Номер 298, страница 64 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

298. В результате горения железа в кислороде образуется железная окалина $Fe_3O_4$, в которой есть атомы железа с разной степенью окисления. Определите степени окисления атомов железа в этом соединении.

Решение

Железная окалина, или оксид железа(II,III), имеет химическую формулу $Fe_3O_4$. В условии задачи указано, что атомы железа в этом соединении имеют разную степень окисления. Это говорит о том, что $Fe_3O_4$ является смешанным оксидом. Его можно представить как соединение, состоящее из оксида железа(II) ($FeO$) и оксида железа(III) ($Fe_2O_3$).

Сложив формулы этих двух оксидов, мы получим формулу железной окалины:

$FeO + Fe_2O_3 \rightarrow Fe_{(1+2)}O_{(1+3)} \rightarrow Fe_3O_4$

Теперь определим степени окисления атомов железа в каждом из составляющих оксидов.

1. В оксиде железа(II) ($FeO$): степень окисления кислорода практически всегда равна -2. Поскольку молекула электронейтральна, суммарный заряд должен быть равен нулю. Следовательно, степень окисления одного атома железа равна +2.

2. В оксиде железа(III) ($Fe_2O_3$): суммарный заряд трех атомов кислорода составляет $3 \cdot (-2) = -6$. Этот заряд уравновешивается двумя атомами железа. Значит, на каждый атом железа приходится заряд $+6 / 2 = +3$. Степень окисления железа равна +3.

Таким образом, в составе одной формульной единицы $Fe_3O_4$ ($FeO \cdot Fe_2O_3$) содержится один атом железа со степенью окисления +2 и два атома железа со степенью окисления +3.

Проверим правильность, рассчитав суммарный заряд в молекуле $Fe_3O_4$:

Сумма степеней окисления = $1 \cdot (+2) + 2 \cdot (+3) + 4 \cdot (-2) = +2 + 6 - 8 = 0$.

Молекула электронейтральна, значит, степени окисления определены верно.

Ответ: в соединении $Fe_3O_4$ один атом железа имеет степень окисления +2, а два других атома железа имеют степень окисления +3.