Домашний эксперимент, страница 121 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

Рисование йодом

Этот опыт хорош тем, что все необходимое для него есть дома: свечка, аптечный йод (спиртовой раствор, йодная настойка) и какой-нибудь ненужный железный предмет — старая дверная петля, ключ от неизвестного замка или замок, ключи от которого потеряны. Металлическую поверхность, на которой будет рисунок, прошлифуйте наждачной бумагой до блеска, зажгите свечку и наклоните ее так, чтобы парафин капал на блестящую поверхность. Слегка нагрейте предмет, чтобы парафин растекся тонким слоем. А когда он охладится и остынет, иглой процарапайте канавки, чтобы они дошли до металла. Наберите пипеткой аптечный йод и капните на царапины. Через несколько минут раствор йода побледнеет, и тогда вновь нанесите его на царапины. Примерно через час снимите слой парафина: вы увидите на металле ясные следы, они точь-в-точь повторяют рисунок на парафине. Такой процесс называют химическим травлением.

В тексте описан процесс химического травления железа с использованием спиртового раствора йода. Ниже приведено развернутое объяснение химических процессов, происходящих во время этого опыта.

Роль парафина в эксперименте

Парафин, который наносится на металлическую поверхность, выполняет функцию защитной маски или резиста. Парафин состоит из углеводородов, которые химически инертны и не вступают в реакцию ни с железом, ни с компонентами йодной настойки (йодом, спиртом, водой). Он создает на поверхности сплошной водонепроницаемый слой. Когда на этом слое процарапывается рисунок, обнажаются только определенные участки металлической поверхности. Таким образом, последующая химическая реакция будет происходить строго в пределах этого рисунка, позволяя получить четкое изображение.

Ответ: Парафин используется в качестве защитного слоя (маски), который покрывает те участки металлической поверхности, которые не должны подвергаться травлению. Он химически устойчив к йоду. Процарапывая парафин, мы обнажаем металл только в нужных местах, позволяя йоду реагировать с железом избирательно и создавать рисунок.

Химическая реакция между железом и йодом

Ключевым моментом опыта является химическая реакция, происходящая на границе обнаженного металла и раствора йода. Железо (Fe) — это металл, который выступает в качестве восстановителя, а йод (I₂) — галоген, являющийся окислителем. При их контакте происходит окислительно-восстановительная реакция. Атомы железа с поверхности металла окисляются, теряя электроны и превращаясь в катионы железа(II), а молекулы йода восстанавливаются, принимая электроны и превращаясь в йодид-анионы. Эти ионы образуют соль — йодид железа(II), которая хорошо растворяется в водно-спиртовом растворе настойки. Процесс описывается следующим химическим уравнением: $Fe_{(тв)} + I_{2(р-р)} \rightarrow FeI_{2(р-р)}$ где (тв) означает твердое вещество, а (р-р) — вещество в растворе.

Ответ: Основной процесс — это химическая реакция между железом (Fe) и йодом (I₂), содержащимся в аптечной настойке. Железо окисляется, а йод восстанавливается. В результате этой реакции образуется растворимая соль — йодид железа(II). Уравнение реакции: $Fe + I_2 \rightarrow FeI_2$. Именно эта реакция приводит к "растворению" или удалению металла с поверхности в местах, не защищенных парафином.

Причина осветления раствора йода

Спиртовой раствор йода имеет характерный насыщенный коричнево-желтый цвет, который обусловлен присутствием в нем молекулярного йода ($I_2$). В ходе реакции травления молекулярный йод расходуется, превращаясь в йодид железа(II) ($FeI_2$). Это соединение, находясь в растворе, имеет гораздо более бледную окраску (от бледно-зеленой до почти бесцветной в зависимости от концентрации), чем исходный раствор йода. Следовательно, по мере протекания реакции концентрация $I_2$ в капле раствора уменьшается, что и приводит к ее видимому осветлению или обесцвечиванию. Это является индикатором того, что реакция идет и травитель (йод) расходуется.

Ответ: Раствор йода имеет характерный коричневый цвет из-за молекулярного йода ($I_2$). В ходе реакции с железом молекулы йода превращаются в ионы йодида ($I^-$), которые в соединении с ионами железа ($Fe^{2+}$) образуют соль йодид железа(II) ($FeI_2$). Это соединение в растворе гораздо бледнее, чем исходный йод. Таким образом, по мере расходования йода в реакции, его концентрация в растворе падает, и раствор светлеет.

Суть процесса химического травления

Описанный в тексте процесс является классическим примером химического травления. Это технология, при которой удаление материала с поверхности заготовки происходит путем химической реакции с активным веществом — травителем. В данном случае:

• Заготовка — железный предмет.
• Материал — железо ($Fe$).
• Травитель (этchant) — йод ($I_2$).
• Маска (резист) — парафин.

Ответ: Химическое травление — это процесс удаления материала с поверхности с помощью химических реактивов. В данном опыте йод выступает в роли травителя (реагента), который вступает в реакцию с железом. В результате реакции твердый металл (железо) превращается в растворимое соединение (йодид железа(II)), которое уносится раствором. Это приводит к образованию углублений на металлической поверхности в тех местах, где был процарапан парафин. Таким образом, рисунок, процарапанный на парафине, "переносится" на металл в виде рельефа.