Запишите уравнение реакции восстановления марганца из оксида марганца (4) алюминотермическим способом....

Окислительно-восстановительные реакции (редокс-реакции) – это химические реакции, в которых происходит передача электронов между реагентами, что приводит к изменению их окислительных состояний. Рассмотрим реакцию восстановления оксида марганца (IV) (MnO₂) алюминотермическим способом.

Уравнение реакции:

[ 3 \text{MnO}_2 + 4 \text{Al} \rightarrow 3 \text{Mn} + 2 \text{Al}_2\text{O}_3 ]

Разбор реакции:

1. Определение окислительных состояний:

   • В оксиде марганца (IV) (MnO₂) марганец имеет окислительное состояние +4.
   • В результате реакции образуется металлический марганец (Mn) с окислительным состоянием 0.
   • В алюминии (Al) окислительное состояние также 0, а в оксиде алюминия (Al₂O₃) – +3.

2. Изменение окислительных состояний:

   • Марганец (Mn) восстанавливается из состояния +4 до состояния 0, теряя электроны.
   • Алюминий (Al) окисляется из состояния 0 до состояния +3, отдавая электроны.

3. Определение окислителя и восстановителя:

   • Восстановитель – это вещество, которое отдает электроны и восстанавливает другое вещество. В данной реакции восстановителем является алюминий (Al), который теряет электроны и окисляется.
   • Окислитель – это вещество, которое принимает электроны и восстанавливается. В данной реакции окислителем является оксид марганца (IV) (MnO₂), который принимает электроны и восстанавливается до металлического марганца (Mn).

Таким образом, в данной реакции алюминий выступает в роли восстановителя, а оксид марганца (IV) – в роли окислителя. Реакция является типичным примером алюминотермической реакции, где металл восстанавливается за счет окисления другого металла (в данном случае алюминия).

Алюминотермический способ восстановления широко используется в металлургии для получения чистых металлов из их оксидов. В данном случае мы рассмотрим восстановление марганца из оксида марганца (IV) ((MnO_2)) с использованием алюминия ((Al)).

Уравнение реакции

Реакция восстановления марганца из оксида марганца (IV) алюминием выглядит следующим образом:

[ 3MnO_2 + 4Al \rightarrow 3Mn + 2Al_2O_3 ]

Разбор реакции как окислительно-восстановительного процесса

Окислительно-восстановительная реакция — это процесс, в котором одни элементы теряют электроны (окисляются), а другие их принимают (восстанавливаются). Рассмотрим данную реакцию с точки зрения изменения степеней окисления элементов.

1. Марганец (Mn):

   • В оксиде марганца (IV) ((MnO_2)) марганец имеет степень окисления (+4).
   • В чистом марганце ((Mn)) степень окисления равна (0).
   • Таким образом, марганец восстанавливается: его степень окисления уменьшается с (+4) до (0).

2. Алюминий (Al):

   • В чистом алюминии степень окисления равна (0).
   • В образующемся оксиде алюминия ((Al_2O_3)) алюминий имеет степень окисления (+3).
   • Следовательно, алюминий окисляется: его степень окисления увеличивается с (0) до (+3).

Электронный баланс

Для составления электронного баланса запишем процессы окисления и восстановления:

1. Восстановление марганца: [ Mn^{+4} + 4e^- \rightarrow Mn^0 ] Марганец принимает 4 электрона на каждый атом.

2. Окисление алюминия: [ Al^0 \rightarrow Al^{+3} + 3e^- ] Каждый атом алюминия отдает 3 электрона.

Для уравновешивания количества электронов, участвующих в реакции, определяем наименьшее общее кратное для 4 и 3. Это 12. Следовательно, уравновешиваем:

• Умножаем процесс восстановления марганца на 3: [ 3Mn^{+4} + 12e^- \rightarrow 3Mn^0 ]

• Умножаем процесс окисления алюминия на 4: [ 4Al^0 \rightarrow 4Al^{+3} + 12e^- ]

Теперь электроны уравновешены, и можно записать суммарное уравнение реакции:

[ 3MnO_2 + 4Al \rightarrow 3Mn + 2Al_2O_3 ]

Определение окислителя и восстановителя

• Окислитель: это вещество, которое принимает электроны. В данном случае окислителем является (MnO_2), так как марганец ((Mn^{+4})) принимает электроны и восстанавливается до (Mn^0).
• Восстановитель: это вещество, которое отдает электроны. В данной реакции восстановителем является алюминий ((Al^0)), так как он отдает электроны и окисляется до (Al^{+3}).

Итог

Реакция восстановления марганца из оксида марганца (IV) алюминием — это окислительно-восстановительный процесс, в котором:

• (MnO_2) является окислителем, так как марганец восстанавливается с (+4) до (0).
• (Al) является восстановителем, так как алюминий окисляется с (0) до (+3).

Суммарное уравнение реакции: [ 3MnO_2 + 4Al \rightarrow 3Mn + 2Al_2O_3 ]