Вариант 4 (Железо и его соединения)

1. Уравнения реакций:

• Первое превращение (Fe → FeSO₄):
  • Железо реагирует с серной кислотой:
  • \[ 2Fe + 3H_2SO_4 \text{ (конц.)} \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3H_2 \]
  • или с разбавленной серной кислотой с последующим окислением:
  • \[ Fe + H_2SO_4 \text{ (разб.)} \rightarrow FeSO_4 + H_2 \]
• Второе превращение (FeSO₄ → Fe(OH)₂):
  • Сульфат железа(II) реагирует с щелочью:
  • \[ FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 ↓ + Na_2SO_4 \]
• Третье превращение (Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃):
  • Гидроксид железа(II) окисляется кислородом воздуха в присутствии воды:
  • \[ 4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3 \]
• Четвертое превращение (Fe(OH)₃ → FeCl₃):
  • Гидроксид железа(III) реагирует с соляной кислотой:
  • \[ Fe(OH)_3 + 3HCl \rightarrow FeCl_3 + 3H_2O \]

2. Реакция среды растворов солей железа(III):

Водные растворы солей железа(III) имеют кислую среду.

Объяснение:

• Ионы Fe³⁺ подвергаются гидролизу по катиону. Это связано с тем, что гидроксид железа(III) — слабое основание, а соляная кислота, образующаяся при гидролизе, является сильной кислотой.
• Схема гидролиза:
• \[ Fe^{3+} + 3H_2O \rightleftharpoons Fe(OH)_3 + 3H^+ \]
• В результате гидролиза в растворе накапливаются ионы водорода (H⁺), что и обуславливает кислую среду.

3. Получение хлорида и нитрата железа(II) из сульфата железа(II):

• а) Получение хлорида железа(II) (FeCl₂):
  • Сульфат железа(II) можно превратить в хлорид железа(II) путем реакции с хлоридом бария (или другим растворимым сульфатом, где катион образует нерастворимый сульфат).
  • \[ FeSO_4 + BaCl_2 \rightarrow FeCl_2 + BaSO_4 ↓ \]
• б) Получение нитрата железа(II) (Fe(NO₃)₂):
  • Аналогично, можно использовать нитрат бария:
  • \[ FeSO_4 + Ba(NO_3)_2 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + BaSO_4 ↓ \]

4. Масса хлорида железа(III), образовавшегося при реакции железа с хлором:

Дано:

• Масса железа (Fe) = 7 г
• Масса хлора (Cl₂) = 18 г

Найти:

• Массу хлорида железа(III) (FeCl₃)

Решение:

1. Напишем уравнение реакции:
2. \[ 2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3 \]
3. Рассчитаем молярные массы:
4. M(Fe) = 55.845 г/моль
5. M(Cl₂) = 2 * 35.453 г/моль = 70.906 г/моль
6. M(FeCl₃) = 55.845 + 3 * 35.453 = 55.845 + 106.359 = 162.204 г/моль
7. Рассчитаем количество вещества железа и хлора:
8. n(Fe) = масса / M(Fe) = 7 г / 55.845 г/моль ≈ 0.125 моль
9. n(Cl₂) = масса / M(Cl₂) = 18 г / 70.906 г/моль ≈ 0.254 моль
10. Определим лимитирующий реагент:
11. По уравнению реакции, на 2 моль Fe требуется 3 моль Cl₂ (соотношение 2:3).
12. Если взять 0.125 моль Fe, то потребуется Cl₂: 0.125 моль Fe * (3 моль Cl₂ / 2 моль Fe) = 0.1875 моль Cl₂.
13. У нас есть 0.254 моль Cl₂, что больше, чем требуется. Следовательно, железо (Fe) — лимитирующий реагент.
14. Рассчитаем количество вещества FeCl₃, которое образуется:
15. По уравнению реакции, из 2 моль Fe образуется 2 моль FeCl₃ (соотношение 1:1).
16. n(FeCl₃) = n(Fe) = 0.125 моль
17. Рассчитаем массу FeCl₃:
18. m(FeCl₃) = n(FeCl₃) * M(FeCl₃) = 0.125 моль * 162.204 г/моль ≈ 20.2755 г

Ответ: Масса хлорида железа(III) образовалась примерно 20.28 г.