3 Установите тип реакции, расставьте коэффициенты в реакции методом электронного баланса: Al + O2 → Al2O3 Укажите окислитель и восстановитель.

Решение:

1. Установим степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции:

• Al (в исходном веществе): 0 (простое вещество)
• O₂ (в исходном веществе): 0 (простое вещество)
• Al₂O₃ (в продукте): Al (+3), O (-2)

2. Определим, какие элементы изменили степени окисления:

• Алюминий (Al) повысил свою степень окисления с 0 до +3.
• Кислород (O) понизил свою степень окисления с 0 до -2.

3. Составим электронный баланс:

• Окисление (отдача электронов):

\( \underset{0}{\text{Al}} - 3e^{-} \rightarrow \underset{+3}{\text{Al}} \) (1)

• Восстановление (принятие электронов):

\( \underset{0}{\text{O}}_{2} + 4e^{-} \rightarrow 2\underset{-2}{\text{O}} \) (2)

4. Расставим коэффициенты:

Чтобы число отданных и принятых электронов было одинаковым, умножим:

• первое полууравнение (окисление Al) на 4;
• второе полууравнение (восстановление O) на 3.

Получим:

• \( 4 \cdot (\text{Al} - 3e^{-} \rightarrow \text{Al}) \rightarrow 4\text{Al} - 12e^{-} \rightarrow 4\text{Al} \)
• \( 3 \cdot (\text{O}_{2} + 4e^{-} \rightarrow 2\text{O}) \rightarrow 3\text{O}_{2} + 12e^{-} \rightarrow 6\text{O} \)

Теперь коэффициенты для Al и O₂ в уравнении реакции будут 4 и 3 соответственно.

5. Запишем уравнение реакции с расставленными коэффициентами:

\( 4\text{Al} + 3\text{O}_{2} \rightarrow \text{Al}_{2}\text{O}_{3} \)

Добавим коэффициент перед Al₂O₃, чтобы уравнять число атомов алюминия и кислорода. В правой части 2 атома Al и 3 атома O. Если поставить коэффициент 2 перед Al₂O₃, то получится 4 атома Al и 6 атомов O. Кислород в левой части — 3O₂, что соответствует 6 атомам O. Алюминий в левой части — 4Al, что соответствует 4 атомам Al. Уравнение сбалансировано.

\( 4\text{Al} + 3\text{O}_{2} \rightarrow 2\text{Al}_{2}\text{O}_{3} \)

6. Определим тип реакции:

Реакция соединения, так как из двух простых веществ образовалось одно сложное.

7. Укажем окислитель и восстановитель:

• Восстановитель — вещество, которое отдает электроны и окисляется. В данном случае это Al (степень окисления повысилась с 0 до +3).
• Окислитель — вещество, которое принимает электроны и восстанавливается. В данном случае это O₂ (степень окисления понизилась с 0 до -2).

Ответ: тип реакции — соединение; уравнение реакции: \( 4\text{Al} + 3\text{O}_{2} \rightarrow 2\text{Al}_{2}\text{O}_{3} \); окислитель — O₂; восстановитель — Al.