Условие задачи
Составьте уравнения химических реакций водорода со следующими оксидами: а) оксидом ртути (II); б) железной окалиной Fe3O4; в) оксидом вольфрама (VI). Объясните, какова роль водорода в этих реакциях. Что происходит с металлом в результате реакции?
Решение
Данная задача относится к химии, в частности к изучению реакций восстановления оксидов с помощью восстановителя – водорода. Здесь водород (H₂) действует как восстановитель, отнимая кислород у оксидов металлов, таким образом превращаясь в воду (H₂O) и оставляя чистый металл.
Ниже приведён подробный разбор для каждой реакции.
──────────────────────────────
1. Оксид ртути (II) (HgO)
Реакция восстановления оксида ртути выглядит следующим образом:
HgO + H₂ → Hg + H₂O
Пояснение:
• HgO – оксид ртути (II) содержит ртуть в степени окисления +2.
• Водород (H₂) отдаёт электроны, сам окисляясь до воды (H₂O), а ртуть восстанавливается до металлического состояния (Hg).
Таким образом, водород отнимает кислород из HgO, превращая его в воду и оставляя чистую ртуть.
──────────────────────────────
2. Железная окалина Fe₃O₄
Оксид Fe₃O₄ (магнетит) состоит из трёх атомов железа и четырёх атомов кислорода. При восстановлении водородом реакция идет по схеме:
Fe₃O₄ + 4 H₂ → 3 Fe + 4 H₂O
Проверка баланса:
• По железу: слева 3 атома (в Fe₃O₄), справа 3 атома (в 3 Fe).
• По кислороду: слева 4 атома, справа 4 атома (в 4 H₂O).
• По водороду: слева 4×2 = 8 атомов, справа 4×2 = 8 атомов.
Таким образом, уравнение сбалансировано.
Пояснение:
В этой реакции водород действует как восстановитель, отрывая кислород от оксида и превращаясь в воду. В результате железо, ранее находившееся в виде оксида, восстанавливается до металлического железа.
──────────────────────────────
3. Оксид вольфрама (VI) (WO₃)
Оксид вольфрама представляет собой соединение, где вольфрам имеет степень окисления +6. Восстановление водородом протекает по уравнению:
WO₃ + 3 H₂ → W + 3 H₂O
Проверка баланса:
• По вольфраму: слева 1 атом, справа 1 атом.
• По кислороду: слева 3 атома, справа 3 атома (в 3 H₂O).
• По водороду: слева 3×2 = 6 атомов, справа 3×2 = 6 атомов.
Уравнение сбалансировано.
Пояснение:
Здесь водород, отдавая электроны, снижает окислительное число вольфрама, превращая его из оксида в металлический вольфрам (W). При этом водород окисляется до воды.
──────────────────────────────
Общая роль водорода:
Во всех приведённых реакциях водород выполняет функцию восстановителя, то есть он отдает электроны и связывается с атомами кислорода, образуя воду. В процессе этого окислитель (металлический оксид) теряет кислород, а металл восстанавливается до чистого элемента.
Что происходит с металлом:
Металлический компонент исходного оксида восстанавливается, то есть выходит из соединения в виде нулевой степени окисления (чистого металла). Таким образом, за счёт редукции происходит переход металла из соединённого состояния (в оксиде) в свободное элементарное состояние.
──────────────────────────────
Ответ:
а) HgO + H₂ → Hg + H₂O
б) Fe₃O₄ + 4 H₂ → 3 Fe + 4 H₂O
в) WO₃ + 3 H₂ → W + 3 H₂O
В каждой из этих реакций водород выступает как восстановитель, отнимая кислород у металлооксида и превращаясь в воду, а металл оказывается восстановленным до чистого состояния.