Сульфат железа(III)

Сульфат железа​(III)​
${\mathsf {\Biggl [}}$${\mathsf {\!\ {\Biggr ]}_{2}}}{\mathsf {\Biggl [}}$${\mathsf {\!\ {\Biggr ]}_{3}}}$
Общие
Систематическое наименование	Сульфат железа​(III)​, тетраоксосульфат​(VI)​ железа​(III)​
Традиционные названия	Сернокислое железо(III), тетрасульфид(VI) железа(III)
Хим. формула	Fe2(SО4)3
Рац. формула	Fe2(SO4)3
Физические свойства
Состояние	Безводный — светло-жёлтый порошок
Молярная масса	(безв.) 399.88 г/моль (пентагидрат) 489.96 г/моль (нонагидрат) 562.02 г/моль
Плотность	(безв.) 3.097 г/см³ (пентагидрат) 1.898 (нонагидрат) 2.1 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	(безв.) 480 °C (с разл.) (нонагидрат) 175 °C
• разложения	600
Мол. теплоёмк.	271,75 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	−2580 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	(безв.) растворим (нонагидрат) 440 г/100 мл
• в этаноле	(нонагидрат) растворим
Классификация
Рег. номер CAS	10028-22-5 15244-10-7 (для всех гидратов с формулой Fe2(SО4)3·nН2О (где n=1, 3, 4, 6, 7, 9, 10, 12)
PubChem	24826
Рег. номер EINECS	233-072-9
SMILES	[O-]S(=O)(=O)[O-].[O-]S(=O)(=O)[O-].[O-]S(=O)(=O)[O-].[Fe+3].[Fe+3]
InChI	InChI=1S/2Fe.3H2O4S/c;;3*1-5(2,3)4/h;;3*(H2,1,2,3,4)/q2*+3;;;/p-6 RUTXIHLAWFEWGM-UHFFFAOYSA-H
RTECS	NO8505000
ChEBI	53438
ChemSpider	23211
Безопасность
ЛД50	(крысы, орально) 500 мг/кг
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 1 0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Сульфат железа(III) (лат. Ferrum sulfuricum oxydatum) — неорганическое химическое соединение, соль, химическая формула — ${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}}}$.Это негорючее соединение считается токсичным, вредным при проглатывании и может вызвать серьезное повреждение глаз и раздражение кожи. Сульфат железа(III) может вызывать коррозию некоторых металлов. Имеет сильнокислый вкус

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 этаноле.

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). 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 (англ. mikasaite), 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 (англ. coquimbite) — Fe₂(SO₄)₃·9H₂O — нонагидрат — наиболее распространённая в природе форма.

Кристаллическая структура кокимбита

• Паракокимбит (англ. paracoquimbite) — другой нонагидрат — редкая форма.
• Корнелит (англ. kornelite) — гептагидрат — и куэнстедтит (англ. quenstedtite) — декагидрат — тоже встречаются редко.
• Лаусенит (англ. lausenite) — 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:

${\mathsf {2FeS_{2}+2NaCl+8O_{2}\longrightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+Na_{2}SO_{4}+Cl_{2}}}$

или растворяют оксид железа(III) в серной кислоте:

${\mathsf {Fe_{2}O_{3}+3H_{2}SO_{4}\longrightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+3H_{2}O}}$

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

${\mathsf {2Fe(OH)_{3}+3H_{2}SO_{4}\longrightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+6H_{2}O}}$

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

${\mathsf {2FeSO_{4}+H_{2}SO_{4}+2HNO_{3}\longrightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+2NO_{2}+2H_{2}O}}$

также окисление можно провести кислородом или оксидом серы:

${\mathsf {12FeSO_{4}+3O_{2}\longrightarrow 4Fe_{2}(SO_{4})_{3}+2Fe_{2}O_{3}}}$

${\mathsf {2FeSO_{4}+2SO_{3}\longrightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+SO_{2}}}$

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

${\mathsf {2FeS+H_{2}SO_{4}+18HNO_{3}\longrightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+18NO_{2}\uparrow +10H_{2}O}}$

Дисульфид железа можно окислить концентрированной серной кислотой:

${\mathsf {2FeS_{2}+14H_{2}SO_{4}\longrightarrow Fe_{2}(SO_{4})_{3}+15SO_{2}\uparrow +14H_{2}O}}$

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:

${\mathsf {6Fe(NH_{4})_{2}(SO_{4})_{2}+7H_{2}SO_{4}+K_{2}Cr_{2}O_{7}\longrightarrow }}$

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+Cr_{2}(SO_{4})_{3}+6(NH_{4})_{2}SO_{4}+K_{2}SO_{4}+7H_{2}O}}$

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

${\mathsf {6FeSO_{4}{\xrightarrow {~T~}}Fe_{2}(SO_{4})_{3}+2Fe_{2}O_{3}+3SO_{2}}}$

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

${\mathsf {4K_{2}FeO_{4}+10H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {~~}}2Fe_{2}(SO_{4})_{3}+3O_{2}\uparrow +4K_{2}SO_{4}+10H_{2}O}}$

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

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}\cdot \ 5H_{2}O{\xrightarrow {70-175^{o}C}}Fe_{2}(SO_{4})_{3}+5H_{2}O}}$

Сульфат железа(II) можно окислить триоксидом ксенона:

${\mathsf {XeO_{3}+3H_{2}SO_{4}+6FeSO_{4}\longrightarrow 3Fe_{2}(SO_{4})_{3}+Xe\uparrow \ +3H_{2}O}}$

Химические свойства

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

${\mathsf {Fe[(H_{2}O)_{6}]^{3+}+H_{2}O\rightleftarrows Fe[(H_{2}O)_{5}(OH)]^{2+}+H_{3}O^{+};~~~~~~p{\mathit {K}}=2,17}}$

${\mathsf {Fe[(H_{2}O)_{5}(OH)]^{2+}+H_{2}O\rightleftarrows Fe[(H_{2}O)_{4}(OH)_{2}]^{+}+H_{3}O^{+};~~~~~~p{\mathit {K}}=3,26}}$

${\mathsf {[2Fe(H_{2}O)_{6}]^{3+}+2H_{2}O\rightleftarrows [Fe_{2}(H_{2}O)_{8}(OH)_{2}]^{4+}+2H_{3}O^{+};~~~~~~p{\mathit {K}}=2,91}}$

Горячая вода или пар разлагают сульфат железа(III):

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+2H_{2}O{\xrightarrow {100^{o}C}}2FeSO_{4}(OH)\downarrow +H_{2}SO_{4}}}$

Безводный сульфат железа(III) при нагревании разлагается:

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}{\xrightarrow {500-700^{o}C}}Fe_{2}O_{3}+3SO_{3}}}$

${\mathsf {2Fe_{2}(SO_{4})_{3}{\xrightarrow {900-1000^{o}C}}2Fe_{2}O_{3}+6SO_{2}+3O_{2}}}$

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

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+2NaOH\longrightarrow 2FeSO_{4}(OH)\downarrow +Na_{2}SO_{4}}}$

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+6NaOH\longrightarrow 2FeO(OH)\downarrow +3Na_{2}SO_{4}+2H_{2}O}}$

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

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+FeSO_{4}+8NaOH\longrightarrow Fe_{3}O_{4}\downarrow +4Na_{2}SO_{4}+4H_{2}O}}$

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

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+Fe\longrightarrow 3FeSO_{4}}}$

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

${\mathsf {CuS+Fe_{2}(SO_{4})_{3}\longrightarrow 2FeSO_{4}+CuSO_{4}+S}}$

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

${\mathsf {Fe_{2}(SO_{4})_{3}+2NaH_{2}PO_{4}\longrightarrow Na_{2}SO_{4}+2H_{2}SO_{4}+2FePO_{4}\downarrow }}$

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

• Справочник химика / Редкол.: Никольский Б.П. и др.. — 3-е изд., испр. — Л.: Химия, 1971. — Т. 2. — 1168 с.
• Рипан Р., Четяну И. Неорганическая химия. Химия металлов. — М.: Мир, 1972. — Т. 2. — 871 с.
• Кнунянц И.Л. Краткая химическая энциклопедия. — М.: Рипол Классик, 2013. — 548 с.