Номер 5, страница 92 - гдз по химии 9 класс учебник Усманова, Сакарьянова

5. Получение металлов в свободном состоянии - это окисление или восстановление? Поясните примерами.

Получение металлов в свободном состоянии из их природных соединений (например, руд) — это процесс восстановления.

В природе большинство металлов находится в виде соединений (оксидов, сульфидов, карбонатов и т.д.), в которых атомы металла имеют положительную степень окисления (например, $Fe^{+3}$ в оксиде железа, $Al^{+3}$ в оксиде алюминия). Это означает, что они отдали свои валентные электроны.

Чтобы получить металл в свободном, или элементарном, состоянии (простое вещество), где его степень окисления равна нулю ($Me^0$), необходимо вернуть ему электроны. Процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления, по определению является восстановлением.

Общая схема процесса восстановления металла: $Me^{+n} + n e^{-} \rightarrow Me^0$.

Пояснение примерами:

1. Восстановление железа в доменной печи (пирометаллургия)

Основной процесс при производстве чугуна — это восстановление железа из железной руды (например, гематита $Fe_2O_3$) угарным газом ($CO$) при высокой температуре.

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

В этом процессе ион железа со степенью окисления $+3$ ($Fe^{+3}$) принимает 3 электрона и превращается в атом железа со степенью окисления $0$ ($Fe^0$). Происходит восстановление железа: $Fe^{+3} + 3e^{-} \rightarrow Fe^0$.

2. Восстановление меди из раствора её соли (гидрометаллургия)

Медь можно получить, вытесняя её из раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) более активным металлом, например, цинком ($Zn$).

Уравнение реакции: $CuSO_4 + Zn \rightarrow ZnSO_4 + Cu$.

Ион меди $Cu^{+2}$ в растворе принимает 2 электрона от атома цинка и восстанавливается до металлической меди $Cu^0$: $Cu^{+2} + 2e^{-} \rightarrow Cu^0$.

3. Получение алюминия электролизом (электрометаллургия)

Активные металлы, такие как алюминий, получают электролизом расплавов их солей или оксидов. При производстве алюминия через расплав оксида алюминия ($Al_2O_3$) в криолите пропускают электрический ток. На катоде (отрицательном электроде) происходит восстановление ионов алюминия.

Процесс на катоде: $Al^{+3} + 3e^{-} \rightarrow Al^0$.

Ион алюминия со степенью окисления $+3$ восстанавливается до металлического алюминия со степенью окисления $0$.

Ответ: Получение металлов в свободном состоянии — это всегда процесс восстановления, поскольку он заключается в понижении положительной степени окисления ионов металла до нуля путем присоединения электронов.