
Fe₂O₃ называют соединением железа(II). В этом оксиде три O²⁻ дают заряд −6, значит, два атома железа должны дать +6, то есть каждый имеет +3. Сверяйте степень окисления с индексами и названием.
Осадок Fe(OH)₂ считают устойчивым на воздухе. Кислород постепенно окисляет Fe²⁺, поэтому цвет меняется от светлого зеленоватого к бурому. Проверяйте, не присутствует ли в условии воздух или другой окислитель.
Реакцию обмена соли принимают за окисление. В FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl степень окисления железа не меняется. Ищите окислитель и сравнивайте степени окисления до и после реакции.
Для темы нужны знания о степенях окисления, зарядах ионов и составлении формул. Она опирается на свойства оксидов, оснований, кислот и солей, а также на реакции обмена и окислительно-восстановительные процессы.
Эти знания пригодятся при изучении соединений железа(III), коррозии и получения металлов. Они также помогают объяснять качественные реакции и распознавать ионы в растворах.
Почему гидроксид железа(II) записывается как Fe(OH)₂?
Ион железа(II) имеет заряд +2, а каждый гидроксид-ион OH⁻ — заряд −1. Поэтому для нейтрального соединения нужны два гидроксид-иона: Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂.
Как отличить соединение железа(II) от соединения железа(III) по формуле?
Степень окисления указывают в названии или находят по зарядам остальных ионов. Например, FeO и FeCl₂ содержат Fe²⁺, а Fe₂O₃ и FeCl₃ — Fe³⁺.
Почему осадок Fe(OH)₂ меняет цвет на воздухе?
Кислород воздуха окисляет железо со степени окисления +2 до +3. Поэтому Fe(OH)₂ постепенно превращается в Fe(OH)₃, и осадок из светлого зеленоватого становится бурым.
Можно ли получить FeO нагреванием Fe(OH)₂?
Да, при нагревании без доступа кислорода происходит разложение: Fe(OH)₂ → FeO + H₂O. На воздухе образующийся FeO может окисляться, поэтому нужны подходящие условия.
Какие реакции подтверждают наличие ионов Fe²⁺ в растворе?
При добавлении щёлочи образуется осадок Fe(OH)₂ светлого зеленоватого цвета. На воздухе он буреет из-за окисления до Fe(OH)₃; этот признак используют вместе с другими реакциями, а не изолированно.
41. Соединения железа(II)
