Номер 3, страница 177 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

3. Перечислите химические свойства железа. Подчеркните особенности его взаимодействия с растворами кислот и солей, а также с неметаллами.

Железо — металл средней активности, проявляющий восстановительные свойства. В соединениях обычно имеет степени окисления +2 и +3. Химические свойства железа разнообразны и зависят от условий реакции и реагентов.

Взаимодействие с неметаллами

Железо реагирует со многими неметаллами, как правило, при нагревании. Особенностью этих реакций является то, что степень окисления железа в продуктах зависит от окислительной способности неметалла.

• С кислородом: во влажном воздухе железо медленно окисляется (ржавеет), образуя гидроксид железа(III): $4Fe + 3O_2 + 6H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$. При сжигании в кислороде или на воздухе образуется железная окалина (смешанный оксид железа(II, III)): $3Fe + 2O_2 \xrightarrow{t} Fe_3O_4$.

• С галогенами: с сильными окислителями, такими как хлор и бром, железо окисляется до степени окисления +3: $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$. С менее активным иодом образуется иодид железа(II): $Fe + I_2 \xrightarrow{t} FeI_2$.

• С серой: при сплавлении образуется сульфид железа(II), так как сера является более слабым окислителем, чем кислород или хлор: $Fe + S \xrightarrow{t} FeS$.

• С другими неметаллами: при высоких температурах реагирует с азотом, фосфором, углеродом, образуя соответственно нитриды, фосфиды и карбиды.

Ответ: Особенность взаимодействия железа с неметаллами заключается в том, что сильные окислители (кислород, хлор) окисляют его до степени окисления +3 (или до смешанной +2, +3), а более слабые (сера, иод) — до степени окисления +2.

Взаимодействие с растворами кислот

Характер взаимодействия железа с кислотами зависит от природы и концентрации кислоты. Ключевыми особенностями являются пассивация в концентрированных кислотах-окислителях и образование солей железа(II) или железа(III) в зависимости от окислительной способности кислоты.

• С кислотами-неокислителями (например, соляная $HCl$ и разбавленная серная $H_2SO_4$): железо, стоящее в ряду активности металлов до водорода, вытесняет его, образуя соль железа(II):

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

  $Fe + H_2SO_4 (разб.) \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow$

• С кислотами-окислителями (азотная $HNO_3$ любой концентрации и концентрированная серная $H_2SO_4$):

  • Пассивация: холодные концентрированные азотная и серная кислоты пассивируют железо, создавая на его поверхности прочную оксидную плёнку, которая препятствует дальнейшей реакции.

  • Реакция при нагревании: при нагревании железо реагирует с концентрированными кислотами-окислителями с образованием соли железа(III), воды и продукта восстановления кислоты (но не водорода):

    $2Fe + 6H_2SO_4 (конц., гор.) \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 3SO_2\uparrow + 6H_2O$

    $Fe + 6HNO_3 (конц., гор.) \rightarrow Fe(NO_3)_3 + 3NO_2\uparrow + 3H_2O$

  • Реакция с разбавленной азотной кислотой: железо также окисляется до +3, а азотная кислота восстанавливается, как правило, до $NO$:

    $Fe + 4HNO_3 (разб.) \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Особенности взаимодействия с кислотами: 1) с кислотами-неокислителями (HCl, разб. H₂SO₄) образуются соли железа(II) и водород; 2) концентрированные H₂SO₄ и HNO₃ на холоде пассивируют железо; 3) с кислотами-окислителями (HNO₃ любой концентрации, конц. H₂SO₄) при нагревании образуются соли железа(III) и продукты восстановления кислоты (SO₂, NO₂, NO).

Взаимодействие с растворами солей

Железо как более активный металл способно вытеснять менее активные металлы (стоящие правее его в ряду активности, например, $Cu, Ag, Hg$) из растворов их солей. Особенностью является то, что в этих реакциях, как правило, образуется соль железа(II).

Например, при погружении железного гвоздя в раствор сульфата меди(II) происходит реакция замещения:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$

Железо окисляется до степени окисления +2, а ионы меди $Cu^{2+}$ восстанавливаются до металлической меди. Это происходит потому, что катионы металлов, таких как $Cu^{2+}$, являются более слабыми окислителями, чем, например, хлор или азотная кислота.

Ответ: Особенность взаимодействия железа с растворами солей менее активных металлов заключается в том, что железо вытесняет их, при этом окисляясь до степени окисления +2 и образуя соответствующую соль железа(II).