Химия - комплексная подготовка к внешнему независимому оцениванию. Изготовление хлорного железа Водный раствор хлорида железа 3 формула

Хлорид железа (хлорное железо, трихлорид железа, FeCl 3) – химический реактив, в состав которого входит соляная кислота и трехвалентное железо. Хлорид железа на вид мягкой кристаллообразной формы фиолетового, зеленого, коричневато-красноватого или темно-коричневого цвета с металлическим блеском, гигроскопичен. При взаимодействии с воздухом напоминает мокрый песок – приобретает желтоватый оттенок. Образованные гидраты хорошо растворяются в воде, эфире, ацетоне и спирте. Интервал от температуры кипения до температуры плавления составляет от 319° С до -309° С. Природным источником для получения хлорного железа является молизит (минерал). Самый простой метод получения данного химического реактива – это нагревание железы с хлором до определенной температуры. Как побочный продукт получается в результате горячего хлорирования или окисления FeCl 2 с дальнейшим выпариванием хлорида железа.

Сферы применения

Благодаря своему уникальному составу химический реактив нашел свое широкое применение во многих отраслях промышленности:
- текстильной (при окрашивании тканей);
- химической (при изготовлении железных пигментов и других солей железа);
- электронной (при работе с печатными платами);
- экологической (при очистке сточных вод);
- пищевой (улучшитесь муки, при изготовление хлебобулочных изделий);
- издательском производстве (как реактив в фотографии);
- ювелирном производстве;
- металлургии (при металлообработке);
- пивоваренной.

Хлорное железо в фармакологии и медицине

Хлорид железа является незаменимым элементом для нормальной жизнедеятельности организма. Его недостаток может привести к серьезным заболеваниям. Благодаря железу в виде солей организм быстро восполняется им и принимает участие в следующих процесах:
- является дополнительным источником поступления железа в организм (при его пониженном содержании - анемии);
- регулирует окислительно-восстановительные реакции (связывает кислород), стимулирует эритропоэз;
- восстанавливает кровопотери при травмах;
- при снижении всасывания железа (в период интенсивного роста, во время беременности);
- для остановки кровотечения (ватку с раствором наложить на рану).

Меры предосторожности при работе с хлоридом железа

Учитывая сильно окрашиваемый эффект при контакте с хлорным железом следует помнить: во избежание потемнения зубов лекарственный препарат на основе такого химического реактива нужно принимать вовнутрь только через трубочку. При изменении стула следует уменьшить разовую дозу, но увеличивать при этом кратность назначения. Не рекомендуется принимать препарат при нарушениях функции желудочно-кишечного тракта. При попадании хлорного железа на кожу следует хорошо промыть водой с мылом. В случае попадания на слизистую может вызвать ожоги. Рекомендуется как первая помощь - обильное промывание чистой водой, далее – лечение у врача.

Также нужно помнить, что данный химический реактив пожаро- и взрывоопасен. Хранить хлорное железо нужно в закрытой упаковке вдали от солнечных лучей и нагревательных приборов.

Получение хлорида железа в домашних или лабораторных условиях

1 способ. В лабораторную посуду или лабораторную посуду из стекла положить обыкновенной ржавчины и разбавить соляной кислотой в соотношении 1:3. Полученный химический реактив (характерный признак – желтовато-коричневый цвет) через 2-3 дня сливают и при необходимости пропускают через фильтровальную бумагу.

2 способ. В лабораторную посуду из стекла наливают соляную кислоту и небольшими порциями добавляют сурик железный. Важно помнить, что при работе с едкими химическими реактивами, а к ним относится и соляная кислота, следует соблюдать меры безопасности. Лабораторные работы проводить в печатках смотровых или перчатках нитриловых, фартуке и защитной маске.

После проведенных лабораторных работ помещение следует хорошо проветрить, так как пары железа могут вызвать поражения органов дыхания, зрения и кожных покровов.

Где хлорное железо купить в Москве ?

Идеальным магазином, где можно хлорное железо купить в Москве, является магазин химических реактивов Москва розница «Прайм Кемискалс Групп». В нашем интернет-магазине представлены все виды лабораторного оборудования и приборов, лабораторной посуды, лабораторной посуды из стекла, резинотехнических изделий, лабораторного стекла. Вся продукция прошла контроль качества на заводе-изготовителе и отвечает всем стандартам ГОСТ.

Хлорное железо - средняя соль трехвалентного железа и соляной кислоты. На вид это химическое сырье представляет собой мягкую кристаллическую массу ржаво-коричневато-черного цвета. Температура его кипения составляет 319°С, температура плавления - 309°С. Хлорное железо образуется в результате нагревания железа с хлором. Его можно получить также как побочный продукт при производстве хлорида титана TiCl4 и хлорида алюминия AlCl3. Еще один способ получения хлорного железа – горячее хлорирование или окисление раствора FeCl2 с последующим выпариванием раствора FeCl3.

Сфера применения хлорного железа достаточно широка. Его используют как коагулянт для очистки воды, как катализатор в органическом синтезе, как протраву в процессе окрашивания тканей, а также для приготовления железных пигментов и прочих солей железа. Еще раствор хлорного железа используют для травления печатных плат.

Достаточно широкое распространение хлорное железо получило в качестве коагулянта в процессе очистки промышленных и городских сточных вод. По сравнению с другими коагулянтами, в частности с сернокислым алюминием, этот химический продукт имеет важное преимущество – хлорид железа наделен высокой скоростью осаждения разнообразных примесей. В результате гидролиза хлорное железо образует малорастворимый гидроксид железа. В процессе его образования захватываются различные органические и неорганические примеси, образуя при этом рыхлые хлопья, которые легко удаляются из очищаемых стоков. Такие хлопья, плотностью 1001–1100 г/л и размером 0,5–3,0 миллиметров, имеют довольно большую поверхность с отличной сорбционной активностью. В процессе их образования в структуру включаются взвешенные вещества (крупные микроорганизмы, клетки планктона, ил, остатки растений), коллоидные частицы, а также часть ионов загрязнений, ассоциированных на поверхности данных частиц. При помощи данного продукта процесс осаждения шлама протекает намного быстрее и глубже. Еще одно преимущество хлорного железа - его благоприятное влияние на биохимическое разложение шлама. Для качественной очистки сточных вод на один кубический метр требуется 30 г хлорного железа. Очистка вод хлорным железом уменьшает содержание растворимых примесей до 25 процентов, а нерастворимых до 95 процентов. В процессе проведения очистки сточных промышленных и городских вод ядовитые соединения и микроорганизмы разрушаются гипохлоритом натрия.

Благодаря своим ярко выраженным кислотным свойствам хлорид железа используется как катализатор в процессах органического синтеза, при получении термостойких смол и окисления нефтяных битумов. Железо хлорное - энергичный хлорирующий агент, поэтому он применяется для избирательного извлечения некоторых компонентов руд. В частности, это химическое сырье требуется в ароматических углеводородах для реакции электрофильного замещения. Хорошо известно также применение водных растворов хлорного железа. Обладая достаточно мягкими травильными свойствами, они используются в электронной промышленности и приборостроении для травления печатных плат, металлических деталей и медной фольги. Применяется хлорное железо и в строительстве. Его используют как добавку к портландцементу для ускорения процесса схватывания. Добавка хлорного железа значительно увеличивает прочность бетона. Используется этот продукт и в других сферах жизнедеятельности человека, в частности:
с его помощью осветляются природные воды в системах водоподготовки;
удаляется масло из стоков масложировых комбинатов;
он используется при очистке сточных вод кожевенно-меховых предприятий от соединений хрома;
для смягчения хозяйственно-питьевой воды;
а также в хлорорганическом синтезе

РАЗДЕЛ II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

8. Металлические элементы и их соединения. Металлы

8.5. Ферум

8.5.2. Соединения Железа ( III )

Ферум(ІІІ) оксид Fe 2 О 3 - самая устойчивая естественная спорка Железа, порошок бурого цвета, имеет атомные кристаллические решетки, в воде не растворяется. Ферум(ІІІ) оксид проявляет слабые амфотерные свойства (с преобладанием основных) - легко реагирует с кислотами:

Проявляет слабые кислотные свойства сплава при со щелочами и карбонатами щелочных металлических элементов:

Натрий феррит, образовавшийся в водном растворе полностью разлагается водой (гидролизует):

Восстановители восстанавливают железо(III) оксид к железу:

Добыча феррум(ІІІ) оксида Ферум(ІІІ) оксид получают термическим разложением ферум(ІІІ) гидроксида или феррум(III) нитрата:

Его также получают во время обжига пирита FeS 2 :

Феррум(III) гидроксид Fe (OH ) 3 1 - нерастворимое в воде вещество бурого цвета со слабыми амфотерными свойствами (с преобладанием основных):

Реакции с концентрированными растворами щелочей протекают лишь при длительном нагревании. При этом образуется устойчивый гідроксокомплекс K 3 [ Fe (OH ) 6 ]:

Добыча феррум(ІІІ) гидроксида

Феррум(III) гидроксид получают из растворимых в воде солей Железа(III) при их взаимодействии с щелочами:

Соли Железа(III), образованные сильными кислотами, хорошо растворяются в воде, могут образовывать кристаллогидраты: Fe (N О 3 ) 3 · 9Н 2 O, Fe 2 (S O 4 ) 3 · 9Н 2 О, FeCl 3 · 6Н 2 О. Соли Fe 3+ гидролизуют по катиона:

Соединения Железа(III) проявляют окислительные свойства, а потому при взаимодействии с восстановителями Fe 3+ превращается в Fe 2+ :

Качественные реакции на ион Fe 3+ :

1. Реактив - калий гексаціаноферат(II) (желтая кровяная соль). Образуется темно-синий осадок - берлинская лазурь:

2. Реактив - калий (или аммоний) тиоцианат. Образуется феррум(III) тиоцианат кроваво-красного цвета:

Использование железа и соединений Железа

Черная металлургия (производство железа и его сплавов) составляет 90 % мировой металлургии. Черная металлургия является основой развития многих отраслей производства: машиностроение уходит треть черного металла, на строительство (как конструкционный материал, для изготовления железобетона) - четверть; значительную часть используют также в транспорте.

Сплавы на основе железа (ферромагнитные) применяют в электротехнике в производстве трансформаторов и электродвигателей.

Ферум(ІІ) оксид FeO является одним из компонентов керамики, пигмент для красок и термостойкой эмали.

Ферум(ІІІ) оксид Fe 2 О 3 используют как минеральную краску охру.

Магнетит Fe 3 О 4 применяют в производстве жестких дисков, а ультрадисперсний порошок - как тонер в черно-белых лазерных принтерах.

Железный купорос (железо(II) сульфат гептагидрат) FeS В 4 · 7Н 2 О используют для борьбы с вредителями растений, при производстве минеральных красок, в строительстве.

Феррум(III) хлорид применяют для очистки воды, как протраву при крашении тканей, в радиотехнике для протравливания печатных плат, в органическом синтезе - как катализатор.

Водные растворы FeCl 2 , FeCl 3 , FeS В 4 используют как коагулянты, чтобы очистить воду для промышленных предприятий.

Феррум(III) нитрат нонагідрат Fe (N О 3 ) 3 · 9Н 2 В применяют как протраву в процессе окрашивания тканей.

1 Как и в случае с Fe 3 О 4 , вещества с формулой Fe (OH ) 3 не существует. При попытке ее получения образуется Fe 2 O 3 · n Н 2 O или FeO (OH ) - феррум(III) метагідроксид.

Внимание! Сам я тот способ не опробовал, просто прочитал о нём в какой-то книжке!

Для изготовления хлорного железа нужно взять железные опилки или тонкие пластины и залить их раствором соляной кислоты (HCl).

Опилки оставляются на несколько дней в открытой ёмкости. Через несколько дней раствор позеленеет.

После этого получившийся раствор сливают и черз некоторое время он готов к "работе"!

P.S. 13 июля 2007 года мы получили письмо от уважаемого Владимира Сырова, в котором он написал следующее:

Десятилетиями уже кочует по радиолюбительской литературе байка о возможности изготовления хлорного железа в домашних условиях. Вот и на этом сайте есть такое (см. выше).

Неизвестный автор честно говорит "сам я этот способ не пробовал". Но, по-видимому, не пробовал этот способ НИКТО из тех, кто когда-либо об этом писал!!! А Ваш покорный слуга пробовал в 90-х годах, и результаты такие, что лучше даже и не пытаться делать это.

Железо может быть как трех, так и двухвалентным. При соединении с хлором получаются две формулы - "феррум хлор два" и "феррум хлор три". Первое - кристаллы зеленого цвета, второе - желто-коричневого. Для травления медных печатных плат пригоден только хлорид трехвалентного железа, "феррум хлор два" не работает - установлено на опыте. Или по крайней мере плохо работает. А при описываемом кустарном способе (залить железные опилки соляной кислотой) по каким-то законам химии получается именно "феррум хлор два". В некоторых более подробных публикациях на данную тему этот факт вроде бы учитывается - пишут что-то типа "если у вас получится зеленоватый
раствор - дайте ему постоять на открытом воздухе, чтобы он стал желтовато-бурым". На опыте проверено - не получается! Стояло и неделями и месяцами... Какая-то незначительная часть двухвалентного железа доокисляется до трехвалентного, но и не более того.

Пробовал нагревать раствор, выпаривать-высушивать и оставлять на воздухе зеленоватые кристаллы.... Доокислять путем пропускания через раствор сначала кислорода, а затем и хлора.... Все бесполезно! Чуть не отравился сам и не отравил окружающих, а практически значимого результата, заметного выхода "феррум хлор три" так и не получил!

Прошу обратить внимание на то, что мы тут имеем дело с ядами! Соляная кислота есть раствор газа "аш-хлор" в воде. Она "газит", то есть "аш-хлор" из нее испаряется. Этот газ, соединяясь с водой на слизистых оболочках органов дыхания (носа, рта, трахеи и бронхов, легких) - превращается в ту же соляную кислоту! Хлор который мне удалось получить в достаточных количествах, вообще конкретный яд. Стоит подумать о том, что здоровье дороже! В настоящее время в любом крупном городе нет проблем купить хлорное железо где-нибудь на радиорынке и не мучаться с его изготовлением. Как оказалось, в промышленности хлорное (не хлористое!) железо получают совсем иным способом - сжиганием железа в атмосфере хлора. Само собой понятно, что этот способ едва ли реализуем в домашних условиях.

Даже при наличии готового хлорного железа советовал бы соблюдать осторожность - травить где-нибудь под воздушной тягой, на балконе, где-нибудь в гараже.... Чтобы поберечь здоровье не только свое, но и ближних домочадцев. Не говоря уже о свинце, который входит в состав оловянно-свинцового припоя. Совсем незначительные количества паров
свинца, попадая в организм, вызывают со временем хроническое отравление, различные болезни, в том числе разрушение зубов.... Не зря на производстве существуют очень строгие инструкции по устройству вытяжной вентиляции. Но дома, в быту, радиолюбители очень часто этим пренебрегают, а зря. На самом деле этого свинца достаточно совсем
немного. Только последствия наступают не сразу... И в хлоридах тоже хорошего мало...

Вот и автор публикации (цитируя кого-то) пишет: "через некоторое время раствор позеленеет". Это будет хлорид двухвалентного железа, а не то, что надо было получить. А насчет того, что "через некоторое время" все же будет готов к работе.... Увы. Если не верите - попробуйте проверить сами! И только тогда можно писать рецепт, когда он
лично проверен на опыте. С чужих слов писать не стоит.

Общие сведения о гидролизе хлорида железа (III)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Хлорид железа (III) – средняя соль, образованная слабым основанием – гидроксидом железа (III) (Fe(OH) 3) и сильной кислотой – соляной (хлороводородной) (HCl). Формула – FeCl 3 .

Представляет собой вещество с кристаллической структурой черно-коричневого, темно-красного, фиолетового или зеленого цвета, в зависимости от угла падающего света. Молярная масса – 162 г/моль.

Рис. 1. Хлорид железа (II). Внешний вид.

Гидролиз хлорида железа (III)

Гидролизуется по катиону. Характер среды – кислый. Теоретически возможны вторая и третья ступени. Уравнение гидролиза выглядит следующим образом:

Первая ступень:

FeCl 3 ↔ Fe 3+ +3Cl — (диссоциация соли);

Fe 3+ + HOH ↔ FeOH 2+ + H + (гидролиз по катиону);

Fe 3+ +3Cl — + HOH ↔ FeOH 2+ +3Cl — + H + (ионное уравнение);

FeCl 3 + H 2 O ↔ Fe(OH)Cl 2 + HCl (молекулярное уравнение).

Вторая ступень:

Fe(OH)Cl 2 ↔ FeOH 2+ + 2Cl — (диссоциация соли);

FeOH 2+ + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + H + (гидролиз по катиону);

FeOH 2+ + 2Cl — + HOH ↔ Fe(OH) 2 + + 2Cl — + H + (ионное уравнение);

Fe(OH)Cl 2 + H 2 O ↔ Fe(OH) 2 Cl+ HCl (молекулярное уравнение).

Третья ступень:

Fe(OH) 2 Cl ↔ Fe(OH) 2 + + Cl — (диссоциация соли);

Fe(OH) 2 + + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + H + (гидролиз по катиону);

Fe(OH) 2 + + Cl — + HOH ↔ Fe(OH) 3 ↓ + Cl — + H + (ионное уравнение);

Fe(OH) 2 Cl + H 2 O ↔ Fe(OH) 3 ↓ + HCl (молекулярное уравнение).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	К раствору гидроксида натрия массой 150 г (ω=10%) прилили раствор хлорида железа (III), в результате чего выпал осадок бурого цвета – гидроксид железа (III). Определите его массу.
Решение	Запишем уравнение реакции взаимодействия гидроксида натрия и хлорида железа (III): 3NaOH + FeCl 3 = Fe(OH) 3 ↓ + 3NaCl. Рассчитаем массу растворенного вещества гидроксида натрия в растворе: ω = m solute / m solution ×100%; m solute = m solution ×ω/100%; m solute (NaOH) = m solution (NaOH) × ω(NaOH)/100%; m solute (NaOH) = 150× 10/100% = 15г. Найдем количество вещества гидроксида натрия (молярная масса – 40 г/моль): υ(NaOH) = m solute (NaOH)/ M(NaOH) = 15/40 = 0,375моль. Согласно уравнению реакции υ(Fe(OH) 3) = 3×υ(NaOH) =3×0,375=1,125моль. Тогда рассчитаем массу осадка гидроксида железа (III) (молярная масса – 107 г/моль): m(Fe(OH) 3)= υ(Fe(OH) 3)×M(Fe(OH) 3)= 1,125 ×107 = 120,375г.
Ответ	Масса гидроксида железа (III) равна 120,375 г.

ПРИМЕР 2

Задание	Рассчитайте массовые доли каждого из элементов, входящих в состав хлорида железа (III).
Решение	Массовая доля элемента рассчитывается следующим образом: ω(X) = n×Ar(X)/Mr×100%, т.е. отношение относительной атомной массы с учетом количества атомов, входящих в состав вещества, к молекулярной массе этого вещества, выраженное в процентах. Молекулярная масса хлорида железа (III) равна 162. Рассчитаем массовые доли элементов: железо : ω(Fe) = n×Ar(Fe)/Mr (FeCl 3) ×100%; ω(Fe) = 1×56/162 ×100% =34,27%. хлор : ω(Cl) = n×Ar(Cl)/Mr (FeCl 3) ×100%; ω(Cl) = 3×35,5/162 ×100% = 65,73%. Чтобы проверить правильность расчета, путем складывания полученных массовых долей мы должны получить 100%: ω(Fe) +ω(Cl) = 34,27 +65,73 = 100%.
Ответ	Массовая доля железа равна 34,27%, массовая доля хлора равна 65,73.