Номер 8, страница 203 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 44. Химико-технологические принципы промышленного получения металлов. Производство чугуна. Глава VIII. Химия и жизнь - номер 8, страница 203.

Условие.

8. Составьте уравнения реакций, в результате которых можно получить железо из его оксидов $Fe_2O_3$ и $Fe_3O_4$, используя в качестве восстановителя:

а) водород;

б) алюминий;

в) оксид углерода(II).

Покажите переход электронов и укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

Решение

а) водород

1. Восстановление железа из оксида железа(III) водородом. Реакция протекает при нагревании.

Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} 2Fe + 3H_2O$

Определим степени окисления элементов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе:

$ \overset{+3}{Fe_2} \overset{-2}{O_3} + 3\overset{0}{H_2} \rightarrow 2\overset{0}{Fe} + 3\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} $

Составим схему электронного баланса, чтобы показать переход электронов:

$ 2Fe^{+3} + 6e^- \rightarrow 2Fe^0 \quad | 1 | \text{ процесс восстановления} $

$ H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1} \quad \quad | 3 | \text{ процесс окисления} $

Железо в степени окисления +3 принимает электроны, следовательно, $Fe_2O_3$ является окислителем. Водород в степени окисления 0 отдает электроны, следовательно, $H_2$ является восстановителем.

2. Восстановление железа из железной окалины (оксида железа(II,III)) водородом. Реакция протекает при нагревании.

Уравнение реакции: $Fe_3O_4 + 4H_2 \xrightarrow{t} 3Fe + 4H_2O$

Определим степени окисления элементов (для $Fe_3O_4$ железо имеет смешанную степень окисления, среднее значение +8/3):

$ \overset{+8/3}{Fe_3} \overset{-2}{O_4} + 4\overset{0}{H_2} \rightarrow 3\overset{0}{Fe} + 4\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} $

Составим схему электронного баланса:

$ Fe_3^{+8/3} + 8e^- \rightarrow 3Fe^0 \quad | 1 | \text{ процесс восстановления} $

$ H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1} \quad \quad | 4 | \text{ процесс окисления} $

Железо в $Fe_3O_4$ принимает электроны, следовательно, $Fe_3O_4$ является окислителем. Водород $H_2$ отдает электроны, следовательно, является восстановителем.

Ответ: $Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$, окислитель – $Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$), восстановитель – $H_2$. $Fe_3O_4 + 4H_2 \rightarrow 3Fe + 4H_2O$, окислитель – $Fe_3O_4$ (за счет $Fe^{+2}$ и $Fe^{+3}$), восстановитель – $H_2$.

б) алюминий

1. Восстановление железа из оксида железа(III) алюминием (алюминотермия). Реакция протекает при сильном нагревании.

Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 2Al \xrightarrow{t} 2Fe + Al_2O_3$

Определим степени окисления элементов:

$ \overset{+3}{Fe_2} \overset{-2}{O_3} + 2\overset{0}{Al} \rightarrow 2\overset{0}{Fe} + \overset{+3}{Al_2}\overset{-2}{O_3} $

Составим схему электронного баланса:

$ Fe^{+3} + 3e^- \rightarrow Fe^0 \quad | 2 | \text{ процесс восстановления} $

$ Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} \quad | 2 | \text{ процесс окисления} $

$Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$) является окислителем. $Al$ является восстановителем.

2. Восстановление железа из железной окалины алюминием.

Уравнение реакции: $3Fe_3O_4 + 8Al \xrightarrow{t} 9Fe + 4Al_2O_3$

Определим степени окисления элементов:

$ 3\overset{+8/3}{Fe_3} \overset{-2}{O_4} + 8\overset{0}{Al} \rightarrow 9\overset{0}{Fe} + 4\overset{+3}{Al_2}\overset{-2}{O_3} $

Составим схему электронного баланса:

$ Fe_3^{+8/3} + 8e^- \rightarrow 3Fe^0 \quad | 3 | \text{ процесс восстановления} $

$ Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} \quad \quad | 8 | \text{ процесс окисления} $

$Fe_3O_4$ является окислителем. $Al$ является восстановителем.

Ответ: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Fe + Al_2O_3$, окислитель – $Fe_2O_3$, восстановитель – $Al$. $3Fe_3O_4 + 8Al \rightarrow 9Fe + 4Al_2O_3$, окислитель – $Fe_3O_4$, восстановитель – $Al$.

в) оксид углерода(II)

1. Восстановление железа из оксида железа(III) оксидом углерода(II). Это одна из основных реакций в доменном процессе.

Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 3CO \xrightarrow{t} 2Fe + 3CO_2$

Определим степени окисления элементов:

$ \overset{+3}{Fe_2} \overset{-2}{O_3} + 3\overset{+2}{C}\overset{-2}{O} \rightarrow 2\overset{0}{Fe} + 3\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2} $

Составим схему электронного баланса:

$ Fe^{+3} + 3e^- \rightarrow Fe^0 \quad | 2 | \text{ процесс восстановления} $

$ C^{+2} - 2e^- \rightarrow C^{+4} \quad | 3 | \text{ процесс окисления} $

$Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$) является окислителем. Оксид углерода(II) $CO$ (за счет $C^{+2}$) является восстановителем.

2. Восстановление железа из железной окалины оксидом углерода(II).

Уравнение реакции: $Fe_3O_4 + 4CO \xrightarrow{t} 3Fe + 4CO_2$

Определим степени окисления элементов:

$ \overset{+8/3}{Fe_3} \overset{-2}{O_4} + 4\overset{+2}{C}\overset{-2}{O} \rightarrow 3\overset{0}{Fe} + 4\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2} $

Составим схему электронного баланса:

$ Fe_3^{+8/3} + 8e^- \rightarrow 3Fe^0 \quad | 1 | \text{ процесс восстановления} $

$ C^{+2} - 2e^- \rightarrow C^{+4} \quad \quad | 4 | \text{ процесс окисления} $

$Fe_3O_4$ является окислителем. $CO$ является восстановителем.

Ответ: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$, окислитель – $Fe_2O_3$, восстановитель – $CO$. $Fe_3O_4 + 4CO \rightarrow 3Fe + 4CO_2$, окислитель – $Fe_3O_4$, восстановитель – $CO$.