Номер 7, страница 83, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

7. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса для следующих реакций:

a) $C + CO_2 = Co - Q;$

б) $Fe_2O_3 + Co = Fe_3O_4 + CO_2 + Q;$

в) $Fe_3O_4 + Co = Feo + CO_2 - Q;$

г) $Feo + Co = Fe + CO_2 + Q.$

а) C + CO₂ = Co - Q

Решение:

В данной реакции углерод является и окислителем, и восстановителем. Это реакция сопропорционирования.

Определим степени окисления углерода в каждом соединении:

• $ \stackrel{0}{C} $ (простое вещество)
• $ \stackrel{+4}{C}O_2 $ (диоксид углерода)
• $ \stackrel{+2}{C}o $ (оксид углерода(II))

Составим электронный баланс:

$ \stackrel{0}{C} - 2e^{-} \rightarrow \stackrel{+2}{C} $ | 1 | окисление, C⁰ - восстановитель

$ \stackrel{+4}{C} + 2e^{-} \rightarrow \stackrel{+2}{C} $ | 1 | восстановление, C⁺⁴ - окислитель

Количество отданных и принятых электронов равно 2, поэтому коэффициенты перед восстановителем (C) и окислителем (CO₂) равны 1. В продукте реакции образуются два атома углерода, следовательно, перед Co ставим коэффициент 2.

Проверим баланс атомов:

Слева: 1 C + 1 C = 2 C; 2 O

Справа: 2 C; 2 O

Уравнение сбалансировано.

Ответ: $ C + CO_2 = 2Co - Q $

б) Fe₂O₃ + Co = Fe₃O₄ + CO₂ + Q

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• Железо в $ \stackrel{+3}{Fe}_2O_3 $ (оксид железа(III)) переходит в $ \stackrel{+8/3}{Fe}_3O_4 $ (смешанный оксид, средняя с.о. +8/3). Степень окисления железа понижается, оно является окислителем.
• Углерод в $ \stackrel{+2}{C}o $ (оксид углерода(II)) переходит в $ \stackrel{+4}{C}O_2 $ (диоксид углерода). Степень окисления углерода повышается, он является восстановителем.

Составим электронный баланс. Для удобства рассмотрим, как меняется степень окисления атомов с учетом их количества в формулах.

$ \stackrel{+2}{C} - 2e^{-} \rightarrow \stackrel{+4}{C} $ | 1 | окисление

$ 3\stackrel{+3}{Fe_2}O_3 + 2e^{-} \rightarrow 2\stackrel{+8/3}{Fe_3}O_4 $ (из 6 атомов Fe⁺³ образуется 6 атомов Fe⁺⁸/³). Суммарно принимается 2 электрона: $ 6 \cdot (3 - 8/3) = 6 \cdot (1/3) = 2 $

Таким образом, на 2 принятых электрона железом приходится 2 отданных электрона углеродом. Соотношение 1:1.

Это значит, что на 1 молекулу Co приходится 3 молекулы Fe₂O₃, при этом образуется 2 молекулы Fe₃O₄ и 1 молекула CO₂.

Подставим коэффициенты:

$ 3Fe_2O_3 + Co = 2Fe_3O_4 + CO_2 + Q $

Проверим баланс атомов:

Слева: 6 Fe; 9 + 1 = 10 O; 1 C

Справа: 6 Fe; 8 + 2 = 10 O; 1 C

Уравнение сбалансировано.

Ответ: $ 3Fe_2O_3 + Co = 2Fe_3O_4 + CO_2 + Q $

в) Fe₃O₄ + Co = Feo + CO₂ - Q

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• Железо в $ \stackrel{+8/3}{Fe}_3O_4 $ (средняя с.о. +8/3) переходит в $ \stackrel{+2}{Fe}o $ (оксид железа(II)). Степень окисления железа понижается, оно является окислителем.
• Углерод в $ \stackrel{+2}{C}o $ переходит в $ \stackrel{+4}{C}O_2 $. Степень окисления углерода повышается, он является восстановителем.

Составим электронный баланс. $ Fe_3O_4 $ можно рассматривать как $ Feo \cdot Fe_2O_3 $, то есть он содержит ионы $ Fe^{+2} $ и $ Fe^{+3} $. В $ Feo $ все ионы $ Fe^{+2} $. Таким образом, изменяется степень окисления только у $ Fe^{+3} $.

$ \stackrel{+2}{C} - 2e^{-} \rightarrow \stackrel{+4}{C} $ | 1 | окисление

$ 2\stackrel{+3}{Fe} + 2e^{-} \rightarrow 2\stackrel{+2}{Fe} $ | 1 | восстановление (в одной молекуле $ Fe_3O_4 $ два иона $ Fe^{+3} $)

Количество отданных и принятых электронов равно 2, поэтому коэффициенты перед $ Co $ и $ Fe_3O_4 $ равны 1. В одной молекуле $ Fe_3O_4 $ содержится 3 атома железа, поэтому в продуктах должно получиться 3 молекулы $ Feo $.

Подставим коэффициенты в уравнение:

$ Fe_3O_4 + Co = 3Feo + CO_2 - Q $

Проверим баланс атомов:

Слева: 3 Fe; 4 + 1 = 5 O; 1 C

Справа: 3 Fe; 3 + 2 = 5 O; 1 C

Уравнение сбалансировано.

Ответ: $ Fe_3O_4 + Co = 3Feo + CO_2 - Q $

г) Feo + Co = Fe + CO₂ + Q

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• Железо в $ \stackrel{+2}{Fe}o $ переходит в $ \stackrel{0}{Fe} $ (простое вещество). Степень окисления понижается, $ Fe^{+2} $ - окислитель.
• Углерод в $ \stackrel{+2}{C}o $ переходит в $ \stackrel{+4}{C}O_2 $. Степень окисления повышается, $ C^{+2} $ - восстановитель.

Составим электронный баланс:

$ \stackrel{+2}{C} - 2e^{-} \rightarrow \stackrel{+4}{C} $ | 1 | окисление

$ \stackrel{+2}{Fe} + 2e^{-} \rightarrow \stackrel{0}{Fe} $ | 1 | восстановление

Количество отданных и принятых электронов равно 2, поэтому коэффициенты перед окислителем ($ Feo $) и восстановителем ($ Co $) равны 1.

Уравнение реакции имеет вид:

$ Feo + Co = Fe + CO_2 + Q $

Проверим баланс атомов:

Слева: 1 Fe; 1 + 1 = 2 O; 1 C

Справа: 1 Fe; 2 O; 1 C

Уравнение было изначально сбалансировано, все коэффициенты равны 1.

Ответ: $ Feo + Co = Fe + CO_2 + Q $