1. В какой степени окисления железо наиболее устойчиво? Приведите примеры соединений.
Железо наиболее устойчиво в степенях окисления +2 и +3. Примеры:
Fe²⁺: сульфат железа(II) FeSO₄, оксид FeO
Fe³⁺: хлорид железа(III) FeCl₃, оксид Fe₂O₃
3. В трёх пробирках без этикеток находятся порошки оксида железа(III), оксида железа(II) и оксида меди(II). Как распознать содержимое каждой пробирки при помощи всего одного реактива? Напишите уравнения реакций.
Для распознавания можно использовать раствор соляной кислоты (HCl). Реакции с кислотой дают разные по цвету растворы:
FeO + 2HCl → FeCl₂ + H₂O — раствор бледно-зелёный
Fe₂O₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂O — раствор жёлто-коричневый
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O — раствор сине-зелёный
Так по цвету раствора можно отличить каждый оксид.
4. Для травления плат в электронике используют раствор хлорного железа (хлорида железа(III)). Этот реактив растворяет медь, переводя её в хлорид:
FeCl₃ + Cu → FeCl₂ + CuCl₂
Рассмотрите эту реакцию как окислительно-восстановительную. Расставьте коэффициенты. Назовите окислитель и восстановитель.
Уравнение: 2FeCl₃ + Cu → 2FeCl₂ + CuCl₂
Окислительно-восстановительный разбор:
Fe³⁺ (в FeCl₃) восстанавливается до Fe²⁺ (в FeCl₂)
Cu⁰ (медь) окисляется до Cu²⁺ (в CuCl₂)
Окислитель — FeCl₃ (принимает электроны) Восстановитель — Cu (отдаёт электроны)
5. Какая соль сильнее гидролизуется — хлорид железа(II) или хлорид железа(III)? Для ответа на вопрос вспомните, как изменяются кислотно-основные свойства гидроксидов с ростом степени окисления металла.
Сильнее гидролизуется хлорид железа(III) (FeCl₃).
Объяснение: чем выше степень окисления металла, тем слабее основание его гидроксид и сильнее катион притягивает электроны воды, вызывая разложение. Fe³⁺ в воде вызывает более глубокий гидролиз, чем Fe²⁺. Поэтому FeCl₃ гидролизуется сильнее, раствор имеет кислую среду.
6. При действии на раствор неизвестной соли раствором хлорида бария выпадает белый кристаллический осадок, нерастворимый в кислотах. При действии раствора роданида калия на выделившийся раствор появляется интенсивное окрашивание в бурый цвет. Назовите соль.
Соль — сульфат железа(III), Fe₂(SO₄)₃.
Обоснование:
BaCl₂ даёт белый осадок сульфата бария BaSO₄, который не растворяется в кислотах → в растворе был сульфат.
Роданид калия (KCNS) даёт бурое окрашивание с Fe³⁺ → в растворе был ион Fe³⁺.
7. Напишите уравнения реакций, при которых сульфат железа(III) в сушильном шкафу концентрируется и затем переводится в оксид железа(III) при действии концентрированной серной кислоты; в хлорид железа(III) при действии соляной кислоты.
а) в оксид железа(III) при действии концентрированной серной кислоты:
2Fe₂(SO₄)₃ → 2Fe₂O₃ + 6SO₃↑
(реакция при нагревании, с разложением сульфата железа(III))
б) в хлорид железа(III) при действии соляной кислоты:
Fe₂(SO₄)₃ + 6HCl → 2FeCl₃ + 3H₂SO₄
(взаимодействие с HCl идёт с обменом ионов)
8. Определите способ получения хлорида железа. Можно ли получить его действием хлорида меди(II) на железо?
Хлорид железа(III), FeCl₃, можно получить:
— действием хлора на железо: 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃
— действием концентрированной соляной кислоты на железо в присутствии окислителя (например, HNO₃)
Нельзя получить FeCl₃ действием хлорида меди(II) на железо. Причина: CuCl₂ — слабый окислитель, а железо не окисляется до Fe³⁺ в такой реакции. Может получиться только FeCl₂ и медь: Fe + CuCl₂ → FeCl₂ + Cu
9. Раствор хлорида железа(III) при хранении на воздухе теряет прозрачность и мутнеет. При этом на поверхности раствора появляется плёнка. Объясните явление.
Происходит гидролиз FeCl₃:
FeCl₃ + 3H₂O ⇌ Fe(OH)₃↓ + 3HCl
Fe(OH)₃ — это бурый, почти желеобразный осадок. Из-за него раствор мутнеет, а на поверхности может появляться плёнка. Причина — реакция с влагой и углекислым газом воздуха.
10. Железный купорос, хранящийся на воздухе, даёт красное окрашивание с раствором роданида калия. Чем это вызвано? Что называют красной кровяной солью? Зелёной кровяной?
При хранении на воздухе FeSO₄ (железный купорос) частично окисляется:
4FeSO₄ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)SO₄
Fe²⁺ переходит в Fe³⁺, а именно ион Fe³⁺ даёт бурое (красное) окрашивание с KCNS (роданидом калия): Fe³⁺ + 3CNS⁻ → [Fe(CNS)₃] — буро-красный комплекс.
Красная кровяная соль — феррицианид калия K₃[Fe(CN)₆], содержит Fe³⁺. Зелёная кровяная соль — ферроцианид калия K₄[Fe(CN)₆], содержит Fe²⁺.
11. Что называют ржавчиной; зеленой ржавчиной?
Обычная ржавчина — это продукт коррозии железа на воздухе при наличии влаги. Состоит из гидроксида и оксида железа(III): Fe₂O₃·nH₂O и Fe(OH)₃. Она буро-красного цвета.
Зелёная ржавчина образуется при коррозии железа в бескислородной среде. Это гидроксид железа(II) — Fe(OH)₂. Он имеет зеленоватый оттенок.
12. Напишите уравнения реакций, соответствующие схеме:
Fe → (HCl) → Х₁ → (H₂SO₄(конц)) → Х₂ → (Na₂CO₃, H₂O) → Х₃
Определите неизвестные вещества.
Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ → Х₁ = FeCl₂
FeCl₂ + H₂SO₄(конц) → FeSO₄ + 2HCl → Х₂ = FeSO₄
FeSO₄ + Na₂CO₃ + H₂O → FeCO₃↓ + Na₂SO₄ + H₂O → Х₃ = FeCO₃
13. При сливании растворов хлорида железа(III) и карбоната натрия наблюдается выделение газа, не поддерживающего горение. Напишите уравнение реакции.
FeCl₃ + Na₂CO₃ + H₂O → Fe(OH)₃↓ + CO₂↑ + NaCl
Выделяется углекислый газ CO₂ — он не поддерживает горение.
14. Напишите уравнения реакций, соответствующие схемам превращений:
а) Fe → FeS → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe(NO₃)₃
б) Fe(NO₃)₃ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃
в) FeCO₃ → FeSO₄ → FeCl₃ → Fe(OH)₃ → FePO₄
г) Fe₂O₃ → NaFeO₂
Fe + S → FeS
FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑
FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂↓ + 2NaCl
4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃↓
2Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ + 3H₂O
Fe₂O₃ + 6HNO₃ → 2Fe(NO₃)₃ + 3H₂O
Fe(NO₃)₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaNO₃
FeCO₃ + H₂SO₄ → FeSO₄ + CO₂↑ + H₂O
FeSO₄ + Cl₂ + HCl → FeCl₃ + H₂SO₄
FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
Fe(OH)₃ + H₃PO₄ → FePO₄↓ + 3H₂O
Fe₂O₃ + 2NaOH → 2NaFeO₂ + H₂O (при сплавлении)
15. Твёрдый продукт, полученный при обжиге сульфида железа(II) на воздухе, сплавили с содой, а затем обработали водой. Какое вещество выявлено в осадке? Напишите уравнения всех реакций.
Обжиг FeS на воздухе: 4FeS + 7O₂ → 2Fe₂O₃ + 4SO₂
Сплавление с Na₂CO₃: Fe₂O₃ + Na₂CO₃ → 2NaFeO₂ + CO₂↑
Обработка водой: NaFeO₂ + H₂O → Fe(OH)₃↓ + NaOH
Осадок — Fe(OH)₃.
16. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме:
FeS → Х₁ → Х₂ → FeS
Определите неизвестные вещества. Рассмотрите два случая:
а) все реакции обменные;
б) все реакции окислительно-восстановительные.
а) Обменные реакции:
FeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S↑ → Х₁ = FeCl₂
FeCl₂ + Na₂S → FeS↓ + 2NaCl → Х₂ = Na₂S
б) Окислительно-восстановительные:
2FeS + 3O₂ → 2FeO + 2SO₂ → Х₁ = FeO
FeO + S → FeS → Х₂ = S
Или другой вариант: FeS + Cl₂ → FeCl₂ + S FeCl₂ + S → FeS + Cl₂
Оба варианта допустимы, в зависимости от условий.