Тетраминокупросульфат и Соль Мора

     С соляной и разбавленной (приблизительно 20%-й) серной кислотами железо реагирует с образованием солей железа(II):

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑;

Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂↑.

     При взаимодействии железа с приблизительно 70%-й серной кислотой реакция протекает  с образованием сульфата железа(III):

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

Оксид железа(II) FeO обладает основными свойствами, ему отвечает основание Fe(OH)₂. Оксид железа(III) Fe₂O₃ слабо амфотерен, ему отвечает ещё более слабое, чем Fe(OH)₂, основание Fe(OH)₃, которое реагирует с кислотами:

2Fe(OH)₃ + 3H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + 6H₂O. 

     Гидроксид железа(III) Fe(OH)₃ проявляет слабо амфотерные свойства, он способен реагировать только с концентрированными растворами щелочей:

     Fe(OH)₃ + 3КОН → K₃[Fe(OH)₆].

     Образующиеся  при этом гидроксокомплексы железа(III) устойчивы в сильно щелочных растворах. При разбавлении растворов водой  они разрушаются, причём в осадок выпадает Fe(OH)_3.

     Соединения  железа(III) в растворах восстанавливаются  металлическим железом:

     Fe + 2FeCl₃ → 3FeCl₂.

При хранении водных растворов солей железа(II) наблюдается окисление железа(II) до железа(III):

     4FeCl₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)Cl₂.

     Из  солей железа(II) в водных растворах  устойчива соль Мора — двойной сульфат аммония и железа(II) (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6Н₂O.

Железо(III) способно образовывать двойные сульфаты с однозарядными катионами типа квасцов, например, KFe(SO₄)₂ — железокалиевые квасцы, (NH₄)Fe(SO₄)₂ — железоаммонийные квасцы и т. д.

При действии газообразного хлора или озона на щелочные растворы соединений железа(III) образуются соединения железа(VI) — ферраты, например, феррат(VI) калия K₂FeO₄. Имеются сообщения о получении под действием сильных окислителей соединений железа(VIII).

     Для обнаружения в растворе соединений железа(III) используют качественную реакцию  ионов Fe³⁺ с тиоцианат-ионами SCN^-. При взаимодействии ионов Fe3+ с анионами SCN- образуется ярко-красный роданид железа Fe(SCN)₃. Другим реактивом на ионы Fe³⁺ служит гексацианоферрат(II) калия K₄[Fe(CN)₆] (жёлтая кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe³⁺ и [Fe(CN)₆]⁴⁻ выпадает ярко-синий осадок берлинской лазури:

     4K₄[Fe(CN)₆] + 4Fe³⁺ → 4KFe^(III)[Fe^(II)(CN)₆]↓ + 12K⁺.

Реактивом на ионы Fe²⁺ в растворе может служить гексацианоферрат(III) калия K₃[Fe(CN)₆] (красная кровяная соль). При взаимодействии ионов Fe²⁺ и [Fe(CN)₆]³⁻ выпадает осадок турнбулевой сини:

     3K₃[Fe(CN)₆] + 3Fe²⁺ → 3KFe^(II)[Fe^(III)(CN)₆]↓ + 6K⁺.

Интересно, что берлинская лазурь и турнбулева синь — две формы одного и того же вещества, так как в растворе устанавливается равновесие:

     KFe^(III)[Fe^(II)(CN)₆] ↔ KFe^(II)[Fe^(III)(CN)₆]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Применение 
 

Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.

• Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов.
• Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых.
• Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п.
• Ультрадисперсный порошок магнетита используется в черно-белых лазерных принтерах в качестве тонера.
• Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа способствуют их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов, трансформаторов и электродвигателей.
• Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат.
• Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве.
• Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах.
• Соль Мора применяется в научно-исследовательских работах и химических лабораториях для установки титра перманганата калия, при объемных определениях хрома и ванадия, этилового спирта и эфира, в медицине при определении уробелина
• Соль Мора, устойчивую на воздухе используют для получения растворов, содержащих ионы Fe(II), пригодных для длительного хранения.  
  

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Практическая  часть. Соль Мора. (NH₄)₂ Fe (SO₄)₂ * 6H₂O

 

1. Взвешиваем 6.95г семиводного сульфата железа (II). FeSO₄*7H₂O. (необходимо убедиться, что соль не испорчена, что ион железа +2  не окислился до +3, для этого в пробирку с раствором сульфата капнем раствор соли с CNS ^– ионом, если окраска не изменилась, все в порядке; при наличии окисленного Fe ⁺³ раствор станет ярко-красным)
2. Переносим взвешенную соль в химический стакан и малыми порциями, с постоянным перемешиванием приливаем воду, до полного растворения соли.
3. Взвешиваем 3.3г сульфата аммония (прозрачно-белый кристаллический порошок, напоминающий сахар), его также переносим в химический стакан и растворяем в минимальном объеме воды с постоянным перешиванием.
4. Если в растворах наблюдаются посторонние вещества, фильтруем их. Затем нагреваем до 60-70⁰ С, сливаем в фарфоровую чашку. Получился раствор желтоватого цвета.
5. Ставим чашку на кристаллизатор со снегом, и подкисляем раствором H₂SO₄ . По мере остывания раствор приобретает бледно-зеленую окраску. Если осадок не выпадает (что происходит в большинстве случаев) оставляем раствор на сутки.
6. На следующий день мелкий порошок, выпавший на дне стакана, фильтруем и сушим. Так получаем около 0.7г продукта.
7. Далее раствор в фарфоровой чашке ставим на водяную баню и полностью выпариваем оставшуюся воду. Кристаллы соли сушим и взвешиваем.

 

   Водяная баня                                                                            Фарфоровая чашка 

8. Мы получили 6г + 0.7г. Итого 6.7г соли Мора. Зеленовато-голубого цвета порошок, растворимый в воде. На воздухе устойчив, что позволяет сохранять ион железа +2 (Fe⁺²), не давать ему окисляться.
9. Найдем выход продукта.

 
 
 
 

FeSO₄ * 7H₂O + (NH₄)₂SO₄ => (NH₄)₂ Fe (SO₄)₂ * 6H₂O + H₂O 
 

1. Найдем количества веществ сульфата железа, и сульфата аммония

  n (FeSO₄ * 7H₂O) = m/M = 6.95/278 = 0.025 моль

      n ((NH₄)₂SO₄) = m/M = 3.3/132 = 0.025 моль

2. т.к. нет  избытка, теоретическое кол-во  соли Мора можно находить по  любому из веществ

      n((NH₄)₂ Fe (SO₄)₂ * 6H₂O) = n (FeSO₄ * 7H₂O)=n((NH₄)₂SO₄)= 0.025моль

3. Найдем теоретическую  массу соли Мора

      m_теор = n * M = 0.025 * 392 = 9.8г

4. Найдем выход  продукта

      ŋ = (m_пр/m_теор) * 100% = (6,7/9,8) * 100 = 68,37 % 

Итак, выход продукта составил 68,37 %, погрешность произошла из-за неточности взвешивания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выводы 
 

     В ходе этой работы были получены два сложных соединения, комплексная соль – сульфат тетрамминомеди (II), и двойная – соль Мора.

     Сульфат тетрамминомеди является представителем аммиачных комплексов, а значит, на основе полученного нами опыта мы можем рассуждать об этих комплексах в целом. Растворимые с резким аммиачным запахом кристаллы, окрашенные в зависимости от комплексообразователя.

     Соль  Мора – одно из устойчивых соединений железа +2, в котором ион железа защищен от окисления.

     В ходе работы было применено нововведение в методику получения соли Мора (если осадок не выпал сразу после охлаждения, раствор необходимо выпаривать, см. п.2.3). Отмечено, что нельзя промывать соединения в растворителе, в котором они хорошо растворяются (в частности, при получении тетраамминокупросульфата, имела место неосторожность, и соль была промыта водой на воронке Бюхлера, что повлекло огромные потери выхода, однако при повторе этого опыта, и промывании спиртом и ацетоном выход составил 97.3 %, что вполне приемлемо). А также, чтобы остудить раствор удобно использовать снег с добавлением сухой щелочи для большего понижения температуры (например, NaOH), в таком случае происходит более обильное выпадение кристаллов, и сам процесс занимает меньше времени.