Условие задачи
Расставьте степени окисления, покажите переход электронов и подчеркните формулы окислителей в следующих уравнениях реакций:
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи из раздела неорганической химии (окислительно-восстановительные реакции).
1. Определим степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции.
• Элемент железо (Fe) в первоначальном состоянии находится в элементарной форме, поэтому его степень окисления равна 0.
• В гидрохлоридной кислоте (HCl) водород имеет степень окисления +1, хлор – −1.
• В продукте железохлориде (FeCl₂) каждый атом хлора остаётся с −1, а для нейтрального соединения суммарное отрицательное значение –2, следовательно, железо должно иметь степень окисления +2.
• В молекулярном водороде (H₂) каждый атом водорода имеет степень окисления 0.
2. Запишем изменение степеней окисления и покажем перенос электронов.
• Железо:
Начальное: Fe → степень окисления 0
Конечное: Fe в FeCl₂ → степень окисления +2
Таким образом, Fe теряет 2 электрона. Можно записать процесс так:
Fe → Fe^(+2) + 2e⁻
• Водород в HCl:
Начальное: H в HCl → степень окисления +1
Конечное: H в H₂ → степень окисления 0
Каждый атом водорода приобретает 1 электрон, а так как в реакции участвуют 2 атома, получим:
2H⁺ + 2e⁻ → H₂
3. Определим, какая из реакционных формул является окислителем.
• Окислитель – это вещество, которое принимает электроны. В данной реакции на электроны «охотится» ионы водорода (H⁺), входящие в состав кислоты. Поэтому формула, отвечающая за окислитель – это HCl.
Чтобы подчеркнуть окислитель, выделим формулу HCl (во входных веществах) подчёркиванием:
Fe + 2 ⎯HCl⎯ → FeCl₂ + H₂↑
4. Итоговое представление реакции с указанием степеней окисления и процессов переноса электронов:
Исходная реакция:
Fe + 2 ⎯HCl⎯ → FeCl₂ + H₂↑
С расставленными степенями окисления:
Fe^(0) + 2 (H^(+1)Cl^(–1)) → Fe^(+2)Cl₂^(–1×2) + H₂^(0)
Протекание окислительно-восстановительных процессов:
Окисление (отдача электронов):
Fe^(0) → Fe^(+2) + 2e⁻
Восстановление (принятие электронов):
2H^(+1) + 2e⁻ → H₂^(0)
Таким образом, в данной реакции окислителем является ⎯HCl⎯ (точнее, содержащиеся в нём ионы H⁺), поскольку они принимают электроны, а Fe выступает в роли восстановителя, отдавая электроны и переходя из нулевой степени окисления в состояние +2.