Номер 9, страница 90 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

9. Железо может быть получено восстановлением оксида железа(III) углеродом, водородом, алюминием. Напишите уравнения реакций. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Назовите окислитель и восстановитель в каждой реакции.

Решение

Железо может быть получено из оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) путем его восстановления углеродом, водородом или алюминием. Для каждой реакции составим уравнение, расставим коэффициенты методом электронного баланса и определим окислитель и восстановитель.

Восстановление углеродом

1. Запишем схему реакции. Предположим, что углерод окисляется до оксида углерода(IV):

$Fe_2O_3 + C \rightarrow Fe + CO_2$

2. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Fe_2^{+3}O_3 + C^0 \rightarrow Fe^0 + C^{+4}O_2$

3. Составим электронный баланс. Железо принимает электроны (восстанавливается), углерод отдает электроны (окисляется).

$Fe^{+3} + 3e^- \rightarrow Fe^0$ | 4 | процесс восстановления

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 3 | процесс окисления

4. Находим наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (3 и 4) — это 12. Полученные множители (4 и 3) являются коэффициентами в уравнении. Коэффициент 4 относится к железу, а 3 — к углероду. Учитывая, что в молекуле $Fe_2O_3$ два атома железа, перед ней ставим коэффициент 2 ($2 \cdot 2 = 4$).

$2Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 4Fe + 3CO_2$

5. Определяем окислитель и восстановитель. Окислитель — вещество, принимающее электроны. Восстановитель — вещество, отдающее электроны.

Окислитель: $Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$).

Восстановитель: $C$ (углерод).

Ответ: Уравнение реакции: $2Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 4Fe + 3CO_2$. Окислитель — $Fe_2O_3$, восстановитель — $C$.

Восстановление водородом

1. Запишем схему реакции:

$Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow Fe + H_2O$

2. Определим степени окисления:

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

3. Составим электронный баланс. Обращаем внимание, что молекула водорода состоит из двух атомов.

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

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

4. Наименьшее общее кратное для 3 и 2 — это 6. Коэффициент 2 относится к железу, а 3 — к водороду. Так как в $Fe_2O_3$ уже 2 атома железа, перед ним коэффициент 1 (не ставится). Перед $H_2$ ставим 3.

$Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$

5. Определяем окислитель и восстановитель.

Окислитель: $Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$).

Восстановитель: $H_2$ (водород).

Ответ: Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$. Окислитель — $Fe_2O_3$, восстановитель — $H_2$.

Восстановление алюминием

1. Запишем схему реакции (алюминотермия):

$Fe_2O_3 + Al \rightarrow Fe + Al_2O_3$

2. Определим степени окисления:

$Fe_2^{+3}O_3 + Al^0 \rightarrow Fe^0 + Al_2^{+3}O_3$

3. Составим электронный баланс:

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

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

4. Число отданных и принятых электронов для одного атома одинаково, следовательно, стехиометрическое соотношение атомов железа и алюминия в реакции должно быть 1:1. Так как в формуле $Fe_2O_3$ содержится два атома железа, для реакции потребуется два атома алюминия.

$Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Fe + Al_2O_3$

5. Определяем окислитель и восстановитель.

Окислитель: $Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$).

Восстановитель: $Al$ (алюминий).

Ответ: Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Fe + Al_2O_3$. Окислитель — $Fe_2O_3$, восстановитель — $Al$.