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L’hydroxyde de fer (III) est un produit clé de la formation de la rouille dans des conditions humides. Le composé solide se forme à partir des ions Fe³⁺ dissous, qui à leur tour sont eux-mêmes formés à partir de fer solide. Les réactions nécessitent des molécules d’eau, des ions d’hydrogène H⁺ et des molécules d’oxygène. Chaque étape de la réaction peut être représentée à l’aide d’une équation ionique nette, qui est équilibrée en tenant compte de l’égalité de la charge totale des deux côtés de l’équation. Donner une équation ionique nette équilibrée pour la formation des ions Fe³⁺ à partir de fer métallique, d’ions d’hydrogène dissous et de molécules d’oxygène, en incluant les symboles d’état..
L’énoncé de cette question est amplement généreux. Presque toutes les composantes de l’équation ont été fournies. Le fer métallique, les ions d’hydrogène dissous et les molécules d’oxygène dissous sont tous des réactifs. Eh bien, l’un des produits est Fe³⁺. La formule pour le fer métallique, c’est-à-dire du fer neutre, est Fe. Et l’exercice nous demande de donner les symboles d’état. Nous allons donc inclure s pour le fer, ce qui signifie solide. Le réactif suivant de notre équation sont les ions d’hydrogène dissous.
L’introduction nous donne une indication que cette réaction se produit dans des conditions humides. Le solvant dans lequel les ions d’hydrogène sont dissous est donc l’eau. Le symbole d’état pour un ion dissous dans l’eau est aq, ce qui signifie aqueux. Notre dernier réactif est l’oxygène moléculaire O₂. Vous pourriez être tenté d’écrire O₂ gazeux. Mais dans ce cas, les molécules d’O2 sont dissoutes dans l’eau. Nous avons donc trouvé nos réactifs. Maintenant, nous pouvons passer aux produits.
Notre premier produit correspond aux ions Fe³⁺ qui, selon nous indique l’introduction, sont dissous dans l’eau. Il nous reste une inconnue. Nous avons des atomes de fer, d’hydrogène et d’oxygène du côté des réactifs, mais seulement du fer du côté du produit. Par conséquent, nous devons avoir un autre produit. Le produit le plus vraisemblable est l’eau, H₂O, étant donné que nous avons une réaction impliquant H⁺ et O₂, et que l’exercice indique que les réactions nécessitent de l’eau. Et le symbole d’état pour l’eau dans ces conditions est l, pour liquide.
Maintenant, nous pouvons passer à l’équilibrage de l’équation ionique nette. Il y a un équivalent de fer des deux côtés de l’équation. Il y a un équivalent d’hydrogène du côté des réactifs. Et il y a deux équivalents d’hydrogène du côté des produits. L’inverse est vrai pour l’oxygène, car nous avons deux équivalents du côté gauche et un seul du côté droit. Comme il s’agit d’une équation ionique, nous devons également équilibrer la charge. Nous avons donc un plus provenant de l’ion d’hydrogène du côté réactif, et trois plus de l’ion fer du côté produit. Maintenant, procédons à l’équilibrage.
Nous pouvons équilibrer les atomes d’oxygène en doublant la quantité d’eau produite. Et nous pouvons équilibrer les atomes d’hydrogène en ajoutant trois autres équivalents de H⁺. Si vous ne faites pas attention, vous pouvez vous tromper à cet endroit et penser que l’équation est équilibrée. Après tout, tous les éléments sont équilibrés, mais la charge ne l’est pas. Nous avons une charge de 4+ du côté des réactifs et seulement une charge de 3+ du côté du produit. Il y a une petite astuce qui vous aidera à résoudre ce problème.
Si vous revenez à l’équation, vous verrez que Fe et Fe³⁺ s’équilibrent de pair, tandis qu’indépendamment, H₂ et O₂ équilibrent H₂O. Nous pouvons donc changer le coefficient des deux fer sans affecter le reste. En multipliant le fer des deux côtés par 𝑥, nous pouvons augmenter la charge. Et nous pouvons faire la même chose avec l’autre ensemble en multipliant partout par 𝑦. Tout ce que nous devons faire est trouver les valeurs de 𝑥 et 𝑦 qui nous donnent une charge commune. Le plus petit nombre pouvant être divisé par trois et quatre est 12. Donc 𝑥 est égal à quatre et 𝑦 à trois.
Nous multiplions donc partout le fer par quatre, produisant quatre équivalents de fer des deux côtés, et une charge de 12+ pour les produits. Et nous multiplions partout par trois pour le deuxième ensemble, ce qui nous donne 12 ions H⁺, trois molécules d’oxygène, et six molécules d’eau produisant 12 équivalents d’hydrogène des deux côtés, six équivalents d’oxygène des deux côtés, et une charge combinée de 12+ des deux côtés.
Nous avons donc finalement une équation ionique nette équilibrée. En écrivant les symboles d’état, notre équation ionique nette équilibrée pour la formation d’ions Fe³⁺ à partir de fer métallique, d’ions d’hydrogène dissous et de molécules d’oxygène est : 4Fe(s) plus 12H⁺(aq) plus 3O₂(aq) réagissent pour former 4Fe³⁺(aq) plus 6H₂O(l).
Donner une équation ionique nette équilibrée pour la formation d’hydroxyde de fer (III) à partir des ions Fe³⁺ et de molécules d’eau, en incluant les symboles d’état.
Une fois de plus, l’exercice nous a fourni presque toutes les informations dont nous avions besoin pour construire l’équation ionique nette. Les réactifs sont des ions Fe³⁺ et des molécules d’eau, et l’hydroxyde de fer (III) est l’un des produits. Fe³⁺ est notre premier réactif. Nous avons inclus les symboles d’état comme demandé dans la question. Notre autre réactif est l’eau qui, en tant que solvant, sera sous forme liquide. Ceux-ci réagissent ensemble pour former de l’hydroxyde de fer (III) dont la formule est Fe(OH)₃, où nous avons trois ions hydroxyde avec des charges négatives simples qui compense l’ion Fe³⁺ avec une triple charge positive. Puisque pour un composé ionique, cela doit être globalement neutre.
L’exercice nous dit que l’hydroxyde de fer (III) est solide dans ces conditions. Par conséquent, le symbole d’état de l’hydroxyde de fer (III) dans notre équation est s pour solide. La question reste de savoir s’il y a un autre produit. Eh bien, nous savons que la source des ions hydroxyde est l’eau, et que l’eau a cette structure. Si c’est elle la source des ions hydroxyde, ce qu’il reste est donc H⁺. Donc, notre autre produit est H⁺. Le symbole d’état pour H⁺ dans ces circonstances sera aqueux.
Maintenant que nous avons l’équation ionique nette, nous pouvons passer à l’équilibrage. Nous nous retrouvons dans la situation suivante. Nous avons un équivalent de fer des deux côtés de l’équation. Cela est équilibré. Mais l’hydrogène est déséquilibré, avec seulement deux équivalents sur le côté gauche et quatre équivalents sur le côté droit. En même temps, l’oxygène a un équivalent à gauche et trois équivalents à droite. Et la charge est déséquilibrée avec 3+ du côté réactif et 1+ du côté produit. Étant donné que le fer est déjà équilibré, il est préférable de commencer à équilibrer l’hydrogène ou l’oxygène.
L’hydrogène apparaît dans un réactif et deux produits, tandis que l’oxygène n’apparaît que dans un seul produit. Il sera donc plus facile d’équilibrer cela en premier. L’ajout de deux molécules d’eau supplémentaires du côté réactif nous donne trois équivalents d’oxygène des deux côtés. Il est plus facile d’équilibrer l’hydrogène si nous modifions le nombre de protons produits. L’ajout de deux atomes supplémentaires d’hydrogène nous donne les deux protons qu’il nous manque du côté des réactifs et équilibre également les charges.
Cela nous donne notre équation ionique nette équilibrée. Donc, en joutant les symboles d’état, notre équation ionique nette équilibrée pour la formation d’hydroxyde de fer (III) à partir des ions Fe³⁺ et des molécules d’eau s’écrit : Fe³⁺(aq) plus 3H₂O(l) réagissant pour former FeOH₃(s) plus 3H⁺(aq).
Combien d’ions d’hydrogène sont consommés au total lorsqu’un atome de fer est converti en hydroxyde de fer (III) ?
Pour répondre à cette question, nous allons devoir revoir les équations que nous avons obtenues dans les parties a et b. Ceci est l’équation de la partie a avec les symboles d’état supprimés. En prenant l’équation de la partie a, et en la divisant par quatre, on obtient le rapport entre les atomes de fer et H⁺. La transformation des atomes de fer en ions Fe³⁺ consomme trois protons. Et voici l’équation de la partie b, la transformation des ions Fe³ en hydroxyde de fer (III). La transformation d’un ion Fe³⁺ en hydroxyde de fer (III) produit trois protons. Cela signifie que lors de la transformation du fer en hydroxyde de fer (III), il n’y a globalement pas de consommation ni de production d’ions H⁺. Donc, notre réponse est zéro.
L’hydroxyde de fer (III) peut être déshydraté pour produire un composé ne contenant pas d’atomes d’hydrogène. Combien de molécules d’eau sont éliminées pour chaque atome de fer de ce composé ?
Commençons par comprendre la première partie : comment déshydrater l’hydroxyde de fer (III) ? L’équation se présentera comme il suit : l’hydroxyde de fer (III) se décomposera en un certain composé et des molécules d’eau. Nous savons que le produit contiendra du fer et aura besoin d’un ion négatif pour contrebalancer le Fe³⁺. L’oxygène sous forme d’oxyde est le candidat le plus probable. La combinaison de ces charges donne une formule ionique de Fe₂O₃. Soit deux équivalents de Fe³⁺ qui neutralisent trois équivalents d’oxygène à double charge négative. Maintenant, nous pouvons passer à l’équilibrage.
Nous avons un équivalent de fer du côté gauche et deux équivalents du côté droit, trois équivalents d’oxygène à gauche et quatre à droite, trois équivalents d’hydrogène à gauche et deux équivalents à droite. Aucune des espèces de cette équation n’est chargée. Nous n’avons donc pas à nous soucier de l’équilibrage des charges. En doublant la quantité d’hydroxyde de fer (III) que nous faisons réagir en premier, on équilibre les ions. En ajoutant deux équivalents d’eau supplémentaires du côté du produit, on équilibre les atomes d’oxygène et d’hydrogène. Cela nous donne notre équation équilibrée.
Maintenant, tout ce que nous devons faire est déterminer combien de molécules d’eau sont éliminées pour chaque atome de fer dans l’oxyde de fer (III). Nous calculons cela en prenant le nombre de molécules d’eau de notre équation et en le divisant par le nombre d’atomes de fer dans notre autre produit. Cela est égal à trois divisé par deux, ce qui est égal à 1,5. Donc, pour chaque atome de fer de notre produit, l’oxyde de fer (III) produit par la déshydratation de l’hydroxyde de fer (III), nous produisons 1,5 molécules d’eau.
