Русская Википедия:Сульфат железа(III)

Содержание

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Текст

Шаблон:Значения Шаблон:Вещество Сульфат железа(III) (Шаблон:Lang-lat) — неорганическое химическое соединение, соль, химическая формула — <math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3}</math>.

Физические свойства

Безводный сульфат железа(III) — светло-жёлтые парамагнитные очень гигроскопичные кристаллы моноклинной сингонии, пространственная группа P2₁/m, параметры элементарной ячейки a = 0,8296 нм, b = 0,8515 нм, c = 1,160 нм, β = 90,5°, Z = 4. Есть данные, что безводный сульфат железа образовывает орторомбическую и гексагональную модификации. Растворим в воде, трудно растворим в этанолеШаблон:Sfn.

Из воды кристаллизуется в виде кристаллогидратов Fe₂(SO₄)₃·n H₂O, где n = 12, 10, 9, 7, 6, 4, 3, 1. Наиболее изученный кристаллогидрат — нонагидрат сульфата железа(III) Fe₂(SO₄)₃·9H₂O — жёлтые гексагональные кристаллы, параметры элементарной ячейки a = 1,085 нм, c = 1,703 нм, Z = 4. Хорошо растворяется в воде (440 г на 100 г воды)Шаблон:Sfn. В водных растворах сульфат железа(III) из-за гидролиза приобретает красно-коричневый цвет.

С аммиаком образует аддукт вида Fe₂(SO₄)₃·n NH₃, где n = 8, 12.

При нагревании нонагидрат превращается при 98 °C в тетрагидрат, при 125 °C — в моногидрат и при 175 °C — в безводный Fe₂(SO₄)₃, который выше 600 °C разлагается на Fe₂O₃ и SO₃.

Нахождение в природе

Минералогическая форма сульфата железа(III) — микасаит (Шаблон:Lang-en), смешанный сульфат железа-алюминия. Его химическая формула — (Fe³⁺, Al³⁺)₂(SO₄)₃. Этот минерал содержит безводную форму сульфата железа, поэтому встречается в природе очень редко. Гидратированные формы встречаются чаще, например:

• Кокимбит (Шаблон:Lang-en) — Fe₂(SO₄)₃·9H₂O — нонагидрат — наиболее распространённая в природе форма.

Файл:Coquimbite crystal structure.png

Кристаллическая структура кокимбита

• Паракокимбит (Шаблон:Lang-en) — другой нонагидрат — редкая форма.
• Корнелит (Шаблон:Lang-en) — гептагидрат — и куэнстедтит (Шаблон:Lang-en) — декагидрат — тоже встречаются редко.
• Лаусенит (Шаблон:Lang-en) — гекса- или пентагидрат (самостоятельность этого минерала под вопросом).

Все перечисленные выше природные гидраты железа на поверхности Земли нестабильны. Но их запасы постоянно пополняются благодаря окислению других минералов (в основном пирита и марказита).

Марс

Сульфат железа и ярозит были обнаружены двумя марсоходами: «Спирит» и «Оппортьюнити». Эти вещества являются признаком сильных окислительных условий на поверхности Марса. В мае 2009 года «Спирит» застрял, когда ехал по мягкому грунту планеты и наехал на залежи сульфата железа, скрытые под слоем обычного грунта. Вследствие того, что сульфат железа имеет очень низкую плотность, марсоход застрял настолько глубоко, что часть его корпуса коснулась поверхности планеты.

Получение

В промышленности сульфат железа(III) получают прокаливанием пирита или марказита с NaCl на воздухе:

<math>\mathsf{2FeS_2 + 2NaCl + 8O_2 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + Na_2SO_4 + Cl_2}</math>

или растворяют оксид железа(III) в серной кислоте:

<math>\mathsf{Fe_2O_3 + 3H_2SO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2O}</math>

В лабораторной практике сульфат железа(III) можно получить из гидроокиси железа(III):

<math>\mathsf{2Fe(OH)_3 + 3H_2SO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 6H_2O}</math>

Препарат той же чистоты можно получить окислением сульфата железа(II) азотной кислотой:

<math>\mathsf{2FeSO_4 + H_2SO_4 + 2HNO_3 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 2NO_2 + 2H_2O}</math>

также окисление можно провести кислородом или оксидом серы:

<math>\mathsf{12FeSO_4 + 3O_2 \longrightarrow 4Fe_2(SO_4)_3 + 2Fe_2O_3}</math>

<math>\mathsf{2FeSO_4 + 2SO_3 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2}</math>

Концентрированные серная и азотная кислоты окисляют сульфид железа до сульфата железа(III):

<math>\mathsf{2FeS + H_2SO_4 + 18HNO_3 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 18NO_2\uparrow + 10H_2O}</math>

Дисульфид железа можно окислить концентрированной серной кислотой:

<math>\mathsf{2FeS_2 + 14H_2SO_4 \longrightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 15SO_2\uparrow + 14H_2O}</math>

Сульфат-аммоний железа(II) (соль Мора) также можно окислить дихроматом калия. Вследствие данной реакции выделятся сразу четыре сульфата — железа(III), хрома(III), аммония и калия, и вода:

<math>\mathsf{6Fe(NH_4)_2(SO_4)_2 + 7H_2SO_4 + K_2Cr_2O_7 \longrightarrow}</math>

<math>\mathsf{ Fe_2(SO_4)_3 + Cr_2(SO_4)_3 + 6(NH_4)_2SO_4 + K_2SO_4 + 7H_2O}</math>

Сульфат железа(III) можно получить как один из продуктов термического разложения сульфата железа(II):

<math>\mathsf{6FeSO_4 \xrightarrow{~T~} Fe_2(SO_4)_3 + 2Fe_2O_3 + 3SO_2}</math>

Ферраты с разбавленной серной кислотой восстанавливаются до сульфата железа(III):

<math>\mathsf{4K_2FeO_4 + 10H_2SO_4 \xrightarrow{~~} 2Fe_2(SO_4)_3 + 3O_2\uparrow + 4K_2SO_4 + 10H_2O}</math>

При нагревании пентагидрата до температуры 70—175 °C получается безводный сульфат железа(III):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3\cdot\ 5H_2O \xrightarrow{70-175^oC} Fe_2(SO_4)_3+5H_2O}</math>

Сульфат железа(II) можно окислить триоксидом ксенона:

<math>\mathsf{XeO_3+3H_2SO_4+6FeSO_4 \longrightarrow 3Fe_2(SO_4)_3+Xe\uparrow\ +3H_2O}</math>

Химические свойства

Сульфат железа(III) в водных растворах подвергается сильному гидролизу по катиону, при этом раствор окрашивается в красновато-коричневый цвет:

<math>\mathsf{Fe[(H_2O)_6]^{3+} + H_2O \rightleftarrows Fe[(H_2O)_5(OH)]^{2+} + H_3O^+;15:33, 18 сентября 2023 (+04)~p\mathit{K} = 2,17}</math>

<math>\mathsf{Fe[(H_2O)_5(OH)]^{2+} + H_2O \rightleftarrows Fe[(H_2O)_4(OH)_2]^{+} + H_3O^+;15:33, 18 сентября 2023 (+04)~p\mathit{K} = 3,26}</math>

<math>\mathsf{[2Fe(H_2O)_6]^{3+} + 2H_2O \rightleftarrows [Fe_2(H_2O)_8(OH)_2]^{4+} + 2H_3O^+;15:33, 18 сентября 2023 (+04)~p\mathit{K} = 2,91}</math>

Горячая вода или пар разлагают сульфат железа(III):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 2H_2O \xrightarrow{100^oC} 2 FeSO_4(OH)\downarrow + H_2SO_4}</math>

Безводный сульфат железа(III) при нагревании разлагается:

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 \xrightarrow{500-700^oC} Fe_2O_3 + 3SO_3}</math>

<math>\mathsf{2Fe_2(SO_4)_3 \xrightarrow{900-1000^oC} 2Fe_2O_3 + 6SO_2 + 3O_2}</math>

Растворы щелочей разлагают сульфат железа(III), продукты реакции зависят от концентрации щёлочи:

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 2NaOH \longrightarrow 2FeSO_4(OH)\downarrow + Na_2SO_4}</math>

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 6NaOH \longrightarrow 2FeO(OH)\downarrow + 3Na_2SO_4 + 2H_2O}</math>

Если с щёлочью взаимодействует эквимолярный раствор сульфатов железа(III) и железа(II), то в результате получится сложный оксид железа:

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + FeSO_4 + 8NaOH \longrightarrow Fe_3O_4\downarrow + 4Na_2SO_4 + 4H_2O}</math>

Активные металлы (такие как магний, цинк, кадмий, железо) восстанавливают сульфат железа(III):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + Fe \longrightarrow 3FeSO_4}</math>

Некоторые сульфиды металлов (например, меди, кальция, олова, свинца, ртути) в водном растворе восстанавливают сульфат железа(III):

<math>\mathsf{CuS + Fe_2(SO_4)_3 \longrightarrow 2FeSO_4 + CuSO_4 + S}</math>

С растворимыми солями ортофосфорной кислоты образует нерастворимый фосфат железа(III) (гетерозит):

<math>\mathsf{Fe_2(SO_4)_3 + 2NaH_2PO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + 2 H_2SO_4 + 2 FePO_4\downarrow}</math>

Использование

• Как реактив при гидрометаллургической переработке медных руд.
• Как протрава при окраске тканей.
• При дублении кожи.
• Для декапирования нержавеющих аустенитных сталей, сплавов золота с алюминием.
• Как флотационный регулятор для уменьшения плавучести руд.
• В медицине используется в качестве вяжущего и кровоостанавливающего средства.
• В химической промышленности как окислитель и катализатор.

См. также

• Алунит
• Ярозит

Литература

• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга
• Шаблон:Книга