Расставьте коэффициенты методом электронного баланса: Fe + Cl2 = FrCl3
Давайте решим задачу по расстановке коэффициентов методом электронного баланса для уравнения реакции:
\[ \mathrm{Fe + Cl_2 \to FeCl_3} \]
Цель: понять и правильно сбалансировать это химическое уравнение.
Шаг 1: Определим окислитель и восстановитель
- В веществе \( \mathrm{Cl_2} \) атомы хлора в элементарном состоянии, они будут восстанавливаться до ионов \( \mathrm{Cl^-} \).
- В веществе \( \mathrm{Fe} \) железо в металле, оно окислится или восстановится?
После реакции получается \( \mathrm{FeCl_3} \):
- Железо в соединении \( \mathrm{FeCl_3} \) имеет заряд \( +3 \),
- Хлор в состав расходится как \( \mathrm{Cl^-} \).
Шаг 2: Запишем ионное состояние веществ
- В \( \mathrm{Cl_2} \) молекула содержит два атома хлора с нулевым зарядом.
- В \( \mathrm{FeCl_3} \):
- Железо: \( \mathrm{Fe^{3+}} \),
- Хлор: \( \mathrm{Cl^-} \).
Шаг 3: Распишем изменения окислительного состояния
- В \( \mathrm{Cl_2} \) хлор в нулевом состоянии, он принимает электроны, чтобы стать \( \mathrm{Cl^-} \) (окисление).
- Железо в исходной форме — металл, с нулевым окислительным числом, в продукте — \( +3 \).
Индикатор:
- \( \mathrm{Cl_2} \) восстанавливается до \( 3\, \mathrm{Cl^-} \),
- Железо окисляется с 0 до +3.
Шаг 4: Запишем полуреакции
Восстановление (хлор):
\[
\mathrm{Cl_2 + 2e^- \to 2Cl^-}
\]
Окисление (железо):
\[
\mathrm{Fe \to Fe^{3+} + 3e^-}
\]
Но чтобы сбалансировать электроны, при окислении железо дает 3 электрона, а при восстановлении из 1 молекулы \( \mathrm{Cl_2} \) получают 2 электрона. Следует привести к наименьшему общему кратному.
Шаг 5: Найдём общий коэффициент для электронов
Уравниваем электроны:
- Окисление: 1 атом \( \mathrm{Fe} \) — 3 электрона,
- Восстановление: 1 молекула \( \mathrm{Cl_2} \) — 2 электрона.
Чтобы уравнять электроны:
- \( 3 \times \mathrm{Cl_2} \) (6 электронов),
- \( 2 \times \mathrm{Fe} \) (6 электронов).
Итак, умножим:
\[ \mathrm{Fe} \to \mathrm{Fe^{3+}} + 3e^-, \quad \mathrm{Cl_2} + 2e^- \to 2Cl^-. \]
Многое осталось для баланса:
- Нужно 2 атома железа для коэффициента 2, чтобы сбалансировать электроны.
Шаг 6: Запишем финальное уравнение
Молекулы будут выглядеть так:
\[ \boxed{ \mathrm{2Fe + 3Cl_2 \to 2FeCl_3} } \]
Проверим:
- Железо: 2 слева, 2 справа — баланс.
- Хлор: \( 3 \times 2 = 6 \) слева, слева 6 атомов хлора, а справа — 3 молекулы \( \mathrm{FeCl_3} \), каждая с 3 атомами хлора, итого 3×3=9. Тут произошла ошибка.
Пора пересчитать с учётом количества хлора:
Проще:
- Слева: \( \mathrm{Cl_2} \) — \( 3 \) молекулы, всего 6 атомов хлора.
- Справа: в \( \mathrm{FeCl_3} \) 3 атома хлора на 1.
Значит, 2 молекулы \( \mathrm{FeCl_3} \) дадут 6 атомов хлора.
Итак, финальный уравнение выглядит так:
\[ \boxed{ \mathrm{Fe + \frac{3}{2}Cl_2 \to FeCl_3} } \]
Чтобы избавиться от дробных коэффициентов, умножим всё уравнение на 2:
\[ \boxed{ 2Fe + 3Cl_2 \to 2FeCl_3 } \]
Итог:
Ответ:
\[
\boxed{
\mathrm{2Fe + 3Cl_2 \to 2FeCl_3}
}
\]
Это сбалансированное уравнение реакции методом электронного баланса. Оно показывает, что для реакции нужно 2 атома железа и 3 молекулы хлора, образуя 2 молекулы желез железа(III) хлорида.
