Образцы решения задач
Пример 1. Напишите уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:
Fe2(SO4)3
Fe→ FeSO4 Fe(OH)3
Fe(OH)2
Решение.
1. Железо растворяется в разбавленной серной кислоте с образованием сульфата железа (II):
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑
2. Сульфат железа (II) можно окислить до сульфата железа (III) каким-нибудь окислителем. например, перманганатом калия в присутствии серной кислоты:
10FeSO4 + 2MnSO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O
2
MnO4–
+ 8H+
+ 5ē = Mn2+
+ 4H2O
5
2Fe2+
– 2ē = 2Fe3+
3. При добавлении раствора щелочи к сульфату железа (III) выпадает осадок гидроксид железа(III):
Fe2(SO4)3 + 6KOH = 2Fe(OH)3↓ + 3K2SO4
4. Аналогично получается гидроксид железа (II):
FeSO4 + 2KOH = Fe(OH)2↓ + K2SO4
5. Гидроксид железа(II) легко окисляется до гидроксида железа (III) кислородом воздуха в присутствии воды:
4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
4
Fe(OH)2
+ HOH – 1ē = Fe(OH)3
+ H+
1
O2
+ 2HOH + 4ē = 4OH–
Пример 2. Какой металл – никель или железо – будут разрушаться при коррозии, протекающей на поврежденной поверхности никелированного стального предмета
Решение.
Железо в ряду стандартных потенциалов ( в ряду напряжений металлов) стоит раньше никеля (его стандартный потенциал φº = – 0,44 В, а у никеля φº=–0,25В). Более активный элемент является анодом (а анод – растворяется). На катоде будет разряжаться водород из воды:
(–)Катод: 2НОН + 2ē = Н2↑ + 2ОН–
(+)Анод: Ni – 2ē = Ni2+
Пока все никелевое покрытие не растворится – железо будет защищено от коррозии.
Пример 3. На восстановления оксида железа массой 11,6 г до металла израсходовали водород объемом 4,48 л (н. у.). Определите формулу оксида железа.
Решение.
Представим формулу оксида в виде FexOy, где x = n(Fe) , y =n(O) – количества веществ атомных железа и кислорода, заключающиеся в образце оксида количеством вещества 1 моль.
Составляем уравнение реакции восстановления оксида железа водородом:
FexOy + yH2 = xFe + yH2O
Молярная масса оксида составляет: M(FexOy) = (56x + 16y) г/моль.
Определяем количество вещества оксида, взятого для восстановления:
n(FexOy)
Находим количество вещества водорода, затраченного на реакцию:
n(H2)
моль.
Из уравнения реакции следует:
yn(FexOy)
= n(H2)
;
;
откуда получаем:
Следовательно, состав оксида может быть выражен формулой: Fe3O4.
Пример 4. Вычислите массовые доли минерала магнетита и пустой породы в железной руде, если из образца этой руды массой 500 г получили железо массой 200 г.
Решение.
1. Вычислим количество вещества железа, полученного из руды:
n(Fe)
=
моль.
2. Из формулы магнетита Fe3O4 следует:
n(Fe3O4)
=
моль.
3. Вычислим массу магнетита, содержащегося в образце руды::
m(Fe3O4) = n(Fe3O4)·M(Fe3O4) = 1,19·232 = 276 г.
4. Mассовая доля магнетита в руде составляет:
ω(Fe3O4)
=
или 55,2%.
5. Масса пустой породы в руде равна:
m(пустой породы) = m(руды) – m(Fe3O4) = (500 – 276) = 224 г.
6. Рассчитаем массовую долю пустой породы в руде:
ω(пустой породы)
=
или 44,8%