Laboratoryjną metodę otrzymywania wodorotlenku żelaza(III) w formie jonowej przedstawia równanie
A. \(\mathrm{Fe^{3+} + 3\,OH^{-} \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow}\)
B. \(\mathrm{Fe + 3\,NaOH \rightarrow 3\,Na + Fe(OH)_3\downarrow}\)
C. \(\mathrm{Fe^{2+} + 2\,OH^{-} \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow}\)
D. \(\mathrm{FeCl_3 + 3\,NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3\,NaCl}\)
Pytanie z egzaminu CKE, styczeń 2016 (arkusz A.59-X-16.01).
Równanie Fe³⁺ + 3 OH⁻ → Fe(OH)₃↓ dobrze pokazuje laboratoryjne otrzymywanie wodorotlenku żelaza(III) w formie jonowej skróconej. Najważniejsze jest tu to, że jon Fe³⁺ ma ładunek +3, więc do zobojętnienia potrzeba dokładnie trzech jonów wodorotlenkowych OH⁻. Powstaje trudno rozpuszczalny, brunatny, galaretowaty osad Fe(OH)₃, dlatego zapisuje się strzałkę w dół. W praktyce robi się to zwykle przez zmieszanie roztworu soli żelaza(III), np. FeCl₃ albo Fe(NO₃)₃, z roztworem NaOH lub czasem wodą amoniakalną. Jony Na⁺, Cl⁻ czy NO₃⁻ są jonami obserwatorami, więc w równaniu jonowym skróconym się ich nie zapisuje. Moim zdaniem to jest bardzo dobry przykład, gdzie widać sens zapisu jonowego: skupiamy się tylko na cząstkach faktycznie biorących udział w reakcji. Zgodnie z dobrą praktyką laboratoryjną należy dodawać zasadę porcjami, mieszać próbkę i obserwować barwę oraz konsystencję osadu, bo Fe(OH)₃ łatwo tworzy zawiesinę koloidalną i bywa kłopotliwy przy sączeniu. Równanie jest też poprawne stechiometrycznie: liczba atomów Fe, O i H się zgadza, a suma ładunków po lewej stronie wynosi 0, tak jak po prawej stronie.
W tym zadaniu łatwo pomylić dwa podobne wodorotlenki żelaza, ale kluczowy jest stopień utlenienia żelaza. Jon Fe²⁺ reagujący z jonami OH⁻ daje Fe(OH)₂, czyli wodorotlenek żelaza(II), a nie żelaza(III). Taki osad ma inne właściwości i może z czasem utleniać się na powietrzu, ale samo równanie nie przedstawia bezpośredniego otrzymania Fe(OH)₃. To typowy błąd: ktoś widzi żelazo i wodorotlenek, więc wybiera podobny wzór, bez sprawdzenia ładunku jonu metalu. Równanie FeCl₃ + 3 NaOH → Fe(OH)₃↓ + 3 NaCl jest chemicznie sensowne jako zapis cząsteczkowy, ale pytanie prosi o formę jonową. W zapisie jonowym skróconym usuwa się jony obserwatorowe, czyli Na⁺ i Cl⁻, bo one tylko pozostają w roztworze i nie tworzą osadu. Z kolei zapis z metalicznym Fe i NaOH jest niezgodny z zasadami chemii roztworów wodnych: żelazo metaliczne nie wypiera sodu z wodorotlenku sodu, a sód metaliczny nie powstaje w takiej mieszaninie. To byłoby sprzeczne z szeregiem aktywności metali i z realiami pracy w laboratorium. Dodatkowo takie równanie budzi problem bilansu ładunku i mechanizmu reakcji. Dobra praktyka analityczna polega na tym, żeby najpierw ustalić, jakie jony faktycznie są w roztworze, potem sprawdzić nierozpuszczalny produkt, a dopiero na końcu zapisać równanie jonowe skrócone. Wtedy wychodzi prosto: Fe³⁺ potrzebuje trzech OH⁻ i tworzy osad Fe(OH)₃.