Номер 5, страница 101 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 13. Химические свойства металлов. Глава 3. Неорганическая химия - номер 5, страница 101.

Условие.

5. Лавуазье получал водород, пропуская пары воды через раскалённый на жаровне пушечный ствол. При этом наряду с водородом образовывалась железная окалина $Fe_3O_4$. Напишите уравнение реакции. Назовите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

Уравнение реакции.

В задаче описана реакция между железом (Fe), из которого сделан пушечный ствол, и парами воды (H₂O) при высокой температуре («раскалённый ствол»). Продуктами реакции являются газообразный водород (H₂) и твёрдая железная окалина ($ \text{Fe}_3\text{O}_4 $). Сначала запишем схему реакции:
$ \text{Fe} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{H}_2 $

Далее необходимо сбалансировать уравнение, расставив стехиометрические коэффициенты.
1. Уравняем атомы железа. Справа их 3 в $ \text{Fe}_3\text{O}_4 $, слева 1. Ставим коэффициент 3 перед Fe:
$ 3\text{Fe} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{H}_2 $
2. Теперь уравняем атомы кислорода. Справа их 4 в $ \text{Fe}_3\text{O}_4 $, слева 1 в H₂O. Ставим коэффициент 4 перед H₂O:
$ 3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 + \text{H}_2 $
3. Наконец, уравняем атомы водорода. Слева их стало 4 × 2 = 8, справа 2. Ставим коэффициент 4 перед H₂:
$ 3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2 $
Проверка показывает, что количество атомов каждого элемента слева и справа одинаково (Fe: 3-3; H: 8-8; O: 4-4). Реакция протекает при нагревании, что можно обозначить символом $t$ над стрелкой.

Ответ: $3\text{Fe} + 4\text{H}_2\text{O} \xrightarrow{t} \text{Fe}_3\text{O}_4 + 4\text{H}_2$

Окислитель и восстановитель.

Для определения окислителя и восстановителя необходимо проанализировать изменение степеней окисления элементов в ходе реакции.
$3\stackrel{0}{\text{Fe}} + 4\stackrel{+1}{\text{H}}_2\stackrel{-2}{\text{O}} \rightarrow \stackrel{+8/3}{\text{Fe}}_3\stackrel{-2}{\text{O}}_4 + 4\stackrel{0}{\text{H}}_2$

Железо ($ \stackrel{0}{\text{Fe}} $) повышает свою степень окисления с 0 до +8/3 (среднее значение для смешанного оксида $ \text{Fe}_3\text{O}_4 $). Процесс повышения степени окисления называется окислением. Атом, который окисляется, является восстановителем. Таким образом, железо (Fe) — восстановитель.
Процесс окисления: $ \text{Fe}^0 \rightarrow \text{Fe}^{+2/+3} + e^- $

Водород ($ \stackrel{+1}{\text{H}} $) в составе воды понижает свою степень окисления с +1 до 0 в молекуле $ \stackrel{0}{\text{H}}_2 $. Процесс понижения степени окисления называется восстановлением. Атом, который восстанавливается, является окислителем (входит в состав вещества-окислителя). В данном случае окислителем является вода (H₂O).
Процесс восстановления: $ 2\text{H}^{+1} + 2e^- \rightarrow \text{H}_2^0 $

Ответ: Окислитель — вода (H₂O), восстановитель — железо (Fe).