Номер 2, страница 176 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

2. Не производя расчётов, укажите, в какой из руд — красном, буром, магнитном железняке или пирите — массовая доля железа наибольшая.

Чтобы определить, в какой из руд массовая доля железа наибольшая, не прибегая к точным вычислениям, необходимо сравнить химические формулы основных минералов, из которых состоят эти руды. Массовая доля элемента тем выше, чем больше его относительная масса в общей массе соединения.

Основные минералы, соответствующие перечисленным рудам:

• Красный железняк (основной минерал - гематит): $Fe_2O_3$
• Бурый железняк (основной минерал - лимонит): $Fe_2O_3 \cdot nH_2O$
• Магнитный железняк (основной минерал - магнетит): $Fe_3O_4$
• Пирит (железный колчедан): $FeS_2$

Теперь проведём попарное сравнение:

1. Сравнение красного железняка ($Fe_2O_3$) и бурого железняка ($Fe_2O_3 \cdot nH_2O$)

Бурый железняк представляет собой гидратированный оксид железа, то есть оксид железа(III), связанный с молекулами воды. Наличие воды ($H_2O$) увеличивает общую молярную массу соединения, но не увеличивает массу железа. Следовательно, массовая доля железа в буром железняке всегда будет ниже, чем в красном железняке (гематите).

2. Сравнение красного железняка ($Fe_2O_3$) и пирита ($FeS_2$)

Сравним, какая масса других элементов приходится на одну и ту же массу железа. Атомная масса серы ($Ar(S) \approx 32~а.е.м.$) значительно больше атомной массы кислорода ($Ar(O) \approx 16~а.е.м.$).

• В $Fe_2O_3$ на 2 атома железа приходится 3 атома кислорода. Масса кислорода: $3 \times 16 = 48~а.е.м.$
• В $FeS_2$ на 1 атом железа приходится 2 атома серы. Чтобы сравнить с $Fe_2O_3$, возьмём 2 формульные единицы пирита: $2FeS_2$. Здесь на 2 атома железа приходится 4 атома серы. Масса серы: $4 \times 32 = 128~а.е.м.$

На одинаковое количество атомов железа (2 атома) в пирите приходится значительно большая масса другого элемента (128 а.е.м. серы против 48 а.е.м. кислорода в гематите). Значит, массовая доля железа в красном железняке выше, чем в пирите.

3. Сравнение красного железняка ($Fe_2O_3$) и магнитного железняка ($Fe_3O_4$)

Это самое важное сравнение. Чтобы понять, где доля железа выше, сравним отношение масс железа и кислорода. Проще всего это сделать, приведя формулы к одинаковому числу атомов одного из элементов. Приведём к одинаковому числу атомов железа — к 6.

• Для красного железняка ($Fe_2O_3$) нужно взять 3 формульные единицы, чтобы получить 6 атомов железа. Состав будет эквивалентен $Fe_6O_9$.
• Для магнитного железняка ($Fe_3O_4$) нужно взять 2 формульные единицы. Состав будет эквивалентен $Fe_6O_8$.

Теперь мы сравниваем два гипотетических соединения: $Fe_6O_9$ и $Fe_6O_8$. В обоих содержится одинаковое количество железа. Однако во втором случае (магнитный железняк) на то же количество железа приходится меньше атомов кислорода (8 против 9). Это означает, что общая масса $Fe_6O_8$ меньше, чем масса $Fe_6O_9$. Поскольку масса железа в обоих случаях одинакова, его массовая доля будет выше там, где общая масса меньше, то есть в магнитном железняке.

Таким образом, из всех перечисленных руд наибольшее содержание железа имеет магнитный железняк.

Ответ: Наибольшая массовая доля железа в магнитном железняке.