Номер 13, страница 239 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.13. Запишите уравнения реакций оксида марганца(IV) с соляной и азотной кислотой, если известно, что в обоих случаях марганец восстанавливается, а в ходе реакций образуются газы.

В задаче требуется записать уравнения двух окислительно-восстановительных реакций. В обоих случаях оксид марганца(IV) ($MnO_2$) является окислителем, так как по условию марганец восстанавливается. Степень окисления марганца в $MnO_2$ равна +4. Наиболее устойчивой степенью окисления марганца в кислой среде является +2, поэтому марганец будет восстанавливаться до $Mn^{+2}$.

1. Реакция с соляной кислотой (HCl)

В этой реакции $MnO_2$ выступает в роли окислителя ($Mn^{+4} \rightarrow Mn^{+2}$), а соляная кислота — в роли восстановителя. По условию в ходе реакции образуется газ. Это означает, что хлорид-ион ($Cl^{-}$) из соляной кислоты окисляется до газообразного хлора ($Cl_2$). Продуктами реакции являются соль хлорид марганца(II), газ хлор и вода.

Рассмотрим полуреакции окисления и восстановления:

• Восстановление марганца: $Mn^{+4} + 2e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$
• Окисление хлора: $2Cl^{-} - 2e^{-} \rightarrow Cl_2^{0}$

Количество отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед окислителем и восстановителем в ионном уравнении равны 1.

Суммарное уравнение реакции в молекулярном виде:

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: $MnO_2 + 4HCl = MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$

2. Реакция с азотной кислотой (HNO₃)

В данной реакции $MnO_2$ также является окислителем ($Mn^{+4} \rightarrow Mn^{+2}$). Однако азотная кислота, в которой азот находится в высшей степени окисления +5, сама является сильным окислителем и не может выступать в роли восстановителя.

Поскольку в реакции должен выделяться газ и марганец должен восстановиться, единственным возможным восстановителем является кислород, входящий в состав оксида марганца(IV). Кислород со степенью окисления -2 окисляется до свободного кислорода $O_2$ (газ) со степенью окисления 0. В данном случае $MnO_2$ проявляет и окислительные (за счет $Mn^{+4}$), и восстановительные (за счет $O^{-2}$) свойства. Азотная кислота реагирует как кислота, образуя с ионами $Mn^{+2}$ соль — нитрат марганца(II).

Рассмотрим полуреакции:

• Восстановление марганца: $Mn^{+4} + 2e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$
• Окисление кислорода: $2O^{-2} - 4e^{-} \rightarrow O_2^{0}$

Чтобы уравнять число электронов, умножим первую полуреакцию на 2. Это означает, что на 2 атома марганца, которые восстанавливаются, приходится 2 атома кислорода (одна молекула $O_2$), которые окисляются. Таким образом, в реакцию вступают 2 молекулы $MnO_2$.

Суммарное уравнение реакции в молекулярном виде:

$2MnO_2 + 4HNO_3 \rightarrow 2Mn(NO_3)_2 + O_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: $2MnO_2 + 4HNO_3 = 2Mn(NO_3)_2 + O_2\uparrow + 2H_2O$