خواص الحديد ومركباته: التفاعلات والأكاسيد والأملاح
درس خواص الحديد: نبدأ بتفاعلات الفلز نفسه، ثم أكاسيد الحديد الثلاثة وكيف يتحول بعضها إلى بعض، وأخيرًا الأملاح والهيدروكسيدات. وفي صفحة الأسئلة تجد باقي الدرس.
تفاعلات الحديد
- الحديد فلز لين فضي لامع، يتأثر بالمغناطيس، وهو أحد العناصر الانتقالية الثلاثة القابلة للتمغنط.
- يتفاعل الحديد المسخن مع العناصر فيعطي حالات تأكسد مختلفة حسب قوة العامل المؤكسد:
| المتفاعل | المعادلة |
|---|---|
| الأكسجين (تسخين لدرجة الاحمرار) | 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ |
| بخار الماء (500°C) | 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂ |
| الكبريت | Fe + S → FeS |
| الكلور | 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ |
| حمض HCl المخفف | Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ |
| حمض H₂SO₄ المخفف | Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂ |
| حمض الأكساليك | Fe + C₂H₂O₄ → FeC₂O₄ + H₂ |
- الكلور عامل مؤكسد قوي فيؤكسد الحديد إلى +3، أما الكبريت والأحماض المخففة فتعطي +2.
- يتصاعد غاز الهيدروجين عند تفاعل الحديد مع الأحماض المخففة.
اعرض الحل
- (1) تحويل Fe₂O₃ إلى Fe فقد أكسجين: اختزال.
- (2) تحويل Fe إلى مركب أعلى تأكسدًا: أكسدة، فالحديد مع الكلور المسخن يعطي FeCl₃ (A).
الإجابة (أ).
أكاسيد الحديد
| الأكسيد | اللون | ملاحظات |
|---|---|---|
| FeO | أسود | الحديد فيه +2 |
| Fe₃O₄ | أسود | مختلط (+2 ، +3)، شديد المغناطيسية، يتفاعل مع الأحماض المركزة الساخنة |
| Fe₂O₃ | أحمر داكن | الحديد فيه +3، يستخدم لونًا أحمر في الدهانات |
- أكسيد الحديد المغناطيسي Fe₃O₄ يتكون عند تسخين الحديد لدرجة الاحمرار في الهواء، ويتفاعل مع الأحماض المركزة الساخنة فيعطي أملاح الحديد (II) والحديد (III) معًا:
- أكسيد الحديد الأحمر Fe₂O₃ يمكن اختزاله بـ CO عند درجة حرارة أعلى من 700°C فيعطي الحديد.
- FeO أكسيد قاعدي، يتفاعل مع الأحماض المخففة فيعطي أملاح الحديد (II):
التحويل بين الأكاسيد
يمكن اختزال Fe₂O₃ بـ CO أو H₂ على مراحل حسب درجة الحرارة، وأكسدة الأكاسيد الأقل في الهواء:
| التحويل | الظروف |
|---|---|
| Fe₂O₃ ← Fe₃O₄ | اختزال بـ CO عند 230 : 300°C |
| Fe₃O₄ ← FeO | اختزال بـ H₂ عند 400 : 700°C |
| Fe₂O₃ ← FeO | اختزال بـ H₂ عند 400 : 700°C |
| FeO ← Fe₂O₃ | أكسدة بالتسخين في الهواء |
| Fe₃O₄ ← Fe₂O₃ | أكسدة بالتسخين في الهواء |
| Fe₂O₃ ← Fe | اختزال عند درجة أعلى من 700°C |
اعرض الحل
الحديد المسخن لدرجة الاحمرار مع الهواء يعطي أكسيد الحديد المغناطيسي Fe₃O₄:
أي أن 1 mol منه يُختزل بـ 1 mol من H₂ عند 600°C، وهي العبارة (ج).
الإجابة (ج).
اعرض الحل
نتتبع الأسهم: (4) → (1) اختزال، و(1) → (2) أكسدة، و(2) → (3) أكسدة، و(3) → (4) اختزال.
(1) هو الحديد، فأكسدته تعطي (2) أكسيدًا أسود Fe₃O₄، ثم أكسدته إلى (3) أكسيد أحمر Fe₂O₃، ويُختزل الأحمر إلى الأكسيد الأسود (4).
الإجابة (ج).
اعرض الحل
- (1) → (2) اختزال، ثم (2) → (3) أكسدة: (2) فلز الحديد.
- فتكون (1) أكسيدًا يُختزل إلى الحديد وهو Fe₂O₃، و(3) ناتج أكسدة الحديد وهو Fe₃O₄.
- (3) → (4) اختزال إلى FeO، و(4) → (1) أكسدة إلى Fe₂O₃.
الإجابة (د).
أملاح الحديد وهيدروكسيداته
التحلل الحراري
- كبريتات الحديد (II) بتسخينها بشدة تعطي أكسيد الحديد (III) لأن كاتيونها يتأكسد:
- كربونات الحديد (II) وأكسالات الحديد (II) بمعزل عن الهواء تعطيان FeO:
- وإذا سُخنت الأكسالات في الهواء تعطي Fe₂O₃ و CO₂.
الهيدروكسيدات
- يترسب هيدروكسيد الحديد (III) بنيًا محمرًا عند إضافة قلوي أو محلول النشادر إلى محلول أي ملح حديد (III).
- بتسخينه فوق 200°C يعطي الأكسيد الأحمر:
- محاليل أملاح الحديد (II) تتأكسد تدريجيًا في الهواء إلى حديد (III).
الأملاح من الأكاسيد
- Fe₂O₃ مع حمض الكبريتيك المركز الساخن: كبريتات الحديد (III) وماء.
- Fe₃O₄ مع HCl المركز الساخن: كلوريد الحديد (II) وكلوريد الحديد (III) وماء.
اعرض الحل
من FeSO₄ بالتسخين الشديد يتكون (1) أكسيد الحديد (III) Fe₂O₃.
ثم اختزال متتالي: Fe₂O₃ ← Fe₃O₄ ← FeO، ثم يتفاعل FeO مع H₂SO₄ فيرجع FeSO₄.
إذن: (1) Fe₂O₃ ، (2) Fe₃O₄ ، (3) FeO.
الإجابة (ب).
اعرض الحل
- (X) و(Y) يتحولان بينهما بـ NH₄OH وبـ HCl: (X) ملح و(Y) هيدروكسيد.
- (Y) يتحول بالتسخين إلى (Z): أكسيد.
- (Z) مع HCl المركز الساخن يعطي الملح (X) مرة أخرى.
إذن (X) ملح و(Y) هيدروكسيد و(Z) أكسيد.
الإجابة (د).
اعرض الحل
- الأكسيد (A) يُختزل في العملية (1) إلى الحديد.
- الحديد في العملية (2) يتأكسد إلى ملح الحديد (III) (B).
- (X) هو NaOH الذي يعطي مع (B) راسبًا بنيًا محمرًا Fe(OH)₃.
- العملية (3) تسخين الهيدروكسيد فتعطي الأكسيد (A): انحلال حراري.
الإجابة (د).
اعرض الحل
- (3) يتحول إلى (1) بإضافة محلول النشادر، و(1) يتحول إلى (2) بالتسخين فوق 200°C، و(2) يتحول إلى (3) بحمض H₂SO₄ المركز.
- إذن (1) هيدروكسيد الحديد (III) Fe(OH)₃ ، و(2) أكسيد الحديد (III) Fe₂O₃ ، و(3) كبريتات الحديد (III).
الإجابة (د).