осуществить превращения Fe-Fe(OH)3-Fe2O3-Fe

Нужно подобрать такие реакции, чтобы железо последовательно превратилось в Fe(OH)₃, затем в Fe₂O₃, а потом снова в Fe. Удобнее всего идти через окисление железа до соли Fe(III), осаждение гидроксида, прокаливание и восстановление оксида.

1) Fe → Fe(OH)₃

Сразу из металла получить Fe(OH)₃ “в одну стадию” неудобно, поэтому делаем это через растворимую соль железа(III).

Шаг 1. Окислить железо до соли Fe(III) (например, хлорида железа(III)):

1. Сначала растворяем Fe в кислоте, получаем соль Fe(II):

2. Затем окисляем Fe(II) до Fe(III) (можно хлором, пероксидом, кислородом в кислой среде и т. п.). Один из типичных вариантов:

Шаг 2. Осадить гидроксид железа(III) добавлением щёлочи:

Выпадает бурый студенистый осадок Fe(OH)₃.

2) Fe(OH)₃ → Fe₂O₃

Это дегидратация (разложение при нагревании). При прокаливании гидроксид теряет воду и превращается в оксид железа(III):

3) Fe₂O₃ → Fe

Оксид железа(III) восстанавливают до металла восстановителями (CO, H₂, Al и др.). Самый “классический” вариант — восстановление угарным газом в доменном процессе:

Альтернатива — водородом:

Или алюмотермия (очень экзотермично):

Итоговая цепочка (в виде набора уравнений)

1. $\mathrm{Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow}$

2. $\mathrm{2FeCl_2 + Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}$

3. $\mathrm{FeCl_3 + 3NaOH \rightarrow Fe(OH)_3\downarrow + 3NaCl}$

4. $\mathrm{2Fe(OH)_3 \xrightarrow{\Delta} Fe_2O_3 + 3H_2O}$

5. $\mathrm{Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{\Delta} 2Fe + 3CO_2}$

Так выполняются превращения Fe → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ → Fe.