Химия
8 класс
Вопрос
Пробу железной руды массой 3,156 г поместили в химический стакан, накрытый покровным часовым стеклом, и обработали при нагревании $100 см^3$ соляной кислоты. По окончании реакции раствор количественно перенесли в колбу емкостью $250 см^3$ и разбавили дистиллированной водой до метки. Из колбы пипеткой объемом $25,00 см^3$ отобрали пробу, перенесли ее в коническую колбу, слегка подкислили соляной кислотой и по каплям добавили раствор $SnCl_{2}$ до обесцвечивания раствора, затем добавили туда $1 см^3$ раствора $HgCl_2$, что вызвало выпадение белого шелковистого осадка. На титрование подготовленной таким образом пробы до появления бледно-розового окрашивания израсходовали $28,35 см^3$ 0,1050 н. раствора перманганата калия.
а. Напишите ионные уравнения перечисленных реакций.
б. Объясните порядок проведения операций.
в. Укажите, какие трудности могут встретиться при проведении анализа по данной методике.
г. Вычислите процентное содержание железа в руде.
Ответ
а. Растворение компонентов руды в соляной кислоте происходит по уравнениям
$FeO + 2H^{+} = Fe^{2+} + H_2O$,
$Fe_2O_3 + 6H^{+} = 2Fe^{3+} + 3H_2O$,
возможны аналогичные реакции с другими соединениями железа, которые также приводят к образованию раствора солей $Fe^{2+}$ и $Fe^{3+}$. Дальнейший анализ проходит по следующим уравнениям:
$2Fe^{3+} + Sn^{2+} = 2Fe^{2+} + Sn^{4+}$,
$Sn^{2+} + 2Hg^{2+} + 2Cl^{-} = Hg_2Cl_2 + Sn^{4+}$,
$5Fe^{2+} + MnO_4^{-} + 8H^{+} = 5Fe^{3+} + Mn^{2+} + 4H_2O$.
б. Раствор хлоридов содержит ионы $Fe^{2+}$ и $Fe^{3+}$. После восстановления ионов $Fe^{3+}$ ионами $Sn^{2+}$, избыток ионов
$Sn^{2+}$ следует удалить с помощью $HgCl_2$ с тем, чтобы они не вступали в реакцию с $MnO_4^{-}$. Не растворимый в воде осадок каломели $Hg_2Cl_2$ очень медленно окисляется перманганатом, что позволяет быстро оттитровать соль железа (II).
в. Продукты окисления соли $Fe^{2+}$ - ионы $Fe^{3+}$ - придают раствору оранжево-красную окраску, что затрудняет определение эквивалентной точки.
Ионы $MnO_4^{-}$ в кислой среде помимо ионов $Fe^{2+}$ могут окислять также ионы $Cl^{-}$, в результате образуется свободный хлор:
$10Cl^{-} + 2MnO_4^{-} + 16H^{+} = 5Cl_2 + 2Mn^{2+} + 8H_2O$,
что может вызвать ошибку при определении содержания $Fe^{2+}$. На практике при выполнении анализа эти трудности исключаются добавлением смеси Рейнгардта - Циммермана.
(Фосфорная кислота, входящая в состав этой смеси, образует с железом (III) бесцветные комплексы, а соль марганца (II) понижает окислительный потенциал превращения перманганат-ионов в ионы $Mn^{2+}$.)
Содержание железа в образце $m_Fe = 10 \cdot 0,5585 \cdot V \cdot н = 0,5585 \cdot 28,35 \cdot 0,1050 = 1,663$ г, что соответствует $(NULL,663 : 3,156) \cdot 100 = 52,7 \% Fe$.