Номер 5, страница 109 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 14. Металлы в природе. Общие способы получения металлов. Металлургия. Глава 3. Неорганическая химия - номер 5, страница 109.

Условие.

5. Сравните железо и алюминий по химической активности (положение в ряду напряжений, отношение к воде, растворам кислот).

Решение.

Решение 2.

Положение в ряду напряжений

Химическая активность металлов определяется их положением в электрохимическом ряду напряжений. Чем левее в этом ряду расположен металл, тем он химически активнее. Алюминий ($Al$) находится в ряду напряжений левее железа ($Fe$).

Фрагмент ряда напряжений: ... → $Mg$ → $Al$ → $Mn$ → $Zn$ → $Fe$ → ... → $H$ → ...

Это означает, что алюминий является более сильным восстановителем, чем железо, то есть он легче отдает свои валентные электроны и активнее вступает в химические реакции.

Ответ: Алюминий химически активнее железа, так как он расположен левее в ряду напряжений металлов.

Отношение к воде

Несмотря на высокую химическую активность, в обычных условиях алюминий не реагирует с водой. Это связано с тем, что на его поверхности мгновенно образуется очень прочная и химически инертная оксидная пленка ($Al_2O_3$), которая защищает металл от дальнейшего взаимодействия. Если эту защитную пленку удалить (например, механически или при помощи раствора щелочи), алюминий будет бурно реагировать с водой, вытесняя водород:

$2Al + 6H_2O \rightarrow 2Al(OH)_3 \downarrow + 3H_2 \uparrow$

Железо в обычных условиях с водой не взаимодействует. Реакция с водой возможна только при сильном нагревании (с водяным паром при температуре красного каления). В результате образуется смешанный оксид железа (железная окалина) и водород:

$3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t^{\circ}} Fe_3O_4 + 4H_2 \uparrow$

Таким образом, хотя на практике алюминий пассивен к воде из-за оксидной пленки, его истинная химическая активность по отношению к воде выше, чем у железа.

Ответ: Алюминий, будучи более активным металлом, защищен оксидной пленкой и не реагирует с водой в обычных условиях. Железо менее активно и реагирует с водой только при сильном нагревании. При нарушении оксидной пленки алюминий реагирует с водой гораздо активнее железа.

Отношение к растворам кислот

И алюминий, и железо расположены в ряду напряжений левее водорода ($H$), поэтому оба металла способны вытеснять водород из растворов кислот-неокислителей (таких как соляная $HCl$ и разбавленная серная $H_2SO_4$). В соответствии с их положением в ряду напряжений, алюминий реагирует с этими кислотами значительно энергичнее, чем железо. Стоит отметить, что реакция алюминия может начаться не сразу, а с некоторой задержкой, которая требуется для растворения защитной оксидной пленки на его поверхности.

Уравнения реакций с соляной кислотой:

$2Al + 6HCl \rightarrow 2AlCl_3 + 3H_2 \uparrow$

$Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Особый случай — взаимодействие с концентрированными кислотами-окислителями (азотной $HNO_3$ и серной $H_2SO_4$). При комнатной температуре обе эти кислоты пассивируют как алюминий, так и железо, образуя на их поверхности плотную оксидную пленку, которая препятствует дальнейшей реакции. При нагревании реакция становится возможной, но протекает иначе, без выделения водорода.

Ответ: И алюминий, и железо реагируют с растворами кислот-неокислителей с выделением водорода, при этом алюминий как более активный металл реагирует энергичнее. В концентрированных кислотах-окислителях ($HNO_3$, $H_2SO_4$) на холоде оба металла пассивируются.