Номер 651, страница 113 - гдз по химии 8 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

651. Большинство металлов в природе встречается не в чистом виде, а входит в состав различных руд, где они находятся в окисленном состоянии. Какой из процессов — окисления или восстановления — применяется для практического получения металлов из руд? Приведите уравнение реакции одного такого процесса, укажите в ней окислитель и восстановитель.

В природе металлы в рудах находятся в окисленном состоянии, то есть в виде соединений, где атомы металла имеют положительную степень окисления (например, $Fe^{+3}$ в оксиде железа(III) $Fe_2O_3$ или $Cu^{+2}$ в оксиде меди(II) $CuO$). Чтобы получить чистый металл, который является простым веществом и имеет нулевую степень окисления ($Fe^0$, $Cu^0$), необходимо понизить его степень окисления. Процесс понижения степени окисления элемента за счет присоединения электронов называется восстановлением. Таким образом, для практического получения металлов из их руд применяются процессы восстановления.

В качестве примера такого процесса можно привести одну из основных реакций в доменной печи — восстановление железа из железной руды (основной компонент — гематит $Fe_2O_3$) угарным газом ($CO$).

Уравнение реакции:
$Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2$

Чтобы определить окислитель и восстановитель в этой реакции, рассмотрим изменение степеней окисления элементов:
$ \overset{+3}{Fe}_2 \overset{-2}{O}_3 + 3\overset{+2}{C}\overset{-2}{O} \rightarrow 2\overset{0}{Fe} + 3\overset{+4}{C}\overset{-2}{O}_2 $
Атом железа ($Fe$) изменяет свою степень окисления с $+3$ до $0$, то есть понижает ее. Происходит процесс восстановления: $Fe^{+3} + 3e^- \rightarrow Fe^0$. Вещество, которое содержит атом, принимающий электроны (и понижающий свою степень окисления), является окислителем. Следовательно, окислитель — $Fe_2O_3$ (за счёт иона $Fe^{+3}$).
Атом углерода ($C$) изменяет свою степень окисления с $+2$ до $+4$, то есть повышает ее. Происходит процесс окисления: $C^{+2} - 2e^- \rightarrow C^{+4}$. Вещество, которое содержит атом, отдающий электроны (и повышающий свою степень окисления), является восстановителем. Следовательно, восстановитель — $CO$ (за счёт атома $C^{+2}$).

Ответ: для получения металлов из руд применяется процесс восстановления. Пример реакции: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$. В этой реакции окислителем является оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), а восстановителем — угарный газ ($CO$).