Страница 151 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между реагентами и изменением степени окисления железа в результате реакции между ними.

РЕАГЕНТЫИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА

А) $FeCl_2$ и $Cl_2$ 1) $0 \rightarrow +2$

Б) $Fe$ и $Cl_2$ 2) $+2 \rightarrow +3$

В) $FeO$ и $CO$ 3) $+3 \rightarrow 0$

4) $0 \rightarrow +3$

5) $+2 \rightarrow 0$

Решение

Для того чтобы установить соответствие, проанализируем каждую реакцию и определим изменение степени окисления железа.

А) $FeCl_2$ и $Cl_2$

В исходном веществе, хлориде железа(II) ($FeCl_2$), железо имеет степень окисления +2 (так как у хлора степень окисления -1). Молекулярный хлор ($Cl_2$) является сильным окислителем. В результате реакции он окисляет железо(II) до железа(III), образуя хлорид железа(III) ($FeCl_3$).

Уравнение реакции:

$2\stackrel{+2}{Fe}Cl_2 + \stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+3}{Fe}Cl_3$

Степень окисления железа изменяется с +2 на +3. Данное изменение соответствует варианту 2.

Ответ: 2

Б) $Fe$ и $Cl_2$

Железо ($Fe$) как простое вещество имеет степень окисления 0. При взаимодействии с сильным окислителем хлором ($Cl_2$) железо окисляется до своей высшей устойчивой степени окисления в хлоридах, то есть до +3.

Уравнение реакции:

$2\stackrel{0}{Fe} + 3\stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+3}{Fe}Cl_3$

Степень окисления железа изменяется с 0 на +3. Данное изменение соответствует варианту 4.

Ответ: 4

В) $FeO$ и $CO$

В оксиде железа(II) ($FeO$) железо имеет степень окисления +2 (так как у кислорода степень окисления -2). Оксид углерода(II) ($CO$, угарный газ) является восстановителем, особенно при высоких температурах. Он восстанавливает железо из оксида до металлического состояния (простого вещества).

Уравнение реакции:

$\stackrel{+2}{Fe}O + \stackrel{+2}{C}O \xrightarrow{t} \stackrel{0}{Fe} + \stackrel{+4}{C}O_2$

Степень окисления железа изменяется с +2 на 0. Данное изменение соответствует варианту 5.

Ответ: 5

13. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой

$Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$

Определите окислитель и восстановитель.

Решение

Для расстановки коэффициентов в уравнении реакции $Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$ воспользуемся методом электронного баланса. Сначала определим степени окисления элементов в каждом веществе, чтобы найти, какие из них изменяются.

$\overset{+2}{Fe}(\overset{-2}{O}\overset{+1}{H})_2 + \overset{0}{O}_2 + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{+3}{Fe}(\overset{-2}{O}\overset{+1}{H})_3$

Из схемы видно, что в ходе реакции изменяются степени окисления железа и кислорода:

• Железо ($Fe$) повышает степень окисления с +2 до +3, отдавая один электрон. Это процесс окисления.
• Кислород ($O_2$) понижает степень окисления с 0 до -2, принимая электроны. Это процесс восстановления.

Составим уравнения полуреакций (электронный баланс):

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3} \quad | \times 4$

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad | \times 1$

Чтобы число отданных и принятых электронов было одинаковым, находим наименьшее общее кратное, которое равно 4. Таким образом, первая полуреакция домножается на 4, а вторая — на 1. Эти числа будут коэффициентами перед соответствующими веществами в уравнении.

Подставляем полученные коэффициенты в исходное уравнение:

$4Fe(OH)_2 + 1O_2 + H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$

Теперь необходимо уравнять количество атомов водорода и кислорода, подбирая коэффициент для воды ($H_2O$).

Подсчитаем атомы водорода (H):

• В левой части (до реакции): в $4Fe(OH)_2$ содержится $4 \times 2 = 8$ атомов H, плюс атомы из $H_2O$.
• В правой части (после реакции): в $4Fe(OH)_3$ содержится $4 \times 3 = 12$ атомов H.

Для баланса в левой части также должно быть 12 атомов водорода. Следовательно, в молекулах воды должно содержаться $12 - 8 = 4$ атома водорода. Это соответствует 2 молекулам $H_2O$.

Получаем уравнение: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$.

Проведем проверку по атомам кислорода (O):

• В левой части: $4 \times 2$ (из $Fe(OH)_2$) $+ 2$ (из $O_2$) $+ 2 \times 1$ (из $H_2O$) $= 8 + 2 + 2 = 12$ атомов O.
• В правой части: $4 \times 3$ (из $Fe(OH)_3$) $= 12$ атомов O.

Количество всех атомов слева и справа одинаково, следовательно, коэффициенты расставлены верно.

Вещество, в состав которого входит элемент, отдающий электроны (окисляющийся), является восстановителем. В данном случае это $Fe(OH)_2$, так как $Fe^{+2}$ окисляется до $Fe^{+3}$.

Вещество, в состав которого входит элемент, принимающий электроны (восстанавливающийся), является окислителем. В данном случае это $O_2$, так как $O^0$ восстанавливается до $O^{-2}$.

Ответ: Итоговое уравнение реакции: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$. Окислителем является кислород ($O_2$), а восстановителем — гидроксид железа(II) ($Fe(OH)_2$).

14. Продукт взаимодействия серы с железными опилками обработали в вытяжном шкафу соляной кислотой. После окончания реакции к полученному раствору добавили раствор гидроксида натрия. Образовался светло-зелёный осадок. Напишите уравнения соответствующих реакций.

$Fe + S \to FeS$

$FeS + 2HCl \to FeCl_2 + H_2S\uparrow$

$FeCl_2 + 2NaOH \to Fe(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

Решение

В задаче описана последовательность из трёх химических реакций.

1. Первая реакция — взаимодействие серы с железными опилками. При нагревании железо реагирует с серой с образованием сульфида железа(II). Это твёрдое вещество тёмного цвета.

$Fe + S \xrightarrow{t} FeS$

2. Вторая реакция — обработка продукта первой реакции (сульфида железа(II)) соляной кислотой. Это реакция обмена, в результате которой образуется соль хлорид железа(II) и выделяется сероводород — бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Сероводород ядовит, поэтому реакцию проводят в вытяжном шкафу.

$FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S \uparrow$

3. Третья реакция — добавление к полученному раствору хлорида железа(II) раствора гидроксида натрия. Это качественная реакция на ион железа $Fe^{2+}$. В результате реакции обмена образуется нерастворимый гидроксид железа(II), который выпадает в осадок светло-зелёного цвета.

$FeCl_2 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

Ответ:

$Fe + S \rightarrow FeS$

$FeS + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2S \uparrow$

$FeCl_2 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$

1. В ионе железа $Fe^{3+}$ число электронов равно

1) 23

2) 29

3) 26

4) 53

Дано:

Ион железа $Fe^{3+}$

Найти:

Число электронов в ионе $Fe^{3+}$

Решение:

Чтобы определить число электронов в ионе, необходимо знать порядковый номер элемента в периодической таблице химических элементов. Порядковый номер элемента равен числу протонов в ядре, а также числу электронов в электрически нейтральном атоме.

1. Находим элемент железо ($Fe$) в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева. Его порядковый (атомный) номер равен 26.

2. Это означает, что в нейтральном атоме железа содержится 26 протонов в ядре и 26 электронов на электронных оболочках.

3. Ион $Fe^{3+}$ имеет заряд $3+$. Положительный заряд иона означает, что атом потерял электроны. Величина заряда ($3+$) указывает на то, что атом железа потерял 3 электрона.

4. Для того чтобы рассчитать количество электронов в ионе $Fe^{3+}$, нужно из числа электронов в нейтральном атоме вычесть количество отданных электронов:

Число электронов в $Fe^{3+} = (\text{число электронов в нейтральном атоме } Fe) - (\text{число потерянных электронов})$

Число электронов в $Fe^{3+} = 26 - 3 = 23$

Таким образом, в ионе железа $Fe^{3+}$ содержится 23 электрона. Этот вариант соответствует ответу под номером 1).

Ответ: 23.

2. Железо проявляет степень окисления +3 и +2 соответственно в соединениях, формулы которых

1) $ \text{FePO}_4 $ и $ \text{Fe}_3\text{O}_4 $

2) $ \text{Fe}_2\text{O}_3 $ и $ \text{FeBr}_3 $

3) $ \text{FeO} $ и $ \text{Fe(OH)}_3 $

4) $ \text{Fe(NO}_3)_3 $ и $ \text{FeS} $

Решение

Для решения задачи необходимо определить степень окисления железа ($Fe$) в каждом соединении из предложенных пар. Согласно условию, в первом соединении железо должно иметь степень окисления +3, а во втором +2.

1) $FePO_4$ и $Fe_3O_4$

В соединении $FePO_4$ фосфат-ион $(PO_4)^{3-}$ имеет заряд -3. Для обеспечения электронейтральности молекулы степень окисления железа должна быть +3.

Соединение $Fe_3O_4$ (железная окалина) является смешанным оксидом, его формулу можно записать как $FeO \cdot Fe_2O_3$. В этом соединении железо проявляет две степени окисления: +2 и +3. Это не соответствует условию, требующему для второго соединения только степень окисления +2. Следовательно, данный вариант не подходит.

2) $Fe_2O_3$ и $FeBr_3$

В оксиде железа(III) $Fe_2O_3$ степень окисления кислорода равна -2. Пусть степень окисления железа — $x$. Тогда $2x + 3(-2) = 0$, что дает $x = +3$.

В бромиде железа(III) $FeBr_3$ степень окисления брома равна -1. Пусть степень окисления железа — $y$. Тогда $y + 3(-1) = 0$, что дает $y = +3$.

В обоих соединениях степень окисления железа +3, что не соответствует условию.

3) $FeO$ и $Fe(OH)_3$

В оксиде железа(II) $FeO$ степень окисления кислорода равна -2, следовательно, степень окисления железа равна +2.

В гидроксиде железа(III) $Fe(OH)_3$ гидроксид-ион $(OH)^-$ имеет заряд -1. Следовательно, степень окисления железа равна +3.

В данной паре степени окисления железа +2 и +3 соответственно, что является обратным порядком по отношению к требуемому в задаче (+3 и +2).

4) $Fe(NO_3)_3$ и $FeS$

В нитрате железа(III) $Fe(NO_3)_3$ нитрат-ион $(NO_3)^-$ имеет заряд -1. Чтобы молекула была нейтральной, степень окисления железа должна быть +3.

В сульфиде железа(II) $FeS$ сера в сульфидах имеет степень окисления -2. Следовательно, степень окисления железа равна +2.

Эта пара соединений полностью удовлетворяет условию: степень окисления железа в $Fe(NO_3)_3$ равна +3, а в $FeS$ — +2. Таким образом, это правильный ответ.

Ответ: 4

3. Верны ли следующие суждения о железе и его соединениях?

А. Сплавы железа с углеродом — это чугун и сталь.

Б. Гидроксид железа(II) может превращаться в гидроксид железа(III).

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение:

Для того чтобы определить правильный вариант ответа, необходимо проанализировать каждое из предложенных суждений.

А. Сплавы железа с углеродом — это чугун и сталь.

Это суждение является верным. Чугун и сталь — это ключевые сплавы на основе железа, в которых главным легирующим (добавляемым) элементом является углерод. Они различаются по процентному содержанию углерода: в стали его содержание обычно не превышает 2,14%, тогда как в чугуне оно выше — от 2,14% до 4,3% и более. Таким образом, оба материала по своей природе являются железоуглеродистыми сплавами.

Б. Гидроксид железа(II) может превращаться в гидроксид железа(III).

Это суждение также является верным. Гидроксид железа(II), имеющий формулу $Fe(OH)_2$, — это соединение, в котором железо находится в степени окисления +2. Он неустойчив на воздухе и легко окисляется кислородом (в присутствии воды) до гидроксида железа(III), $Fe(OH)_3$, где железо имеет более стабильную степень окисления +3. Этот химический процесс описывается следующим уравнением:

$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$

Реакция сопровождается характерным изменением цвета осадка с белого или зеленоватого ($Fe(OH)_2$) на бурый ($Fe(OH)_3$).

Поскольку оба суждения, А и Б, являются верными, правильным будет вариант ответа, который подтверждает истинность обоих суждений.

Ответ: 3