Задание, страница 181 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Задания в параграфе. Параграф 25. Классификация и характеристика неорганических и органических соединений. Глава 6. Классификация и взаимосвязь неорганических и органических веществ - страница 181.

Условие.

Задание. Сравните свойства металла железа и неметалла серы.

Решение.

Решение 2.

Железо ($Fe$) и сера ($S$) являются представителями классов металлов и неметаллов соответственно, что определяет кардинальные различия в их свойствах. Сравнение проведем по нескольким ключевым параметрам.

1. Положение в Периодической системе и строение атома

Железо ($Fe$) – химический элемент №26, расположен в 4-м периоде, VIII группе, побочной (Б) подгруппе. Это d-элемент. Электронная конфигурация атома: $1s^22s^22p^63s^23p^63d^64s^2$. На внешнем энергетическом уровне находятся 2 электрона. Атомы железа легко отдают электроны с внешнего и предвнешнего уровней, проявляя свойства металла (восстановителя) и образуя катионы $Fe^{2+}$ и $Fe^{3+}$.

Сера ($S$) – химический элемент №16, расположена в 3-м периоде, VI группе, главной (А) подгруппе. Это p-элемент. Электронная конфигурация атома: $1s^22s^22p^63s^23p^4$. На внешнем энергетическом уровне находятся 6 электронов. Атому серы энергетически выгоднее принять 2 электрона для завершения внешнего уровня, чем отдать 6, поэтому она проявляет типичные свойства неметалла (окислителя). Однако, в реакциях с более электроотрицательными элементами (кислород, фтор) сера может отдавать электроны, проявляя свойства восстановителя.

Ответ: Железо - d-металл VIII группы, типичный восстановитель. Сера - p-неметалл VI группы, проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства.

2. Физические свойства

Сравнение физических свойств наглядно демонстрирует разницу между металлом и неметаллом.

• Агрегатное состояние (при н.у.): Оба элемента - твердые вещества.
• Внешний вид: Железо – серебристо-белый, ковкий и пластичный металл с характерным металлическим блеском. Сера – хрупкое кристаллическое вещество желтого цвета, не имеющее металлического блеска.
• Электро- и теплопроводность: Железо обладает высокой электро- и теплопроводностью, что характерно для металлов. Сера является диэлектриком (изолятором), она плохо проводит и электрический ток, и тепло.
• Температуры плавления и кипения: У железа они очень высокие ($t_{пл} = 1538^\circ C$, $t_{кип} = 2862^\circ C$), что обусловлено прочной металлической кристаллической решеткой. У серы температуры фазовых переходов значительно ниже ($t_{пл} = 115.2^\circ C$, $t_{кип} = 444.6^\circ C$), что связано с молекулярным строением ее кристаллической решетки (молекулы $S_8$).
• Плотность: Железо - тяжелый металл ($ρ = 7.87 \text{ г/см}^3$). Сера - легкое вещество ($ρ \approx 2.07 \text{ г/см}^3$).
• Механические свойства: Железо ковкое и пластичное, его можно прокатывать в листы и вытягивать в проволоку. Сера хрупкая и при ударе легко раскалывается в порошок.

Ответ: Физические свойства железа (металлический блеск, высокая проводимость, ковкость, высокая температура плавления) и серы (отсутствие блеска, низкая проводимость, хрупкость, низкая температура плавления) являются типичными и противоположными для металлов и неметаллов.

3. Химические свойства

Железо – металл средней активности, проявляет исключительно восстановительные свойства. Сера – активный неметалл, может быть как окислителем, так и восстановителем.

• Взаимодействие друг с другом: При нагревании железо (восстановитель) реагирует с серой (окислитель) с образованием сульфида железа(II):
  $Fe + S \xrightarrow{t} FeS$
• Взаимодействие с кислородом: Оба элемента реагируют с кислородом при нагревании.
  • Железо горит в кислороде, образуя железную окалину: $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t} Fe_3O_4$. Во влажном воздухе медленно корродирует (ржавеет).
  • Сера горит синим пламенем, образуя сернистый газ: $S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2$.
• Взаимодействие с кислотами:
  • Железо реагирует с кислотами-неокислителями (например, $HCl$, разбавленная $H_2SO_4$), вытесняя водород: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow$. Концентрированными кислотами-окислителями ($HNO_3$, $H_2SO_4$) пассивируется на холоде или окисляется до $Fe^{3+}$ при нагревании.
  • Сера не реагирует с кислотами-неокислителями. С концентрированными кислотами-окислителями реагирует как восстановитель: $S + 2H_2SO_4(\text{конц.}) \xrightarrow{t} 3SO_2\uparrow + 2H_2O$.
• Взаимодействие со щелочами:
  • Железо не реагирует со щелочами.
  • Сера диспропорционирует в горячих растворах щелочей, образуя сульфид и сульфит: $3S + 6NaOH \xrightarrow{t} 2Na_2S + Na_2SO_3 + 3H_2O$.

Ответ: Железо всегда выступает в роли восстановителя, образуя соединения в степенях окисления +2 и +3. Сера, в зависимости от реагента, может быть как окислителем (степень окисления -2 в сульфидах), так и восстановителем (степени окисления +4, +6 в оксидах и кислотах).