Номер 2, страница 173 - гдз по химии 9 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Глава 7. Металлы. Параграф 48. Железо. Подумай, ответь, выполни... - номер 2, страница 173.

Условие.

2. Составьте уравнения реакций, в которых железо реагирует:

а) с кислотами;

б) с солями;

в) с водой при повышенной температуре.

Покажите переход электронов и укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

Решение

а) с кислотами

Железо, как металл средней активности, стоящий в электрохимическом ряду напряжений до водорода, реагирует с растворами кислот-неокислителей (например, с соляной или разбавленной серной кислотой) с образованием соли железа(II) и выделением водорода.

Уравнение реакции с соляной кислотой:

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

Рассмотрим переход электронов, указав степени окисления элементов, которые их изменяют:

$ \overset{0}{Fe} + 2\overset{+1}{H}Cl \rightarrow \overset{+2}{Fe}Cl_2 + \overset{0}{H_2} \uparrow $

Составим электронный баланс:

$ \overset{0}{Fe} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Fe} $ | 1 | процесс окисления

$ 2\overset{+1}{H} + 2e^- \rightarrow \overset{0}{H_2} $ | 1 | процесс восстановления

Железо ($Fe$) отдает электроны, его степень окисления повышается, оно окисляется и является восстановителем.

Ионы водорода ($H^+$) в составе соляной кислоты принимают электроны, их степень окисления понижается, они восстанавливаются. Следовательно, соляная кислота (за счет ионов водорода $H^+$) является окислителем.

Ответ: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$. Восстановитель - $Fe^0$ (железо), окислитель - $H^+$ (ионы водорода в составе $HCl$).

б) с солями

Железо может вытеснять менее активные металлы (стоящие правее него в электрохимическом ряду напряжений) из растворов их солей. В качестве примера рассмотрим реакцию с раствором сульфата меди(II).

Уравнение реакции:

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

Рассмотрим переход электронов, указав степени окисления:

$ \overset{0}{Fe} + \overset{+2}{Cu}SO_4 \rightarrow \overset{+2}{Fe}SO_4 + \overset{0}{Cu} \downarrow $

Составим электронный баланс:

$ \overset{0}{Fe} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Fe} $ | 1 | процесс окисления

$ \overset{+2}{Cu} + 2e^- \rightarrow \overset{0}{Cu} $ | 1 | процесс восстановления

Железо ($Fe$) отдает электроны, окисляется и является восстановителем.

Ионы меди(II) ($Cu^{2+}$) в составе сульфата меди(II) принимают электроны, восстанавливаются и являются окислителем.

Ответ: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$. Восстановитель - $Fe^0$ (железо), окислитель - $Cu^{2+}$ (ионы меди в составе $CuSO_4$).

в) с водой при повышенной температуре

При высокой температуре (в виде раскаленной проволоки или порошка) железо реагирует с водяным паром. В результате образуется железная окалина (смешанный оксид железа(II, III)) и выделяется водород.

Уравнение реакции:

$3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t} Fe_3O_4 + 4H_2 \uparrow$

Рассмотрим переход электронов. $Fe_3O_4$ является смешанным оксидом ($FeO \cdot Fe_2O_3$), в котором железо имеет степени окисления +2 и +3. Водород в воде имеет степень окисления +1.

$ 3\overset{0}{Fe} + 4\overset{+1}{H}_2O \rightarrow \overset{+2, +3}{Fe_3O_4} + 4\overset{0}{H_2} \uparrow $

Составим электронный баланс. Суммарно 3 атома железа отдают 8 электронов (один атом отдает 2 электрона, а два других - по 3 электрона), а 8 атомов водорода (из 4 молекул воды) принимают 8 электронов.

$ 3\overset{0}{Fe} - 8e^- \rightarrow Fe_3^{+8/3} $ (условная запись для баланса) | 1 | процесс окисления

$ 2\overset{+1}{H} + 2e^- \rightarrow \overset{0}{H_2} $ | 4 | процесс восстановления

Железо ($Fe$) отдает электроны, окисляется и является восстановителем.

Водород ($H^{+1}$) в составе воды принимает электроны, восстанавливается, следовательно, вода является окислителем.

Ответ: $3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t} Fe_3O_4 + 4H_2 \uparrow$. Восстановитель - $Fe^0$ (железо), окислитель - $H_2O$ (вода за счет $H^{+1}$).