Номер 5, страница 227 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

5. Напишите уравнения реакций взаимодействия угля с оксидом железа $(III)$ и оксидом олова $(IV)$. Рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Взаимодействие угля с оксидом железа(III)

Решение
Уголь (углерод, C) является сильным восстановителем при высоких температурах и способен восстанавливать металлы из их оксидов. Взаимодействие угля с оксидом железа(III) ($Fe_2O_3$) — это классический пример карботермии, лежащий в основе доменного процесса производства чугуна. Продуктами реакции являются чистое железо и, в зависимости от соотношения реагентов, угарный газ ($CO$) или углекислый газ ($CO_2$). Рассмотрим вариант с образованием углекислого газа.

Уравнение реакции:
$2Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 4Fe + 3CO_2$

Рассмотрим окислительно-восстановительный процесс, определив степени окисления элементов до и после реакции:
$2\overset{+3}{Fe_2}\overset{-2}{O_3} + 3\overset{0}{C} \rightarrow 4\overset{0}{Fe} + 3\overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2}$

Изменение степеней окисления показывает, что железо восстанавливается, а углерод окисляется. Составим электронный баланс:
$Fe^{+3} + 3e^- \rightarrow Fe^0$ | 4 | процесс восстановления
$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 3 | процесс окисления

Вещество, в котором элемент понижает свою степень окисления, является окислителем. В данном случае это оксид железа(III) ($Fe_2O_3$), так как ион $Fe^{+3}$ принимает электроны.
Вещество, в котором элемент повышает свою степень окисления, является восстановителем. В данном случае это углерод ($C$), так как атом $C^0$ отдает электроны.

Ответ: Уравнение реакции: $2Fe_2O_3 + 3C \xrightarrow{t} 4Fe + 3CO_2$. Окислитель — $Fe_2O_3$ (за счет $Fe^{+3}$), восстановитель — $C$ (углерод).

Взаимодействие угля с оксидом олова(IV)

Решение
Аналогично реакции с оксидом железа, углерод при нагревании восстанавливает олово из оксида олова(IV) ($SnO_2$). Этот процесс исторически использовался для получения олова.

Уравнение реакции:
$SnO_2 + C \xrightarrow{t} Sn + CO_2$

Рассмотрим окислительно-восстановительный процесс, определив степени окисления элементов:
$\overset{+4}{Sn}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{C} \rightarrow \overset{0}{Sn} + \overset{+4}{C}\overset{-2}{O_2}$

Составим электронный баланс для этой реакции:
$Sn^{+4} + 4e^- \rightarrow Sn^0$ | 1 | процесс восстановления
$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 1 | процесс окисления

Количество отданных и принятых электронов равно, поэтому дополнительные коэффициенты в уравнении не требуются. Олово в степени окисления +4 (в составе $SnO_2$) является окислителем, так как принимает электроны. Углерод в степени окисления 0 является восстановителем, так как отдает электроны.

Ответ: Уравнение реакции: $SnO_2 + C \xrightarrow{t} Sn + CO_2$. Окислитель — $SnO_2$ (за счет $Sn^{+4}$), восстановитель — $C$ (углерод).