الأسبوع 5 · الباب الأول (٥): الحديد النقي وحالتا التأكسد (+2) و(+3) وتفاعلات الحديد مع الهواء وبخار الماء والكلور والكبريت والأحماض وأكاسيد الحديد الثلاثة وتحضيرها وخواصها (معادلات وحسابات على الورق فقط) · 3 دروس
3
الأكسيد الأسود المغناطيسي ومقارنة الأكاسيد الثلاثة
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 1: pp. 20–24
الهدفبيّن أن Fe₃O₄ أكسيد مختلط FeO·Fe₂O₃، واكتب تحضيره وتفاعلاته، وقارن أكاسيد الحديد الثلاثة.
كلمات جديدة
أكسيد مختلط · أكسيد يسلك كأنه أكسيدان معًا: Fe₃O₄ = FeO·Fe₂O₃، فيه الحديد بحالتي +2 و+3الماجنتيت · خام Fe₃O₄، أسود ينجذب بقوة إلى المغناطيستأكسد الأكسيد · اتحاده بأكسجين فيصل الفلز إلى حالة أعلى، كما في تحول Fe₃O₄ إلى Fe₂O₃
الشرح
الأكسيد الأسود Fe₃O₄ يوجد خامًا هو الماجنتيت وهو شديد المغناطيسية. وأفضل النظر إليه أكسيدًا مختلطًا FeO·Fe₂O₃: ففي كل وحدة صيغة ذرة حديد واحدة بحالة +2 وذرتان بحالة +3، لأن 2 + 2 × 3 = +8 يوازن 4 × (−2). ولا تكتب الحديد في Fe₃O₄ أيونًا واحدًا شحنته 8/3: فلا توجد ذرة حديد بهذه الحالة. ويُحضَّر على الورق من الحديد المحمّى مع الهواء أو بخار الماء (الدرس الأول)، أو باختزال جزئي لـ Fe₂O₃: 3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂. ومع حمض الكبريتيك المركز الساخن يعطي الملحين معًا، وهذا يثبت أنه مختلط: Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O. وعند تسخينه في الهواء يتأكسد إلى Fe₂O₃: 4Fe₃O₄ + O₂ → 6Fe₂O₃ (وصيغة الكتاب بنصف المول 2Fe₃O₄ + ½O₂ → 3Fe₂O₃ هي المعادلة نفسها مقسومة على اثنين). ومن الأكاسيد الثلاثة ينجذب Fe₃O₄ وحده بقوة إلى المغناطيس.
الأكسيد
اللون
الحديد، % بالكتلة
حالات الحديد
شديد المغناطيسية؟
FeO
أسود
77.8
+2
لا
Fe₂O₃
بني محمر
70.0
+3
لا
Fe₃O₄
أسود
72.4
+2 و+3
نعم
أمثلة محلولة
ƒالصيغة
Fe₃O₄ = FeO · Fe₂O₃
حديد (II) واحد وحديد (III) اثنان في كل وحدة صيغة
التحقق من أن Fe₃O₄ هو FeO + Fe₂O₃. الذرات: Fe 1 + 2 = 3 وO 1 + 3 = 4 كما في Fe₃O₄. الحالات: حديد (II) واحد وحديد (III) اثنان في كل وحدة صيغة، فثلث ذرات الحديد حديد (II) (33.3 %).
Fe₃O₄ مع حمض الكبريتيك المركز الساخن على الورق (Fe = 56, S = 32, O = 16, H = 1): Fe₃O₄ + 4H₂SO₄ → FeSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + 4H₂O. لـ 23.2 g من Fe₃O₄: n = 23.2 ÷ 232 = 0.1 mol. الحمض: 0.4 mol × 98 = 39.2 g. FeSO₄: 0.1 × 152 = 15.2 g. Fe₂(SO₄)₃: 0.1 × 400 = 40.0 g. الماء: 0.4 × 18 = 7.2 g. تحقّق: 23.2 + 39.2 = 62.4 و15.2 + 40 + 7.2 = 62.4.
الخطوة
المعادلة
1
3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂
2
Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂
3
FeO + CO → Fe + CO₂
العودة إلى أعلى
4FeO + O₂ → 2Fe₂O₃
سُلَّم من الاختزالات على الورق. يُنزل أول أكسيد الكربون Fe₂O₃ درجة درجة، ويعيد الأكسجين الأكاسيد الدنيا إلى أعلى. وكل سطر موزون.
نشاط الفصل
مخطط قرار على الورق. ارسم مخططًا «أي أكسيد هو؟» بثلاثة أسئلة جوابها نعم أو لا تفصل بين FeO وFe₂O₃ وFe₃O₄: مثل «هل هو بني محمر؟» و«هل ينجذب بقوة إلى المغناطيس؟». اختبر مخططك على ثلاثة أوصاف يكتبها صديقك على بطاقات دون أن يذكر اسم الأكسيد. لا تُلمس مساحيق: فالمخطط يعمل من الأوصاف.
تدرّب
1
4Fe₃O₄ + O₂ → 6Fe₂O₃. لـ 46.4 g من Fe₃O₄ (Fe = 56, O = 16) أوجد كتلة الأكسجين المستهلكة وكتلة Fe₂O₃ الناتجة.
