Страница 88 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Напишите уравнение горения кальция в кислороде. Какое вещество теряет, а какое принимает электроны? Назовите окислитель и восстановитель.

Напишите уравнение горения кальция в кислороде.

Горение кальция в кислороде является реакцией соединения, в ходе которой активный металл кальций (Ca) взаимодействует с кислородом (O₂). В результате этой экзотермической реакции образуется оксид кальция (CaO). Сбалансированное химическое уравнение реакции выглядит следующим образом:

$2\text{Ca} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CaO}$

Ответ: $2\text{Ca} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CaO}$

Какое вещество теряет, а какое принимает электроны?

Чтобы определить, какое вещество теряет, а какое принимает электроны, необходимо рассмотреть изменение степеней окисления атомов элементов, участвующих в реакции.

1. Определим степени окисления до реакции:

- Кальций ($\text{Ca}$) — это простое вещество, его степень окисления равна 0 ($\text{Ca}^0$).

- Кислород ($\text{O}_2$) — это простое вещество, его степень окисления также равна 0 ($\text{O}_2^0$).

2. Определим степени окисления после реакции в продукте (CaO):

- Кальций (Ca) — металл второй группы, в соединениях его степень окисления постоянна и равна +2 ($\text{Ca}^{+2}$).

- Кислород (O) в оксидах имеет степень окисления -2 ($\text{O}^{-2}$).

3. Сравним степени окисления:

- Кальций изменил степень окисления с 0 до +2 ($\text{Ca}^0 \rightarrow \text{Ca}^{+2}$). Повышение степени окисления говорит о том, что атом теряет (отдает) электроны. Каждый атом кальция теряет 2 электрона.

- Кислород изменил степень окисления с 0 до -2 ($\text{O}^0 \rightarrow \text{O}^{-2}$). Понижение степени окисления говорит о том, что атом принимает (присоединяет) электроны. Каждый атом кислорода принимает 2 электрона.

Ответ: Кальций (Ca) теряет электроны, а кислород (O₂) принимает электроны.

Назовите окислитель и восстановитель.

В окислительно-восстановительных реакциях окислитель и восстановитель определяются по изменению степеней окисления.

- Восстановитель — это атом, молекула или ион, который отдает электроны в ходе реакции. При этом он окисляется (повышает свою степень окисления). В данной реакции кальций ($\text{Ca}^0$) отдает электроны и окисляется до $\text{Ca}^{+2}$. Следовательно, кальций является восстановителем.

Процесс окисления: $\text{Ca}^0 - 2e^- \rightarrow \text{Ca}^{+2}$

- Окислитель — это атом, молекула или ион, который принимает электроны в ходе реакции. При этом он восстанавливается (понижает свою степень окисления). В данной реакции кислород ($\text{O}_2^0$) принимает электроны и восстанавливается до $\text{O}^{-2}$. Следовательно, кислород является окислителем.

Процесс восстановления: $\text{O}_2^0 + 4e^- \rightarrow 2\text{O}^{-2}$

Ответ: Восстановитель — кальций (Ca); окислитель — кислород (O₂).

2. Напишите уравнения реакций восстановления водородом оксида свинца(II), оксида меди(I), оксида азота(IV) до простых веществ. Расставьте в них коэффициенты, пользуясь методом электронного баланса. Назовите окислители и восстановители.

$12\overline{e}$

$\text{4}\overset{0}{\text{Al}} + \text{3}\overset{0}{\text{O}}_{2} = \text{2}\overset{+3}{\text{Al}}_{2}\overset{-2}{\text{O}}_{3}$

Восстановитель Окислитель

Окисление

$\overset{0}{\text{Al}} - 3\overline{e}\rightarrow \overset{+3}{\text{Al}}$

Восстановитель

4 окисление

Восстановление

$\overset{0}{\text{O}}_{2} + 4\overline{e}\rightarrow 2\overset{-2}{\text{O}}$

Окислитель

3 восстановление

$\text{4}\overset{0}{\text{Al}} + \text{3}\overset{0}{\text{O}}_{2}\rightarrow \text{2}\overset{+3}{\text{Al}}_{2}\overset{-2}{\text{O}}_{3}$

$2\overline{e}$

$\text{2}\overset{0}{\text{Na}} + \overset{0}{\text{Cl}}_{2} = \text{2}\overset{+1}{\text{Na}}\overset{-1}{\text{Cl}}$

Восстановитель Окислитель

Окисление

$\overset{0}{\text{Na}} - \overline{e}\rightarrow \overset{+1}{\text{Na}}$

Восстановитель

2 окисление

Восстановление

$\overset{0}{\text{Cl}}_{2} + 2\overline{e}\rightarrow 2\overset{-1}{\text{Cl}}$

Окислитель

1 восстановление

$\text{2}\overset{0}{\text{Na}} + \overset{0}{\text{Cl}}_{2}\rightarrow \text{2}\overset{+1}{\text{Na}} + \text{2}\overset{-1}{\text{Cl}}$

Рис. 27. Горение — окислительно-восстановительная реакция

Восстановление водородом оксида свинца(II)

Схема реакции: $PbO + H_2 \rightarrow Pb + H_2O$.

Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$ \overset{+2}{Pb}\overset{-2}{O} + \overset{0}{H_2} \rightarrow \overset{0}{Pb} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} $

Составляем электронный баланс для нахождения коэффициентов:

$Pb^{+2} + 2e^- \rightarrow Pb^0$ | 1 | восстановление

$H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$ | 1 | окисление

Количество отданных электронов в процессе окисления равно количеству принятых электронов в процессе восстановления. Следовательно, дополнительные коэффициенты не требуются.

$PbO$ (за счет $Pb^{+2}$) является окислителем, так как принимает электроны и понижает свою степень окисления.

$H_2$ является восстановителем, так как отдает электроны и повышает свою степень окисления.

Ответ: Уравнение реакции: $PbO + H_2 = Pb + H_2O$. Окислитель — $PbO$, восстановитель — $H_2$.

Восстановление водородом оксида меди(I)

Схема реакции: $Cu_2O + H_2 \rightarrow Cu + H_2O$.

Определяем степени окисления элементов:

$ \overset{+1}{Cu_2}\overset{-2}{O} + \overset{0}{H_2} \rightarrow \overset{0}{Cu} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} $

Составляем электронный баланс:

$2Cu^{+1} + 2e^- \rightarrow 2Cu^0$ | 1 | восстановление

$H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$ | 1 | окисление

Число отданных и принятых электронов равно. Учитывая, что в молекуле $Cu_2O$ два атома меди, в правой части уравнения перед $Cu$ необходимо поставить коэффициент 2.

$Cu_2O$ (за счет $Cu^{+1}$) является окислителем, так как медь восстанавливается.

$H_2$ является восстановителем, так как водород окисляется.

Ответ: Уравнение реакции: $Cu_2O + H_2 = 2Cu + H_2O$. Окислитель — $Cu_2O$, восстановитель — $H_2$.

Восстановление водородом оксида азота(IV)

Схема реакции: $NO_2 + H_2 \rightarrow N_2 + H_2O$.

Определяем степени окисления элементов:

$ \overset{+4}{N}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{H_2} \rightarrow \overset{0}{N_2} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} $

Составляем электронный баланс:

$2N^{+4} + 8e^- \rightarrow N_2^0$ | 1 | восстановление

$H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$ | 4 | окисление

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (2 и 8) равно 8. Таким образом, множитель для процесса окисления равен 4, а для восстановления - 1. Расставляем коэффициенты: 2 перед $NO_2$ (так как в $N_2$ два атома азота), 4 перед $H_2$. Чтобы уравнять водород и кислород, ставим коэффициент 4 перед $H_2O$.

$NO_2$ (за счет $N^{+4}$) является окислителем, так как азот восстанавливается.

$H_2$ является восстановителем, так как водород окисляется.

Ответ: Уравнение реакции: $2NO_2 + 4H_2 = N_2 + 4H_2O$. Окислитель — $NO_2$, восстановитель — $H_2$.

Лабораторный опыт 5. Окислительно-восстановительные реакции

1. В пробирку с раствором сульфата меди(II) опустите гранулу цинка. Что вы наблюдаете? Напишите уравнение реакции, назовите окислитель и восстановитель.

2. К порошку цинка прилейте бромную воду и перемешайте раствор. Если окраска не исчезла, добавьте ещё немного цинка и слегка подогрейте пробирку. Напишите уравнение реакции, назовите окислитель и восстановитель.

1. При опускании гранулы цинка в пробирку с раствором сульфата меди(II) можно наблюдать следующие изменения: голубой цвет раствора, характерный для ионов меди($II$), постепенно бледнеет и со временем исчезает. На поверхности серебристо-белой гранулы цинка появляется рыхлый налёт красного или красно-коричневого цвета. Это выделяется металлическая медь. Данные наблюдения свидетельствуют о протекании химической реакции замещения, в ходе которой более активный металл (цинк) вытесняет менее активный металл (медь) из раствора его соли.

Уравнение реакции:

$Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$

Это окислительно-восстановительная реакция. Чтобы определить окислитель и восстановитель, рассмотрим изменение степеней окисления элементов:

$ \stackrel{0}{Zn} + \stackrel{+2}{Cu}SO_4 \rightarrow \stackrel{+2}{Zn}SO_4 + \stackrel{0}{Cu} $

Цинк ($Zn$) отдает 2 электрона, его степень окисления повышается с 0 до +2. Процесс отдачи электронов — окисление. Атом, отдающий электроны, является восстановителем.

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$

Ион меди($II$) ($Cu^{+2}$) принимает 2 электрона, его степень окисления понижается с +2 до 0. Процесс принятия электронов — восстановление. Ион, принимающий электроны, является окислителем.

$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

Ответ: При добавлении цинка к раствору сульфата меди(II) наблюдается обесцвечивание раствора и образование красного налёта меди на поверхности цинка. Уравнение реакции: $Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu$. Окислителем является ион меди(II) ($Cu^{+2}$) (в составе сульфата меди(II)), а восстановителем — цинк ($Zn$).

2. При добавлении к порошку цинка бромной воды (раствор брома в воде), которая имеет желто-бурую окраску, и последующем перемешивании, наблюдается постепенное обесцвечивание раствора. Это происходит потому, что цинк вступает в реакцию с растворенным бромом с образованием бесцветной соли — бромида цинка. Если реакция идет медленно, её можно ускорить добавлением избытка цинка и небольшим нагреванием.

Уравнение реакции:

$Zn + Br_2 \rightarrow ZnBr_2$

Это также окислительно-восстановительная реакция. Определим окислитель и восстановитель:

$ \stackrel{0}{Zn} + \stackrel{0}{Br}_2 \rightarrow \stackrel{+2}{Zn}\stackrel{-1}{Br}_2 $

Цинк ($Zn$) отдает 2 электрона, его степень окисления повышается с 0 до +2. Он окисляется и является восстановителем.

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$

Молекулярный бром ($Br_2$) принимает 2 электрона, степень окисления каждого атома брома понижается с 0 до -1. Бром восстанавливается и является окислителем.

$Br_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Br^{-}$

Ответ: При реакции порошка цинка с бромной водой наблюдается обесцвечивание исходного желто-бурого раствора. Уравнение реакции: $Zn + Br_2 \rightarrow ZnBr_2$. Окислителем является бром ($Br_2$), а восстановителем — цинк ($Zn$).