Передел чугуна в сталь проводится в специальных печах (конвертерных, мартеновских, электрических), отличающихся способом обогрева; температура процесса 1700–2000 °C. Продувание воздуха, обогащенного кислородом, приводит к выгоранию из чугуна избыточного углерода, а также серы, фосфора и кремния в виде оксидов. При этом оксиды либо улавливаются в виде отходящих газов (СO 2, SO 2), либо связываются в легко отделяемый шлак – смесь Са 3(РO 4) 2и CaSiO 3. Для получения специальных сталей в печь вводят легирующие добавки других металлов.
Получениечистого железа в промышленности – электролиз раствора солей железа, например:
(существуют и другие специальные методы, в том числе восстановление оксидов железа водородом).
Чистое железо применяется в производстве специальных сплавов, при изготовлении сердечников электромагнитов и трансформаторов, чугун – в производстве литья и стали, сталь – как конструкционный и инструментальный материалы, в том числе износо-, жаро– и коррозионно-стойкие.
Оксид железа(II)FeO.Амфотерный оксид с большим преобладанием основных свойств. Черный, имеет ионное строение Fe 2+O 2-. При нагревании вначале разлагается, затем образуется вновь. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами, сплавляется со щелочами. Медленно окисляется во влажном воздухе. Восстанавливается водородом, коксом. Участвует в доменном процессе выплавки чугуна. Применяется как компонент керамики и минеральных красок. Уравнения важнейших реакций:
Получениев лаборатории: термическое разложение соединений железа (II) без доступа воздуха:
Fe(OH) 2= FeO+ H 2O (150–200 °C)
FeCO 3= FeO+ СO 2(490–550 °C)
Оксид дижелеза (III) – железа(II) (Fe IIFe 2 III)O 4.Двойной оксид. Черный, имеет ионное строение Fe 2+(Fe 3+) 2(O 2-) 4. Термически устойчив до высоких температур. Не реагирует с водой. Разлагается кислотами. Восстанавливается водородом, раскаленным железом. Участвует в доменном процессе производства чугуна. Применяется как компонент минеральных красок ( железный сурик),керамики, цветного цемента. Продукт специального окисления поверхности стальных изделий ( чернение, воронение).По составу отвечает коричневой ржавчине и темной окалине на железе. Применение брутто-формулы Fe 3O 4не рекомендуется. Уравнения важнейших реакций:
Получение: сгорание железа (см.) на воздухе.
В природе – оксидная руда железа магнетит.
Оксид железа(III)Fe 2O 3.Амфотерный оксид с преобладанием основных свойств. Красно-коричневый, имеет ионное строение (Fe 3+) 2(O 2-) 3. Термически устойчив до высоких температур. Не образуется при сгорании железа на воздухе. Не реагирует с водой, из раствора выпадает бурый аморфный гидрат Fe 2O 3nН 2O. Медленно реагирует с кислотами и щелочами. Восстанавливается монооксидом углерода, расплавленным железом. Сплавляется с оксидами других металлов и образует двойные оксиды — шпинели(технические продукты называются ферритами). Применяется как сырье при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель звука и изображения на магнитных лентах, как полирующее средство для стали и стекла.
Уравнения важнейших реакций:
Получениев лаборатории– термическое разложение солей железа(III) на воздухе:
Fe 2(SO 4) 3= Fe 2O 3+ 3SO 3(500–700 °C)
4{Fe(NO 3) 39 H 2O} = 2Fe aO 3+ 12NO 2+ 3O 2+ 36H 2O (600–700 °C)
В природе – оксидные руды железа гематитFe 2O 3и лимонитFe 2O 3nН 2O.
Гидроксид железа (II)Fe(OH) 2.Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Белый (иногда с зеленоватым оттенком), связи Fe – ОН преимущественно ковалентные. Термически неустойчив. Легко окисляется на воздухе, особенно во влажном состоянии (темнеет). Нерастворим в воде. Реагирует с разбавленными кислотами, концентрированными щелочами. Типичный восстановитель. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется в изготовлении активной массы железоникелевых аккумуляторов.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: осаждение из раствора щелочами или гидратом аммиака в инертной атмосфере:
Fe 2++ 2OН(разб.) = Fe(OH) 2v
Fe 2++ 2(NH 3H 2O) = Fe(OH) 2v + 2NH 4 +
Метагидроксид железаFeO(OH).Амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Светло-коричневый, связи Fe – О и Fe – ОН преимущественно ковалентные.
При нагревании разлагается без плавления. Нерастворим в воде. Осаждается из раствора в виде бурого аморфного полигидрата Fe 2O 3nН 2O, который при выдерживании под разбавленным щелочным раствором или при высушивании переходит в FeO(OH). Реагирует с кислотами, твердыми щелочами. Слабый окислитель и восстановитель. Спекается с Fe(OH) 2. Промежуточный продукт при ржавлении железа. Применяется как основа желтых минеральных красок и эмалей, поглотитель отходящих газов, катализатор в органическом синтезе.
Соединение состава Fe(OH) 3не известно (не получено).
Уравнения важнейших реакций:
Получение: осаждение из раствора солей железа(III) гидрата Fe 2O 3nН 2O и его частичное обезвоживание (см. выше).
В природе – оксидная руда железа лимонитFe 2O 3nН 2O и минерал гётитFeO(OH).
Феррат калияK 2FeO 4.Оксосоль. Красно-фиолетовый, разлагается при сильном нагревании. Хорошо растворим в концентрированном растворе КОН, реагирует с кипящей водой, неустойчив в кислотной среде. Сильный окислитель. Качественная реакция– образование красного осадка феррата бария. Применяется в синтезе ферритов – промышленно важных двойных оксидов железа (III) и других металлов.
Уравнения важнейших реакций:
Получение: образуется при окислении соединений железа, например метагидроксида FeO(OH), бромной водой, а также при действии сильных окислителей (при спекании) на железо