Номер 274, страница 220 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

7.274. Какие продукты образуются при взаимодействии: а) фосфида алюминия с концентрированной азотной кислотой; б) фосфина с водным раствором перманганата калия; в) фосфина с раствором перманганата калия, подкисленным серной кислотой; г) белого фосфора с раствором хлорноватой кислоты; д) фосфида кальция с нейтральным раствором перманганата калия; е) фосфорноватистой кислоты с избытком нейтрального раствора перманганата калия? Запишите уравнения реакций.

а) фосфида алюминия с концентрированной азотной кислотой
Это окислительно-восстановительная реакция. Фосфид алюминия ($AlP$) является восстановителем (фосфор в степени окисления -3), а концентрированная азотная кислота ($HNO_3$) – сильный окислитель (азот в степени окисления +5). Фосфор окисляется до своей высшей степени окисления +5, образуя ортофосфорную кислоту ($H_3PO_4$). Азот из концентрированной кислоты восстанавливается до оксида азота(IV) ($NO_2$). Алюминий переходит в раствор в виде соли, нитрата алюминия ($Al(NO_3)_3$).
Процессы окисления и восстановления:
$P^{-3} - 8e^- \rightarrow P^{+5}$
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$
Суммарное уравнение реакции:
$AlP + 11HNO_3 \text{(конц.)} \rightarrow Al(NO_3)_3 + H_3PO_4 + 8NO_2\uparrow + 4H_2O$
Ответ: Продуктами реакции являются нитрат алюминия ($Al(NO_3)_3$), ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), оксид азота(IV) ($NO_2$) и вода ($H_2O$). Уравнение реакции: $AlP + 11HNO_3 \rightarrow Al(NO_3)_3 + H_3PO_4 + 8NO_2 + 4H_2O$.

б) фосфина с водным раствором перманганата калия
В этой реакции фосфин ($PH_3$) с фосфором в степени окисления -3 является восстановителем, а перманганат калия ($KMnO_4$) – окислителем (марганец в степени окисления +7). В нейтральной среде фосфор окисляется до степени окисления +5 (фосфат-ион), а марганец восстанавливается до степени окисления +4, образуя нерастворимый оксид марганца(IV) ($MnO_2$). Образующаяся ортофосфорная кислота вступает в реакцию с ионами калия, формируя смесь кислых и средних солей.
Процессы окисления и восстановления:
$P^{-3} - 8e^- \rightarrow P^{+5}$
$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$
Сбалансированное уравнение с учётом конечных продуктов в растворе:
$3PH_3 + 8KMnO_4 \rightarrow 8MnO_2\downarrow + K_2HPO_4 + 2K_3PO_4 + 4H_2O$
Ответ: Продуктами реакции являются оксид марганца(IV) ($MnO_2$), гидрофосфат калия ($K_2HPO_4$), ортофосфат калия ($K_3PO_4$) и вода ($H_2O$). Уравнение реакции: $3PH_3 + 8KMnO_4 \rightarrow 8MnO_2 + K_2HPO_4 + 2K_3PO_4 + 4H_2O$.

в) фосфина с раствором перманганата калия, подкисленным серной кислотой
В кислой среде фосфин ($PH_3$, $P^{-3}$) окисляется перманганатом калия ($KMnO_4$, $Mn^{+7}$) до ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$, $P^{+5}$). Марганец в кислой среде восстанавливается до иона $Mn^{2+}$, который с сульфат-ионами из серной кислоты образует сульфат марганца(II) ($MnSO_4$). Калий также образует сульфат ($K_2SO_4$).
Процессы окисления и восстановления:
$P^{-3} - 8e^- \rightarrow P^{+5}$
$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$
Уравнение реакции:
$5PH_3 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \rightarrow 5H_3PO_4 + 8MnSO_4 + 4K_2SO_4 + 12H_2O$
Ответ: Продуктами реакции являются ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$), сульфат марганца(II) ($MnSO_4$), сульфат калия ($K_2SO_4$) и вода ($H_2O$). Уравнение реакции: $5PH_3 + 8KMnO_4 + 12H_2SO_4 \rightarrow 5H_3PO_4 + 8MnSO_4 + 4K_2SO_4 + 12H_2O$.

г) белого фосфора с раствором хлорноватой кислоты
Белый фосфор ($P_4$) – восстановитель (степень окисления 0). Хлорноватая кислота ($HClO_3$) – сильный окислитель (хлор в степени окисления +5). Фосфор окисляется до ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$, $P^{+5}$), а хлор восстанавливается до своей низшей степени окисления -1, образуя соляную кислоту ($HCl$).
Процессы окисления и восстановления:
$P_4^0 - 20e^- \rightarrow 4P^{+5}$
$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$
Уравнение реакции:
$3P_4 + 10HClO_3 + 18H_2O \rightarrow 12H_3PO_4 + 10HCl$
Ответ: Продуктами реакции являются ортофосфорная кислота ($H_3PO_4$) и соляная кислота ($HCl$). Уравнение реакции: $3P_4 + 10HClO_3 + 18H_2O \rightarrow 12H_3PO_4 + 10HCl$.

д) фосфида кальция с нейтральным раствором перманганата калия
Фосфид кальция ($Ca_3P_2$) реагирует с перманганатом калия ($KMnO_4$) в нейтральной среде. Фосфор ($P^{-3}$) окисляется до фосфат-иона ($PO_4^{3-}$), который с ионами кальция образует нерастворимый ортофосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$). Марганец ($Mn^{+7}$) восстанавливается до оксида марганца(IV) ($MnO_2$). В реакции также образуется гидроксид калия ($KOH$).
Процессы окисления и восстановления:
$2P^{-3} - 16e^- \rightarrow 2P^{+5}$
$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$
Уравнение реакции:
$3Ca_3P_2 + 16KMnO_4 + 8H_2O \rightarrow 3Ca_3(PO_4)_2\downarrow + 16MnO_2\downarrow + 16KOH$
Ответ: Продуктами реакции являются ортофосфат кальция ($Ca_3(PO_4)_2$), оксид марганца(IV) ($MnO_2$) и гидроксид калия ($KOH$). Уравнение реакции: $3Ca_3P_2 + 16KMnO_4 + 8H_2O \rightarrow 3Ca_3(PO_4)_2 + 16MnO_2 + 16KOH$.

е) фосфорноватистой кислоты с избытком нейтрального раствора перманганата калия
Фосфорноватистая кислота ($H_3PO_2$) является восстановителем (фосфор в степени окисления +1). В нейтральном растворе перманганата калия ($KMnO_4$, $Mn^{+7}$) она окисляется до фосфатов (степень окисления фосфора +5). Марганец восстанавливается до оксида марганца(IV) ($MnO_2$). Из-за наличия в системе ионов калия и протонов от кислоты, образуется смесь кислых солей калия.
Процессы окисления и восстановления:
$P^{+1} - 4e^- \rightarrow P^{+5}$
$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$
Уравнение реакции:
$3H_3PO_2 + 4KMnO_4 \rightarrow 4MnO_2\downarrow + 2KH_2PO_4 + K_2HPO_4 + 2H_2O$
Ответ: Продуктами реакции являются оксид марганца(IV) ($MnO_2$), дигидрофосфат калия ($KH_2PO_4$), гидрофосфат калия ($K_2HPO_4$) и вода ($H_2O$). Уравнение реакции: $3H_3PO_2 + 4KMnO_4 \rightarrow 4MnO_2 + 2KH_2PO_4 + K_2HPO_4 + 2H_2O$.