Номер 242, страница 217 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.242. Бромид фосфора(III) внесли в хлорную воду, взятую в избытке. Запишите уравнение реакции.

Решение

В данной задаче бромид фосфора(III), $PBr_3$, реагирует с избытком хлорной воды. Хлорная вода представляет собой раствор хлора ($Cl_2$) в воде ($H_2O$). Так как хлорная вода взята в избытке, и хлор является сильным окислителем, произойдет окислительно-восстановительная реакция, в которой и фосфор, и бром будут окислены до своих высших устойчивых степеней окисления.

1. Окисление фосфора: Фосфор в $PBr_3$ имеет степень окисления +3. Под действием сильного окислителя в водной среде он окисляется до степени окисления +5, образуя ортофосфорную кислоту ($H_3PO_4$).

2. Окисление брома: Бром в $PBr_3$ имеет степень окисления -1. Хлор является более активным галогеном, чем бром, и в избытке он окисляет бромид-ионы до высшей степени окисления +5, образуя бромноватую кислоту ($HBrO_3$).

3. Восстановление хлора: Хлор ($Cl_2$) выступает в роли окислителя, его степень окисления 0. Он восстанавливается до степени окисления -1, образуя в водной среде соляную кислоту ($HCl$).

Составим общее уравнение реакции, используя метод электронного баланса.
Определим изменения степеней окисления:

• Фосфор меняет степень окисления с +3 на +5 (отдает 2 электрона): $P^{+3} - 2e^- \rightarrow P^{+5}$
• Каждый из трех атомов брома меняет степень окисления с -1 на +5 (отдает 6 электронов): $Br^{-1} - 6e^- \rightarrow Br^{+5}$
• Каждый из двух атомов хлора в молекуле $Cl_2$ меняет степень окисления с 0 на -1 (принимает 1 электрон): $Cl_2^{0} + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$

Составим полуреакции:
Окисление (одна молекула $PBr_3$ отдает $2 + 3 \times 6 = 20$ электронов):
$PBr_3 + 13H_2O - 20e^- \rightarrow H_3PO_4 + 3HBrO_3 + 20H^+$
Восстановление:
$Cl_2 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$

Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, умножим полуреакцию восстановления на 10:
$10Cl_2 + 20e^- \rightarrow 20Cl^-$

Суммируем процессы окисления и восстановления и записываем итоговое молекулярное уравнение:
$PBr_3 + 10Cl_2 + H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 3HBrO_3 + 20HCl$

Осталось уравнять атомы водорода и кислорода, добавив необходимое количество молекул воды в левую часть.
Подсчитаем атомы кислорода в правой части: $4$ (в $H_3PO_4$) + $3 \times 3$ (в $3HBrO_3$) = $4 + 9 = 13$.
Следовательно, в левой части необходимо 13 молекул $H_2O$.
Проверим баланс по атомам водорода:
В левой части: $13 \times 2 = 26$ атомов H.
В правой части: $3$ (в $H_3PO_4$) + $3 \times 1$ (в $3HBrO_3$) + $20$ (в $20HCl$) = $3 + 3 + 20 = 26$ атомов H.
Баланс достигнут. Итоговое уравнение реакции:

$PBr_3 + 10Cl_2 + 13H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 3HBrO_3 + 20HCl$

Ответ: $PBr_3 + 10Cl_2 + 13H_2O \rightarrow H_3PO_4 + 3HBrO_3 + 20HCl$