Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 102.
Żelazo jest pierwiastkiem chemicznym, którego atomy występują w przyrodzie w postaci 4 trwałych odmian izotopowych. Najbardziej rozpowszechnioną odmianę stanowią nuklidy o liczbie masowej 56.
Silnie rozdrobnione żelazo zapala się samorzutnie w powietrzu. Produktem utleniania żelaza w wysokich temperaturach jest magnetyt, Fe3O4. Powstaje on także w czasie spalania żelaza w czystym tlenie (reakcja 1.). Oprócz tlenku Fe3O4 żelazo tworzy jeszcze 2 inne tlenki: FeO i Fe2O3. W podwyższonych temperaturach żelazo reaguje również z parą wodną według równania:
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
Roztwarzając czyste żelazo w kwasie solnym, uzyskuje się wodny roztwór chlorku żelaza(II) (reakcja 2.), natomiast działając gazowym chlorem na żelazo w podwyższonej temperaturze, uzyskuje się chlorek żelaza(III) (reakcja 3.). Pary chlorku żelaza(III) kondensują, tworząc ciemnobrunatne kryształy dobrze rozpuszczalne w wodzie.
Żelazo ma zdolność zastępowania mniej aktywnych metali w ich roztworach. Przebiega wtedy reakcja opisana schematem:
MeI + Me2+II → Me2+I + MeII
Powyższa przemiana zachodzi także podczas doświadczenia zilustrowanego rysunkiem:
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 917–934; M. Sienko, R. Plane, Chemia, podstawy i zastosowania, Warszawa 1996, s. 542–550; J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202.
W wyniku całkowitej redukcji wodorem 58 g pewnego tlenku żelaza otrzymano żelazo i 18 g wody.
Wykonując odpowiednie obliczenia, ustal, czy redukowanym tlenkiem mógł być magnetyt.
Rozwiązanie
Przykłady poprawnych odpowiedzi
mFexOy = 58 g
mH2O = 18 g
ustalenie (potwierdzenie) wzoru sumarycznego
Rozwiązanie:
I sposób
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O
58 g Fe3O4
⸺
x
x = 18 g H2O
II sposób
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O
x
⸺
18 g H2O
x = 58 g Fe3O4
Odpowiedź: Tak, redukowanym tlenkiem mógł być magnetyt.
Wskazówki
W informacji do zadań podane jest równanie reakcji żelaza z parą wodną:
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
Na podstawie opisu przemiany i założeniu, że redukowanym tlenkiem był magnetyt, musisz zauważyć, że podczas procesu redukcji przebiegać będzie reakcja odwrotna:
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4H2O
Pozwoli Ci to na wykorzystanie do obliczeń równania reakcji, w którym dobrane są już współczynniki stechiometryczne. Następnie musisz obliczyć masę molową magnetytu (Fe3O4) oraz masę molową wody i zapisać odpowiednią zależność (proporcję) uwzględniającą stechiometrię opisanej przemiany. Zauważ, że w rozwiązaniu zadania można założyć (oczywiście po uwzględnieniu stechiometrii reakcji), że redukcji poddano 58 g tlenku (I sposób rozwiązania). Jeśli obliczoną liczbą gramów wody będzie 18, to należy wnioskować, że redukowanym tlenkiem mógł być magnetyt. Zadanie można także rozwiązać inną metodą (II sposób), zakładając, że otrzymano 18 g wody. Jeśli obliczoną liczbą gramów redukowanego tlenku będzie 58, to należy wnioskować, że redukowanym tlenkiem mógł być magnetyt.
