Русская Википедия:Сульфат железа(III)
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.
- 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[1]. 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
Примечания
Литература