Номер 6, страница 206 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 43. Железо - простое вещество. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 6, страница 206.

Условие.

6. Объясните, почему железо реагирует с 20%-м раствором серной кислоты с выделением водорода и образованием сульфата железа(II), а с горячей 70%-й серной кислотой с образованием сульфата железа(III), выделением сернистого газа и воды. Напишите уравнения реакций

Решение.

Решение 2.

Различие в продуктах реакции железа с серной кислотой разной концентрации объясняется тем, что в зависимости от условий серная кислота может выступать либо как обычная кислота, где окислителем является водород, либо как сильный окислитель за счет серы в высшей степени окисления.

Реакция железа с 20%-м раствором серной кислоты

В разбавленном растворе (20%) серная кислота ведет себя как типичная сильная кислота. Окислителем в данном случае выступают катионы водорода $H^+$. Железо, как металл, стоящий в ряду активности до водорода, вступает в реакцию замещения, вытесняя его. При этом атом железа окисляется до своей низшей устойчивой степени окисления +2, образуя соль — сульфат железа(II).
Уравнение реакции: $Fe + H_2SO_4 \text{(разб.)} \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$

Ответ: В 20%-м растворе серная кислота реагирует как кислота-неокислитель, где окислителем является ион водорода $H^+$. Железо окисляется до $Fe^{2+}$, образуя сульфат железа(II) и газообразный водород. Уравнение реакции: $Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2 \uparrow$.

Реакция железа с горячей 70%-й серной кислотой

В концентрированном растворе (70%), особенно при нагревании, серная кислота проявляет сильные окислительные свойства. Окислителем выступает атом серы в высшей степени окисления +6 ($S^{+6}$). Являясь сильным окислителем, концентрированная серная кислота окисляет железо до его высшей устойчивой степени окисления +3. Продуктом восстановления серы является сернистый газ $SO_2$ (где сера имеет степень окисления +4), также в реакции образуется вода.
Это окислительно-восстановительная реакция, которую можно сбалансировать методом электронного баланса:
$Fe^0 - 3e^- \rightarrow Fe^{+3}$ | × 2 (процесс окисления)
$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | × 3 (процесс восстановления)
Молекулярное уравнение реакции: $2Fe + 6H_2SO_4 \text{(конц., гор.)} \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 \uparrow + 6H_2O$

Ответ: В горячей 70%-й серной кислоте окислителем является атом серы $S^{+6}$. Он окисляет железо до $Fe^{3+}$, в результате чего образуются сульфат железа(III), сернистый газ и вода. Уравнение реакции: $2Fe + 6H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 \uparrow + 6H_2O$.