Страница 75 - гдз по химии 9 класс тетрадь для лабораторных опытов и практических работ Габриелян, Аксенова

1. В чугунах сера содержится в виде сульфида железа. Как обнаружить её при помощи бумаги, пропитанной раствором соли свинца? Запишите уравнения реакций в молекулярной и ионной форме.

2. Напишите уравнение реакции между сульфидом железа(II) и азотной кислотой, определите окислитель и восстановитель.

1. Для обнаружения серы, содержащейся в чугунах в виде сульфида железа, необходимо провести следующую процедуру:

Сначала образец чугуна обрабатывают кислотой, например, соляной ($HCl$). Сульфид железа(II) ($FeS$), присутствующий в чугуне, реагирует с кислотой, выделяя газообразный сероводород ($H_2S$).

$FeS_{(тв)} + 2HCl_{(р-р)} \rightarrow FeCl_{2(р-р)} + H_2S_{(г)}$

Затем к выделяющемуся газу подносят бумагу, пропитанную раствором соли свинца, например, ацетата свинца(II) ($Pb(CH_3COO)_2$). Сероводород реагирует с солью свинца, образуя чёрный осадок сульфида свинца(II) ($PbS$), который окрашивает бумагу в тёмный цвет, подтверждая наличие серы.

$H_2S_{(г)} + Pb(CH_3COO)_2_{(р-р)} \rightarrow PbS_{(тв)} \downarrow + 2CH_3COOH_{(р-р)}$

Уравнения реакций в молекулярной форме:

$FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S$

$H_2S + Pb(CH_3COO)_2 \rightarrow PbS \downarrow + 2CH_3COOH$

Уравнения реакций в ионной форме:

Для первой реакции ($FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S$): $FeS_{(тв)} + 2H^+_{(р-р)} + 2Cl^-_{(р-р)} \rightarrow Fe^{2+}_{(р-р)} + 2Cl^-_{(р-р)} + H_2S_{(г)}$

Для второй реакции ($H_2S + Pb(CH_3COO)_2 \rightarrow PbS \downarrow + 2CH_3COOH$): $H_2S_{(г)} + Pb^{2+}_{(р-р)} + 2CH_3COO^-_{(р-р)} \rightarrow PbS_{(тв)} \downarrow + 2CH_3COOH_{(р-р)}$

Ответ: Сера в чугуне обнаруживается по образованию черного осадка сульфида свинца при взаимодействии выделяющегося сероводорода с солью свинца.

2. Решение

Реакция между сульфидом железа(II) ($FeS$) и азотной кислотой ($HNO_3$) является окислительно-восстановительной реакцией, так как азотная кислота является сильным окислителем.

В этой реакции железо ($Fe$) окисляется из степени окисления $+2$ до $+3$, а сера ($S$) окисляется из степени окисления $-2$ до $+6$. Азот ($N$) в азотной кислоте восстанавливается из степени окисления $+5$ до $+2$ (в оксиде азота(II)).

Определение окислителя и восстановителя:

Элементы, повышающие свою степень окисления, являются частью восстановителя. В $FeS$ железо ($Fe^{+2}$) и сера ($S^{-2}$) повышают свои степени окисления до $Fe^{+3}$ и $S^{+6}$ соответственно. Следовательно, $FeS$ является восстановителем.

Элемент, понижающий свою степень окисления, является частью окислителя. В $HNO_3$ азот ($N^{+5}$) понижает свою степень окисления до $N^{+2}$. Следовательно, $HNO_3$ является окислителем.

Уравнение реакции:

$FeS + 6HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + H_2SO_4 + 3NO + 2H_2O$

Степени окисления:

$Fe^{\color{red}{+2}}S^{\color{blue}{-2}} + H N^{\color{green}{+5}}O_3 \rightarrow Fe^{\color{red}{+3}}(NO_3)_3 + H_2S^{\color{blue}{+6}}O_4 + N^{\color{green}{+2}}O + H_2O$

Изменение степеней окисления:

$Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$ (окисление, потеря 1 электрона)

$S^{-2} \rightarrow S^{+6}$ (окисление, потеря 8 электронов)

$N^{+5} \rightarrow N^{+2}$ (восстановление, приобретение 3 электронов)

Баланс электронов:

Восстановитель: $FeS \xrightarrow{-9e^-} Fe^{3+} + S^{6+}$

Окислитель: $N^{+5} \xrightarrow{+3e^-} N^{+2}$

Для баланса электронов умножаем реакцию восстановления на 3:

$1 \times (FeS \rightarrow Fe^{3+} + S^{6+} + 9e^-)$

$3 \times (N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2})$

Итоговое уравнение с учетом коэффициентов:

$FeS + 6HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + H_2SO_4 + 3NO + 2H_2O$

Ответ: Уравнение реакции: $FeS + 6HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + H_2SO_4 + 3NO + 2H_2O$. Окислитель: $HNO_3$. Восстановитель: $FeS$.