ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 44 Вопрос 1 Базовый Уровень Габриелян — Подробные Ответы

Какие из реакций, уравнения которых записаны ниже, относят к окислительно-восстановительным?

а) \(\text{CaCO}_3\) \(\text{CaO} + \text{CO}_2\);
б) \(\text{CO}_2 + 2\text{Mg}\) \(2\text{MgO} + \text{C}\);
в) \(\text{Ba(NO}_3)_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 = 2\text{NaNO}_3 + \text{BaSO}_4\);
г) \(2\text{Al} + \text{Cr}_2\text{O}_3\) \(\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Cr}\).

Для окислительно-восстановительных реакций укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления, составьте электронные уравнения.

а) Разложение карбоната кальция:
\(\text{CaCO}_3\) \(\text{CaO} + \text{CO}_2\)

Ионное представление:
\(\text{Ca}^{+2}\text{C}^{+4}\text{O}_3^{-2}\) \(\text{Ca}^{+2}\text{O}^{-2} + \text{C}^{+4}\text{O}_2^{-2}\)

Степени окисления элементов не изменяются, следовательно, реакция не относится к окислительно-восстановительным.

б) Реакция углекислого газа с магнием:
\(\text{CO}_2 + 2\text{Mg}\) \(2\text{MgO} + \text{C}\)

Ионное представление:
\(\text{C}^{+4}\text{O}_2^{-2} + \text{Mg}^{0} \rightarrow \text{Mg}^{+2}\text{O}^{-2} + \text{C}^{0}\)

Восстановление:
\(\text{C}^{+4} + 4\text{e}^- \rightarrow \text{C}^{0}\) (здесь углерод — окислитель).

Окисление:
\(\text{Mg}^{0} — 2\text{e}^- \rightarrow \text{Mg}^{+2}\) (магний — восстановитель).

Суммарное электронное уравнение:
\(\text{C}^{+4} + 4\text{e}^- + 2\text{Mg}^{0} — 4\text{e}^- \rightarrow \text{C}^{0} + 2\text{Mg}^{+2}\)

Итоговая реакция:
\(\text{CO}_2 + 2\text{Mg}\) \(2\text{MgO} + \text{C}\)

в) Реакция сульфата натрия и нитрата бария:
\(\text{Ba(NO}_3)_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 = 2\text{NaNO}_3 + \text{BaSO}_4\)

Ионное представление:
\(\text{Ba}^{+2}(\text{N}^{+5}\text{O}_3^{-2})_2 + \text{Na}_2^{+1}\text{S}^{+6}\text{O}_4^{-2} = 2\text{Na}^{+1}\text{N}^{+5}\text{O}_3^{-2} + \text{Ba}^{+2}\text{S}^{+6}\text{O}_4^{-2}\)

Степени окисления остаются неизменными, поэтому реакция не является окислительно-восстановительной.

г) Реакция алюминия с оксидом хрома (III):
\(2\text{Al} + \text{Cr}_2\text{O}_3\) \(\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Cr}\)

Ионное представление:
\(\text{Al}^{0} + \text{Cr}_2^{+3}\text{O}_3^{-2} \rightarrow \text{Al}_2^{+3}\text{O}_3^{-2} + \text{Cr}^{0}\)

Восстановление:
\(\text{Cr}^{+3} + 3\text{e}^- \rightarrow \text{Cr}^{0}\) (хром — окислитель).

Окисление:
\(\text{Al}^{0} — 3\text{e}^- \rightarrow \text{Al}^{+3}\) (алюминий — восстановитель).

Суммарное электронное уравнение:
\(\text{Cr}^{+3} + 3\text{e}^- + \text{Al}^{0} — 3\text{e}^- \rightarrow \text{Cr}^{0} + \text{Al}^{+3}\)

Итоговая реакция:
\(2\text{Al} + \text{Cr}_2\text{O}_3\) \(\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Cr}\)

Для определения, является ли реакция окислительно-восстановительной (ОВР), необходимо проанализировать изменения степеней окисления всех элементов, участвующих в реакции. Окислительно-восстановительная реакция — это химическая реакция, в которой происходит изменение степеней окисления атомов элементов.

Объяснение:

а) Разложение карбоната кальция:
\(\text{CaCO}_3\) \(\text{CaO} + \text{CO}_2\)

1. Определение степеней окисления:

— В \(\text{CaCO}_3\):

• Кислород (O) обычно имеет степень окисления -2.
• Кальций (Ca) как элемент II группы всегда имеет степень окисления +2 в соединениях.
• Для углерода (C) рассчитаем: \((+2) + \text{C} + 3 \times (-2) = 0 \Rightarrow +2 + \text{C} — 6 = 0 \Rightarrow \text{C} = +4\).
• Таким образом, \(\text{Ca}^{+2}\text{C}^{+4}\text{O}_3^{-2}\).

— В \(\text{CaO}\):

• Кислород (O) -2, Кальций (Ca) +2.
• Таким образом, \(\text{Ca}^{+2}\text{O}^{-2}\).

— В \(\text{CO}_2\):

• Кислород (O) -2.
• Для углерода (C) рассчитаем: \(\text{C} + 2 \times (-2) = 0 \Rightarrow \text{C} — 4 = 0 \Rightarrow \text{C} = +4\).
• Таким образом, \(\text{C}^{+4}\text{O}_2^{-2}\).

2. Анализ изменений:

— Степень окисления Ca: +2 (в \(\text{CaCO}_3\)) \(\rightarrow\) +2 (в \(\text{CaO}\)) — не изменилась.

— Степень окисления C: +4 (в \(\text{CaCO}_3\)) \(\rightarrow\) +4 (в \(\text{CO}_2\)) — не изменилась.

— Степень окисления O: -2 (в \(\text{CaCO}_3\)) \(\rightarrow\) -2 (в \(\text{CaO}\) и \(\text{CO}_2\)) — не изменилась.

3. Вывод: Поскольку степени окисления всех элементов не изменились, данная реакция не является окислительно-восстановительной.

б) Реакция углекислого газа с магнием:
\(\text{CO}_2 + 2\text{Mg}\) \(2\text{MgO} + \text{C}\)

1. Определение степеней окисления:

— В \(\text{CO}_2\): \(\text{C}^{+4}\text{O}_2^{-2}\) (как в пункте а).

— В \(\text{Mg}\): Это простое вещество, поэтому степень окисления \(\text{Mg}^{0}\).

— В \(\text{MgO}\): \(\text{Mg}^{+2}\text{O}^{-2}\) (как в пункте а).

— В \(\text{C}\): Это простое вещество, поэтому степень окисления \(\text{C}^{0}\).

2. Анализ изменений:

— Степень окисления C: +4 (в \(\text{CO}_2\)) \(\rightarrow\) 0 (в \(\text{C}\)) — уменьшилась. Произошло восстановление.

— Степень окисления Mg: 0 (в \(\text{Mg}\)) \(\rightarrow\) +2 (в \(\text{MgO}\)) — увеличилась. Произошло окисление.

— Степень окисления O: -2 (в \(\text{CO}_2\)) \(\rightarrow\) -2 (в \(\text{MgO}\)) — не изменилась.

3. Вывод: Поскольку степени окисления углерода и магния изменились, данная реакция является окислительно-восстановительной.

4. Окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления, электронные уравнения:

— Восстановление: Углерод (C) уменьшает свою степень окисления с +4 до 0, принимая электроны.
\(\text{C}^{+4} + 4\text{e}^- \rightarrow \text{C}^{0}\)
Вещество, в котором элемент восстанавливается (принимает электроны), является окислителем. Здесь \(\text{CO}_2\) (точнее, углерод в его составе) — окислитель.

— Окисление: Магний (Mg) увеличивает свою степень окисления с 0 до +2, отдавая электроны.
\(\text{Mg}^{0} — 2\text{e}^- \rightarrow \text{Mg}^{+2}\)
Вещество, в котором элемент окисляется (отдает электроны), является восстановителем. Здесь \(\text{Mg}\) — восстановитель.

— Баланс электронов:
Для того чтобы количество отданных электронов было равно количеству принятых, найдем наименьшее общее кратное для 4 (принято C) и 2 (отдано Mg), это 4.
Значит, уравнение окисления нужно умножить на 2:
\(\text{C}^{+4} + 4\text{e}^- \rightarrow \text{C}^{0}\) | 1 (коэффициент)
\(\text{Mg}^{0} — 2\text{e}^- \rightarrow \text{Mg}^{+2}\) | 2 (коэффициент)

— Суммарное электронное уравнение:
\(\text{C}^{+4} + 4\text{e}^- + 2\text{Mg}^{0} — 4\text{e}^- \rightarrow \text{C}^{0} + 2\text{Mg}^{+2}\)
(Электроны сокращаются)
\(\text{C}^{+4} + 2\text{Mg}^{0} \rightarrow \text{C}^{0} + 2\text{Mg}^{+2}\)

— Итоговая реакция:
\(\text{CO}_2 + 2\text{Mg}\) \(2\text{MgO} + \text{C}\)

в) Реакция сульфата натрия и нитрата бария:
\(\text{Ba(NO}_3)_2 + \text{Na}_2\text{SO}_4 = 2\text{NaNO}_3 + \text{BaSO}_4\)

1. Определение степеней окисления:
— В \(\text{Ba(NO}_3)_2\):

• Барий (Ba) +2 (II группа).
• Кислород (O) -2.
• Азот (N) в нитрат-ионе (\(\text{NO}_3^-\)): \(\text{N} + 3 \times (-2) = -1 \Rightarrow \text{N} — 6 = -1 \Rightarrow \text{N} = +5\).
• Таким образом, \(\text{Ba}^{+2}(\text{N}^{+5}\text{O}_3^{-2})_2\).

— В \(\text{Na}_2\text{SO}_4\):

• Натрий (Na) +1 (I группа).
• Кислород (O) -2.
• Сера (S) в сульфат-ионе (\(\text{SO}_4^{2-}\)): \(\text{S} + 4 \times (-2) = -2 \Rightarrow \text{S} — 8 = -2 \Rightarrow \text{S} = +6\).
• Таким образом, \(\text{Na}_2^{+1}\text{S}^{+6}\text{O}_4^{-2}\).

— В \(\text{NaNO}_3\):

• Натрий (Na) +1, Кислород (O) -2, Азот (N) +5.
• Таким образом, \(\text{Na}^{+1}\text{N}^{+5}\text{O}_3^{-2}\).

— В \(\text{BaSO}_4\):

• Барий (Ba) +2, Кислород (O) -2, Сера (S) +6.
• Таким образом, \(\text{Ba}^{+2}\text{S}^{+6}\text{O}_4^{-2}\).

2. Анализ изменений:

— Степень окисления Ba: +2 \(\rightarrow\) +2 — не изменилась.

— Степень окисления N: +5 \(\rightarrow\) +5 — не изменилась.

— Степень окисления O: -2 \(\rightarrow\) -2 — не изменилась.

— Степень окисления Na: +1 \(\rightarrow\) +1 — не изменилась.

— Степень окисления S: +6 \(\rightarrow\) +6 — не изменилась.

3. Вывод: Поскольку степени окисления всех элементов не изменились, данная реакция не является окислительно-восстановительной. Это реакция ионного обмена.

г) Реакция алюминия с оксидом хрома (III):
\(2\text{Al} + \text{Cr}_2\text{O}_3\) \(\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Cr}\)

1. Определение степеней окисления:
— В \(\text{Al}\): Это простое вещество, поэтому степень окисления \(\text{Al}^{0}\).

— В \(\text{Cr}_2\text{O}_3\):

• Кислород (O) -2.
• Для хрома (Cr) рассчитаем: \(2 \times \text{Cr} + 3 \times (-2) = 0 \Rightarrow 2\text{Cr} — 6 = 0 \Rightarrow 2\text{Cr} = +6 \Rightarrow \text{Cr} = +3\).
• Таким образом, \(\text{Cr}_2^{+3}\text{O}_3^{-2}\).

— В \(\text{Al}_2\text{O}_3\):

• Кислород (O) -2.
• Для алюминия (Al) рассчитаем: \(2 \times \text{Al} + 3 \times (-2) = 0 \Rightarrow 2\text{Al} — 6 = 0 \Rightarrow 2\text{Al} = +6 \Rightarrow \text{Al} = +3\).
• Таким образом, \(\text{Al}_2^{+3}\text{O}_3^{-2}\).

— В \(\text{Cr}\): Это простое вещество, поэтому степень окисления \(\text{Cr}^{0}\).

2. Анализ изменений:

— Степень окисления Al: 0 (в \(\text{Al}\)) \(\rightarrow\) +3 (в \(\text{Al}_2\text{O}_3\)) — увеличилась. Произошло окисление.

— Степень окисления Cr: +3 (в \(\text{Cr}_2\text{O}_3\)) \(\rightarrow\) 0 (в \(\text{Cr}\)) — уменьшилась. Произошло восстановление.

— Степень окисления O: -2 (в \(\text{Cr}_2\text{O}_3\)) \(\rightarrow\) -2 (в \(\text{Al}_2\text{O}_3\)) — не изменилась.

3. Вывод: Поскольку степени окисления алюминия и хрома изменились, данная реакция является окислительно-восстановительной.

4. Окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления, электронные уравнения:

— Восстановление: Хром (Cr) уменьшает свою степень окисления с +3 до 0, принимая электроны.
\(\text{Cr}^{+3} + 3\text{e}^- \rightarrow \text{Cr}^{0}\)
Вещество, в котором элемент восстанавливается (принимает электроны), является окислителем. Здесь \(\text{Cr}_2\text{O}_3\) (точнее, хром в его составе) — окислитель.

— Окисление: Алюминий (Al) увеличивает свою степень окисления с 0 до +3, отдавая электроны.
\(\text{Al}^{0} — 3\text{e}^- \rightarrow \text{Al}^{+3}\)
Вещество, в котором элемент окисляется (отдает электроны), является восстановителем. Здесь \(\text{Al}\) — восстановитель.

— Баланс электронов:
Количество отданных электронов (3) равно количеству принятых (3). Коэффициенты в электронных уравнениях будут 1.
\(\text{Cr}^{+3} + 3\text{e}^- \rightarrow \text{Cr}^{0}\) | 1
\(\text{Al}^{0} — 3\text{e}^- \rightarrow \text{Al}^{+3}\) | 1

— Суммарное электронное уравнение:
\(\text{Cr}^{+3} + 3\text{e}^- + \text{Al}^{0} — 3\text{e}^- \rightarrow \text{Cr}^{0} + \text{Al}^{+3}\)
(Электроны сокращаются)
\(\text{Cr}^{+3} + \text{Al}^{0} \rightarrow \text{Cr}^{0} + \text{Al}^{+3}\)

— Итоговая реакция:
\(2\text{Al} + \text{Cr}_2\text{O}_3\) \(\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{Cr}\)
(Коэффициенты 2 перед Al и Cr в исходном уравнении обусловлены тем, что в \(\text{Cr}_2\text{O}_3\) и \(\text{Al}_2\text{O}_3\) по два атома хрома и алюминия соответственно).