Номер 5, страница 223 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Предложите химический способ очистки железа от ржавчины.

Решение

Химический способ очистки железа от ржавчины основан на реакции кислот с оксидами и гидроксидами металлов, из которых в основном и состоит ржавчина. Ржавчина — это сложная смесь, включающая в себя гидратированный оксид железа(III) ($Fe_2O_3 \cdot nH_2O$) и гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$). Эти соединения обладают основными свойствами и вступают в реакцию с кислотами, образуя соли, которые, как правило, хорошо растворимы в воде и легко удаляются.

В качестве реагента можно использовать растворы различных кислот:

1. Сильные неорганические кислоты. Например, раствор соляной ($HCl$) или серной ($H_2SO_4$) кислоты. Они эффективно растворяют ржавчину. Реакция с основным компонентом ржавчины, оксидом железа(III), выглядит следующим образом:

$Fe_2O_3 + 6HCl \rightarrow 2FeCl_3 + 3H_2O$

Недостатком этого метода является то, что кислота также реагирует и с самим металлическим железом, вызывая его коррозию и разрушение:

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Чтобы минимизировать повреждение металлического изделия, в раствор кислоты добавляют ингибиторы коррозии (например, уротропин). Ингибитор замедляет реакцию кислоты с металлом, но не влияет на скорость растворения ржавчины.

2. Ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$). Это один из самых распространенных и эффективных способов. Ортофосфорная кислота не только удаляет ржавчину, но и вступает в реакцию с поверхностью железа, образуя прочную, нерастворимую пленку фосфата железа. Эта пленка защищает металл от дальнейшего контакта с кислородом и влагой, предотвращая повторное появление коррозии. Этот процесс называется пассивацией.

$Fe_2O_3 + 2H_3PO_4 \rightarrow 2FePO_4 \downarrow + 3H_2O$

3. Органические кислоты. Растворы лимонной ($C_6H_8O_7$) или щавелевой ($H_2C_2O_4$) кислоты также могут быть использованы. Они действуют как хелатирующие агенты, образуя с ионами железа(III) устойчивые растворимые комплексные соединения, которые легко смываются водой.

Ответ: Для химической очистки железа от ржавчины можно обработать его поверхность раствором кислоты. Наиболее эффективным и щадящим методом является использование ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$), которая не только растворяет ржавчину (оксиды и гидроксиды железа), но и создает на металлической поверхности прочный защитный слой фосфата железа, предотвращающий дальнейшую коррозию. Также можно использовать растворы сильных кислот (соляной, серной) с добавлением ингибитора коррозии для защиты самого металла или растворы органических кислот (лимонной, щавелевой).