Химические свойства металлов: железо

Железо — металл серебристо-белого цвета, с высокой химической активностью и высокой ковкостью. Обладает высокой тепло- и электропроводностью.

Получение железа

Доменный процесс

Доменный процесс основан на восстановлении железа из оксида углеродом в доменной печи.

В печи кокс окисляется до оксида углерода (II):

2C + O₂ → 2CO

Затем нагретый угарный газ восстанавливает оксид железа (III):

3CO + Fe₂O₃ → 3CO₂ + 2Fe

Процесс получения железа — многоэтапный и зависит от температуры.

Наверху, где температура обычно находится в диапазоне между 200°C и 700°C, протекает следующая реакция:

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂

Ниже в печи, при температурах приблизительно 850°C, протекает восстановление смешанного оксида железа (II, III) до оксида железа (II):

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

Встречные потоки газов разогревают шихту, и происходит разложение известняка:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Оксид железа (II) опускается в область с более высоких температур (до 1200 °C), где протекает следующая реакция:

FeO + CO → Fe + CO₂

Углекислый газ поднимается вверх и реагирует с коксом, образуя угарный газ:

CO₂ + C → 2CO

Прямое восстановление из оксида водородом

Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O

При этом получается более чистое железо, т.к. получаемое железо не загрязнено серой и фосфором, которые являются примесями в каменном угле.

В промышленности

Электролиз растворов солей железа.

Химические свойства

С галогенами

Активные неметаллы (фтор, хлор и бром) окисляют железо до степени окисления +3:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Менее активный йод окисляет железо до степени окисления +2:

Fe + I₂ → FeI₂

С водяным паром

При обычных условиях железо с водой практически не реагирует. Раскаленное железо может вступать в реакцию при температуре 700-900 °С с водяным паром:

3Fe⁰ + 4H₂⁺O → Fe⁺³₃O₄ + 4H₂⁰

4Fe + 3O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃

С кислотами

При обычных условиях железо пассивирует действие концентрированной азотной и серной кислоты

2Fe + 6H₂SO₄ (конц.) → (t) Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Fe + 6HNO₃ (конц.) → (t)Fe(NO₃)₃ + 3NO₂↑ + 3H₂O

Fe + 4HNO₃ (разб.гор.) → Fe(NO₃)₃ + NO + 2H₂O

С обычными кислотами железо переходит в +2:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

С сильными окислителями в щелочной среде

Fe + 2KOH + 3KNO₃ → 3KNO₂ + K₂FeO₄ + H₂O