Страница 153 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. В схеме превращений

$FeSO_4 \xrightarrow{X} Fe \xrightarrow{Y} FeCl_3$

буквами X и Y соответственно обозначены вещества, формулы которых

1) $SnCl_2$

2) $Cl_2$

3) $Cu$

4) $Mg$

5) $HCl$

Решение

Рассмотрим последовательно два превращения в предложенной схеме $FeSO_4 \xrightarrow{X} Fe \xrightarrow{Y} FeCl_3$, чтобы определить вещества X и Y из списка: 1) $SnCl_2$, 2) $Cl_2$, 3) $Cu$, 4) $Mg$, 5) $HCl$.

Этап 1: $FeSO_4 \xrightarrow{X} Fe$

На первом этапе происходит восстановление ионов железа(II) ($Fe^{2+}$) до металлического железа ($Fe^0$). Это возможно в реакции замещения, где более активный металл вытесняет менее активный из раствора его соли. Для этого нужно обратиться к электрохимическому ряду активности металлов. Из предложенных веществ металлами являются медь ($Cu$) и магний ($Mg$). Магний ($Mg$) находится в ряду активности левее железа ($Fe$), а медь ($Cu$) – правее. Следовательно, только магний может вытеснить железо из раствора сульфата железа(II). Остальные вещества не подходят: $SnCl_2$ содержит олово, которое также менее активно, чем железо; $Cl_2$ и $HCl$ являются окислителями, а не восстановителями для $Fe^{2+}$ до $Fe^0$. Таким образом, вещество X – это магний ($Mg$).

Уравнение реакции: $FeSO_4 + Mg \rightarrow Fe + MgSO_4$.

Этап 2: $Fe \xrightarrow{Y} FeCl_3$

На втором этапе металлическое железо ($Fe^0$) окисляется до железа в степени окисления $+3$ в составе хлорида железа(III) ($FeCl_3$). Для этого необходим сильный окислитель. Рассмотрим подходящие варианты из списка. При реакции железа с соляной кислотой ($HCl$) образуется хлорид железа(II) ($FeCl_2$), так как кислота (за счёт ионов $H^+$) не является достаточно сильным окислителем для перевода железа в степень окисления $+3$. Уравнение этой реакции: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$. В то же время, хлор ($Cl_2$) – сильный окислитель, который при взаимодействии с железом окисляет его именно до степени окисления $+3$. Таким образом, вещество Y – это хлор ($Cl_2$).

Уравнение реакции: $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$.

Итак, для осуществления данной цепочки превращений вещество X – это $Mg$, а вещество Y – это $Cl_2$.

Ответ: X — $Mg$, Y — $Cl_2$.

12. Установите соответствие между реагентами и продуктами реакции.

РЕАГЕНТЫ

А) $Fe$ и $HCl$

Б) $Fe$ и $FeCl_3$

В) $Fe$ и $Cl_2$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $FeCl_2$ и $H_2$

2) $FeCl_3$ и $H_2$

3) $FeCl_3$

4) $FeCl_2$

5) $FeCl_3$ и $FeCl_2$

Решение

А) Fe и HCl

Железо ($Fe$) является металлом, стоящим в электрохимическом ряду напряжений металлов до водорода. Поэтому оно вступает в реакцию замещения с соляной кислотой ($HCl$), которая является кислотой-неокислителем. В ходе этой реакции железо окисляется до своей низшей устойчивой степени окисления +2, а водород выделяется в виде газа.

Уравнение реакции выглядит следующим образом: $Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2 \uparrow$

Таким образом, продуктами реакции являются хлорид железа(II) ($FeCl_2$) и водород ($H_2$). Этот набор продуктов соответствует варианту 1.

Ответ: 1

Б) Fe и FeCl_3

В данной реакции металлическое железо ($Fe^0$) взаимодействует с солью железа(III) — хлоридом железа(III) ($FeCl_3$). Это окислительно-восстановительная реакция, а именно реакция сопропорционирования, где железо в степени окисления 0 (восстановитель) и железо в степени окисления +3 (окислитель) переходят в промежуточную степень окисления +2.

Уравнение реакции: $Fe + 2FeCl_3 \rightarrow 3FeCl_2$

Единственным продуктом реакции является хлорид железа(II) ($FeCl_2$). Этот продукт соответствует варианту 4.

Ответ: 4

В) Fe и Cl_2

Хлор ($Cl_2$) — это сильный окислитель. При взаимодействии железа с сильными окислителями (такими как галогены, например, хлор) железо окисляется до своей высшей степени окисления +3. Реакция обычно протекает при нагревании.

Уравнение реакции: $2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$

Продуктом этой реакции является хлорид железа(III) ($FeCl_3$). Этот продукт соответствует варианту 3.

Ответ: 3

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

$FeO + HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO_2 + H_2O$

Определите окислитель и восстановитель.

Решение

Для расстановки коэффициентов в уравнении реакции $FeO + HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO_2 + H_2O$ воспользуемся методом электронного баланса.

Сначала определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$ \stackrel{+2}{Fe}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{+1}{H}\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O}_3 \rightarrow \stackrel{+3}{Fe}(\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O}_3)_3 + \stackrel{+4}{N}\stackrel{-2}{O}_2 + \stackrel{+1}{H}_2\stackrel{-2}{O} $

Изменения степеней окисления претерпевают железо и азот:

• Железо ($Fe$) повышает степень окисления с +2 до +3 (процесс окисления).
• Азот ($N$) понижает степень окисления с +5 до +4 (процесс восстановления).

Составим схему электронного баланса, указав процессы окисления и восстановления:

$Fe^{2+} - 1e^- \rightarrow Fe^{3+}$ | 1 | окисление, $Fe^{2+}$ (в $FeO$) является восстановителем.
$N^{5+} + 1e^- \rightarrow N^{4+}$ | 1 | восстановление, $N^{5+}$ (в $HNO_3$) является окислителем.

Число отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны 1. Поставим их в уравнение реакции:

$1 \cdot FeO + HNO_3 \rightarrow 1 \cdot Fe(NO_3)_3 + 1 \cdot NO_2 + H_2O$

Теперь уравняем остальные атомы. Уравняем атомы азота ($N$). В правой части уравнения находятся 3 атома азота в составе $Fe(NO_3)_3$ и 1 атом азота в $NO_2$, что в сумме составляет 4 атома. Следовательно, в левой части перед $HNO_3$ необходимо поставить коэффициент 4.

$FeO + 4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO_2 + H_2O$

Далее уравняем атомы водорода ($H$). В левой части в $4HNO_3$ содержится 4 атома водорода. В правой части водород есть только в воде ($H_2O$), поэтому перед ней ставим коэффициент 2, чтобы получить 4 атома водорода ($2 \cdot 2 = 4$).

$FeO + 4HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_3 + NO_2 + 2H_2O$

В завершение проведем проверку по атомам кислорода ($O$):

• Слева: $1 + 4 \cdot 3 = 13$ атомов кислорода.
• Справа: $3 \cdot 3 + 2 + 2 \cdot 1 = 9 + 2 + 2 = 13$ атомов кислорода.

Количество атомов кислорода слева и справа равно, значит, коэффициенты расставлены верно.

Окислитель — вещество, принимающее электроны. В данной реакции это азотная кислота, $HNO_3$ (за счет атома $N^{+5}$).

Восстановитель — вещество, отдающее электроны. В данной реакции это оксид железа(II), $FeO$ (за счет атома $Fe^{+2}$).

Ответ:

Итоговое уравнение реакции: $FeO + 4HNO_3 = Fe(NO_3)_3 + NO_2 + 2H_2O$.
Окислитель: $HNO_3$ (азотная кислота).
Восстановитель: $FeO$ (оксид железа(II)).

14. Через порошок оксида железа(III) пропустили при нагревании ток водорода. Полученный продукт поместили в раствор сульфата меди(II). После окончания реакции раствор отфильтровали и к фильтрату добавили раствор гидроксида натрия. Образовался светло-зелёный осадок. Напишите уравнения соответствующих реакций.

Уравнения реакций:

$Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t} 2Fe + 3H_2O$

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu$

$FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Решение:

Задача описывает последовательность трех химических превращений. Проанализируем каждый этап и напишем соответствующие уравнения реакций.

1. Первая стадия — это пропускание водорода ($H_2$) через порошок оксида железа(III) ($Fe_2O_3$) при нагревании. Это классическая реакция восстановления оксида металла до чистого металла. Водород восстанавливает железо из оксида, а сам окисляется до воды.

Уравнение реакции: $Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Fe + 3H_2O$.

2. Полученный продукт, которым является металлическое железо ($Fe$), помещают в раствор сульфата меди(II) ($CuSO_4$). Железо стоит в ряду активности металлов левее меди, следовательно, оно является более активным металлом и способно вытеснять медь из растворов её солей. В ходе этой реакции замещения железо переходит в раствор в виде сульфата железа(II) ($FeSO_4$), а медь выпадает в осадок в виде простого вещества.

Уравнение реакции: $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$.

3. Раствор отфильтровывают. В осадке остаются металлическая медь и, возможно, избыток непрореагировавшего железа. В фильтрате находится раствор сульфата железа(II) ($FeSO_4$). К этому фильтрату добавляют раствор гидроксида натрия ($NaOH$). Происходит реакция ионного обмена, в результате которой образуется осадок. По условию, осадок светло-зелёного цвета. Таким свойством обладает гидроксид железа(II) ($Fe(OH)_2$). Это подтверждает, что в предыдущей реакции образовалась именно соль железа(II).

Уравнение реакции: $FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$.

Ответ:

$Fe_2O_3 + 3H_2 \xrightarrow{t^\circ} 2Fe + 3H_2O$

$Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$

$FeSO_4 + 2NaOH \rightarrow Fe(OH)_2\downarrow + Na_2SO_4$