5. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций, соответствующие следующим схемам: a) CugO + C Cu + CO б) Fe203 + CO -> Fe + CO2
Рассмотрим каждую схему реакции и составим уравнения, используя метод электронного баланса. Этот метод хорош тем, что позволяет уравнивать реакции окислительно-восстановительного типа, балансируя как количество электронов, так и атомов.
1. Реакция (a): CugO + C → Cu + CO
Шаг 1. Определим степени окисления элементов:
- В веществе Cu₂O: медь окислена до +1 (Cu⁺), кислород — -2.
- В чистом углероде (C) степень окисления 0.
- В металлическом меде (Cu): 0.
- В CO: О — -2, C — +2.
Шаг 2. Запишем полуреакции окисления и восстановления:
Восстановление: C (0) → CO (C +2), то есть углерод окисляется, отдавая 2 электрона:
C (0) → C (+2) + 2e⁻
Восстановление: Cu₂O (Cu +1) → Cu (0):
Cu⁺ + e⁻ → Cu (металл)
Но у нас есть Cu₂O, и мы балансируем по атомам.
Шаг 3. Балансируем по атомам:
В уравнении клетки — один атом Cu снизу и один снизу, два Cu в Cu₂O, что соответствует 2 Cu⁺.
Обратим внимание, что в Cu₂O содержится 2 Cu⁺ и 1 O²⁻.
Поэтому:
Восстановление: 2 Cu⁺ + 2e⁻ → 2 Cu
Окисление: C → CO + 2e⁻ (углерод отдает 2 электрона для превращения в CO)
Шаг 4. Подсчёт электронов и составление уравнения:
Обозначим:
Вход: Cu₂O + C
Выход: Cu + CO
Балансируем:
\[ \text{Левое}: \quad \text{Cu}_2\text{O} + C \] \[ \text{Правое}: \quad 2\,\text{Cu} + CO \]
В реакции:
- C окисляется: C (0) → CO (C +2) + 2e⁻
- Cu₂O: 2 Cu⁺ + 2e⁻ → 2 Cu
Электроны от C равны 2, что нужно для восстановления 2 Cu. Значит:
\[ C + 2\,\text{Cu}^+ + 2e^- \rightarrow C O + 2\, \text{Cu} \] \[ \text{Общий баланс:} \quad \text{Cu}_2\text{O} + C \rightarrow 2\, \text{Cu} + CO \]
Ответ — уравнение реакции:
\[ \boxed{ \text{Cu}_2\text{O} + C \rightarrow 2 \text{Cu} + CO } \]
2. Реакция (б): Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂
Шаг 1. Определим степени окисления:
- В Fe₂O₃: Fe — +3, O — -2
- В CO: C — +2, O — -2
- В Fe (металл): 0
- В CO₂: C — +4, O — -2
Шаг 2. Запишем полуреакции:
Окисление: CO (C +2) → CO₂ (C +4), то есть C окисляется:
C (+2) → C (+4) + 2e⁻
Восстановление: Fe₂O₃ (Fe +3) → Fe (0):
Fe³⁺ + 3e⁻ → Fe
Так как у нас 2 Fe, то необходимо 6 электронов (по 3 на каждый атом Fe).
Шаг 3. Балансировка электронами:
Окисление: 2 C (каждый отдаёт 2 e⁻), всего 4 e⁻
Но для восстановления 2 Fe³⁺ → 2 Fe, нужно 6 e⁻. Тогда:
Окисление: 2 C → 2 CO₂ + 4 e⁻
Восстановление: 2 Fe³⁺ + 6 e⁻ → 2 Fe
Нужно уравнять электроны, добавляя ко второму уравнению 2e⁻:
\[ \text{Fe}^{3+} + 3 e^- \rightarrow \text{Fe} \]
Для 2 ферру:
\[ 2 \text{Fe}^{3+} + 6 e^- \rightarrow 2 \text{Fe} \]
Тогда окислительные реакции:
\[ 2 C + O_2 \rightarrow 2 CO \]
Но в реакции участвуют CO и Fe₂O₃. Таким образом, исходное уравнение реакции:
\[ Fe_2O_3 + 3 C \rightarrow 2 Fe + 3 CO_2 \]
Шаг 4. Итоговое уравнение:
\[ \boxed{ Fe_2O_3 + 3 C \rightarrow 2 Fe + 3 CO_2 } \]
Итоговые ответы:
а) Электронный баланс:
\[ \text{Cu}_2\text{O} + C \rightarrow 2\, \text{Cu} + CO \]
б) Электронный баланс:
\[ Fe_2O_3 + 3 C \rightarrow 2 Fe + 3 CO_2 \]
Эти уравнения соответствуют схемам реакций с использованием метода электронного баланса.
