5. Осуществите превращения: Zn → Y → Zn(OH)₂→ ZnO → Y → Zn. В уравнении первой реакции расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

Решение:

1. Осуществление превращений:

Y в первой реакции — это кислород (O₂), так как цинк реагирует с кислородом с образованием оксида.

Y во второй части цепи — это оксид цинка (ZnO), так как он реагирует с водой с образованием гидроксида.

Первая реакция: \( \text{Zn} \rightarrow \text{O}_2 \)

\( 2\text{Zn} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{ZnO} \)

Вторая реакция: \( \text{ZnO} \rightarrow \text{Zn(OH)}_2 \)

\( \text{ZnO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Zn(OH)}_2 \)

Третья реакция: \( \text{Zn(OH)}_2 \rightarrow \text{ZnO} \)

\( \text{Zn(OH)}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{ZnO} + \text{H}_2\text{O} \)

Четвертая реакция: \( \text{ZnO} \rightarrow \text{Y} \) (где Y - ZnO)

Эта часть цепочки предполагает, что Y - это ZnO. Тогда реакция выглядит как: \( \text{ZnO} \rightarrow \text{ZnO} \). Если Y - это снова кислород, то тогда \( \text{ZnO} + 2\text{C} \rightarrow \text{Zn} + 2\text{CO} \) (восстановление угарным газом) или \( \text{ZnO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Zn} + \text{H}_2\text{O} \) (восстановление водородом). Исходя из контекста, что последняя реакция дает Zn, наиболее вероятно, что Y - это восстановитель, например, водород.

Предположим, что Y - это водород.

Реакции с Y (водород):

1. Zn → H₂O (предполагая, что Y — H₂O, что маловероятно, т.к. Zn не реагирует с водой при обычных условиях, или Y — O₂, Zn + O₂ → ZnO)

2. Y → Zn(OH)₂ (если Y = O₂, то ZnO → Zn(OH)₂ - невозможно без других реагентов)

3. Zn(OH)₂ → ZnO

\( \text{Zn(OH)}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{ZnO} + \text{H}_2\text{O} \)

4. ZnO → Y (если Y = H₂)

\( \text{ZnO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Zn} + \text{H}_2\text{O} \)

5. Y → Zn (если Y = H₂)

\( \text{H}_2 \rightarrow \text{Zn} \) — это не реакция, а превращение.

Рассмотрим наиболее вероятную цепочку, предполагая, что Y - это кислород в первой реакции и оксид цинка в промежутке, а затем водород для восстановления:

Zn → O₂ → ZnO → Zn(OH)₂ → ZnO → Zn

1. Zn + O₂ → ZnO

2. ZnO + H₂O → Zn(OH)₂

3. Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O

4. ZnO + H₂ → Zn + H₂O

2. Электронный баланс для первой реакции (Zn → ZnO):

\( \text{Zn}^0 - 2e^- \rightarrow \text{Zn}^{+2} \) (окисление, восстановитель — Zn)

\( \text{O}_2^0 + 4e^- \rightarrow 2\text{O}^{-2} \) (восстановление, окислитель — O₂)

Умножаем полуреакцию окисления на 2, полуреакцию восстановления на 1:

\( 2\text{Zn} - 4e^- \rightarrow 2\text{Zn}^{+2} \)

\( \text{O}_2 + 4e^- \rightarrow 2\text{O}^{-2} \)

Уравнение реакции с коэффициентами:

\( 2\text{Zn} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{ZnO} \)

Окислитель: O₂

Восстановитель: Zn

Ответ:

1. Zn + O₂ → ZnO (окислитель — O₂, восстановитель — Zn)

2. ZnO + H₂O → Zn(OH)₂

3. Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O

4. ZnO + H₂ → Zn + H₂O