498. Напишите уравнение реакций, соответствующие цепочке превращений:
\[\text{Fe} \xrightarrow{1} \text{A} \xrightarrow{2} \text{B} \xrightarrow{3} \text{C} \xrightarrow{4} \text{D}\]
где
\[\text{A} + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{B}\]
\[\text{B} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{C}\]
\[\text{C} + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{D}\]
\[\text{A} + \text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\]
Решение:
1. Из последнего уравнения \(\text{A} + \text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\) следует, что вещество А — это соль железа(II), например, \(\text{FeCl}_2\). Тогда первая реакция может быть:
\[\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\]
2. Теперь найдем В. Из уравнения \(\text{A} + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{B}\) и зная, что \(\text{Fe(OH)}_2\) на воздухе окисляется до \(\text{Fe(OH)}_3\), можно предположить, что В — это \(\text{Fe(OH)}_3\). Тогда:
\[4\text{FeCl}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_2 + 4\text{Cl}_2\]
Это не совсем подходит, так как \(\text{FeCl}_2\) не реагирует с кислородом и водой напрямую, чтобы дать \(\text{Fe(OH)}_3\). Более вероятно, что А — это \(\text{Fe(OH)}_2\), а не \(\text{FeCl}_2\). Давайте пересмотрим.
Если \(\text{A} + \text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\), то А — это соль железа(II). Пусть А — это \(\text{FeSO}_4\).
Тогда:
1. \(\text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2\) (А — \(\text{FeSO}_4\))
2. \(\text{FeSO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4\)
Теперь для реакции \(\text{A} + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{B}\):
\[4\text{FeSO}_4 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_3 + 4\text{SO}_2\]
Это тоже не совсем корректно. Давайте предположим, что А — это \(\text{Fe(OH)}_2\), а не соль. Но тогда \(\text{A} + \text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\) не имеет смысла.
Вернемся к исходной цепочке и условиям. Если \(\text{A} + \text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2\), то А — это соль железа(II). Пусть А — это \(\text{FeCl}_2\).
1. \(\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\) (А — \(\text{FeCl}_2\))
2. \(\text{FeCl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2 \downarrow + 2\text{NaCl}\)
Теперь для реакции \(\text{A} + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{B}\). Если А — это \(\text{FeCl}_2\), то эта реакция не дает \(\text{Fe(OH)}_3\). Возможно, в условии опечатка, и \(\text{A}\) — это \(\text{Fe(OH)}_2\), а не соль.
Давайте предположим, что цепочка превращений относится к железу и его соединениям, и \(\text{A}\) — это \(\text{Fe(OH)}_2\).
Тогда:
1. \(\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\)
2. \(\text{FeCl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2 \downarrow + 2\text{NaCl}\) (А — \(\text{Fe(OH)}_2\))
Теперь для \(\text{A} + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{B}\):
\[4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_3\]
Значит, В — это \(\text{Fe(OH)}_3\).
Далее, \(\text{B} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{C}\):
\[2\text{Fe(OH)}_3 + 3\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6\text{H}_2\text{O}\]
Значит, С — это \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3\).
И наконец, \(\text{C} + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{D}\):
\[\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\text{BaCl}_2 \rightarrow 2\text{FeCl}_3 + 3\text{BaSO}_4 \downarrow\]
Значит, D — это \(\text{BaSO}_4\) (белый осадок).
Итак, полная цепочка превращений:
1. \(\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\)
2. \(\text{FeCl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2 \downarrow + 2\text{NaCl}\)
3. \(\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\) (уравнение с коэффициентами: \(4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_3\))
4. \(\text{Fe(OH)}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{H}_2\text{O}\) (уравнение с коэффициентами: \(2\text{Fe(OH)}_3 + 3\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6\text{H}_2\text{O}\))
5. \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{BaCl}_2 \rightarrow \text{FeCl}_3 + \text{BaSO}_4 \downarrow\) (уравнение с коэффициентами: \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\text{BaCl}_2 \rightarrow 2\text{FeCl}_3 + 3\text{BaSO}_4 \downarrow\))
Ответ:
1. \(\text{Fe} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{FeCl}_2 + \text{H}_2\)
2. \(\text{FeCl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_2 \downarrow + 2\text{NaCl}\)
3. \(4\text{Fe(OH)}_2 + \text{O}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_3\)
4. \(2\text{Fe(OH)}_3 + 3\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 6\text{H}_2\text{O}\)
5. \(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3 + 3\text{BaCl}_2 \rightarrow 2\text{FeCl}_3 + 3\text{BaSO}_4 \downarrow\)
499. В аналитической химии для обнаружения присутствия в растворе ионов \(\text{Fe}^{3+}\) используют реагент, формула которого:
а) \(\text{HCl}\)
б) \(\text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6]\)
в) \(\text{CuSO}_4\)
г) \(\text{KSCN}\)
Решение:
Для обнаружения ионов \(\text{Fe}^{3+}\) используют тиоцианат калия (\(\text{KSCN}\)). При взаимодействии с ионами \(\text{Fe}^{3+}\) образуется кроваво-красное окрашивание раствора, обусловленное образованием комплексных соединений, например, \([\text{Fe(SCN)(H}_2\text{O)}_5]^{2+}\).
а) \(\text{HCl}\) — соляная кислота, не является специфическим реагентом на \(\text{Fe}^{3+}\).
б) \(\text{K}_3[\text{Fe(CN)}_6]\) — гексацианоферрат(III) калия (красная кровяная соль) используется для обнаружения ионов \(\text{Fe}^{2+}\), образуя синий осадок турнбулевой сини.
в) \(\text{CuSO}_4\) — сульфат меди(II), не является реагентом на \(\text{Fe}^{3+}\).
г) \(\text{KSCN}\) — тиоцианат калия, дает характерное кроваво-красное окрашивание с \(\text{Fe}^{3+}\).
Ответ: г) \(\text{KSCN}\)
500. Восстановлением железосодержащих руд коксом в доменных печах получают
Опишите признаки реакции.
Решение:
Восстановлением железосодержащих руд коксом (углеродом) в доменных печах получают чугун.
Признаки реакции:
1. Изменение цвета: руда (обычно красно-бурая или черная) превращается в расплавленный чугун (серебристо-серый металл).
2. Выделение газов: в процессе восстановления образуется угарный газ (\(\text{CO}\)) и углекислый газ (\(\text{CO}_2\)), которые отводятся из печи.
3. Образование жидкой фазы: при высоких температурах (до 2000 °C) железо и примеси плавятся, образуя жидкий чугун и шлак.
4. Выделение тепла: процесс является экзотермическим, сопровождается выделением большого количества тепла.
Ответ: чугун. Признаки реакции: изменение цвета, выделение газов (\(\text{CO}\), \(\text{CO}_2\)), образование жидкой фазы (чугун и шлак), выделение тепла.
501. Закалкой железа называют процесс
а) выдерживания металла в ледяной воде
б) нагревания металла до высокой температуры с последующим постепенным охлаждением
в) нагревания металла до высокой температуры с последующим резким охлаждением
г) сплавления железа с легирующими добавками с целью придания ему коррозионной устойчивости
д) все приведённые выше ответы верны
е) железо
ж) чугун
з) сталь
Решение:
Закалка — это один из видов термической обработки металлов, который заключается в нагреве металла до определенной температуры, выдержке при этой температуре, а затем быстром охлаждении. Цель закалки — придать металлу высокую твердость и прочность.
а) Выдерживание металла в ледяной воде — это часть процесса закалки, но не весь процесс.
б) Нагревание металла до высокой температуры с последующим постепенным охлаждением — это отжиг, который делает металл мягче и пластичнее.
в) Нагревание металла до высокой температуры с последующим резким охлаждением — это определение закалки.
г) Сплавление железа с легирующими добавками — это процесс получения сплавов (например, стали), а не закалка.
д) Все приведённые выше ответы верны — неверно.
е) железо, ж) чугун, з) сталь — это виды металлов и сплавов, а не процесс.
Ответ: в) нагревания металла до высокой температуры с последующим резким охлаждением
502. На растворение 11,2 г некоторого металла потребовалось 32,4 г бромоводородной кислоты. Степень окисления металла повысилась до +2. Определите металл. Укажите другие характерные для него степени окисления.
Решение:
Пусть металл — \(\text{Me}\). Так как степень окисления металла повысилась до +2, реакция с бромоводородной кислотой (\(\text{HBr}\)) будет выглядеть так:
\[\text{Me} + 2\text{HBr} \rightarrow \text{MeBr}_2 + \text{H}_2\]
Дано:
Масса металла \(\text{m}(\text{Me}) = 11,2\) г
Масса бромоводородной кислоты \(\text{m}(\text{HBr}) = 32,4\) г
Молярная масса \(\text{HBr}\) равна \(1 + 79,9 = 80,9\) г/моль.
Количество вещества \(\text{HBr}\):
\[\text{n}(\text{HBr}) = \frac{\text{m}(\text{HBr})}{\text{M}(\text{HBr})} = \frac{32,4 \text{ г}}{80,9 \text{ г/моль}} \approx 0,4 \text{ моль}\]
Согласно уравнению реакции, 1 моль металла реагирует с 2 молями \(\text{HBr}\). Значит, количество вещества металла в 2 раза меньше, чем \(\text{HBr}\):
\[\text{n}(\text{Me}) = \frac{\text{n}(\text{HBr})}{2} = \frac{0,4 \text{ моль}}{2} = 0,2 \text{ моль}\]
Теперь найдем молярную массу металла:
\[\text{M}(\text{Me}) = \frac{\text{m}(\text{Me})}{\text{n}(\text{Me})} = \frac{11,2 \text{ г}}{0,2 \text{ моль}} = 56 \text{ г/моль}\]
Металл с молярной массой 56 г/моль — это железо (\(\text{Fe}\)).
Другие характерные степени окисления для железа:
Железо проявляет степени окисления +2 (как в данном случае) и +3. Реже встречаются степени окисления 0 (в простом веществе), +4, +5, +6 (в ферратах).
Ответ:
Металл — железо (\(\text{Fe}\)).
Другие характерные степени окисления для железа: +3.
503. Железную пластинку массой 10 г опустили в раствор нитрата кадмия \(\text{Cd(NO}_3)_2\). Через некоторое время её вынули, промыли водой, высушили и взвесили. Масса пластинки, участвовавших в реакции, оказалась равной 11,68 г. Определите массы металлов.
Решение:
При опускании железной пластинки в раствор нитрата кадмия происходит реакция замещения, так как железо активнее кадмия:
\[\text{Fe} + \text{Cd(NO}_3)_2 \rightarrow \text{Fe(NO}_3)_2 + \text{Cd}\]
На пластинке оседает кадмий, а железо переходит в раствор. Масса пластинки увеличивается, так как молярная масса кадмия больше молярной массы железа.
Дано:
Начальная масса пластинки \(\text{m}_1(\text{Fe}) = 10\) г
Конечная масса пластинки \(\text{m}_2 = 11,68\) г
Изменение массы пластинки \(\Delta \text{m} = \text{m}_2 - \text{m}_1 = 11,68 \text{ г} - 10 \text{ г} = 1,68 \text{ г}\)
Молярные массы:
\(\text{M}(\text{Fe}) = 56\) г/моль
\(\text{M}(\text{Cd}) = 112\) г/моль
Пусть \(\text{x}\) моль железа прореагировало. Тогда по уравнению реакции, \(\text{x}\) моль кадмия выделилось на пластинке.
Масса прореагировавшего железа: \(\text{m}(\text{Fe}) = \text{x} \cdot \text{M}(\text{Fe}) = 56\text{x}\) г
Масса выделившегося кадмия: \(\text{m}(\text{Cd}) = \text{x} \cdot \text{M}(\text{Cd}) = 112\text{x}\) г
Изменение массы пластинки равно разности массы выделившегося кадмия и массы прореагировавшего железа:
\[\Delta \text{m} = \text{m}(\text{Cd}) - \text{m}(\text{Fe})\]
\[1,68 = 112\text{x} - 56\text{x}\]
\[1,68 = 56\text{x}\]
\[\text{x} = \frac{1,68}{56} = 0,03 \text{ моль}\]
Теперь определим массы металлов, участвовавших в реакции:
Масса прореагировавшего железа:
\[\text{m}(\text{Fe}) = 0,03 \text{ моль} \cdot 56 \text{ г/моль} = 1,68 \text{ г}\]
Масса выделившегося кадмия:
\[\text{m}(\text{Cd}) = 0,03 \text{ моль} \cdot 112 \text{ г/моль} = 3,36 \text{ г}\]
Ответ:
Масса прореагировавшего железа: 1,68 г.
Масса выделившегося кадмия: 3,36 г.
504. Распределение электронов по энергетическим уровням в ионе \(\text{Fe}^{3+}\) соответствует ряд
Вариант 3
а) 2, 8, 13, 0
б) 2, 8, 11, 2
в) 2, 8, 14, 0
г) 2, 8, 14, 2
Решение:
Атом железа (\(\text{Fe}\)) имеет порядковый номер 26, что означает 26 протонов и 26 электронов в нейтральном атоме.
Электронная конфигурация нейтрального атома железа:
\[1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 4\text{s}^2 3\text{d}^6\]
Распределение электронов по энергетическим уровням:
1-й уровень (K): \(1\text{s}^2\) — 2 электрона
2-й уровень (L): \(2\text{s}^2 2\text{p}^6\) — 8 электронов
3-й уровень (M): \(3\text{s}^2 3\text{p}^6 3\text{d}^6\) — \(2+6+6 = 14\) электронов
4-й уровень (N): \(4\text{s}^2\) — 2 электрона
Таким образом, для нейтрального атома \(\text{Fe}\) распределение электронов: 2, 8, 14, 2.
Теперь рассмотрим ион \(\text{Fe}^{3+}\). Это означает, что атом железа потерял 3 электрона. Электроны всегда удаляются с внешнего энергетического уровня. В случае переходных металлов, таких как железо, сначала удаляются электроны с 4s-подуровня, а затем с 3d-подуровня.
Из 4s-подуровня удаляются 2 электрона:
\[1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 3\text{d}^6\]
Остался 1 электрон, который нужно удалить. Он удаляется с 3d-подуровня:
\[1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 3\text{d}^5\]
Распределение электронов по энергетическим уровням для иона \(\text{Fe}^{3+}\):
1-й уровень (K): \(1\text{s}^2\) — 2 электрона
2-й уровень (L): \(2\text{s}^2 2\text{p}^6\) — 8 электронов
3-й уровень (M): \(3\text{s}^2 3\text{p}^6 3\text{d}^5\) — \(2+6+5 = 13\) электронов
4-й уровень (N): 0 электронов
Таким образом, распределение электронов для иона \(\text{Fe}^{3+}\) составляет 2, 8, 13, 0.
Ответ: а) 2, 8, 13, 0