Номер 4, страница 274 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

4. Образец одного из гидроксидов железа нагрели до прекращения реакции. Масса полученного твердого остатка оказалась в 1,25 раза меньше массы исходного гидроксида. Определите его химическую формулу.

Дано:

$\frac{m_{гидроксида}}{m_{остатка}} = 1.25$

Найти:

Формулу гидроксида железа.

Решение:

Железо образует два гидроксида: гидроксид железа(II), $Fe(OH)_2$, и гидроксид железа(III), $Fe(OH)_3$. При нагревании они разлагаются с образованием оксида и воды. Проверим оба варианта, чтобы определить, какой из них соответствует условию задачи.

Сначала рассчитаем молярные массы веществ, которые могут участвовать в реакциях, используя относительные атомные массы: $Ar(Fe) = 56$, $Ar(O) = 16$, $Ar(H) = 1$.

$M(Fe(OH)_2) = 56 + 2 \cdot (16 + 1) = 90$ г/моль.

$M(Fe(OH)_3) = 56 + 3 \cdot (16 + 1) = 107$ г/моль.

$M(FeO) = 56 + 16 = 72$ г/моль.

$M(Fe_2O_3) = 2 \cdot 56 + 3 \cdot 16 = 160$ г/моль.

Вариант 1: Исходный гидроксид – $Fe(OH)_3$.

Реакция термического разложения гидроксида железа(III):

$2Fe(OH)_3 \xrightarrow{t} Fe_2O_3 + 3H_2O$

Твердым остатком в данном случае является оксид железа(III), $Fe_2O_3$. Согласно уравнению, из 2 моль гидроксида образуется 1 моль оксида. Найдем отношение их масс:

$\frac{m(Fe(OH)_3)}{m(Fe_2O_3)} = \frac{2 \cdot M(Fe(OH)_3)}{1 \cdot M(Fe_2O_3)} = \frac{2 \cdot 107 \text{ г}}{160 \text{ г}} = \frac{214}{160} \approx 1.3375$

Полученное соотношение ($1.3375$) не совпадает с данным в условии ($1.25$).

Вариант 2: Исходный гидроксид – $Fe(OH)_2$.

Термическое разложение гидроксида железа(II) может протекать двумя способами в зависимости от условий.

а) В инертной атмосфере (без доступа кислорода), $Fe(OH)_2$ разлагается на оксид железа(II) и воду:

$Fe(OH)_2 \xrightarrow{t} FeO + H_2O$

Твердый остаток – $FeO$. Из 1 моль гидроксида образуется 1 моль оксида. Рассчитаем отношение их масс:

$\frac{m(Fe(OH)_2)}{m(FeO)} = \frac{M(Fe(OH)_2)}{M(FeO)} = \frac{90 \text{ г}}{72 \text{ г}} = 1.25$

Это значение в точности совпадает с условием задачи.

б) В присутствии кислорода воздуха, $Fe(OH)_2$ при нагревании окисляется до оксида железа(III):

$4Fe(OH)_2 + O_2 \xrightarrow{t} 2Fe_2O_3 + 4H_2O$

Твердый остаток – $Fe_2O_3$. Из 4 моль гидроксида образуется 2 моль оксида. Рассчитаем отношение масс:

$\frac{m(Fe(OH)_2)}{m(Fe_2O_3)} = \frac{4 \cdot M(Fe(OH)_2)}{2 \cdot M(Fe_2O_3)} = \frac{4 \cdot 90 \text{ г}}{2 \cdot 160 \text{ г}} = \frac{360}{320} = 1.125$

Это значение не совпадает с условием задачи.

Таким образом, условию задачи удовлетворяет только реакция разложения гидроксида железа(II) до оксида железа(II). Следовательно, искомая формула гидроксида – $Fe(OH)_2$.

Ответ: Химическая формула исходного гидроксида – $Fe(OH)_2$.