Лабораторный эксперимент 1, страница 75 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Вопрос в параграфе. Параграф 14. Окислительно-восстановительные реакции. Глава II. Химические реакции - страница 75.

Условие.

Лабораторный эксперимент

В пробирку налейте 4–5 мл раствора сульфата меди(II) и опустите в неё стальную канцелярскую скрепку. Оставьте пробирку в штативе на 1–2 мин. Какие изменения вы наблюдаете? Составьте уравнения реакции и рассмотрите её с позиции окисления–восстановления.

Решение.

Решение 2.

Наблюдаемые изменения

При опускании стальной канцелярской скрепки, которая в основном состоит из железа ($Fe$), в раствор сульфата меди(II) ($CuSO_4$) происходит химическая реакция. Железо является более активным металлом по сравнению с медью (в ряду активности металлов железо стоит левее меди), поэтому оно вытесняет медь из раствора её соли. В ходе эксперимента наблюдаются следующие визуальные изменения:

1. Поверхность стальной скрепки покрывается рыхлым налётом красно-коричневого цвета. Этот налёт представляет собой металлическую медь ($Cu$), которая осаждается из раствора.

2. Раствор в пробирке, изначально имевший характерный голубой цвет из-за присутствия гидратированных ионов меди ($Cu^{2+}$), постепенно бледнеет. Это связано с уменьшением концентрации ионов меди в растворе. Одновременно раствор может приобрести слабый бледно-зелёный оттенок, характерный для солей железа(II), в данном случае образующегося сульфата железа(II) ($FeSO_4$).

Ответ: На поверхности скрепки образуется красный налёт металлической меди, а голубой цвет раствора постепенно исчезает, сменяясь на бледно-зеленоватый или становясь почти бесцветным.

Уравнение реакции

Происходящая реакция относится к типу реакций замещения, где более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли.

Молекулярное уравнение реакции:
$Fe(тв) + CuSO_4(р-р) \rightarrow FeSO_4(р-р) + Cu(тв)$

Полное ионное уравнение:
$Fe^0 + Cu^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Cu^0$

Сокращенное ионное уравнение:
$Fe^0 + Cu^{2+} \rightarrow Fe^{2+} + Cu^0$

Ответ: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$.

Рассмотрение реакции с позиции окисления-восстановления

Данная реакция является окислительно-восстановительной, так как происходит передача электронов между реагентами, что приводит к изменению их степеней окисления.

Определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:
$ \stackrel{0}{Fe} + \stackrel{+2}{Cu} \stackrel{+6}{S} \stackrel{-2}{O_4} \rightarrow \stackrel{+2}{Fe} \stackrel{+6}{S} \stackrel{-2}{O_4} + \stackrel{0}{Cu} $

Изменения степеней окисления:

Атом железа ($Fe^0$) отдает 2 электрона, его степень окисления повышается с 0 до +2. Процесс отдачи электронов называется окислением. Вещество, отдающее электроны, является восстановителем.
$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$ (процесс окисления, $Fe^0$ — восстановитель)

Ион меди ($Cu^{2+}$) принимает 2 электрона, его степень окисления понижается с +2 до 0. Процесс присоединения электронов называется восстановлением. Вещество, принимающее электроны, является окислителем.
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (процесс восстановления, $Cu^{2+}$ — окислитель)

Ответ: В данной реакции железо ($Fe$) является восстановителем, так как оно окисляется (отдает электроны), а ион меди(II) ($Cu^{2+}$) является окислителем, так как он восстанавливается (принимает электроны).