Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 105.
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.
Substancję, którą otrzymano w wyniku reakcji 3., rozpuszczono w wodzie i zbadano odczyn wodnego roztworu tej substancji.
| a) | Określ odczyn wodnego roztworu opisanej substancji i potwierdź go odpowiednim równaniem reakcji zapisanym w formie jonowej skróconej. |
| b) | Napisz wzory związków chemicznych i jonów obecnych w wodnym roztworze tej substancji. |
Rozwiązanie
(0-1)
Odczyn: kwasowy
Równanie reakcji w formie jonowej skróconej:
Fe3+ + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3H+
lub Fe3+ + 3Cl− + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl−
lub Fe3+ + 6H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3H3O+
(0-1)
Fe3+, Cl− , H+
lub H3O+, H2O, Fe(OH)3 (ewentualnie: Fe(OH)2+, Fe(OH)+2)
lub Fe3+, Cl−, H+
lub H3O+, H2O, Fe(OH)3, OH− (ewentualnie: Fe(OH)2+, Fe(OH)+2)
Wskazówki
Aby poprawnie rozwiązać tę część zadania, musisz skorzystać z informacji do zadań, w której podano, że związkiem otrzymanym w wyniku reakcji 3. jest chlorek żelaza(III) – substancja dobrze rozpuszczalna w wodzie. Wiedząc, że chlorek żelaza(III) jest solą ulegającą hydrolizie (jest to sól pochodząca od mocnego kwasu i słabej zasady), możesz przewidzieć odczyn wodnego roztworu takiej soli. Odczyn ten jest kwasowy. Musisz jeszcze potwierdzić podany odczyn roztworu odpowiednim równaniem reakcji zapisanym w formie jonowej skróconej. Aby nie popełnić błędów związanych z doborem współczynników, możesz zapisać najpierw równanie reakcji w formie cząsteczkowej:
FeCl3 + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3HCl
Ponieważ przemiana ta przebiega w roztworze wodnym, w którym obecne są jony, można zapisać powyższe równanie w formie jonowej pełnej:
Fe3+ + 3Cl− + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl−
Zwróć uwagę, że żaden z powyższych zapisów nie jest zgodny z poleceniem, z którego wynika, że równanie należy zapisać w formie jonowej skróconej. Po wykreśleniu z równania jonów chlorkowych, które nie biorą udziału w reakcji, otrzymasz zapis równania w formie jonowej skróconej:
Fe3+ + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3H+
Aby poprawnie rozwiązać tę cześć zadania, musisz prześledzić równania reakcji omawiane w części a) zadania, np. zapis:
Fe3+ + 3Cl– + 3H2O ⇄ Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl–,
z którego wynika, że w roztworze obecne są następujące jony i cząsteczki: Fe3+, Cl– , H+, H2O, Fe(OH)3. Można także zauważyć, że w roztworze będą obecne jony wodorotlenkowe OH− pochodzące z dysocjacji wody oraz ewentualnie jony Fe(OH)2+ i Fe(OH)+2 .
