Номер 318, страница 226 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.318. Для получения тетрахлорида кремния удобно использовать смесь оксида кремния(IV) с углём. При пропускании над ней хлора при высокой температуре происходит реакция, приводящая к образованию тетрахлорида кремния и угарного газа. Запишите уравнение реакции. Какую роль играет в ней уголь?

Решение

Запишите уравнение реакции.

В условии задачи описано взаимодействие оксида кремния(IV) ($SiO_2$), угля (представленного углеродом, C) и газообразного хлора ($Cl_2$) при нагревании. В результате реакции образуются тетрахлорид кремния ($SiCl_4$) и угарный газ (CO). Напишем и сбалансируем уравнение этой химической реакции.

Схема реакции:

$$ SiO_2 + C + Cl_2 \rightarrow SiCl_4 + CO $$

Уравняем количество атомов каждого элемента в левой и правой частях:

1. Атом кремния (Si) сбалансирован (1 слева и 1 справа).
2. В левой части 2 атома кислорода (в $SiO_2$), значит, в правой части должно получиться 2 молекулы угарного газа ($2CO$).

$$ SiO_2 + C + Cl_2 \rightarrow SiCl_4 + 2CO $$

3. Теперь в правой части 2 атома углерода, значит, в левой части также нужно взять 2 атома углерода ($2C$).

$$ SiO_2 + 2C + Cl_2 \rightarrow SiCl_4 + 2CO $$

4. В правой части 4 атома хлора (в $SiCl_4$), следовательно, в левой части нужно взять 2 молекулы хлора ($2Cl_2$).

$$ SiO_2 + 2C + 2Cl_2 \rightarrow SiCl_4 + 2CO $$

Финальное уравнение реакции с указанием условия (высокая температура, $t^\circ$):

$$ SiO_2 + 2C + 2Cl_2 \xrightarrow{t^\circ} SiCl_4 + 2CO $$

Ответ: $SiO_2 + 2C + 2Cl_2 = SiCl_4 + 2CO$.

Какую роль играет в ней уголь?

Для определения роли угля (углерода) в этой реакции необходимо проанализировать изменение степеней окисления элементов. Реакция является окислительно-восстановительной.

Расставим степени окисления для каждого элемента в реагентах и продуктах:

$$ \overset{+4}{Si}\overset{-2}{O_2} + 2\overset{0}{C} + 2\overset{0}{Cl_2} \rightarrow \overset{+4}{Si}\overset{-1}{Cl_4} + 2\overset{+2}{C}\overset{-2}{O} $$

Рассмотрим, как изменились степени окисления:

• Углерод ($C$): степень окисления изменилась с $0$ до $+2$. Атом углерода отдал два электрона ($C^0 - 2e^- \rightarrow C^{+2}$), то есть он окислился. Вещество, которое в ходе реакции окисляется (отдает электроны), является восстановителем.
• Хлор ($Cl$): степень окисления изменилась с $0$ до $-1$. Атом хлора принял один электрон ($Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$), то есть он восстановился. Вещество, которое в ходе реакции восстанавливается (принимает электроны), является окислителем.
• Кремний ($Si$) и кислород ($O$) свои степени окисления не изменили.

Следовательно, уголь в данной реакции выполняет роль восстановителя.

Ответ: Уголь (углерод) играет роль восстановителя.