Номер 1, страница 234 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Рассмотрите реакцию восстановления оксида железа (III) оксидом углерода (II) как окислительно-восстановительный процесс.

Решение

Окислительно-восстановительная реакция — это химическая реакция, в ходе которой изменяются степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Рассмотрим реакцию восстановления оксида железа (III) оксидом углерода (II) с этой точки зрения.

Сначала составим уравнение реакции. Оксид железа (III), химическая формула $Fe_2O_3$, реагирует с оксидом углерода (II), формула $CO$. В результате этой реакции оксид железа восстанавливается до металлического железа ($Fe$), а оксид углерода (II) окисляется до оксида углерода (IV) ($CO_2$).

Сбалансированное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$$ Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2 $$

Далее определим степени окисления всех элементов до и после реакции, чтобы идентифицировать процессы окисления и восстановления.

$$ \overset{+3}{Fe}_2\overset{-2}{O}_3 + 3\overset{+2}{C}\overset{-2}{O} \rightarrow 2\overset{0}{Fe} + 3\overset{+4}{C}\overset{-2}{O}_2 $$

Из уравнения видно, что:
- Степень окисления железа ($Fe$) понижается с $+3$ до $0$. Это означает, что ион железа принимает электроны, то есть происходит процесс восстановления.
- Степень окисления углерода ($C$) повышается с $+2$ до $+4$. Это означает, что атом углерода отдает электроны, то есть происходит процесс окисления.
- Степень окисления кислорода ($O$) остается неизменной ($-2$).

Составим схемы полуреакций, используя метод электронного баланса:

$Fe^{+3} + 3e^{-} \rightarrow Fe^{0}$ | $ \times 2$ | процесс восстановления
$C^{+2} - 2e^{-} \rightarrow C^{+4}$ | $ \times 3$ | процесс окисления

Коэффициенты в уравнениях полуреакций (множители 2 и 3) подбираются так, чтобы общее число электронов, принятых окислителем, было равно общему числу электронов, отданных восстановителем ($3 \times 2 = 6$ электронов). Эти коэффициенты соответствуют стехиометрическим коэффициентам в общем уравнении реакции.

На основе анализа полуреакций определим окислитель и восстановитель:
- Окислителем является оксид железа (III) ($Fe_2O_3$), так как он содержит ионы железа $Fe^{+3}$, которые принимают электроны.
- Восстановителем является оксид углерода (II) ($CO$), так как он содержит атомы углерода $C^{+2}$, которые отдают электроны.

Ответ:

Реакция восстановления оксида железа (III) оксидом углерода (II) является окислительно-восстановительным процессом, который описывается уравнением $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$. В этой реакции железо в степени окисления $+3$ (в составе $Fe_2O_3$) является окислителем, оно восстанавливается до металлического железа со степенью окисления $0$. Углерод в степени окисления $+2$ (в составе $CO$) является восстановителем, он окисляется до углерода в степени окисления $+4$ (в составе $CO_2$). Процессы перехода электронов описываются полуреакциями: $Fe^{+3} + 3e^{-} \rightarrow Fe^{0}$ (восстановление) и $C^{+2} - 2e^{-} \rightarrow C^{+4}$ (окисление).