Как всем известно, железная окалина Fe3O4 - это смесь двух оксидов - FeO и Fe2O3. Именно она образуется, если железо просто сгорает в кислороде:
Самое интересное начинается, когда с железной окалиной случаются химические реакции. Например, она доокисляется кислородом, при этом получается Fe2O3: 4Fe₃O₄ + O₂ = 6Fe₂O₃.
В этом простом уравнении как подобрать коэффициенты?
Рассказываю.
Разделите железную окалину на два вещества - FeO и Fe2O3. Понятно, что доокисляться будет только FeO. Составьте для него простое уравнение:
4FeO +O2 = 2Fe2O3 , которое легко уравнять методом электронного баланса.
Теперь добавьте к обоим частям уравнения по 4 молекулы оставленного вами ранее Fe2O3. И вот уже слева возникает 4 частицы железной окалины, а справа коэффициент меняется на 6: 4Fe₃O₄ + O₂ = 6Fe₂O₃.
Другой пример: Реакция обмена с кислотой - неокислителем, скажем, разбавленной серной. Разделите железную окалину на два вещества - FeO и Fe2O3 и составьте два уравнения, а потом сложите их, как в математике:
FeO + H2SO4 р = FeSO4 + H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 р = Fe2(SO4)3 + 3H2O
В сумме: Fe3O4 + 4H2SO4 р = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
Немного более сложный случай. Добавим к железной окалине концентрированную серную кислоту. Но, вы уже догадываетесь, что нужно делать, правда? Доокисляться здесь будет только FeO, а с Fe2O3 будет происходить обмен:
2 FeO + 4H2SO4 конц = Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 конц = Fe2(SO4)3 + 3H2O
Теперь, суммируя эти два уравнения, нам придётся во втором увеличить коэффициенты в 2 раза, ибо соотношение оксидов в железной окалине всё-таки 1:1. 2 Fe2O3 + 6 H2SO4 конц = 2 Fe2(SO4)3 + 6 H2O
Тогда получится корректное суммарное уравнение реакции:
2 Fe3O4 + 10 H2SO4 конц = 3 Fe2(SO4)3 + SO2 + 10 H2O
Теперь понятно, что делать, если к железной окалине добавлена азотная кислота.
В случае с разбавленной:
3 FeO + 10 HNO3 р = 3 Fe(NO3)3 + NO + 5 H2O
3 FeO + 10 HNO3 р = 3 Fe(NO3)3 + NO + 5 H2O, здесь придётся домножить все коэффициенты на 3: 3 Fe2O3 + 18 HNO3 р = 6 Fe(NO3)3 + 9 H2O
И тогда в сумме: 3 Fe3O4 + 28 HNO3 р = 9 Fe(NO3)3 + NO + 14H2O
В случае с концентрированной:
FeO + 4 HNO3 к = Fe(NO3)3 + NO2 + 2 H2O
Fe2O3 + 6 HNO3 к = 2 Fe(NO3)3 + 3 H2O
В данном случае увеличивать коэффициенты не приходится, ибо обоих оксидов - по одному моль, что и нужно для Fe3O4. Тогда суммарное:
Fe3O4 + 10 HNO3 к = 3 Fe(NO3)3 + NO2 + 5 H2O
А вот пример 31го задания с участием железной окалины:
Железную окалину растворили в разбавленной серной кислоте. В полученный раствор добавили раствор иодида калия. Одна из полученных при этом солей, не содержащая в своем составе атомов кислорода, прореагировала с концентрированным раствором азотной кислоты. Образовавшееся простое вещество отделили, а к оставшемуся раствору соли добавили раствор карбоната калия. Напишите уравнения четырех описанных реакций.
Решаем:
(FeO + H2SO4 р = FeSO4 + H2O
Fe2O3 + 3H2SO4 р = Fe2(SO4)3 + 3H2O)
Fe3O4 + 4H2SO4 р = FeSO4 + Fe2(SO4)3 + 4H2O
С иодидом калия будет взаимодействовать именно Fe2(SO4)3 (это классическая пара окислитель и восстановитель):
Fe2(SO4)3 + 6KI = I2 + 2FeI2 + 3K2SO4
3 K2CO3 + 2 Fe(NO3)3 + 3 H2O → 2 Fe(OH)3 + 6 KNO3 + 3 CO2 - это взаимный необратимый гидролиз солей.
Итак, как обращаться с железной окалиной? Как с двумя индивидуальными веществами.
Отличная 34-я задача от С.И. Широкопояса про железную окалину и её решение: