Как ускорить химический процесс Fe + H2SO4

Реакция растворения железа в растворе концентрированной серной кислоты (Fe + H2SO4 (конц) = ?) позволяет получить сульфат железа (III), оксид серы (IV) и воду (замещение). Данная реакция относится к окислительно-восстановительным, поскольку химические элементы сера и железо изменяют свои степени окисления.

Молекулярное уравнение реакции имеет вид:

\[2Fe + 6H_2SO_4_conc \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O.\]

Запишем ионные уравнения, учитывая, что простые вещества, оксиды и вода на ионы не распадаются, т.е. не диссоциируют.

\[2Fe + 12H^{+} + 6SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{3+} + 3SO_4^{2-} + 3SO_2 + 6H_2O;\]

\[2Fe + 12H^{+} + 3SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{3+} + 3SO_2 + 6H_2O.\]

Первое уравнение называют полным ионным, а второе – сокращенным ионным.

Схемы электронного баланса выглядят следующим образом:

\[S^{+6} +2e \rightarrow S^{+4};\]

\[Fe^{0} -3e \rightarrow Fe^{+3}.\]

Переходим к решению задачи. Первоначально рассчитаем количество молей веществ, вступивших в реакцию (M(Fe) = 56 g/mole; M(H_2SO_4) = 98 g/mole):

\[n \rightarrow m \div M;\]

\[n (Fe) \rightarrow m(Fe) \div M(Fe) \rightarrow 7 \div 56 \rightarrow 0,125 mole.\]

\[m_solution(H_2SO_4) \rightarrow \rho \times V(H_2SO_4);\]

\[m_solution(H_2SO_4) \rightarrow 1,08 \times 150 \rightarrow 162 g.\]

\[ m (H_2SO_4) = \omega (H_2SO_4) \div 100 \% \times m_{solution};\]

\[ m (H_2SO_4) = 12 \div 100 \% \times 162 = 19,44 g.\]

\[n (H_2SO_4) \rightarrow m(H_2SO_4) \div M(H_2SO_4) \rightarrow 19,44 \div 98 \rightarrow 0,2 mole.\]

Это означает, что серная кислота находится в избытке и дальнейшие расчеты производим по железу.

Согласно уравнению реакции

\[ n(Fe) : n(Fe_2(SO_4)_3) = 2:1,\]

значит

\[n(Fe_2(SO_4)_3) = ½ \times n(Fe) = ½ \times 0,125 = 0,0625 mole.\]

Тогда масса сульфата железа (III) будет равна (молярная масса – 400 g/mole):

\[m (Fe_2(SO_4)_3) \rightarrow n(Fe_2(SO_4)_3) \times M(Fe_2(SO_4)_3) \rightarrow 0,0625 \times 400 \rightarrow 25 g.\]

Нахождение в природе. фосфор в чистом виде в природе не встречается, так как он является активным элементом. в виде соединений широко распространен, составляет около 0,1% земной коры по массе. из природных соединений фосфора наибольшее значение имеет фосфат кальция ca3(poj, — главная составная часть апатитов и фосфоритов.аллотропные модификации. фосфор образует несколько аллотропных модификаций. из них наиболее важными являются белый, красный и черный фосфор. различие свойств аллотропных модификаций фосфора объясняется их строением. свойства. из всех аллотропных модификаций фосфора наибольшей активностью обладает белый фосфор. он быстро окисляется на воздухе. уже при слабом нагревании фосфор воспламеняется и сгорает, выделяя большое количество теплоты: 4р + 502 = 2p2os.фосфор соединяется со многими простыми веществами: кислородом, галогенами, серой и некоторыми металлами.например: 2р + 3s = p,s,; 2р + 5с12 = 2рс1,.применение. в спичечном производстве, в металлургии, производстве боеприпасов, для получения некоторых — фосфида галлия и фосфида индия, для создания препаратов для уничтожения насекомых-вредителей.соединения фосфорафосфиды. соединения фосфора с металлами. при взаимодействии фосфидов с водой выделяется фосфин рн,: са,р, + 6н20 = зса(он).+ 2рн,.фосфии. ядовитый газ с запахом чеснока. по свойствам он напоминает аммиак, но является более сильным восстановителем.оксид фосфора (у). оксид фосфора (v) имеет вид белой снегообразной массы. плотность его пара соответствует формуле р4о10, эта формула отражает действительный состав молекулы. оксид фосфора (v) легко соединяется с водой, поэтому применяется как водоотнимающее средство. на воздухе оксид фосфора (v), притягивая влагу, быстро превращается в метафосфорную кислоту: р40,„ + 2н,0 = 4нро,.ортофосфорная кислота. представляет собой бесцветные, хорошо растворимые в воде кристаллы. не ядовита. это кислота средней силы. поскольку она является трехосновной, то ее диссоциация в водных растворах протекает в три ступени. фосфорная кислота не летуча и устойчива: для нее не характерны окислительные свойства. поэтому она взаимодействует с металлами, стоящими в ряду стандартных электродных потенциалов левее водорода.соли фосфорной кислоты: а) фосфаты; в них замещены все атомы водорода в фосфорной кислоте. например. cajcpojj, к3р04; б) гпдрофосфаты; в этих солях замещено два атома водорода кислоты. например. к,нр04. санр04; в) дигидрофосфаты — замещен один атом водорода в фосфорной кислоте. например. кн,р04. са(н, дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде.большинство средних фосфатов, как правило, плохо растворимы. из солей этого ряда растворимы только фосфаты натрия, калия и аммония. гпдрофосфаты по растворимости занимают промежуточное положение: они растворимы лучше, чем фосфаты, и хуже, чем дигидрофосфаты.фосфорные удобренияпростой суперфосфат. смесь сульфата кальция и дигидрофосфата кальция. для получения этого удобрения измельченный фосфорит смешивают с серной кислотой. в результате реакции образуется смесь, хорошо растворимая в воде. такое удобрение получают в больших количествах в виде порошка или гранул.двойной суперфосфат. концентрированное фосфорное удобрение состава са(н, его получают путем разложения природного фосфата фосфорной кислотой. в двойном суперфосфате отсутствует сульфат кальция, что снижает затраты на его перевозку и внесение в почву.фосфоритная мука. природный измельченный минерал состава садро^,. это порошок желтоватого или бурого цвета. плохо растворим в воде. используется на кислых подзолистых почвах. преципитат. концентрированное фосфорное удобрение состава санр04 - 2н,0. плохо растворимо в воде, но хорошо растворяется в органических кислотах. уменьшает кислотность почв. получается при нейтрализации фосфорной кислоты раствором гидроксида кальция.оо