Номер 7, страница 57 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 11. Типы химических реакций. Глава 1. Первоначальные химические понятия - номер 7, страница 57.

7. Запишите уравнение реакции замещения, которую используют для сварки рельсов, если известно, что реагентами являются железная окалина $Fe_3O_4$ и алюминий.

Процесс, описанный в задаче, называется алюминотермией (или термитной сваркой). Это метод получения металлов, основанный на восстановлении их оксидов металлическим алюминием. Реакция является экзотермической, то есть протекает с выделением большого количества тепла, достаточного для расплавления образующегося металла (в данном случае, железа). Это расплавленное железо и используется для сварки рельсов.

Данная реакция относится к типу реакций замещения, так как более активный металл (алюминий) вытесняет (замещает) менее активный металл (железо) из его оксида.

Решение

Запишем уравнение реакции между реагентами: железной окалиной ($Fe_3O_4$) и алюминием ($Al$). В результате реакции замещения образуются оксид алюминия ($Al_2O_3$) и чистое железо ($Fe$).

Схема реакции выглядит следующим образом:
$Al + Fe_3O_4 \rightarrow Al_2O_3 + Fe$

Для составления полного уравнения реакции необходимо расставить стехиометрические коэффициенты, чтобы соблюдался закон сохранения массы (число атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения должно быть одинаковым).

1. Уравнивание атомов кислорода (O). В левой части 4 атома O (в $Fe_3O_4$), в правой — 3 атома O (в $Al_2O_3$). Наименьшее общее кратное для 4 и 3 равно 12. Следовательно, ставим коэффициент 3 перед $Fe_3O_4$ и 4 перед $Al_2O_3$:
$Al + 3Fe_3O_4 \rightarrow 4Al_2O_3 + Fe$

2. Уравнивание атомов алюминия (Al). После первого шага в правой части стало $4 \times 2 = 8$ атомов Al. Чтобы уравнять, ставим коэффициент 8 перед $Al$ в левой части:
$8Al + 3Fe_3O_4 \rightarrow 4Al_2O_3 + Fe$

3. Уравнивание атомов железа (Fe). В левой части теперь $3 \times 3 = 9$ атомов Fe. Чтобы уравнять, ставим коэффициент 9 перед $Fe$ в правой части:
$8Al + 3Fe_3O_4 \rightarrow 4Al_2O_3 + 9Fe$

Проведем проверку:
Слева: 8 атомов Al, 9 атомов Fe, 12 атомов O.
Справа: $4 \times 2 = 8$ атомов Al, 9 атомов Fe, $4 \times 3 = 12$ атомов O.
Количество атомов всех элементов в левой и правой частях уравнения равно. Уравнение составлено верно.

Ответ: $8Al + 3Fe_3O_4 \rightarrow 4Al_2O_3 + 9Fe$