Номер 4, страница 22 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Дано:

Химическая схема: $Fe + O_2 \rightarrow Fe_2O_3$

Перевод в систему СИ: Не требуется, так как это задача по химии, не связанная с физическими величинами и их единицами измерения.

Найти:

• Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в предложенной схеме:

• Укажите окислитель и восстановитель:

Решение:

Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в предложенной схеме:

1. Определим степени окисления элементов в исходных веществах и продукте реакции.

В исходных веществах железо Fe и кислород $O_2$ находятся в элементарном состоянии, их степени окисления равны 0.

В оксиде железа(III) $Fe_2O_3$ кислород имеет степень окисления $-2$. Поскольку в молекуле 3 атома кислорода, их суммарный заряд составляет $3 \times (-2) = -6$. Для электронейтральности соединения 2 атома железа должны иметь суммарный заряд $+6$. Следовательно, степень окисления каждого атома железа составляет $+3$.

Таким образом, схема с указанием степеней окисления выглядит так:

$Fe^0 + O_2^0 \rightarrow Fe_2^{+3}O_3^{-2}$

2. Выпишем элементы, изменившие степень окисления, и составим полуреакции окисления и восстановления.

Железо (Fe) изменяет степень окисления с 0 до +3. Это процесс отдачи электронов, то есть окисление.

$Fe^0 - 3e^- \rightarrow Fe^{+3}$

Кислород (O) изменяет степень окисления с 0 (в молекуле $O_2$) до -2 (в $Fe_2O_3$). Это процесс присоединения электронов, то есть восстановление. Важно учесть, что молекула кислорода двухатомна.

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$

3. Найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов.

Число отданных электронов: 3 (для Fe).

Число принятых электронов: 4 (для $O_2$).

НОК для 3 и 4 равно 12.

4. Умножим каждую полуреакцию на соответствующий коэффициент так, чтобы число отданных и принятых электронов стало равным НОК.

Для полуреакции окисления $Fe^0 - 3e^- \rightarrow Fe^{+3}$ умножим на 4:

$4Fe^0 - 12e^- \rightarrow 4Fe^{+3}$

Для полуреакции восстановления $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ умножим на 3:

$3O_2^0 + 12e^- \rightarrow 6O^{-2}$

5. Перенесем полученные коэффициенты в исходную схему реакции.

Коэффициент перед Fe равен 4. Коэффициент перед $O_2$ равен 3.

В продукте $Fe_2O_3$ должно быть 4 атома Fe и 6 атомов O, чтобы соответствовать сбалансированным полуреакциям ($4Fe^{+3}$ и $6O^{-2}$). Чтобы получить 4 атома Fe из $Fe_2$, нужно поставить коэффициент 2 перед $Fe_2O_3$. Тогда количество атомов кислорода также будет $2 \times 3 = 6$.

Итоговое уравнение: $4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3$

6. Проверим баланс атомов в обеих частях уравнения.

Левая часть: Fe - 4 атома, O - $3 \times 2 = 6$ атомов.

Правая часть: Fe - $2 \times 2 = 4$ атома, O - $2 \times 3 = 6$ атомов.

Количество атомов каждого элемента сбалансировано.

Ответ: $4Fe + 3O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3$

Укажите окислитель и восстановитель:

Окислитель – это вещество, которое принимает электроны, и его степень окисления понижается. В данной реакции $O_2$ принимает электроны (от $O^0$ к $O^{-2}$), поэтому $O_2$ является окислителем.

Восстановитель – это вещество, которое отдает электроны, и его степень окисления повышается. В данной реакции Fe отдает электроны (от $Fe^0$ к $Fe^{+3}$), поэтому Fe является восстановителем.

Ответ: Окислитель — $O_2$, восстановитель — Fe.