Номер 1, страница 210 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 44. Соединения железа. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 1, страница 210.

Условие.

1. В какой степени окисления железо наиболее устойчиво? Приведите примеры соединений.

Решение.

Решение 2.

1. Наиболее устойчивой степенью окисления для железа (Fe) является +3. Железо, как переходный металл, проявляет несколько степеней окисления, но соединения железа(III) более стабильны по сравнению с соединениями железа(II).

Стабильность степени окисления +3 объясняется электронной конфигурацией иона железа. Электронная конфигурация нейтрального атома железа: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2$ или сокращенно $[Ar] 3d^64s^2$.

• При потере двух электронов с внешнего 4s-подуровня образуется ион $Fe^{2+}$, имеющий степень окисления +2 и электронную конфигурацию $[Ar] 3d^6$.
• При потере еще одного электрона (с 3d-подуровня) образуется ион $Fe^{3+}$, имеющий степень окисления +3 и электронную конфигурацию $[Ar] 3d^5$.

Электронная конфигурация $3d^5$ соответствует наполовину заполненному d-подуровню. Согласно правилам квантовой механики (в частности, правилу Хунда), наполовину заполненные и полностью заполненные электронные подуровни обладают повышенной термодинамической устойчивостью. Это связано с симметричным распределением электронов по орбиталям и максимальной энергией обмена, что приводит к понижению общей энергии системы.

Практическим подтверждением большей стабильности степени окисления +3 служит тот факт, что соединения железа(II) являются хорошими восстановителями и легко окисляются до соединений железа(III) под действием окислителей, в том числе кислорода воздуха. Например, свежеприготовленный осадок гидроксида железа(II) $Fe(OH)_2$ имеет светло-зеленый цвет, но на воздухе он быстро темнеет и буреет, превращаясь в гидроксид железа(III) $Fe(OH)_3$.

Примеры соединений железа со степенью окисления +3:

• Оксид железа(III), $Fe_2O_3$ — основной компонент ржавчины и минерала гематита.
• Гидроксид железа(III), $Fe(OH)_3$ — нерастворимое в воде основание бурого цвета.
• Хлорид железа(III), $FeCl_3$ — соль, широко используемая в качестве коагулянта при очистке воды.
• Сульфат железа(III), $Fe_2(SO_4)_3$ — соль, существующая в виде желтоватых кристаллов.
• Нитрат железа(III), $Fe(NO_3)_3$ — соль, кристаллогидрат которой имеет светло-фиолетовый цвет.

Ответ: Наиболее устойчивой степенью окисления железа является +3. Примеры соединений: оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$), хлорид железа(III) ($FeCl_3$).