Номер 3, страница 204 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Тестовые задания. Параграф 44. Химико-технологические принципы промышленного получения металлов. Производство чугуна. Глава VIII. Химия и жизнь - номер 3, страница 204.

Условие.

3. В уравнении реакции $Fe_3O_4 + ... \to Fe + CO_2$ вместо многоточия следует поставить формулу

1) алюминия

2) соли

3) водорода

4) оксида углерода(II)

Решение.

Решение 2.

Решение:

Для того чтобы определить неизвестное вещество в уравнении реакции $Fe_3O_4 + ... \rightarrow Fe + CO_2$, необходимо проанализировать состав реагентов и продуктов.

Согласно закону сохранения массы, все химические элементы, которые есть в продуктах реакции (правая часть уравнения), должны присутствовать и в реагентах (левая часть уравнения).

В продуктах реакции мы видим:

• Железо ($Fe$)
• Диоксид углерода ($CO_2$), который состоит из углерода ($C$) и кислорода ($O$).

В известном реагенте, оксиде железа(II,III) ($Fe_3O_4$), содержатся только атомы железа и кислорода. Атомов углерода ($C$) в нем нет. Следовательно, недостающий реагент должен обязательно содержать в своем составе атомы углерода.

Рассмотрим предложенные варианты ответа:

1) алюминия
Формула алюминия — $Al$. Это вещество не содержит углерода, поэтому из него не может образоваться $CO_2$. Этот вариант не подходит.

2) соли
Это общий класс веществ. Хотя некоторые соли (например, карбонаты) содержат углерод, они, как правило, не используются в качестве восстановителей в подобных реакциях для получения чистого металла. Этот вариант маловероятен.

3) водорода
Формула водорода — $H_2$. Он не содержит углерода. При реакции с оксидом железа водород восстанавливает железо, но продуктом будет вода ($H_2O$), а не диоксид углерода ($CO_2$). Этот вариант не подходит.

4) оксида углерода(II)
Формула оксида углерода(II) — $CO$. Это вещество содержит углерод. Оксид углерода(II), или угарный газ, является сильным восстановителем, который широко используется в металлургии для восстановления металлов из их оксидов. В данной реакции $CO$ будет восстанавливать железо из $Fe_3O_4$ до металлического $Fe$, а сам при этом будет окисляться до оксида углерода(IV) ($CO_2$). Этот вариант химически обоснован.

Чтобы окончательно подтвердить правильность выбора, подставим $CO$ в уравнение и сбалансируем его (расставим коэффициенты).

Исходная схема: $Fe_3O_4 + CO \rightarrow Fe + CO_2$

1. Уравняем атомы железа ($Fe$): в левой части 3 атома, значит, в правой тоже должно быть 3.
$Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3Fe + CO_2$

2. Уравняем атомы углерода и кислорода. Это окислительно-восстановительная реакция. Проще всего сбалансировать ее методом подбора или через составление системы уравнений. Пусть перед $CO$ стоит коэффициент $x$, а перед $CO_2$ — коэффициент $y$.
$Fe_3O_4 + xCO \rightarrow 3Fe + yCO_2$
Баланс по углероду ($C$): $x = y$
Баланс по кислороду ($O$): $4 + x = 2y$
Подставим $y=x$ во второе уравнение:
$4 + x = 2x$
$4 = 2x - x$
$x = 4$
Так как $x=y$, то и $y=4$.

Итоговое сбалансированное уравнение реакции:
$Fe_3O_4 + 4CO \rightarrow 3Fe + 4CO_2$

Уравнение сбалансировано, что доказывает правильность выбора.

Ответ: 4) оксида углерода(II)