Страница 217 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Докажите, что реакция $2Fe + 3Cl_2 = 2FeCl_3$ является окислительно-восстановительной. Укажите окислитель и восстановитель.

Окислительно-восстановительной реакцией (ОВР) называется химическая реакция, в результате которой изменяются степени окисления атомов одного или нескольких элементов. Чтобы доказать, что данная реакция является ОВР, нужно расставить степени окисления для всех элементов в реагентах и продуктах.

Уравнение реакции:

$2Fe + 3Cl_2 = 2FeCl_3$

Определим степени окисления элементов:

1. До реакции:
   Железо ($Fe$) и хлор ($Cl_2$) являются простыми веществами, поэтому их степени окисления равны нулю.
   $\overset{0}{Fe}$, $\overset{0}{Cl_2}$
2. После реакции:
   В соединении хлорид железа(III) ($FeCl_3$) хлор, как более электроотрицательный элемент, имеет постоянную степень окисления -1. Так как молекула в целом электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов в ней равна нулю. Степень окисления железа ($x$) можно рассчитать так: $x + 3 \cdot (-1) = 0$, откуда $x = +3$.
   $\overset{+3}{Fe}\overset{-1}{Cl_3}$

Запишем уравнение со всеми степенями окисления:

$2\overset{0}{Fe} + 3\overset{0}{Cl_2} \rightarrow 2\overset{+3}{Fe}\overset{-1}{Cl_3}$

Как видно, в ходе реакции железо изменило свою степень окисления с 0 до +3 (повысило), а хлор — с 0 до -1 (понизил). Поскольку степени окисления изменились, данная реакция является окислительно-восстановительной.

Теперь определим окислитель и восстановитель.

Восстановитель — это атом или ион, который в ходе реакции отдает электроны, при этом его степень окисления повышается. В данном случае железо отдает электроны:
$Fe^0 - 3e^- \rightarrow Fe^{+3}$
Следовательно, железо ($Fe$) является восстановителем, а процесс называется окислением.

Окислитель — это атом или ион, который в ходе реакции принимает электроны, при этом его степень окисления понижается. В данном случае хлор принимает электроны:
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$
Следовательно, хлор ($Cl_2$) является окислителем, а процесс называется восстановлением.

Ответ: Реакция $2Fe + 3Cl_2 = 2FeCl_3$ является окислительно-восстановительной, так как в ней изменяются степени окисления элементов: железа с 0 до +3 и хлора с 0 до -1. Восстановителем в реакции является железо ($Fe$), а окислителем — хлор ($Cl_2$).

2. Даны схемы реакций:

a) $\text{Zn} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{ZnCl}_2$

б) $\text{Zn} + \text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$

Проставьте над знаками соответствующих химических элементов степени окисления, объясните переход электронов и расставьте коэффициенты.

а) Zn + Cl₂ → ZnCl₂

Решение
Первым шагом расставим степени окисления для всех химических элементов, участвующих в реакции. Цинк (Zn) и хлор (Cl₂) являются простыми веществами, поэтому их степень окисления равна 0. В соединении хлорид цинка (ZnCl₂) хлор, как более электроотрицательный элемент, имеет степень окисления -1, а цинк, соответственно, +2.

Схема реакции со степенями окисления:
$\overset{0}{Zn} + \overset{0}{Cl_2} \rightarrow \overset{+2}{Zn}\overset{-1}{Cl_2}$

Далее составим электронный баланс для элементов, изменивших свою степень окисления.

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 1 | процесс окисления, Zn - восстановитель
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 1 | процесс восстановления, Cl₂ - окислитель

Атом цинка отдает 2 электрона, повышая свою степень окисления. Молекула хлора принимает 2 электрона, понижая степень окисления каждого атома. Количество отданных и принятых электронов равно (2), поэтому коэффициенты в уравнении реакции равны 1. Уравнение сбалансировано.

Ответ: Уравнение реакции: $Zn + Cl_2 = ZnCl_2$. Степени окисления: $\overset{0}{Zn} + \overset{0}{Cl_2} \rightarrow \overset{+2}{Zn}\overset{-1}{Cl_2}$. Цинк (Zn) является восстановителем, хлор (Cl₂) — окислителем.

б) Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Решение
Расставим степени окисления. Цинк (Zn) и водород (H₂) — простые вещества, их степень окисления 0. В соляной кислоте (HCl) водород имеет степень окисления +1, а хлор -1. В хлориде цинка (ZnCl₂) цинк имеет степень окисления +2, а хлор -1.

Схема реакции со степенями окисления:
$\overset{0}{Zn} + \overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl} \rightarrow \overset{+2}{Zn}\overset{-1}{Cl_2} + \overset{0}{H_2}$

Составим электронный баланс для элементов, которые изменили степень окисления. Степень окисления хлора не изменилась.

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 1 | процесс окисления, Zn - восстановитель
$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 1 | процесс восстановления, H⁺¹ - окислитель

Атом цинка (восстановитель) отдает 2 электрона. Два иона водорода (окислитель) принимают 2 электрона, образуя молекулу водорода. Наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов равно 2. Коэффициенты для полуреакций равны 1.

Исходя из баланса, на 1 атом цинка должно приходиться 2 атома водорода. Значит, перед HCl нужно поставить коэффициент 2. Проверим уравнение:

$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2$

Слева: 1 атом Zn, 2 атома H, 2 атома Cl.
Справа: 1 атом Zn, 2 атома H, 2 атома Cl.
Количества атомов всех элементов слева и справа равны, значит, уравнение сбалансировано.

Ответ: Уравнение реакции: $Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2\uparrow$. Степени окисления: $\overset{0}{Zn} + 2\overset{+1}{H}\overset{-1}{Cl} \rightarrow \overset{+2}{Zn}\overset{-1}{Cl_2} + \overset{0}{H_2}$. Цинк (Zn) является восстановителем, водород в составе соляной кислоты (H⁺¹) — окислителем.