Номер 3, страница 205 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 43. Железо - простое вещество. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 3, страница 205.

Условие.

3. Очень чистое железо, не содержащее примесей, практически не подвержено коррозии и медленно растворяется в кислотах. В то же время металл технической чистоты гораздо более активен. Чем это можно объяснить?

Решение.

Решение 2.

Это явление объясняется электрохимическими процессами, а именно образованием множества микроскопических гальванических пар на поверхности технического железа из-за наличия в нем примесей.

В случае химически чистого железа все атомы на его поверхности одинаковы. При его контакте с кислотой процесс растворения (коррозии) протекает медленно. Это связано с тем, что катодный процесс — восстановление ионов водорода с образованием газообразного $H_2$ — имеет на поверхности чистого железа высокое перенапряжение. Перенапряжение — это дополнительная энергия, которая требуется для протекания реакции. Высокое перенапряжение тормозит катодный процесс, а следовательно, и сопряженный с ним анодный процесс — окисление (растворение) самого железа.

В техническом железе всегда содержатся примеси, например, углерод (С), медь (Cu) и другие, которые менее химически активны, чем железо. Когда такой металл попадает в среду электролита (например, в раствор кислоты), на его поверхности образуются микрогальванические элементы. В этих элементах происходят следующие процессы:

• Более активное железо (Fe) выступает в роли анода и подвергается окислению (разрушению):
  $Fe - 2e^{-} \rightarrow Fe^{2+}$
• Менее активные примеси (например, вкрапления углерода) выступают в роли катода. На их поверхности происходит процесс восстановления окислителя из раствора. В кислой среде это ионы водорода:
  $2H^{+} + 2e^{-} \rightarrow H_{2}\uparrow$

Ключевым фактором является то, что перенапряжение выделения водорода на поверхности этих примесей (особенно на углероде) значительно ниже, чем на поверхности железа. Это приводит к тому, что катодный процесс на примесях протекает гораздо легче и с большей скоростью. Ускоренный катодный процесс интенсивно "оттягивает" электроны от атомов железа, тем самым резко ускоряя и анодный процесс, то есть коррозию железа.

Таким образом, наличие примесей создает условия для быстрой электрохимической коррозии, делая техническое железо гораздо более активным, чем чистое.

Ответ:

Повышенная активность технического железа по сравнению с химически чистым объясняется наличием в его составе примесей (например, углерода). В присутствии электролита (кислоты или влаги) железо и его примеси образуют на поверхности множество микроскопических гальванических пар. В этих парах более активное железо выступает анодом и разрушается (корродирует), а менее активные примеси — катодом, на котором происходит восстановление окислителя из среды (например, ионов водорода $H^{+}$). Процесс на катоде (на примесях) протекает значительно легче из-за более низкого перенапряжения выделения водорода, чем на поверхности чистого железа, что приводит к резкому ускорению коррозии всего металла.