ГДЗ Химия 9 класc Габриелян О.С. , Остроумов И.Г., Сладков С.А., 2018, §19 ЖЕЛЕЗО И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
Во всех упражнениях
красным цветом приводится решение,
а фиолетовым ― объяснение.
ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Расскажите о нахождении железа в природе. 
В земной коре на долю железа приходится более 4% массы, и это второе место среди металлов (после алюминия) и четвёртое среди всех химических элементов. Железо входит в состав красного железняка (гематит Fe2O3), магнитного железняка (магнетит Fe3O4), бурого железняка(лимонит FeО(ОН)). В природе также широко распространён пирит (серный, или железный, колчедан FeS2), однако он не относится к железным рудам, а служит сырьём для получения серной кислоты.

Упражнение 2. В какой из руд — красном, буром, магнитном железняке или пирите — массовая доля железа наибольшая?
Mr(Fe2O3)=160, Mr(FeO(OH))=89, Mr(Fe3O4)=192, Mr(FeS2)=120
ω1(Fe)=(2•Ar
(Fe)/Mr(Fe2O3))•100%=(2•56:160)•100%=70%

ω2(Fe)=(Ar(Fe)/Mr(FeO(OH)))•100%=(56:89)•100%=62,9%
ω3(Fe)=(3•Ar(Fe)/Mr(Fe3O4))•100%=(3•56:192)•100%=87,5%
ω4(Fe)=(Ar(Fe)/Mr(FeS2))•100%=(56:120)•100%=46,7%
Ответ: в магнитном железняке Fe3Oмассовая доля железа наибольшая. 

Упражнение 3. Перечислите химические свойства железа. Подчеркните особенности его взаимодействия с растворами кислот и солей, а также с неметаллами.
Взаимодействие железа с неметаллами (в зависимости от природы окислителя в продуктах реакции железо может иметь степень окисления +2 или +3):
Fe + S = FeS
Схема окислительно-восстановительной реакции.
F0 + S0 → F+2S-2
Восстановитель Fe0 - 2e → Fe+2   |2|2|1 ― процесс окисления
Окислитель S0 + 2e → S-2              |2|  |1 ― процесс восстановления


2Fe + 3Cl2 = 2Fe2Cl3
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe0 + Cl20 → Fe+3Cl3-1
Восстановитель Fe0 - 3e → Fe+3   |3|6|2 ― процесс окисления
Окислитель Cl20 + 2e → 2Сl-1         |2|  |3 ― процесс восстановления


3Fe + 2O2 = Fe3O4  (при высокой t0C)

Химическое название железной окалины Fe3O4  — оксид железа (II,III). Подобные оксиды называют смешанными. Формулу оксида железа (II, III) можно записать по-другому: FeOFe2O3
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe0 + O20 → Fe+2OFe2+3O3-2
Восстановитель Fe0 -2e → Fe+2       

Восстановитель 2Fe0 -6e → 2Fe+3 
                      ---------------------------------
Восстановитель 3Fe0 -8e → Fe2+ + 2Fe+3  |8|8|х1 ― процесс окисления

Окислитель O20 +4e → 2O-2                        |4|  |х2 ― процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и пишем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы железа и кислорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 8 и 4 (количество отданных электронов 8 и присоединенных электронов 4). Это число 8, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 8 и 4, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов железа и кислорода. Числа в последнем столбце 1 и 2 это дополнительные множители в схемах соответствующих процессов:
3Fe0 -8e → Fe2+ + 2Fe+3 
2O20 +8e → 4O-2

Добавим почленно эти уравнения, получим суммарную схему:
3Fe0 + 2O20 → Fe+2 + 2Fe+3 + 4O-2
Эти коэффициенты переносим в уравнение реакции (обратите внимание: два атома Fe+3 и 4 атома O-2 уже есть в составе Fe+2O-2Fe2+3O3-2, поэтому перед FeOFe2O3, ставим коэффициент 1).


Взаимодействие железа с водой (раскалённое железо с перегретым водяным паром):
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2

Взаимодействие железа с кислотами:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Fe + 2H+ + 2Cl- Fe2+ + 2Cl- + H2
Fe + 2H+ Fe2+ + H2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe0 + H+1Cl → Fe+2Cl2 + H20
Fe0 - 2e → Fe+2        |2|2|1 ― процесс окисления
2H+1 + 2e → H20       |2|  |1 ― процесс восстановления

В приведённой реакции железо — восстановитель, соляная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2
Fe + 2H+ + SO42- Fe2+ + SO42- + H2
Fe + 2H+ Fe2+ + H2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe0 + H2+1SO4 → Fe+2SO4 + H20
Fe0 - 2e → Fe+2       |2|2|1 ― процесс окисления
2H+1 + 2e → H20      |2|  |1 ― процесс восстановления

В приведённой реакции железо — восстановитель, серная кислота (за счёт атомов водорода в степени окисления +1) — окислитель.

Взаимодействие железа с растворами солей менее активных металлов:
Fe + CuCl2 = FeCl2 + Cu
Fe + Cu2+ + 2Cl- Fe2+ + 2Cl- + Cu
Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu

Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe0 + Cu+2Cl → Fe+2Cl2 + Cu0
Fe0 - 2e → Fe+2        |2|2|1 ― процесс окисления
Cu+2 + 2e → Cu0      |2|  |1 ― процесс восстановления

В приведённой реакции железо — восстановитель, хлорид меди (за счёт атомов меди в степени окисления +2) — окислитель.


ПРИМЕНИТЕ СВОИ ЗНАНИЯ
Упражнение 1. Составьте уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения, для реакций, протекающих в растворах, запишите ионные уравнения, а для двух уравнений окислительно-восстановительных реакций в каждой схеме расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель:
а) FeO → Fe → FeCl3 → Fe(OH)3 → Fe2O3 → Fe2(SO4)3 → FeCl3;
FeO + CO = Fe + CO2
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe+2O + C+2O → Fe0 + C+4O2

C+2 -2ē C+4       |2|2|1 ― процесс окисления
Fe+2 +2ē Fe0     |2|  |1 ― процесс восстановления
Проводим вертикальную черту и выписываем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы углерода и железа. Находим наименьшее общее кратное для чисел 2 и 2. Это число 2, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 2 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов углерода и железа. Множители 1 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы этих элементов в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 1 (который обычно не пишем) перед формулой всех соединений (FeO, CO, Fe, CO2).
FeO + CO = Fe + CO2
В приведённой реакции оксид углерода (II) — восстановитель (за счёт атомов углерода в степени окисления +2), а оксид железа (II) — окислитель (за счёт атомов железа в степени окисления +2).

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe0 + Cl20 → Fe+3Cl3-1

Восстановитель Fe0 -3ē Fe+3    |3|6|2 ― процесс окисления
Окислитель Cl20 +2ē 2Cl-1         |2|  |3 ― процесс восстановления

Проводим вертикальную черту и выписываем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы железа и хлора. Находим наименьшее общее кратное для чисел 3 и 2. Это число 6, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 3 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов железа и меди. Множители 2 и 3 являются искомыми коэффициентами. Поскольку элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы элемента железа в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 2 перед формулой двух соединений железа (Fe, FeCl3), а поскольку различным является индекс элемента хлора ― ставим коэффициент 3, так как относится к двум атомам хлора, перед формулой Cl2.
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3


FeCl3 + 3NaOH = 3NaCl + Fe(OH)3
Fe3+ + 3Cl- + 3Na+ + 3OH- 3Na+ + 3Cl- + Fe(OH)3
Fe3+ + 3OH- Fe(OH)3

2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O
Fe2O3 + 6H+ + 3SO42- 2Fe3+ + 3SO42- + 3H2O
Fe2O3 + 6H+ 2Fe3+ + 3H2O

Fe2(SO4)3 + 3BaCl2 = 2FeCl3 + 3BaSO4
2Fe3+ + 3SO42- + 3Ba2+ + 6Cl- 2Fe3+ + 6Cl- + 3BaSO4
3Ba2+ + 3SO42- 3BaSO4↓              :3

Ba2+ + SO42- BaSO4↓ 

Упражнение 2. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, протекающих по схемам:
а) Fe(OH)2 + O2 + H2O → Fe(OH)3;
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe+2(OH)2 + O20 + H2O → Fe+3(O-2H)3
Fe+2 -1e → Fe+3        |1|4|4 ― процесс окисления
O20 +4e → 2O-2         |4|  |1 ― процесс восстановления

Проводим вертикальную черту и выписываем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы железа и кислорода. Находим наименьшее общее кратное для чисел 1 и 4. Это число 4, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 1 и 4, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов кремния и водорода. Множители 4 и 1 являются искомыми коэффициентами. Поскольку железо изменил степень окисления полностью (в правой части схемы этот элемент ни в одном веществе не проявляет такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы этого элемента в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 4 перед формулой двух соединений железа (Fe(OH)2, Fe(OH)3).  Поскольку элемент кислород изменил степень окисления не полностью, поэтому ставим коэффициент 1, который обычно не пишем, только перед перед формулой кислорода:
4Fe(OH)2 + O2 + H2O → 4Fe(OH)3
Уравниваем остальные соединения. Получим уравнение:

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
В приведённой реакции гидроксид железа (III) (за счёт атомов железа в степени окисления +2) — восстановитель, кислород — окислитель.

б) Fe + Br2 → FeBr3;
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe0 + Br20 →  Fe+3Br3-1
Восстановитель Fe0 - 3e → Fe+3      |3|6|2 — процесс окисления
Окислитель Br20 +2e → 2Br-1           |2|  |3 — процесс восстановления

Проводим вертикальную черту и выписываем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы железа и брома. Находим наименьшее общее кратное для чисел 3 и 2. Это число 6, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 3 и 2, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов натрия и серы. Множители 2 и 3 являются искомыми коэффициентами. Поскольку эти элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы железа в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 2 перед формулой двух соединений железа (Fe2, FeBr3), а поскольку различным является индекс элемента брома― ставим коэффициент 3, перед формулой брома:
2Fe + 3Br2 = 2FeBr3

в) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O.
Схема окислительно-восстановительной реакции.
Fe+2SO4 + KMn+7O4 + H2SO4 → Fe2+3(SO4)3 + K2SO4 + Mn+2SO4 + H2O
Fe+2 - 1e → Fe+3         |1|10|10 ― процесс окисления
Mn+7 + 5e → Mn+2      |5|    |2 ― процесс восстановления

Проводим вертикальную черту и выписываем за ней число электронов, которые отдали и присоединили атомы железа и марганца. Находим наименьшее общее кратное для чисел 1 и 5. Это число 10, которое записываем за второй вертикальной чертой посередине, и поделив его поочередно на 1 и 5, записываем результат за третьей чертой в строках, касающихся элементов железа и марганца. Множители 10 и 2 являются искомыми коэффициентами. Поскольку эти элементы изменили степень окисления полностью (в правой части схемы эти элементы ни в одном веществе не проявляют такую же степень окисления, как в исходном веществе) и одинаковыми являются индексы марганца в формуле исходного вещества и продукта реакции, поэтому ставим коэффициент 2 перед формулой двух соединений марганца (KMnO4, MnSO4), а поскольку различным является индекс элемента железа ― ставим коэффициент 10, поскольку относится к одному атому железа, перед формулой сульфата железа FeSO4:
10FeSO4 + 2KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + H2O
Уравниваем остальные соединения. Получим уравнение:

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O
В приведённой реакции сульфат железа (II) (за счёт атомов железа в степени окисления +2) — восстановитель, перманганат калия (за счёт атомов марганца в степени окисления +7) — окислитель.

Упражнение 3. Напишите по два молекулярных уравнения, соответствующих каждому ионному уравнению:
а) Fе2+ + 2OH- = Fe(ОН)2↓;
В левой части уравнения записаны только формулы ионов, поэтому взаимодействующие вещества должны быть сильными и растворимыми электролитами. По таблице растворимости определяем в каких веществах (берем во внимание только сильные электролиты) могут содержаться ионы Fe2+ (FeCl2, FeBr2, FeI2, FeSO4, Fe(NO3)2) и OH- (NaOH, KOH, Ba(OH)2).
1) FeCl2 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + 2NaCl
2) FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4
3) FeBr2 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + 2NaBr
4) FeI2 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + 2NaI
5) Fe(NO3)2 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + 2NaNO3

б) Fe2O3 + 6Н+ = 2Fe3+ + 6H2O;
В левой части уравнения записана только формулы иона Н+, поэтому взаимодействущее вещество должно быть сильным и растворимым электролитом. По таблице растворимости определяем в каких веществах могут содержаться ионы Н+ (HCl, HBr, HI, HNO3).
1) Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O
2) Fe2O3 + 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 + 3H2O
3) Fe2O3 + 6HBr = 2FeBr3 + 3H2O
4) Fe2O3 + 6HI = 2FeI3 + 3H2O

в) 2Fe3+ + 2I- = 2Fe2+ + I2.
В левой части уравнения записаны только формулы ионов, поэтому взаимодействующие вещества должны быть сильными и растворимыми электролитами. По таблице растворимости определяем в каких веществах (берем во внимание только сильные электролиты) могут содержаться ионы Fe3(FeCl3, FeBr3, Fe(NO3)3) и I- (NaI, KI).
1) 2FeCl3 + 2NaI = 2FeCl2 + I2 + 2NaCl
2) 2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl
3) 2FeBr3 + 2NaI = 2FeBr2 + I2 + 2NaBr
4) 2FeBr3 + 2KI = 2FeBr2 + I2 + 2KBr
5) 2Fe(NO3)3 + 2NaI = 2Fe(NO3)2 + I2 + 2NaNO3
6) 2Fe(NO3)3 + 2KI = 2Fe(NO3)2 + I2 + 2KNO3


Упражнение 4. Железный купорос FeSO4•7H2O широко используется как средство для борьбы с грибковыми заболеваниями растений — фунгицид. Какую массу железного купороса можно получить из 2,8 кг железных опилок и необходимого количества разбавленной серной кислоты?
Дано: m(Fe)=2,8 кг
Найти: m(FeSO4•7H2O)-?
Решение
1-й способ
1.
Вычисляем количество вещества Fe массой 2,8 кг по формуле ʋ=m/M, где М=Mr кг/кмоль.
M(Fe)=56 кг/кмоль
ʋ(Fe)=m(Fe)/М(Fe)=2,8 кг:56 кг/кмоль=0,05 кмоль
2. Составляем химическое уравнение:
Fe + Н2SO4=FeSO4 + H2
По уравнению реакции с 1 моль железа Fe образуется 1 моль сульфата железа (II) FeSO4, количества вещества одинаковые, поэтому:
ʋ(FeSO4)=ʋ(Fe)=0,05 кмоль
3.
Находим количество вещества железного купороса, содержащего 0,05 кмоль безводной соли сульфата железа (II).
В 1 моль железного купороса FeSO4•7H2O содержится 1 моль соли Fe2SO4, количества вещества одинаковые, поэтому

ʋ(FeSO4•7H2O)=ʋ(FeSO4)=0,05 кмоль
4.
Вычисляем молярную массу (M=Mr г/моль) железного купороса.
M(FeSO4•7H2O)=M(FeSO4)+7•M(H2O)=152 кг/кмоль + (7•18) кг/кмоль=278 кг/кмоль
5.
Вычисляем массу 0,025 кмоль железного купороса по формуле m=ʋ•M.
m(FeSO4•7H2O)=ʋ(FeSO4•7H2O)•М(FeSO4•7H2O)=0,05 моль • 278 кг/кмоль=13,9 кг

2-й способ
1. Составляем химическое уравнение:
2,8 кг             х кг
Fe  +  Н2SO= FeSO4 + H2
56 кг             152 кг

Над формулами соединений Fe и FeSO4 записываем приведенную в условии задачи массу железа (2,8 кг) и неизвестную массу соли (х кг), а под формулами соединений ― массы количества вещества согласно коэффициентам в химическом уравнении. Для этого вычисляем молярные массы (M=Mrкг/кмоль) веществ и, соответственно, массы 1 моль железа и  1 моль сульфата железа (II), поскольку прореагировало 1 кмоль Fe с образованием 1 кмоль FeSO4.
M(Fe)=56 кг/кмоль, поэтому масса 1 кмоль=56 кг

M(FeSO4)=152 кг/кмоль, поэтому масса 1 кмоль=152 кг
Массу соли FeSO4 рассчитываем с помощью пропорции:
2,8 кг / 56 кг = х кг / 152 кг, отсюда по свойству пропорции имеем:
х кг • 56 кг = 152 кг • 2,8 кг, поэтому

х=152 кг • 2,8 кг : 56 кг=7,6 кг
2. Вычисляем молярную массу (M=Mr г/моль) железного купороса.
M(FeSO4•7H2O)=M(FeSO4)+7•M(H2O)=152 кг/кмоль + (7•18) кг/кмоль=278 кг/кмоль
3. Для вычисления массы железного купороса составляем пропорцию и решаем ее:
152 кг FeSO4 содержится в 278 кг FeSO4•7H2O, тогда
7,6 кг FeSO4 ― в х кг FeSO4•7H2O
152 кг / 7,6 кг = 278 кг / х кг, отсюда по свойству пропорции имеем:
х кг • 152 кг = 278 кг • 7,6 кг, поэтому

х=278 кг • 7,6 кг : 152 кг=13,9 кг
Ответ: 13,9 кг


Упражнение 5. Один из учащихся написал формулу двойной соли железа и аммония NH4Fe(SO4)2•12Н2O, а другой — (NH4)2Fe(SO4)2•6Н2O. Кто из них прав? Тот, кто написал формулу NH4Fe(SO4)2•12Н2O.
Докажите ваше утверждение. 
Двойные соли состоят с двух катионов и аниона одного кислотного остатка, следовательно формула будет иметь вид NH4Fe(SO4)2•12Н2O.
NH4Fe(SO4)2 → NH4+ + Fe2+ + 2SO42-
Формула (NH4)2Fe(SO4)2•6H2O является комбинацией двух солей (NH4)2SO4•FeSO4•6H2O.

%USERNAME%, оставишь комментарий?
Имя:*
E-Mail:


В каком классе вы учитесь?