Химия
8 класс
Вопрос
Навеску смеси минералов магнетита $Fe_{3}O_{4}$ и гематита $Fe_{2}O_{3}$ массой 1,088 г растворили в азотной кислоте. Через полученный раствор пропустили аммиак (избыток). Выделившийся осадок провалили на воздухе до постоянной массы, равной 1,12 г. Вычислить процентное содержание трехвалентного железа в исходной смеси.
Ответ
При растворении магнетита, который можно рассматривать как смешанный оксид железа $FeO \cdot Fe_{2}O_{3}$, в азотной кислоте в зависимости от концентрации кислоты образуются:
смесь нитрата железа (II) и (III) (кислота разбавленная):
$Fe_{3}O_{4} + 8HNO_{3} = Fe (NO_{3})_{2} + 2Fe (NO_{3})_{3} + 4H_{2}O$
нитрат железа (III) (кислота концентрированная):
$Fe_{3}O_{4} + 10 HNO_{3} = 3Fe (NO_{3})_{3} + NO_{2} + 5H_{2}O$.
При растворении гематита в азотной кислоте независимо от ее концентрации образуется нитрат железа (III):
$Fe_{2}O_{3} + 6HNO_{3} = 2Fe (NO_{3})_{3} + 3H_{2}O$.
Пропускание аммиака через полученный раствор приводит к выпадению осадка гидроксида железа (III):
$Fe(NO_{3})_{3} + 3NH_{3} + 3H_{2}O = Fe (OH)_{3} + 3NH_{4}NO_{3}$
Если в растворе присутствовал нитрат железа (II), то при действии аммиака первоначально образуется гидроксид железа (II), который окисляется кислородом воздуха до гидроксида железа (III):
$4Fe (OH)_{2} + O_{2} + 2H_{2} = 4Fe (OH)_{3}$
В результате прокаливания гидроксида железа (III) на воздухе образуется оксид железа (III):
$2Fe (OH)_{3} = Fe_{2}O_{3} + 3H_{2}O$
Если гидроксид железа (II) не полностью окислился до $Fe (OH)_{3}$, то при его прокаливании на воздухе завершается окисление железа и образуется $Fe_{2}O_{3}$:
$4Fe (OH)_{2} + O_{2} = 2Fe_{2}O_{3} + 4H_{2}O$
Следовательно, конечным продуктом прокаливания является оксид железа (III) и его масса согласно условию задачи равна 1,12 г.
Учитывая, что масса моля $Fe_{2}O_{3}$ равна 160 г, масса моля $FeO$ - 72 г и масса конечного продукта по сравнению с массой исходной смеси увеличилась на 0,032 г (NULL,12 - 1,088), вычислим количество оксида железа (II) в магнетите:
$2FeO \rightarrow Fe_{2}O_{3}$
Вступит 144 г $FeO$, масса осадка возрастет на 16 г
Вступит $x$ г $FeO$, масса осадка возрастет на 0,032 г
$x = 0,288$ г $FeO$.
В смеси содержится 0,8 г (NULL,088 - 0,288) $Fe_{2}O_{3}$.
Рассчитаем количество трехвалентного железа:
в 160 г $Fe_{2}O_{3}$ содержится 112 г $Fe$
в 0,8 г $Fe_{2}O_{3}$ содержится $y$ г $Fe$
$y = 0,56$ г или 51 % ($ \frac {0,56 \cdot 100}{1,088}$) железа