Условие задачи
Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:Fe ⟶ FeSO4 ⟶ Fe(OH)2 ⟶ Fe(OH)3 ⟶ FeCl3
Решение
Ниже приводится подробное решение задачи по неорганической химии. Понадобится написать уравнения последовательных превращений железа при участии кислот, оснований и окислителей, соблюдая стехиометрию реакций.
─────────────────────────────
1. Превращение Fe ⟶ FeSO₄
Для получения сульфата железа(II) можно провести реакцию окисления металлического железа серной кислотой. При этом железо (Fe, степень окисления 0) переходит в Fe²⁺, а сама реакция проходит с выделением водорода. Уравнение реакции выглядит так:
Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
Проверим баланс элементов:
• Fe: по одному с обеих сторон
• S: 1
• O: 4 (слева – в H₂SO₄, справа – в SO₄)
• H: 2 (слева – в H₂SO₄, справа – в H₂)
─────────────────────────────
2. Превращение FeSO₄ ⟶ Fe(OH)₂
Полученный раствор сульфата железа(II) подвергают добавлению щёлочи (например, раствора NaOH). Образующийся нерастворимый осадок гидроксида железа(II) выделяется из раствора, а сульфат входит в состав растворимой соли натрия. Уравнение реакции:
FeSO₄ + 2 NaOH → Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄
Баланcировка:
• Fe: 1
• S: 1
• Na: 2 с левой стороны (из 2 NaOH) и 2 в Na₂SO₄
• O: 4 (из SO₄) + 2 (из 2 NaOH) = 6, справа — 2 (в Fe(OH)₂) + 4 (в SO₄ Na₂SO₄) = 6
• H: 2 (из 2 NaOH) = 2, а в гидроксиде Fe(OH)₂: 2 OH группы дают 2 H
─────────────────────────────
3. Превращение Fe(OH)₂ ⟶ Fe(OH)₃
Гидроксид железа(II) при контакте с воздухом (кислородом) окисляется до гидроксида железа(III). Для полного перехода можно записать уравнение с участием O₂ и воды. При соответствующем подборе коэффициентов получаем:
4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 Fe(OH)₃
Проверка стехиометрии:
• Fe: 4 с обеих сторон
• O: слева: 4×2 = 8 (из Fe(OH)₂) + 2 (из O₂) + 2 = 12; справа: 4×3 = 12 (в Fe(OH)₃)
• H: слева: 4×2 = 8 (из Fe(OH)₂) + 2×2 = 4 (из 2 H₂O), всего 12; справа: 4×3 = 12 (в Fe(OH)₃)
─────────────────────────────
4. Превращение Fe(OH)₃ ⟶ FeCl₃
Наконец, гидроксид железа(III) подвергается реакцией с соляной кислотой (HCl). При нейтрализации гидроксид превращается в хлорид железа(III) с образованием воды:
Fe(OH)₃ + 3 HCl → FeCl₃ + 3 H₂O
Проверка баланса:
• Fe: 1
• Cl: 3
• O: 3 (в гидроксиде) → в 3 H₂O также 3
• H: 3 (из Fe(OH)₃) + 3 (из 3 HCl) = 6, справа: 3×2 = 6
─────────────────────────────
Таким образом, для осуществления заданных превращений требуется провести следующие реакции:
1) Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
2) FeSO₄ + 2 NaOH → Fe(OH)₂↓ + Na₂SO₄
3) 4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 Fe(OH)₃
4) Fe(OH)₃ + 3 HCl → FeCl₃ + 3 H₂O
Это и есть подробное решение задачи с соблюдением правил химической стехиометрии и записи химических уравнений.