Олимпиады и тестирования - Муниципальный этап ВсОШ 2024/25, химия, 9 класс Фосфиды переходных металлов - хорошие катализаторы для разложення воды под действием света. Для синтеза одного из таких материалов нагревали смесь порошков железа и фосфора, взятых в массовом соотношении 27 : 5. Оба вещества прореагировали полностью, без остатка. Полученный фосфид железа устойчив к воде, но растворим в кислотах-окислителях. Установите формулу фосфида железа. Составьте уравнение реакции растворения фосфида в концентрированной азотной кислоте по схеме: фосфид железа + xHNO3 -> Fe(NO3)3 + H3PO4 + NO2 + … В ответе укажите значение х. Сколько электронов отдаёт одна формульная единица фосфида железа при окислении? Число 2)

Для определения формулы фосфида железа, который синтезировали из порошков железа (Fe) и фосфора (P) в массовом соотношении 27:5, нужно определить количество атомов каждого элемента в реакции.

1. Определим количество молей каждого вещества.
   Молярная масса железа (Fe) составляет примерно 55,85 г/моль, а фосфора (P) — примерно 30,97 г/моль.

   Рассчитаем, сколько молей железа и фосфора содержится в 27 г и 5 г соответственно:

   • Моли железа: \[ n_{Fe} = \frac{27}{55,85} \approx 0,484 \text{ моль} \]
   • Моли фосфора: \[ n_{P} = \frac{5}{30,97} \approx 0,161 \text{ моль} \]

2. Найдём отношение моль:

   Чтобы установить молярные соотношения, поделим количество молей на меньшее количество: \[ \frac{0,484}{0,161} \approx 3 \] \[ \frac{0,161}{0,161} = 1 \]

   Таким образом, соотношение железа к фосфору составляет 3:1. Значит, формула фосфида железа — \(Fe_3P\).

Теперь перейдем к составлению уравнения реакции растворения фосфида железа в концентрированной азотной кислоте.

3. Составим уравнение реакции: \[ Fe_3P + xHNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + H_3PO_4 + NO_2 + H_2O \]

   Чтобы определить значение \(x\), сбалансируем реакцию. Сначала выпишем атомы:

• Составные материалы: \(3Fe\), \(1P\), \(xN\), \(xO_3\)
• Продукты: \(3Fe\), \(1P\), \(3N\), \(9O\) (из \(Fe(NO_3)_3\)) + \(H_3PO_4\) (1P, 4O) + \(NO_2\) + \(H_2O\)

Объединив количество атомов в продуктах, мы можем считать:

• Для железа: 3 атома в обеих частях (сбалансировано).
• Для фосфора: 1 атом в обеих частях (сбалансировано).
• Для азота: \(x = 3 + 1 = 4\).
• Для кислорода: общее количество кислорода в продуктах будет 9 (из \(Fe(NO_3)_3\)) + 4 (из \(H_3PO_4\)) + 2 (из \(NO_2\)) + 1 (из \(H_2O\)) = 16 кислородов.
• В исходниках \(x \cdot 3 = 16\) показывает нам, что 4 молекулы \(HNO_3\) дают \(12\) и + 4 кислорода (из счёта) согласовывается с общим балансом (итог формулы продукта).

Итак, \(x = 4\).

Ответ на вопрос о количестве электронов, отданных одной формульной единицей фосфида железа при окислении:

Фосфид железа \(Fe_3P\) содержит железо в валентном состоянии +3 (каждый атом железа отдает по 3 электрона) и фосфор. Соответственно, общее количество потерянных электронов: \[ 3 \cdot 3 = 9 \text{ электронов} \]

Таким образом, подводим итог:

• Формула фосфида железа: \(Fe_3P\)
• Значение \(x\): 4
• Количество электродов: 9.

Если есть дополнительные вопросы или нужно уточнение, не стесняйтесь задать их!