Номер 8, страница 157 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 33. Кальций и его соединения. Глава 3. Металлы главных подгрупп - номер 8, страница 157.

Условие.

8. Карбид кальция $CaC_2$ производят в электропечах из смеси известняка с коксом: $CaCO_3 + C \longrightarrow CaC_2 + CO$. Рассмотрите эту реакцию как окислительно-восстановительную и расставьте коэффициенты.

Решение.

Решение 2.

Чтобы рассмотреть данную реакцию как окислительно-восстановительную и расставить в ней коэффициенты, необходимо определить степени окисления всех химических элементов до и после реакции.

Исходная схема реакции: $CaCO_3 + C \rightarrow CaC_2 + CO$.

Определение степеней окисления
В реагентах:
В карбонате кальция ($CaCO_3$): кальций ($Ca$) имеет постоянную степень окисления +2, кислород ($O$) –2. Степень окисления углерода ($C$) рассчитывается из условия электронейтральности молекулы: $+2 + x + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$. Таким образом, имеем $Ca^{+2}C^{+4}O_3^{-2}$.
В коксе ($C$): углерод является простым веществом, его степень окисления равна 0 ($C^0$).

В продуктах:
В карбиде кальция ($CaC_2$): кальций ($Ca$) имеет степень окисления +2. Тогда на два атома углерода приходится суммарный заряд -2, следовательно, степень окисления каждого атома углерода ($C$) равна –1. Таким образом, имеем $Ca^{+2}(C^{-1})_2$.
В оксиде углерода(II) ($CO$): кислород ($O$) имеет степень окисления –2, значит, углерод ($C$) имеет степень окисления +2 ($C^{+2}O^{-2}$).

Анализ и составление электронного баланса
Как видно из расчетов, степень окисления меняет только углерод, причем он выступает одновременно и в роли окислителя, и в роли восстановителя.
Процесс окисления: часть атомов углерода из кокса ($C^0$) окисляется, повышая свою степень окисления до +2. Углерод ($C^0$) является восстановителем.
$C^0 - 2e^- \rightarrow C^{+2}$
Процесс восстановления: атом углерода из карбоната кальция ($C^{+4}$) и другая часть атомов углерода из кокса ($C^0$) восстанавливаются, понижая свои степени окисления до –1. Таким образом, $C^{+4}$ и $C^0$ являются окислителями.
$C^{+4} + 5e^- \rightarrow C^{-1}$
$C^0 + 1e^- \rightarrow C^{-1}$
Для удобства можно объединить эти два процесса, так как оба атома углерода в итоге образуют одну частицу $CaC_2$:
$C^{+4} + C^0 + 6e^- \rightarrow 2C^{-1}$

Составим общую схему электронного баланса, чтобы найти коэффициенты. Наименьшее общее кратное для числа отданных (2) и принятых (6) электронов равно 6.

$C^0 - 2e^- \rightarrow C^{+2}$ $|$ 3 (окисление, восстановитель)
$C^{+4} + C^0 + 6e^- \rightarrow 2C^{-1}$ $|$ 1 (восстановление, окислители)

Расстановка коэффициентов
Из баланса видно, что в процессе окисления участвуют 3 атома $C^0$, которые превращаются в 3 молекулы $CO$. Ставим коэффициент 3 перед $CO$.
В процессе восстановления (который мы берем 1 раз) участвует 1 атом $C^{+4}$ (из 1 молекулы $CaCO_3$) и 1 атом $C^0$. Они образуют 2 атома $C^{-1}$ (в 1 молекуле $CaC_2$). Ставим коэффициенты 1 перед $CaCO_3$ и $CaC_2$.
Суммируем общее количество атомов углерода из кокса ($C^0$), вступивших в реакцию: 3 атома окислились и 1 атом восстановился. Всего $3 + 1 = 4$ атома. Ставим коэффициент 4 перед $C$.

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:
$CaCO_3 + 4C \rightarrow CaC_2 + 3CO$

Проверка баланса атомов:
Слева: $Ca$ - 1, $C$ - 1+4=5, $O$ - 3.
Справа: $Ca$ - 1, $C$ - 2+3=5, $O$ - 3.
Баланс соблюден.

Ответ: Сбалансированное уравнение реакции имеет вид: $CaCO_3 + 4C \rightarrow CaC_2 + 3CO$. В данной окислительно-восстановительной реакции углерод в степени окисления 0 ($C^0$) является восстановителем (окисляется до $C^{+2}$), а углерод в степени окисления +4 ($C^{+4}$) из карбоната кальция и часть углерода в степени окисления 0 ($C^0$) из кокса являются окислителями (восстанавливаются до $C^{-1}$).