5. Химические свойства соединений железа с точки зрения изменения степеней окисления
В данном разделе реакции выходят за рамки С части ЕГЭ, но могут встретиться в тестовой части экзамена.
Все основные правила составления ОВР для С части, представлены в другом разделе.
Потренироваться составлять реакции онлайн (в рамках ЕГЭ) можно тут.
Кратко:
| Окисление | Примеры окислителей |
| Fe+2 -> Fe+3 | С солями-окислителями в кислой или щелочной среде. O2, Cl2, KMnO4, K2Cr2O7, HNO3, KNO2 |
| Fe0, Fe+2, Fe+3 -> Fe+6** | В щелочной среде. KNO3, растворы Cl2, Br2, NaClO3 и др. |
| Восстановление | Примеры восстановителей |
| Fe+3 -> Fe+2 | Соединения I–, S2–, SO32–, SO2, Cu, Fe и др. |
** Во второй части экзамена реакции с ферратами не встречаются. Но в тестовой части ферраты могут встретиться в заданиях на классификацию, например.
Правила с примерами реакций:
Правило 5.1. Соединения Fe+3 восстанавливаются до Fe+2 в реакциях с такими восстановителями как I–, S–2, S+4 и некоторыми металлами:
Fe+3 и I– :
Fe2O3 + 6HI -> 2FeI2 + I2 + 3H2O
2FeCl3 + 2HI -> 2FeCl2 + I2 + 2HCl
2FeCl3 + 2KI -> 2FeCl2 + I2 + 2KCl
Fe2(SO4)3 + KI -> 2FeSO4 + I2 + K2SO4
Fe+3 и S–2:
2FeCl3 + 3Na2S -> 2FeS↓ + S↓ + 6NaCl
2FeCl3 + H2S -> 2FeCl2 + S↓ + 2HCl
(в кислой среде осадок FeS не выпадает, так как реагирует с HCl с образованием растворимого хлорида железа (II))
Fe+3 и S+4:
2FeCl3 + Na2SO3 +H2O -> 2FeCl2 + Na2SO4 + 2HCl
2FeCl3 + SO2 + 2H2O -> 2FeCl2 + H2SO4 + 2HCl
Fe2(SO4)3 + Na2SO3 +H2O -> 2FeSO4 + Na2SO4 + H2SO4
Fe+3 и металл:
2FeCl3 + Cu -> CuCl2 + 2FeCl2
2Fe(NO3)3 + Fe -> 3Fe(NO3)2
Правило 5.2. Соединения Fe+2 окисляются до Fe+3 такими окислителями, как хлор, бром, H2O2, перманганат калия, нитриты металлов, азотная кислота и др.:
2FeCl2 + Cl2 -> 2FeCl3
2FeBr2 + Br2 -> 2FeBr3
2Fe(OH)2 + H2O2 -> 2Fe(OH)3
В щелочной среде образуется гидроксид железа (III):
FeCl2 + KMnO4 + 3KOH -> K2MnO4 + Fe(OH)3↓ + 2KCl
2FeSO4 + 2KMnO4 + 6NaOH -> K2MnO4 + 2Fe(OH)3↓ + Na2MnO4 + 2Na2SO4.
В кислой среде образуется соль, соответствующая кислоте:
6FeCl2 + 2KNO2 + 4H2SO4 -> 4FeCl3 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + N2 + 4H2O
6FeSO4 + 2HNO3(разб.) + 3H2SO4 -> 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O
FeSO4 + HNO3(конц.) -> Fe(NO3)3 + NO2 + H2SO4 + H2O
FeCl2 + 4HNO3(конц.) -> Fe(NO3)3 + NO2 + 2HCl + H2O
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 -> 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 -> 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O
Железо в оксиде FeO в реакциях с кислотами-окислителями окисляется до ст. ок. +3:
FeO + 4HNO3(конц.) -> Fe(NO3)3 + NO2↑ + 2H2O
В реакциях с кислотами-неокислителями изменения степени окисления не происходит:
FeO + 2HCl -> FeCl2 + H2O.
Оксид железа (II,III) Fe3O4 (FeO·Fe2O3) содержит железо в двух степенях окисления: +2 и +3.
В реакциях Fe3O4 с кислотами-неокислителями образуются две соли:
Fe3O4 + 8HCl -> FeCl2 + 2FeCl3 + 4H2O
Fe3O4 + 4H2SO4(разб.) -> FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O.
В реакциях с кислотами-окислителями Fe+2 окисляется до Fe+3:
Fe3O4 + 10HNO3(конц.) -> 3Fe(NO3)3 + NO2↑ + H2O
2Fe3O4 + 10H2SO4(конц.) -> 3Fe2(SO4)3 + SO2↑ + 10H2O.
Правило 5.3. В кислой среде степень окисления железа +3 является устойчивой:
Fe2O3 + 6HCl -> 2FeCl3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4(разб.) -> Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2O3 + 3H2SO4(конц.) -> Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2O3 + 6HNO3(конц.) -> 2Fe(NO3)3 + 3H2O.
Правило 5.4. Окисление соединений железа до степени окисления +6 (с образованием ферратов) возможно более сильными окислителями, такими как нитраты щелочных металлов и хлораты при сплавлении с щелочами, раствор брома в щелочи и др.
На ЕГЭ во второй части реакций с ферратами не будет.
Fe2O3 + 3KNO3 + 4KOH -> 2K2FeO4 + 3KNO2 + 2H2O (t)
Fe2O3 + KClO3 + 4KOH -> 2K2FeO4 + KCl + 2H2O (t)
2Fe(OH)3 + 3Br2 + 10KOH -> 2K2FeO4 + 6KBr + 8H2O
3FeSO4 + 2NaClO3 + 12NaOH ->3Na2FeO4 + 2NaCl + 3Na2SO4 + 6H2O
2NaFeO2 + 3Na2O2 -> 2Na2FeO4 + 2Na2O.