Решение: Реакция металлов с купоросом
Статья к заданиюКак «болеет» железо
Прочитайте текст и выполните задания.
Первое железо, с которым столкнулось человечество, было из метеоритов. Это было химически чистое железо, устойчивое к коррозии и хорошо «сопротивляющееся» действию кислот. Однако ничтожные примеси лишают железо этих свойств и повышают его реакционную способность: оно реагирует с некоторыми неметаллами (S, Cl₂), кислотами (HCl, HNO₃) и солями (CuSO₄, AgNO₃). В силу достаточной химической активности железо на земле встречается преимущественно в виде соединений.
При наличии кислорода, воды и достаточного времени практически любая масса изделий из железа в конечном итоге полностью преобразуется в ржавчину и разрушается (корродирует).
На земном шаре ежегодно «болеет» ржавчиной такое количество железа, которое равняется четверти его годовой добычи. Процесс коррозии можно условно выразить следующей схемой:
Fe + O₂ + H₂O → Fe₂O₃·nH₂O.
Как видно из схемы, ржавчина состоит из гидратированного оксида железа(III) Fe₂O₃·nH₂O и гидроксидов железа (FeO(OH), Fe(OH)₃).
Для борьбы с ржавчиной применяются различные методы. Например, железо смешивают с другими веществами (добавками) и получают сплавы. Наиболее известные из них – сталь и чугун.
По значению для человека железо является металлом № 1.
Используя сведения из приведённого материала и знания о химических свойствах металлов, объясните, почему раствор медного купороса $\mathrm{CuSO_4}$ не рекомендуется приготавливать и хранить в железном или оцинкованном ведре. Спрогнозируйте изменения, которые произойдут, если железо или цинк поместить в голубой раствор медного купороса, и составьте уравнения реакций.
Решение по шагам
4 шагаЖелезо и цинк находятся в ряду активности металлов левее меди, поэтому они химически активнее меди и способны вытеснять её из раствора сульфата меди(II).
При погружении железа в раствор происходит реакция замещения. На поверхности железа выделяется красноватая металлическая медь, железо постепенно растворяется, а в растворе образуется сульфат железа(II). Голубая окраска раствора изменяется и становится зеленоватой.
$$\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$$При погружении цинка также выделяется медь, а цинк растворяется с образованием сульфата цинка. Раствор постепенно теряет голубую окраску, поскольку сульфат цинка бесцветен.
$$\mathrm{Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu}$$Поэтому раствор медного купороса нельзя хранить в железном ведре: железо будет разрушаться, а в раствор попадёт сульфат железа. В оцинкованном ведре сначала будет разрушаться цинковое покрытие; после его повреждения начнётся коррозия железа. Кроме того, выделяющаяся медь может оседать на поверхности металла.
Железо и цинк активнее меди, поэтому вытесняют её из раствора $\mathrm{CuSO_4}$. На металле выделяется медь, а голубая окраска раствора ослабевает. Реакции: $\mathrm{Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu}$ и $\mathrm{Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu}$. Поэтому железное ведро разрушается, а в оцинкованном сначала растворяется защитное цинковое покрытие.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Указывать, что медь вытесняет железо или цинк из их солей.
Записывать образование сульфата меди вместо сульфата железа или цинка.
Не учитывать, что оцинкованное ведро имеет цинковое покрытие.
Не описывать наблюдаемые изменения: выделение меди и ослабление голубой окраски раствора.