Номер 852, страница 139 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

852. При комнатных условиях реакция алюминиевого порошка с порошкообразным йодом протекает очень медленно, но резко ускоряется при добавлении к реакционной смеси маленькой капельки воды. Это один из уникальных случаев в неорганической химии, когда вода выполняет необычную для себя роль. Приведите уравнение этой реакции и предположите, какую роль может играть вода в этой реакции.

Уравнение реакции

Реакция между алюминиевым порошком и порошкообразным йодом является реакцией соединения, в ходе которой образуется соль — йодид алюминия. Алюминий ($Al$) в своих соединениях обычно проявляет степень окисления +3, а йод ($I$) как галоген — –1. Следовательно, формула продукта — $AlI_3$. Сбалансированное уравнение реакции имеет следующий вид:

$2Al + 3I_2 \rightarrow 2AlI_3$

Эта реакция является сильно экзотермической, то есть протекает с выделением значительного количества тепла.

Ответ: $2Al + 3I_2 \rightarrow 2AlI_3$.

Роль воды в реакции

В данной реакции вода выполняет необычную для себя роль катализатора. При комнатных условиях взаимодействие двух твердых веществ протекает крайне медленно по двум основным причинам: малая площадь контакта реагентов и наличие на поверхности алюминия тонкой, но очень прочной и химически инертной оксидной пленки ($Al_2O_3$), которая препятствует реакции.

Добавление капли воды резко ускоряет процесс, так как она инициирует реакцию. Роль воды заключается в следующем:

Во-первых, вода выступает как транспортная среда. Йод незначительно растворяется в воде, и этот раствор обеспечивает гораздо более эффективный контакт молекул йода с поверхностью частиц алюминия, чем при простом смешивании порошков.

Во-вторых, и это считается основной причиной, вода участвует в химическом разрушении защитной оксидной пленки. Йод, растворяясь в воде, частично диспропорционирует с образованием йодоводородной ($HI$) и йодноватистой ($HOI$) кислот:

$I_2 + H_2O \rightleftharpoons HI + HOI$

Образовавшаяся сильная йодоводородная кислота вступает в реакцию с амфотерным оксидом алюминия, растворяя его:

$Al_2O_3 + 6HI \rightarrow 2AlI_3 + 3H_2O$

После того как оксидная пленка удалена, чистый активный алюминий получает доступ к йоду, и начинается бурная экзотермическая реакция. Выделяющееся тепло приводит к испарению воды и сублимации (возгонке) йода, что вызывает самоускорение реакции, которая часто сопровождается вспышкой и выделением фиолетовых паров йода.

Ответ: Вода в этой реакции играет роль катализатора. Она создает среду для переноса реагентов и, что наиболее важно, участвует в химическом процессе разрушения пассивной оксидной пленки на поверхности алюминия, тем самым инициируя бурное взаимодействие реагентов.