Номер 649, страница 113 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

649. Составьте уравнение фотосинтеза, определите степени окисления всех атомов. Установите, какие атомы изменяют степень окисления. Укажите окислитель и восстановитель.

Составьте уравнение фотосинтеза

Фотосинтез — это сложный биохимический процесс, в ходе которого зеленые растения, водоросли и некоторые бактерии преобразуют энергию света в химическую энергию органических соединений. Исходными веществами для фотосинтеза служат диоксид углерода (углекислый газ) и вода, а в качестве продуктов образуются углеводы (например, глюкоза) и кислород. Суммарное уравнение реакции фотосинтеза выглядит следующим образом:

$6CO_2 + 6H_2O \xrightarrow{h\nu, \text{хлорофилл}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2$

Где $CO_2$ — диоксид углерода, $H_2O$ — вода, $C_6H_{12}O_6$ — глюкоза, а $O_2$ — кислород.

Ответ: $6CO_2 + 6H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6O_2$.

Определите степени окисления всех атомов

Для определения степеней окисления атомов в соединениях используем следующие правила: степень окисления водорода почти всегда +1, кислорода — -2 (кроме пероксидов и соединений с фтором). Сумма степеней окисления в нейтральной молекуле равна нулю. Степень окисления простого вещества равна нулю.

• В $CO_2$: степень окисления кислорода (О) равна -2. Пусть степень окисления углерода (C) равна $x$. Тогда: $x + 2 \cdot (-2) = 0 \implies x = +4$. Получаем: $\stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2}$.
• В $H_2O$: степень окисления водорода (H) равна +1, а кислорода (О) — -2. Проверка: $2 \cdot (+1) + (-2) = 0$. Получаем: $\stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O}$.
• В $C_6H_{12}O_6$: степень окисления H равна +1, О равна -2. Пусть степень окисления C равна $y$. Тогда: $6y + 12 \cdot (+1) + 6 \cdot (-2) = 0 \implies 6y + 12 - 12 = 0 \implies 6y = 0 \implies y = 0$. Получаем: $\stackrel{0}{C_6}\stackrel{+1}{H_{12}}\stackrel{-2}{O_6}$.
• В $O_2$: кислород является простым веществом, поэтому его степень окисления равна 0. Получаем: $\stackrel{0}{O_2}$.

Запишем уравнение реакции со всеми степенями окисления:

$6\stackrel{+4}{C}\stackrel{-2}{O_2} + 6\stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O} \rightarrow \stackrel{0}{C_6}\stackrel{+1}{H_{12}}\stackrel{-2}{O_6} + 6\stackrel{0}{O_2}$

Ответ: В $CO_2$: $C^{+4}, O^{-2}$. В $H_2O$: $H^{+1}, O^{-2}$. В $C_6H_{12}O_6$: $C^{0}, H^{+1}, O^{-2}$. В $O_2$: $O^{0}$.

Установите, какие атомы изменяют степень окисления

Сравнивая степени окисления атомов в реагентах и продуктах, можно определить, какие из них изменились в ходе реакции.

• Углерод (C) изменил свою степень окисления с +4 в $CO_2$ до 0 в $C_6H_{12}O_6$.
• Кислород (O) из молекулы воды $H_2O$ изменил свою степень окисления с -2 до 0 в молекулярном кислороде $O_2$.

Степень окисления водорода (+1) и части атомов кислорода (перешедших из $CO_2$ в $C_6H_{12}O_6$) не изменилась (-2).

Ответ: Степень окисления изменяют атомы углерода (понижается с +4 до 0) и атомы кислорода (повышается с -2 до 0).

Укажите окислитель и восстановитель

Окислитель — это вещество, которое принимает электроны, при этом степень окисления его атомов понижается (процесс восстановления). Восстановитель — это вещество, которое отдает электроны, при этом степень окисления его атомов повышается (процесс окисления).

• $\stackrel{+4}{C} + 4e^{-} \rightarrow \stackrel{0}{C}$ (восстановление). Атом углерода в составе $CO_2$ принимает электроны, понижая свою степень окисления. Следовательно, диоксид углерода $CO_2$ является окислителем.
• $2\stackrel{-2}{O} - 4e^{-} \rightarrow \stackrel{0}{O_2}$ (окисление). Атом кислорода в составе $H_2O$ отдает электроны, повышая свою степень окисления. Следовательно, вода $H_2O$ является восстановителем.

Ответ: Окислителем является углекислый газ ($CO_2$), так как углерод в его составе восстанавливается (понижает степень окисления). Восстановителем является вода ($H_2O$), так как кислород в ее составе окисляется (повышает степень окисления).