Номер 3, страница 153 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Если металл проявляет различные степени окисления, то укажите факторы, от которых зависит состав продукта взаимодействия металлов с неметаллами и растворами кислот и солей. Приведите примеры.

Если металл способен проявлять различные (переменные) степени окисления, то состав продуктов его взаимодействия с другими веществами будет зависеть от ряда факторов. В первую очередь это сила окислителя, с которым реагирует металл, а также условия проведения реакции.

Взаимодействие с неметаллами

При взаимодействии металла с неметаллами состав продукта зависит от следующих факторов:

• Окислительная способность неметалла. Более активные неметаллы-окислители (например, фтор $F_2$, кислород $O_2$, хлор $Cl_2$) окисляют металл до более высоких степеней окисления. Менее активные неметаллы (например, сера $S$, иод $I_2$) окисляют тот же металл до более низких степеней окисления.
• Соотношение реагентов. Избыток неметалла-окислителя, как правило, способствует образованию соединения, в котором металл проявляет более высокую степень окисления.
• Условия реакции (температура). Нагревание обычно увеличивает окислительную способность реагентов и может приводить к образованию продуктов с более высокой степенью окисления металла.

Примеры:

Железо ($Fe$) может проявлять степени окисления $+2$ и $+3$.

1. В реакции с сильным окислителем хлором железо окисляется до степени окисления $+3$:

$2\stackrel{0}{Fe} + 3\stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+3}{Fe}\stackrel{-1}{Cl_3}$

2. В реакции с более слабым окислителем, серой, железо окисляется до степени окисления $+2$:

$\stackrel{0}{Fe} + \stackrel{0}{S} \rightarrow \stackrel{+2}{Fe}\stackrel{-2}{S}$

Ответ: Состав продукта взаимодействия металла с неметаллом зависит от окислительной способности неметалла, соотношения реагентов и условий реакции (температуры).

Взаимодействие с растворами кислот

Ключевыми факторами являются природа и концентрация кислоты:

• Природа кислоты.
  • В кислотах-неокислителях (разбавленные $H_2SO_4$, $HCl$ и др.), где окислителем выступает катион водорода $H^+$, металлы (стоящие в ряду активности до водорода) окисляются, как правило, до своей низшей устойчивой положительной степени окисления.
  • В кислотах-окислителях (концентрированная $H_2SO_4$, азотная кислота $HNO_3$ любой концентрации), где окислителем является кислотный остаток (анион), металлы окисляются до более высоких или высших степеней окисления.
• Концентрация кислоты. Для кислот-окислителей их окислительная способность напрямую зависит от концентрации. Концентрированные растворы являются более сильными окислителями.

Примеры:

Рассмотрим взаимодействие железа ($Fe$) с серной кислотой ($H_2SO_4$) разной концентрации.

1. С разбавленной серной кислотой (кислота-неокислитель) железо окисляется до $+2$:

$\stackrel{0}{Fe} + H_2\stackrel{+6}{S}O_4 (разб.) \rightarrow \stackrel{+2}{Fe}SO_4 + \stackrel{0}{H_2} \uparrow$

2. С концентрированной серной кислотой (кислота-окислитель) при нагревании железо окисляется до $+3$:

$2\stackrel{0}{Fe} + 6H_2\stackrel{+6}{S}O_4 (конц., t°) \rightarrow \stackrel{+3}{Fe_2}(SO_4)_3 + 3\stackrel{+4}{S}O_2 \uparrow + 6H_2O$

Ответ: Состав продукта взаимодействия металла с кислотой зависит от природы кислоты (является ли она окислителем), ее концентрации и температуры.

Взаимодействие с растворами солей

В этом случае определяющим фактором является окислительная способность катиона металла, входящего в состав соли. Металл-восстановитель будет вытеснять менее активный металл из раствора его соли. При этом металл-восстановитель переходит в одну из своих степеней окисления.

Особый случай — реакция металла с солью этого же металла, находящегося в более высокой степени окисления. В таких реакциях (сопропорционирование) образуется соединение с промежуточной степенью окисления.

Примеры:

1. Железо ($Fe$) реагирует с раствором сульфата меди(II) ($CuSO_4$). Катион $Cu^{2+}$ — окислитель, но не очень сильный. Железо окисляется до своей низшей степени окисления $+2$:

$\stackrel{0}{Fe} + \stackrel{+2}{Cu}SO_4 \rightarrow \stackrel{+2}{Fe}SO_4 + \stackrel{0}{Cu}$

2. Железо ($Fe$) реагирует с раствором хлорида железа(III) ($FeCl_3$). Катион $Fe^{3+}$ является окислителем для металлического железа $Fe^0$. В результате реакции оба реагента переходят в промежуточную степень окисления $+2$:

$\stackrel{0}{Fe} + 2\stackrel{+3}{Fe}Cl_3 \rightarrow 3\stackrel{+2}{Fe}Cl_2$

Ответ: Состав продукта взаимодействия металла с раствором соли зависит от окислительной способности катиона в соли.