Номер 2, страница 183 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 39. Окислительные свойства серной и азотной кислот. Глава VII. Неметаллы - номер 2, страница 183.

Условие.

2. При взаимодействии концентрированной серной кислоты с железом степень окисления серы изменяется от +6 до +4. Составьте уравнение этой реакции.

Решение.

Решение 2.

Решение

Взаимодействие железа с концентрированной серной кислотой является окислительно-восстановительной реакцией. Железо ($Fe$) выступает в роли восстановителя, а концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) — в роли окислителя.

1. Определение продуктов реакции.

Согласно условию, степень окисления серы изменяется с +6 до +4. Это означает, что одним из продуктов восстановления серной кислоты является оксид серы(IV), или сернистый газ ($SO_2$).

При реакции с концентрированными кислотами-окислителями железо, как правило, окисляется до своей высшей устойчивой степени окисления +3. Таким образом, образуется соль — сульфат железа(III) ($Fe_2(SO_4)_3$).

Третьим продуктом реакции является вода ($H_2O$), как это обычно бывает при взаимодействии кислот с металлами.

Схема реакции выглядит следующим образом:

$Fe + H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

2. Составление электронного баланса.

Для того чтобы расставить коэффициенты в уравнении, составим электронный баланс, определив, какие элементы изменяют свои степени окисления.

• Железо (восстановитель) отдает электроны, повышая свою степень окисления: $Fe^0 \rightarrow Fe^{+3}$
• Сера (окислитель) принимает электроны, понижая свою степень окисления: $S^{+6} \rightarrow S^{+4}$

Запишем полуреакции окисления и восстановления:

$Fe^0 - 3e^- \rightarrow Fe^{+3}$ | 2
$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 3

Чтобы число отданных и принятых электронов было одинаковым, находим наименьшее общее кратное для 3 и 2, которое равно 6. Умножаем первую полуреакцию на 2, а вторую на 3.

3. Расстановка коэффициентов в уравнении.

Из электронного баланса следует, что перед атомами железа ($Fe$) нужно поставить коэффициент 2, а перед молекулами оксида серы(IV) ($SO_2$) — коэффициент 3.

$2Fe + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + H_2O$

Обратите внимание, что в одной молекуле $Fe_2(SO_4)_3$ уже содержится 2 атома железа, поэтому коэффициент 1 перед ней является правильным.

Теперь уравняем количество атомов серы. В правой части уравнения: 3 атома серы в $Fe_2(SO_4)_3$ и 3 атома серы в $3SO_2$. Всего $3 + 3 = 6$ атомов серы. Следовательно, в левой части перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 6.

$2Fe + 6H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + H_2O$

Далее уравняем атомы водорода. В левой части $6 \times 2 = 12$ атомов водорода. Чтобы в правой части их стало столько же, ставим коэффициент 6 перед $H_2O$.

$2Fe + 6H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 + 6H_2O$

В качестве проверки подсчитаем количество атомов кислорода в левой и правой частях:

• Слева: $6 \times 4 = 24$
• Справа: $(4 \times 3) + (2 \times 3) + 6 = 12 + 6 + 6 = 24$

Количество всех атомов слева и справа одинаково, уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Fe + 6H_2SO_4(\text{конц.}) = Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2 \uparrow + 6H_2O$.