Свойства оксида железа - Химия курсовая работа

Главная

Химия
Свойства оксида железа

Нахождение металла в природе, характеристика его типичных минералов. Способы получения и области применения. Физические и химические свойства его аллотропных модификаций. Углерод - основной легирующий элемент. Описание синтеза оксидов железа (II) и (III).


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Данная работа посвящена изучению свойств оксида железа (III) Fe 2 O 3 , также известного как минералы: гематит (?-Fe 2 O 3 ), лимонит (Fe 2 O 3 *H2O), входит в состав магнетита (FeO*Fe 2 O 3 ).
Тема курсовой работы представляет практический и теоретический интерес. Проект будет полезен предприятиям, синтезирующим вещество Fe 2 O 3 в промышленных масштабах.
Также проект полезен как сборник информации о железе, некоторых его оксидах, оксиде железа (III) в частности, и минералах, в состав которых он входит.
Цели, выполнение которых необходимо достичь по окончании работы над проектом: собрать наиболее полную информацию об оксиде железа (III), изучить его свойства и способы синтеза.
1.Собрать полноценную и актуальную информацию по теме.
2.Изучить свойства железа и его оксида (III) Fe 2 O 3 , на основе чего узнать о применении этих веществ.
3.Рассмотреть все возможные способы синтеза и выделить наиболее выгодный из них.
По окончании данного проекта следует сделать заключение по проделанной работе, указать какие задачи были выполнены, а какие нет.
Железо было известно еще до нашей эры. Люди древнего Египта и Северной Америки пользовались предметами, сделанными из метеоритного железа. В те времена железо было самым распространенным материалом после бронзы.
Считается, что народы Кавказа и Туркестана первыми получили железо из минералов. Позже железо распространилось в Вавилон, Египет, Грецию и Рим. Железо, полученное примитивным способом (который состоял в нагревании железной руды с древесным углем в ямах или печах из глины), было загрязнено шлаком и очищалось долгой ковкой.
На древнем Востоке при выплавке железа использовались печи, оснащенные мехами для подачи воздуха. В XV в. за счет увеличения потока подаваемого воздуха была увеличена температура выплавки. Благодаря этому удалось получить чугун, который был очень хрупок и ломался от удара молотка. Позже было получено ковкое железо путем нагревания чугуна с древесным углем в горне в токе воздуха.
Огромным скачком в металлургии железа является замена древесного угля коксом - восстановителем, источником углерода и одновременно горючим материалом. Уже в XIX в. были разработаны технологические процессы получения стали. [26]
В природе железо практически не встречается в свободном состоянии. Обычно оно входит в состав минералов в виде различных соединений. Его содержание в земной коре составляет 4,7 вес. %.
Наиболее типичными минералами железа являются: Сидерит, Лимонит, Гематит, Магнетит. Также существуют и другие минералы: Вюстит, Пирит, Марказит, Лёллингит, Миспикель, Мелантерит, Вивианит и пр.
Залежи полезных ископаемых, содержащих минералы железа, находятся в разных странах: России, Швеции, Норвегии, Франции, Греции, Италии, Кубе, Турции и пр. [1]
Процентное содержание железа в минералах колеблется от 25 до 70%. Руды, содержащие менее 45% железа, относятся к бедным и в промышленности не используются. Обогащают руды магнитным способом. Гематит или лимонит превращают в магнетит термической обработкой и пропускают через магнитное поле для отделения от пустой природы.
Железо входит в состав гемоглобина - компонента эритроцитов крови живых организмов. У некоторых видов вместо железа в молекуле гемоглобина присутствует медь. [2]
Чистое мало окисляемое металлическое железо может быть получено восстановлением оксида железа (III) Fe 2 O 3 водородом при нагревании:
Восстанавливая Fe 2 O 3 водородом при 278-340°С, получают пирофорное железо, при 550-650°С - железо, свыше 700°С - спекшуюся массу губчатого металлического железа.
Чисто железо можно получить путем термического разложения пентакарбонила железа Fe(CO) 5 без доступа кислорода и при температуре свыше 140°С, а также электролизом водного раствора FeCl 2 ·4H 2 O с добавлением NH 4 Cl при 30°С. [1]
Загрязненное металлическое железо может быть получено алюмо- или кремнетермическим восстановлением оксида железа (III) Fe 2 O 3 и оксидов железа (II, III) Fe 3 O 4 .
Для получения различных ферросплавов (феррохрома, ферровольфрама, ферромолибдена и др.) применяются алюмо- или кремнетермическое восстановление смеси Fe 2 O 3 с оксидами соответствующих металлов (Cr 2 O 3 , WO 3 , MoO 3 и т.д.). При кремнетермическом восстановлении используют элементарный кремний или ферросилиций. [4]
Для получения сверхчистого железа (10 -6 % примесей) используют метод зонной плавки.
Для получения чугуна или сырого железа (сплавы железа с углеродом) используются минералы, не содержащие серу, мышьяк и фосфор: гематит, лимонит, магнетит, сидерит. [5]
Получение чугуна путем восстановления железных руд осуществляется в доменных печах. Процесс превращения чугуна (сырого железа) в ковкое железо проходит путем окисления и частичного удаления примесей (S, P, As, Si и пр.), т.е. путем аффинажа по процессу Пудделя, Бессемера, Томаса или Мартена.
Доменная печь имеет форму двух усеченных конусов, которые соединены основаниями. Ее высота - 65 м, диаметр 5-11м. Рабочий объем печи - 200-2000 м 3 , производительность - около 2000 т чугуна в сутки. Верхний конус печи называется шахтой. Он сделан из огнеупорных кирпичей и имеет в верхней части так называемый «колошник» - автоматическое устройство для удаления доменных газов. Нижний конус сделан из огнеупорного силикатного кирпича. В его нижней части находится горн, имеющий цилиндрическую форму. Сама печь поддерживается металлическими конструкциями, так как имеет достаточной большой вес.
Процесс выплавки чугуна проходит так: сверху в доменную печь загружают измельченную железную руду, которую послойно перемешивают с коксом; снизу под давлением поступает предварительно нагретый воздух, в котором сгорает кокс. Образующийся при горении оксид углерода восстанавливает железо из его оксидов:
Так как реакция обратима, в соответствии с принципом Ле-Шателье, равновесие смещается влево при повышенной температуре. Поэтому реакция осуществляется, в основном, в верхней части печи, где температура ниже. Часть Fe 2 O 3 восстанавливается только до FeO:
В нижней части печи, где температура очень высокая, восстановителем является непосредственно углерод:
Вследствие очень высокой температуры в нижней части печи железо плавится и стекается вниз. Пространство, освобожденное в связи с этим, заполняют сверху новыми слоями руды и кокса. [8]
Железо и его сплавы активно применяются во всех отраслях промышленности в связи с его возможностью сохранять механические и физико-химические свойства при температурах до 900 °C. Сплавы железа бывают нескольких типов: магнитные, немагнитные, кислотостойкие, твердые, нержавеющие, жаропрочные и др.
Стали используются в производстве электровозов, вагонов, железно-дорожных рельсов, тракторов, буровых установок, подъемных кранов и применяются во многих других отраслях. [12]
Помимо стали и чугуна известны сплавы, содержащие 4-6,5% железа, такие как латунь и бронза. В них железо служит добавкой для модификации прочности, пластичности, твердости, ковкости, скорости старения и др. свойств.
Железо и его сплавы для современной техники имеют огромное значение. Расход железа превышает 100 млн. тонн в год во всем мире. [17]
1.3 Физические свойства и химические свойства
Чистое железо в компактном состоянии представляет собой серебристо-серый металл с синеватым отливом, имеющий плотность 7,867 г/см 3 , твердость 4-5 по шкале Мооса, т. пл. 1536°C и т. кип. 3250°C. Железа существует в виде четырех аллотропных модификаций, а именно: ?-Fe, устойчивое до 768°C, ?-Fe, устойчивое в интервале 768-906°C, ?-Fe, устойчивое в интервале 906-1401°C, и ?-Fe, устойчивое в интервале 1401-1536°С.
Модификация ?, ?, ? имеют кубическую объёмноцентрированную кристаллическую структуру, а модификация ?-гранецентрированную кубическую структуру решетки. Модификация ? и ? - ферромагнитны, а ? и ? - диамагнитны. Ферромагнетизм исчезает, когда железо нагрето до точки Кюри 768°C. [3]
В тонко измельченном состоянии металлическое железо обладает пирофорными свойствами и образуется в результате перегонки амальгамы железа или восстановления Fe 2 O 3 водородом примерно при 270°.
Горячее пирофорное железо самопроизвольно загорается на воздухе, поскольку, будучи тонкоизмельченным и имея водород включения, энергично взаимодействует с кислородом воздуха. [14]
Известно очень большое число сплавов (чугуны, стали и др.), образуемых железом с различными металлами (Со, Ni, Мn, Сr, Мо, W, V, Nb, Zr, Sb, Ti, Sn, Pb, Al, Be, Mg, Zn и Cu), а также с неметаллами -- углеродом, кремнием, азотом, фосфором, серой, водородом.
Было замечено, что железо в легированных сталях образует твердые растворы, эвтектические твердые сплавы и интерметаллические соединения с многочисленными элементами. Примеры интерметаллических соединений: Fe 3 Mo 2 , Fe 5 Nb 3 , FeCr, FeZn 7 , Fe 5 Zn 21 , Fe 2 Sn, FeSn, FeSn 2 , Fe 2 W, Fe 3 W 2 , Fe 3 Zr 2 , Fe 3 Ti, FeAl 3 , Fe 2 N, Fe 4 N, Fe 3 P, Fe 3 C, Fe 2 C, Fe 3 Si 2 , FeSi, FeSi 2 и Fe 2 Si.
Основным легирующим элементом железа является углерод. Введенный в относительно небольших количествах углерод существенно изменяет характер и свойства железа. Уже говорилось о том, что сплавы железа с другими элементами, содержащие 0--1,7% углерода, относятся к сталям, а содержащие 1,7--6,7% углерода,-- к чугунам. Углерод может находиться в железе в виде графита (элементный углерод) или в форме цементита.
Системы железо -- углерод с содержанием углерода более 6,67% не рассматриваются, поскольку в технике используются только сплавы, содержащие примерно до 5% углерода. Углерод способствует увеличению прочности, твердости, сопротивления и уменьшению пластичности. [16]
Механические свойства железа зависят от степени его чистоты. В чистом состоянии железо достаточно мягко, ковко, тягуче, вязко, оно хорошо проводит тепло и электричество. При загрязнении железа различными неметаллами или металлами механические свойства его в значительной степени меняются.
В компактном состоянии чистое железо устойчиво в сухом воздухе и ржавеет во влажном воздухе, превращаясь в Fe 2 O 3 · n Н 2 O (где n имеет значение, близкое к единице) -- ржавчину; последняя образует пористую, рыхлую пленку, которая не предохраняет железо от действия кислорода.
Когда загрязненное железо соприкасается с влагой и двуокисью углерода из атмосферы, на поверхности металла образуются гальванические пары, в которых железо, являясь отрицательным элементом, разрушается. Из-за электрохимической коррозии поверхность загрязненного железа во влажном воздухе за короткое время покрывается ржавчиной. Ионы Fe 2+ с анионами ОН - (из воды) или СО 3 2- (образовавшимися при растворении СO 2 в воде) образуют Fe(OH) 2 или FeCO 3 , которые в водной среде и в присутствии кислорода превращаются в Fe(OH) 3 (или в Fe 2 O 3 ·3H 2 O). [19]
Для предохранения железа от действия коррозионных агентов его покрывают слоем масляной краски, эмали или другого металла: Zn (цинкование), Sn (лужение), Сr (хромирование), Ni (никелирование), Cd (кадмирование), РЬ (свинцевание) -- либо проводят поверхностное окисление расплавленным NaNO 3 или KNO 3 .
Пары воды разлагаются нагретым докрасна железом выше 700° по обратимому уравнению:
При комнатной температуре железо растворяет примерно 0,005% водорода. При этом образуется гидрид включения FeH, который способствует увеличению твердости железа:
Один грамм железа растворяет при 1530°C 0,272 см 3 водорода, при 1550°--0,279 см 3 водорода и при 1650°--0,310 см 3 водорода.
Насыщенное водородом железо при нагревании на воздухе до 900° теряет значительную часть этого газа.
При обычной температуре сухой кислород не взаимодействует с железом. При нагревании полированной железной пластинки в кислороде выше 150° наблюдается потемнение ее поверхности, а при нагревании до белого каления образуется магнетит:
При 1900° в присутствии кислорода железо полностью превращается в оксиды.
При ? 900° растворимость кислорода в ?-Fe равна 0,18%, а в ?-Fe и ?-Fe она больше. Железо с небольшим содержанием кислорода образует твердые и хрупкие сплавы.
При нагревании железо взаимодействует с газообразным хлором, превращаясь в Fe 2 Cl 6 , но не вступает в реакцию с жидким хлором. При действии паров брома или йода на порошкообразное кристаллическое железо получают Fe 3 Br 8 (или 2FeBr 3 · FeBr 2 ) и Fe 3 I 8 (или 2FeI 3· FeI 2 ):
Нагреванием порошкообразного металлического железа в парах брома при 190° получают Fe 2 Br 6 :
Тонко измельченное железо взаимодействует при нагревании с серой, образуя сульфиды FeS, FeS 2 :
Fe+S (ромбич.) = FeS Fe+2S (ромбич.) = FeS 2
Сера плохо растворима в железе, но сульфид железа FeS (из сплавов системы железо -- сера) образует с железом эвтектику, которая содержит 30% серы, плавится при 985°, обладает ломкостью при красном калении и ухудшает качество железа (чугуна или стали).
При нагревании железного порошка в токе аммиака образуются нитриды Fe 2 N, Fe 4 N:
Фосфор, мышьяк и кремний образуют с железом при нагревании интерметаллические соединения, например Fe 3 P, Fe 2 P,FeP, Fe 3 As 2 , Fe 2 As, Fe 3 As 4 , Fe 3 Si 2 , FeSi, FeSi 2 , Fe 2 Si.
Поскольку нормальный потенциал системы Fe/Fe 2+ равен -0,44 в, железо относится к легко окисляемым металлам. Под действием разбавленных неорганических кислот (НСl, H 2 SO 4 и др.) оно превращается в соответствующие соли железа (II) с выделением водорода:
Fe+2HCl - FeCl 2 +H 2 Fe + H 2 SO 4 = FeSO 4 + H 2
Разбавленная азотная кислота, взятая в избытке, взаимодействует с железом по уравнению:
4Fe+10HNO 3 = 4Fe(NO 3 ) 2 +NH 4 NO 3 +3H 2 O
Концентрированные кислоты, такие, как HNO 3 и H 2 SO 4 , взаимодействуют с железом при нагревании по уравнениям:
Fe + 4HNO 3 = Fe(NO 3 ) 3 + NO + 2H 2 O
2Fe + 6H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O
Нормальный потенциал системы Fe/Fe 3+ равен --0,036 в. [11]
Под действием концентрированных кислот HNO 3 , H 2 SO 4 , Н 2 СгO 4 железо становится пассивным благодаря образованию плотной защитной пленки на поверхности металла, меняющей значение электрохимического потенциала.
Железо подвергается действию концентрированных растворов щелочей. Разбавленные растворы щелочей действуют на железо только в присутствии двуокиси углерода.
Железо вытесняет металлы Bi, Sb, Pb, Sn, Cu, Ag, Hg, и Au из растворов их солей. [12]
С физиологической точки зрения железо имеет особое значение для организма человека и животных, поскольку является катализатором процесса дыхания. Как уже упоминалось, железо входит в состав молекулы гемоглобина. Молекула гемоглобина состоит из интерциклического соединения гема, которое содержит двухвалентное железо, и белка глобина. В легких человека гемоглобин присоединяет кислород, превращаясь в оксигемоглобин, который разносится кровью, снабжая кислородом все клетки организма. [22]
Магнетит, Fe 3 O 4 , содержит до 72% железа и представляет собой черные кубические кристаллы со слабым металлическим блеском, плотностью 4,9--5,2 г/см 3 , твердостью 5,6--6 по шкале Мооса и магнитными свойствами.
Гематит, ?-Fe 2 O 3 (от греческого слова hematikos, что означает «кровавый»), содержит до 65% железа и представляет собой красно-черные ромбоэдрические кристаллы с плотностью 5--5,3 г/см 3 , твердостью 5,5--6 по шкале Мооса. ?-Fe 2 O 3 легко восстанавливается при нагревании под действием Н 2 , С, СО, А1, Si и др.
Лимонит (гетит), Fe 2 O 3 *H 2 O или HFeO 2 , содержит до 60% железа и представляет собой кристаллы, гранулы, оолиты или конкреции черно-коричневого цвета. Плотность лимонита 3,3--4 г/см 3 , твердость 1--4 по шкале Мооса. Плотность гетита 4--4,4г/см 3 , твердость 4,5--5,5 по шкале Мооса. В отличие от других железосодержащих руд лимонит и гетит легче всех восстанавливаются до металлического железа.
Сидерит, FeCO 3 , содержит примерно 35% железа, обладает желтовато-белым (с серым или коричневым оттенком в случае загрязнения) цветом, плотностью 3,9 г/см 3 и твердостью 3,5--4,5 по шкале Мооса.
Пирит, FeS 2 , содержит 46,6% железа и встречается в виде кубических кристаллов, желтых, как латунь, с металлическим блеском (желтовато-коричневым оттенком), плотностью 4,9--5,2 г/см 3 , твердостью 6--6,5 по шкале Мооса. Он содержит в небольшом количестве Со, Ni, As, Sb и иногда Сu, Ag, Аu.
Марказит, FeS 2 , также содержит 46,6% железа, но встречается в виде желтых, как латунь, бипирамидальных ромбических кристаллов с плотностью 4,6--4,9 г/см 3 и твердостью 5--6 по шкале Мооса. При температуре 450° он превращается в пирит.
Лёллингит, FeAs 2 , содержит 27,2% железа и встречается в виде серебристо-белых бипирамидальных ромбических кристаллов с плотностью 7,0 -- 7,40 г/см 3 и твердостью 5 -- 5,5 по шкале Мооса.
Миспикель, FeAsS, содержит 34,3% железа и встречается в виде белых моноклинных призм с плотностью 5,6--6,2 г/см 3 и твердостью 5,5--6 по шкале Мооса.
Мелантерит, FeSO 4 *7H 2 O, реже встречается в природе и представляет собой зеленые (или серые из-за примесей) моноклинные кристаллы, обладающие стеклянным блеском, хрупкие, с плотностью 1,8--1,9 г/см 3 .
Вивианит, Fe 3 (PO 4 ) 2 *8Н 2 O, встречается в виде сине-серых или зелено-серых моноклинных кристаллов с плотностью 2,95 г/см 3 и твердостью 1,5--2 по шкале Мооса.
Помимо описанных, известны и другие минералы, например: ильменит FeTiO 3 , магномагнетит (Fe, Mg)[Fe 2 O 4 ], фиброферрит FeSO 4 (OH)*4,5Н 2 O, ярозит KFe 3 (SO 4 ) 2 (OH) 6 , кокимбит Fe 2 (SO 4 ) 3 *9Н 2 O, рёмерит Fe 2+ Fe 3/2+ (SO 4 ) 4 *14H 2 O, графтонит (Fe, Мn) 3 (РO 4 ) 2 , скородит Fe 3+ AsO 4 *2Н 2 O, штренгит FePO 4 *2H 2 O, фаялит Fe 2 SiO 4 , альмандит Fe 3 Al 2 [SiO 4 ] 3 , андрадит Ca 3 Fe 2 [SiO 4 ] 3 , гиперстен (Fe, Mg) 2 [Si 2 O 6 ], геденбергит (Са, Fe)[Si 2 O 6 ], эгирин (Na, Fe) [Si 2 O 6 ], шамозит Fe 4 2+ Al[AlSi 3 O 10 (OH) 6 *nН 2 0, нонтронит (Fe 3+ , Al) 2 [Si 4 O 10 ](OH) 2 *nH 2 O.
Кроме этих минералов, многие алюмосиликаты, какими являются глины, загрязнены соединениями железа. [1, 6]
Оксид железа (II), FeO, получают окислением металлического железа, термическим разложением FeC 2 O 4 ·2H 2 O без доступа воздуха, восстановлением оксида железа (III) Fe 2 O 3 оксидом углерода при 500° или водородом при 700-800°, прокаливанием (650-700° в отсутствие воздуха) смеси стехиометрически необходимых количеств Fe 2 O 3 и порошка металлического железа, нагреванием FeCO 3 при 490-581°:
Соединение FeO представляет собой диамагнитный черный неустойчивый кристаллический порошок (структура типа NaCl). Оно превращается в Fe 2 O 3 при нагревании до 200-250° на воздухе, диспропорционирует на Fe 3 O 4 и металлическое железо при 570°, плавится примерно при 1360°; трудно растворимо в воде и щелочах, легко растворяется в кислотах с образованием солей железа (II); восстанавливается до металлического железа под действием H 2 или CO при нагревании; разлагает при нагревании воду с образованием Fe 2 O 3 и выделением H 2 :
2FeO+H 2 O=Fe 2 O 3 +H 2 ^ [11, 13]
Оксид железа (II) образует с многочисленными оксидами металлов соединения типа шпинелей Fe 2+ [Me 2 3+ O 4 ] или перовскита Fe 2+ Me 4+ O 3 .
Оксид железа (III), Fe 2 O 3 , является самым устойчивым природным кислородсодержащим соединением железа, которое встречается в форме минералов гематита или красного железняка. [14]
Известны три модификации оксида железа (III), а именно: ?-Fe 2 O 3 , ?-Fe 2 O 3 и ?-Fe 2 O 3 . Модификация ?-Fe 2 O 3 (соответствующая гематиту) парамагнитна и образуется окислением железа на воздухе при температуре выше 200°, а также нагреванием ?-Fe 2 O 3 в течение 3 часов при 110° или сжиганием пирофорного железа на воздухе при комнатной температуре и давлении меньше 760 мм рт. ст. Модификация ?-Fe 2 O 3 ферромагнитна и образуется окислением железа на воздухе при температуре ниже 200°, а также окислением Fe 3 O 4 или нагреванием ?-Fe 2 O 3 при 300°. Модификация ?-Fe 2 O 3 ферромагнитна и образуется окислением растворов солей железа (II) в щелочах. [15]
Модификации оксида железа(III) могут также быть получены прокаливанием гидроксида железа (III), Fe(OH) 3 при 700°, нитрата Fe(NO 3 ) 3 *6Н 2 O при 600--800°, карбоната FeCO 3 при 500° на воздухе, сульфата FeSO 4 или пирита FeS 2 на воздухе:
Нагревание порошкообразного железа или трихлорида железа в водном паре также дает Fe 2 O 3 .
Соединение ?-Fe 2 O 3 представляет собой красный порошок с плотностью 5,24 г/см 3 , который плавится примерно при 1550°,трудно растворим в воде и может быть восстановлен до Fe 3 O 4 , FeO или металлического железа водородом, углеродом, оксидом углерода, металлическим алюминием или элементным кремнием. При восстановлении ?-, ?-, ?-Fe 2 O 3 водородом (280--340°) образуется пирофорное металлическое железо, а при алюмо- или кремнетермическом восстановлении модификаций ?-, ?-, ?-Fe 2 O 3 образуется загрязненное металлическое железо.
Растворимость ?-, ?-, ?-Fe 2 O 3 модификаций в кислотах зависит от температуры и продолжительности прокаливания окиси перед растворением. Если оксид железа был слегка прокален, он растворяется в кислотах.
Окись железа под названием железный сурик, охра, мумия, применяется как пигмент приготовления для красок. [1]
Оксид железа(II, III), Fe 3 O 4 , со структурой шпинели Fe 2+ [Fe 2 3+ O 4 ] встречается в природе в виде минерала магнетита.
Соединение Fe 3 O 4 можно получить прокаливанием других оксидов железа или восстановлением Fe 2 O 3 (400--500°) водородом, насыщенным парами воды, или оксидом углерода (800°).
Fe 3 O 4 представляет собой ферромагнитные ломкие (твердость 5,6--6,5 по шкале Мооса) черные кубические кристаллы с металлическим блеском; они трудно растворимы в воде и кислотах, имеют т. пл. 1538° и разлагаются при 1787°. [18]
Оксид железа(II, III) устойчив в сухом воздухе и служит для изготовления электродов, поскольку является хорошим проводником электрического тока и устойчив к действию химических реагентов. [12]
Применяется как сырьё при выплавке чугуна в доменном процессе, катализатор в производстве аммиака, компонент керамики, цветных цементов и минеральных красок, при термитной сварке стальных конструкций, как носитель аналоговой и цифровой информации (напр. звука и изображения) на магнитных лентах (ферромагнитный ?-Fe 2 O 3 ), как полирующее средство (красный крокус) для стали и стекла.[1]
В пищевой промышленности используется в качестве пищевого красителя (E172).
В ракетомоделизме применяется для получения катализированого карамельного топлива, которое имеет скорость горения на 80% выше, чем обычное топливо.[23]
Является основным компонентом железного сурика (колькотара). [12]
Колькотар -- коричневая минеральная краска. Другие названия: парижская или английская красная краска, caput mortuum vitrioli, крокус, железный сурик; в алхимии -- красный лев. [15]
По составу колькотар представляет более или менее чистую безводную окись железа. Хотя безводная окись железа и встречается в природе в очень больших количествах (красный железняк, железный блеск), но ценные сорта этой краски вырабатываются искусственно или получаются как побочный продукт при добывании нордгаузенской кислоты из железного купороса, а также при прокаливании основных серножелезных солей, выделяющихся из раствора при приготовлении железного купороса из купоросного камня. [27]
1. Fe 2 O 3 образуется при прокаливании на воздухе всех гидратов и кислородных соединений железа, а также Fe(NO 3 ) 3 и FeSO 4 . Так, например, прокаливают в течение 2 час. на полном пламени бунзеновской горелки Fe(OH) 3 , полученный по методу Г. Гюттига и Г. Гарсайда.
2. По указанию Д. Н. Финкельштейна 100 г Fe(NO 3 ) 3 * 9H 2 O нагревают в большом фарфоровом тигле на электрической плитке. Вначале соль спокойно плавится, образуя бурую жидкость, постепенно испаряющуюся. При 121° жидкость начинает кипеть, выделяя постоянно кипящую 68%-ную HNO 3 .
Постепенно жидкость начинает загустевать и необходимо частое перемешивание, чтобы избежать толчков и разбрызгивания. Начиная со 130°, непрерывно перемешивают жидкость фарфоровым шпателем, причем она загустевает, образуя пасту (без перемешивания жидкость внезапно затвердевает в сплошную массу). При 132° паста сразу рассыпается в порошок, продолжая выделять пары HNO 3 .
Не переставая перемешивать, продолжают нагревание до полного высушивания; весь процесс занимает 20--25 мин. Сухую массу растирают, переносят в тигель и прокаливают в муфеле при 600--700° в течение 8--10 час. При достаточной чистоте исходного нитрата железа полученный продукт отвечает квалификации х. ч. Выход 95--98% теоретического, т. е. около 19 г. [9]
3. Для приготовления чистого препарата к нагретому до кипения раствору закисной соли железа прибавляют вычисленное количество горячего раствора щавелевой кислоты, причем выпадает закисное щавелевокислое железо. Его отфильтровывают, тщательно промывают водой, высушивают и прокаливают при доступе воздуха, непрерывно перемешивая. Выход 90--93% теоретического. Получаемый препарат содержит 99,79--99,96% Fe 2 O 3 . [8]
4. В фарфоровый котелок емкостью 4 л, снабженный крышкой, помещают раствор 500 г Fe(NO 3 ) 3 * 9Н 2 О в 2 л воды. Через трубку, проходящую до дна котелка, пропускают не слишком сильный ток NH 3 , промытого щелочью и водой. Время от времени перемешивают жидкость газоотводящей трубкой.
По окончании осаждения жидкости дают отстояться, раствор декантируют и промывают осадок горячей водой до удаления NO 3 в промывных водах. Отмытый Fe(OH) 3 просушивают в фарфоровых чашках, после чего прокаливают в течение 5--6 час. при 550--600°. Выход 96 г (96--97% теоретического). [10]
5. При получении Fe 2 O 3 , служащего сырьем для приготовления Fe высокой чистоты, исходный нитрат железа должен быть исключительно чист. Путем многократной перекристаллизации Fe(NO 3 ) 3 * 9Н 2 О Кливс и Томпсон получили препарат, содержащий всего 0,005% Si и менее 0,001% других примесей. [14]
6. По Брандту целесообразнее всего исходить из химически чистого железа. Последнее растворяют в НСl, раствор при нагревании обрабатывают сероводородом, фильтруют и в фильтрате двухвалентное железо окисляют в трехвалентное кипячением с небольшим количеством HNO 3 . Смесь дважды выпаривают с концентрированной HCl и, растворив остаток в избытке разбавленной НСl, несколько раз взбалтывают раствор с эфиром в большой делительной воронке.
Если исходный материал содержал Со, то содержимому воронки дают отстояться, спускают через кран нижний (водный) слой и к оставшейся в воронке эфирной вытяжке прибавляют часть по объему смеси, полученной встряхиванием НСl (уд. в. 1,104) с эфиром. Сильно встряхивают, снова сливают нижний слой и операцию повторяют.
Очищенную эфирную вытяжку фильтруют, эфир отгоняют (или просто удаляют нагреванием на водяной бане), и оставшийся раствор FeCl 3 несколько раз выпаривают с НNО 3 . Последнее выпаривание ведут с добавлением NH 4 NO 3 .
Выпаривание целесообразно проводить в плоской фарфоровой чашке.
После выпаривания остается хрупкая соляная масса, легко отделяющаяся от чашки. Ее истирают в ступке и порциями по 40--50 г умеренно прокаливают в платиновой чашке. Остаток несколько раз смешивают с сухим углекислым аммонием и вновь прокаливают при слабом красном калении, часто перемешивая.
Эту операцию повторяют до приблизительно постоянного веса (точно постоянный вес не может быть достигнут, так как незначительное количество Fe 2 O 3 уносится парами (NH 4 ) 2 СО 3 ). [11]
Цели, поставленные в начале исследовательской работы, были полностью выполнены:
1) Собрана информация о железе, его оксидах и минералах:
Железо - ковкий, серебристо-белый металл с высокой реакционной способностью. В соединения проявляет степени окисления +2, +3, +6. Имеет оксиды: Fe +2 O, Fe 2 +3 O 3 , Fe 3 O 4 (Fe +2 O·Fe +3 2 O 3 ). Оксид железа (III) Fe 2 O 3 помимо получения синтетическим путем, можно обнаружить в залежах природных руд. Он входит в состав некоторых минералов таких как: гематит, лимонит, магнетит.
2) Изучены свойства Fe 2 O 3 и сделаны выводы о его применении:
Вещество Fe 2 O 3 используется для получения чистого мало окисляемого железа путем восстановления водородом, а так же в электронных носителях информации (вследствие магнитности), как полирующее средство (красный крокус) для стали и стекла, в пищевой промышленности и является основным компонентом колькотара (так как соединение является красящим).
3) Изучены несколько способов синтеза вещества. Наибольший выход продукта равняется 98% от теоретического. Добиться этого результата можно по методу Д.Н. Финкельштейна, путем нагревания Fe(NO 3 ) 3 * 9H 2 O в большом фарфоровом тигле на электрической плитке при постоянном помешивании.
1)Рипан Р. Неорганическая химия: В 2-х т./Р. Рипан, И. Четяну; Перев. с рум. Д.Г. Батыра, Х.М. Харитона; Под ред. В.И. Спицына, И.Д. Колли. - М.: Издательство «Мир» 1972. - 2 т.
2)Кнунянц И.Л. Краткая химическая энциклопедия: В 5-ти т. / Ред. кол. И.Л. Кнунянц (отв. ред.) и др. - М.: Издательство «Советская Энциклопедия», 1967 - 5 т.
3)Лидин, Р.А. Химические свойства неорганических веществ: учеб. пособие для вузов / Р.А. Лидин, Молочко, Л.Л Андреева. Под ред. Р.А. Лидина.- М.: Химия, 2000 - 480 с.
4)Некрасов Б.В. Основы общей химии Т. I. изд. 3-е, испр. и доп. Издательство «Химия», 1973 - 656 с.
5)Реми Г. Курс неорганической химии в 2-х т. / Г. Реми; А.П. Григорьева, А.Г. Рыков; Под ред. А.В. Новоселовой. - М.: Издательство «Мир»,1966 - 2 т.
6)Паффенгольц К.Н. Геологический словарь: в 2-х т./ Ред. ком. К.Н. Паффенгольц (отв.ред.), Л.И. Боровиков, А.И. Жамайда, И.И. Краснов и др.-М.: Издательство «Недра», 1978 - 2 т.
7)Эфимов А.И. Свойства неорганических соединений. Справочник / А.И. Ефимов и др. - Л.: Химия, 1983 - 392 с.
8)Брауэр Г. Руководство по неорганическому синтезу: в 6 т. Пер. с нем./ Под ред. Г Брауэр. - М.: Издательство «Мир», 1985 - 6 т.
9)Карякин Ю.В. Чистые химические реактивы / Ю.В. Карякин, И.И. Ангелов. - М.: Государственная научно-техническое издательство химической литературы, 1955 - 585 с.
10)Ключников Н.Г. Практикум по неорганическому синтезу. - М.: Издательство «Просвещение» , 1979 - 271 с.
11)Терентьева Е.А. Неорганические синтезы: В 2-х т. / Пер. с англ. Е.А. Терентьевой, под ред. Д.И. Рябчикова, - М.: Издательство иностранной литературы, 1951 - 2т.
12)Глинка Н.Л. Общая хи
Свойства оксида железа курсовая работа. Химия.
Реферат: ВВП и ВНП: определение, распределение и расчет
Курсовая Работа На Тему Учёт Нематериальных Активов
Нужно Ли Жалеть Людей Сочинение
Сочинение Про Горы На Казахском Языке
Реферат по теме Подготовка пальцев и оставление их на струнах при игре на скрипке
Лекция На Тему Классификация Звуков Английской Речи
Контрольная работа по теме Основные направления семейной политики
Дипломная работа по теме Конструкторский расчет здания 5-этажного 10-квартирного жилого дома
Контрольная работа по теме Петровское законодательство
Реферат по теме Обеспечение доступности административных процедур для населения: зарубежный опыт и его использование в Беларуси
Произведения Для Итогового Сочинения
Реферат На Тему Абсолютные И Относительные Погрешности
Реферат На Тему Первый Искусственный Спутник Земли
Реферат: Правовые особенности охраны труда молодежи
Реферат: TV Violence Essay Research Paper In our
Реферат: Синтез лёгких ядер (дефект массы) и Парадокс моделей вселенной
Доклад по теме К. Г. Паустовский
Реферат по теме Технология работы с графической информацией. Системы компьютерной графики
Курсовая работа по теме Організація виборів
Курсовая Работа На Тему Государство И Право Золотой Орды
Особенности интонации языка - Иностранные языки и языкознание курсовая работа
Исследования Николая Зинина - Химия реферат
Качество трудовой жизни - Социология и обществознание курсовая работа