Номер 264, страница 219 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.264. Оксид фосфора(III) внесли в раствор перманганата калия, подкисленный серной кислотой. Какие вещества образуются? Запишите уравнение реакции.

Взаимодействие оксида фосфора(III) с подкисленным раствором перманганата калия представляет собой окислительно-восстановительную реакцию. Оксид фосфора(III) ($P_2O_3$) является восстановителем, а перманганат калия ($KMnO_4$) в кислой среде (создаваемой серной кислотой $H_2SO_4$) — сильным окислителем.

В ходе реакции происходят следующие процессы:
1. Фосфор, имеющий степень окисления +3 в $P_2O_3$, окисляется до своей высшей степени окисления +5, образуя ортофосфорную кислоту ($H_3PO_4$).
2. Марганец, имеющий степень окисления +7 в $KMnO_4$, в кислой среде восстанавливается до степени окисления +2, образуя сульфат марганца(II) ($MnSO_4$).
3. Ионы калия ($K^+$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$) образуют соль — сульфат калия ($K_2SO_4$).

Решение

Для составления уравнения реакции воспользуемся методом электронного баланса.

1. Составляем схемы процессов окисления и восстановления, определяя количество отданных и принятых электронов.

Процесс окисления (восстановитель $P_2O_3$):
$2P^{+3} - 4e^- \rightarrow 2P^{+5}$

Процесс восстановления (окислитель $KMnO_4$):
$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$

2. Находим наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных (4) и принятых (5) электронов. НОК(4, 5) = 20. Находим дополнительные множители для уравнивания числа электронов:

$2P^{+3} - 4e^- \rightarrow 2P^{+5}$ | 5
$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 4

Эти множители являются коэффициентами для веществ, содержащих данные элементы. Таким образом, перед $P_2O_3$ ставим коэффициент 5, а перед $KMnO_4$ — 4.

3. Расставляем коэффициенты в левой части уравнения и на их основе уравниваем продукты в правой части:

$5P_2O_3 + 4KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 10H_3PO_4 + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4 + H_2O$

4. Уравниваем количество атомов серы. В правой части уравнения $4+2=6$ атомов серы. Следовательно, в левой части перед серной кислотой ($H_2SO_4$) ставим коэффициент 6.

$5P_2O_3 + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \rightarrow 10H_3PO_4 + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4 + H_2O$

5. Уравниваем количество атомов водорода. В правой части в 10 молекулах $H_3PO_4$ содержится $10 \times 3 = 30$ атомов водорода. В левой части в 6 молекулах $H_2SO_4$ содержится $6 \times 2 = 12$ атомов водорода. Для баланса необходимо добавить в левую часть еще $30 - 12 = 18$ атомов водорода. Это соответствует 9 молекулам воды ($9H_2O$). Таким образом, вода в данной реакции является реагентом.

$5P_2O_3 + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 + 9H_2O \rightarrow 10H_3PO_4 + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4$

6. Проводим проверку по количеству атомов кислорода:

Слева: $(5 \times 3) + (4 \times 4) + (6 \times 4) + (9 \times 1) = 15 + 16 + 24 + 9 = 64$ атома.

Справа: $(10 \times 4) + (4 \times 4) + (2 \times 4) = 40 + 16 + 8 = 64$ атома.

Баланс по кислороду соблюден. Уравнение составлено верно.

Ответ: В результате реакции образуются ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), сульфат марганца(II) ($MnSO_4$) и сульфат калия ($K_2SO_4$). Уравнение реакции:
$5P_2O_3 + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 + 9H_2O = 10H_3PO_4 + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4$