Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 106.

Kategoria: Metale Typ: Napisz równanie reakcji Zaprojektuj doświadczenie

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:

Me_I + Me²⁺_II → Me²⁺_I + Me_II

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 reakcji 3., rozpuszczono w wodzie i otrzymany roztwór wykorzystano jako odczynnik wyjściowy do przeprowadzenia doświadczenia, w którego wyniku otrzyma się najpierw wodorotlenek, a następnie odpowiedni tlenek żelaza.

Zaprojektuj doświadczenie, w którego wyniku otrzymasz najpierw wodorotlenek, a następnie odpowiedni tlenek żelaza.

a)	Opisz sposób wykonania poszczególnych etapów doświadczenia. Uwzględnij w nim wzory lub nazwy użytych odczynników.

b)	Napisz w formie cząsteczkowej równania reakcji, które przebiegną podczas wykonywanego doświadczenia. Zaznacz warunki prowadzenia procesu, jeśli dana przemiana tego wymaga.

Rozwiązanie

(0-1)

Przykład poprawnej odpowiedzi

Opis doświadczenia: Do wodnego roztworu chlorku żelaza(III) należy dodać wodny roztwór wodorotlenku sodu. W wyniku przemiany wytrąci się osad, który należy odsączyć (oddzielić od roztworu) i następnie wyprażyć.

(0-1)

FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl
2Fe(OH)₃ ^T Fe₂O₃ + 3H₂O

Wskazówki

Zadanie sprawdza umiejętność projektowania doświadczeń, w wyniku których można otrzymać wodorotlenek, a następnie tlenek danego metalu (żelaza). W zadaniu nie podano zestawu odczynników do wyboru. Dany jest tylko odczynnik wyjściowy (informację o tym, jaka substancja jest odczynnikiem wyjściowym, można uzyskać po analizie informacji do zadań), a każdy sam musi zaproponować drugi odczynnik konieczny do zajścia opisanej reakcji. Najczęściej wybieranym odczynnikiem będzie wodny roztwór wodorotlenku sodu lub wodorotlenku potasu. Należy zauważyć, że po zmieszaniu reagentów wytrąci się osad wodorotlenku żelaza(III). Powstały osad należy odsączyć, a następnie wyprażyć w odpowiedniej temperaturze.

Po zmieszaniu roztworów reagentów (chlorku żelaza(III) i wskazanego wodorotlenku) wytrąci się osad. Przemianę tę można zilustrować równaniem zapisanym (zgodnie z poleceniem) w formie cząsteczkowej:

FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3NaCl

Powstały osad po odsączeniu należy wyprażyć w odpowiedniej temperaturze. Wodorotlenek żelaza(III) ulegnie rozkładowi według poniższego równania:

2Fe(OH)₃ ^T Fe₂O₃ + 3H₂O

Ponieważ zgodnie z poleceniem należy zaznaczyć warunki prowadzenia procesu, dlatego w powyższym zapisie konieczne jest umieszczenie nad strzałką w równaniu reakcji informacji, że do zajścia procesu konieczne jest ogrzanie mieszaniny reakcyjnej do odpowiedniej temperatury (oznaczenia: T lub temperatura lub temp. lub ogrzewanie). Po wyprażeniu powstanie tlenek żelaza(III).