Номер 24, страница 240 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.24. Дополните уравнения реакций.

${\mathrm{KNO}}_2+{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7+...=$${\mathrm{CrF}}_3+...+...+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

$\mathrm{Al}+{\mathrm{K}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{O}}_7+...=$ ${\mathrm{Cr}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3+...+...+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

${\mathrm{H}}_2{\mathrm{S}}_2{\mathrm{O}}_3+{\mathrm{Н}}_2{\mathrm{Cr}}_2{\mathrm{О}}_7+...= {\mathrm{Cr}}_2{\left({\mathrm{SO}}_4\right)}_3+...$

$KNO_2 + K_2Cr_2O_7 + ... = CrF_3 + ... + ... + H_2O$

Решение

Это окислительно-восстановительная реакция. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют, и составим электронный баланс.

Окислитель – дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$), в котором хром находится в степени окисления +6. В кислой среде он восстанавливается до хрома(III).

Восстановитель – нитрит калия ($KNO_2$), в котором азот находится в степени окисления +3 и окисляется до +5 (в нитрат-ион).

Продукт $CrF_3$ указывает на то, что реакция протекает в среде фтороводородной (плавиковой) кислоты ($HF$). Продуктами реакции также будут нитрат калия ($KNO_3$), фторид калия ($KF$) и вода.

Составим полуреакции и электронный баланс:

$2Cr^{+6} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3}$ | 1 (восстановление)
$N^{+3} - 2e^- \rightarrow N^{+5}$ | 3 (окисление)

Из электронного баланса следует, что на 1 моль $K_2Cr_2O_7$ приходится 3 моля $KNO_2$. Запишем схему реакции с учетом коэффициентов и уравняем остальные элементы:

$3KNO_2 + K_2Cr_2O_7 + HF \rightarrow CrF_3 + KNO_3 + KF + H_2O$

1. Уравниваем хром: слева 2 атома в $K_2Cr_2O_7$, значит, справа ставим коэффициент 2 перед $CrF_3$.
2. Уравниваем азот: слева 3 атома в $3KNO_2$, значит, справа ставим коэффициент 3 перед $KNO_3$.
3. Уравниваем калий: слева $3+2=5$ атомов (в $3KNO_2$ и $K_2Cr_2O_7$). Справа 3 атома в $3KNO_3$. Следовательно, перед $KF$ нужно поставить коэффициент 2, чтобы общее число атомов калия справа стало $3+2=5$.
4. Уравниваем фтор: справа $2 \times 3 + 2 = 8$ атомов (в $2CrF_3$ и $2KF$). Значит, слева ставим коэффициент 8 перед $HF$.
5. Уравниваем водород: слева 8 атомов в $8HF$. Значит, справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 4.
6. Проверяем по кислороду: слева $3 \times 2 + 7 = 13$ атомов. Справа $3 \times 3 + 4 = 13$ атомов. Баланс сходится.

Итоговое уравнение:

$3KNO_2 + K_2Cr_2O_7 + 8HF = 2CrF_3 + 3KNO_3 + 2KF + 4H_2O$

Ответ: $3KNO_2 + K_2Cr_2O_7 + 8HF = 2CrF_3 + 3KNO_3 + 2KF + 4H_2O$

$Al + K_2Cr_2O_7 + ... = Cr_2(SO_4)_3 + ... + ... + H_2O$

Решение

В этой окислительно-восстановительной реакции алюминий ($Al$) является восстановителем, а дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$) – окислителем. Наличие в продуктах сульфата хрома(III) ($Cr_2(SO_4)_3$) указывает на то, что реакция протекает в кислой среде, созданной серной кислотой ($H_2SO_4$). Продуктами также будут сульфат алюминия ($Al_2(SO_4)_3$) и сульфат калия ($K_2SO_4$).

Составим электронный баланс:

$2Cr^{+6} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3}$ | 1 (восстановление)
$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 2 (окисление)

Из баланса следует, что на 1 моль $K_2Cr_2O_7$ приходится 2 моля $Al$. Запишем схему реакции с этими коэффициентами:

$2Al + K_2Cr_2O_7 + H_2SO_4 \rightarrow Cr_2(SO_4)_3 + Al_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + H_2O$

Уравняем остальные элементы:

1. Алюминий и хром уже сбалансированы коэффициентами из электронного баланса (1 перед $K_2Cr_2O_7$ и $Cr_2(SO_4)_3$, 2 перед $Al$ и 1 перед $Al_2(SO_4)_3$).
2. Уравниваем калий: слева 2 атома в $K_2Cr_2O_7$, значит, справа ставим коэффициент 1 перед $K_2SO_4$.
3. Уравниваем сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$): справа их общее число равно $3$ (в $Cr_2(SO_4)_3$) + $3$ (в $Al_2(SO_4)_3$) + $1$ (в $K_2SO_4$) = 7. Значит, слева ставим коэффициент 7 перед $H_2SO_4$.
4. Уравниваем водород: слева $7 \times 2 = 14$ атомов в $7H_2SO_4$. Значит, справа ставим коэффициент 7 перед $H_2O$.
5. Проверка по кислороду (не входящему в сульфат-ионы): слева 7 атомов в $K_2Cr_2O_7$. Справа 7 атомов в $7H_2O$. Баланс сходится.

Итоговое уравнение:

$2Al + K_2Cr_2O_7 + 7H_2SO_4 = Cr_2(SO_4)_3 + Al_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O$

Ответ: $2Al + K_2Cr_2O_7 + 7H_2SO_4 = Cr_2(SO_4)_3 + Al_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 7H_2O$

$H_2S_2O_3 + H_2Cr_2O_7 + ... = Cr_2(SO_4)_3 + ...$

Решение

Это окислительно-восстановительная реакция между тиосерной кислотой ($H_2S_2O_3$) и двухромовой кислотой ($H_2Cr_2O_7$).

Окислитель: $H_2Cr_2O_7$, хром восстанавливается со степени окисления +6 до +3.

Восстановитель: $H_2S_2O_3$, сера (средняя степень окисления +2) окисляется до +6, образуя сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$).

Составим электронный баланс:

$2Cr^{+6} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3}$ | 4
$S_2^{+2} - 8e^- \rightarrow 2S^{+6}$ | 3

Наименьшее общее кратное для отданных и принятых электронов (6 и 8) равно 24. Отсюда находим коэффициенты: 4 для $H_2Cr_2O_7$ и 3 для $H_2S_2O_3$.

В ходе реакции из 4 моль $H_2Cr_2O_7$ образуется $4 \times 2 = 8$ моль ионов $Cr^{3+}$, а из 3 моль $H_2S_2O_3$ образуется $3 \times 2 = 6$ моль сульфат-ионов $SO_4^{2-}$. Для образования соли $Cr_2(SO_4)_3$ необходимо соотношение ионов $Cr^{3+}$ к $SO_4^{2-}$ как 2 к 3. Полученное в реакции соотношение 8:6 (или 4:3) не позволяет связать все ионы хрома в сульфат. Это указывает на необходимость добавления серной кислоты ($H_2SO_4$) в качестве реагента для обеспечения достаточного количества сульфат-ионов.

Запишем схему реакции и уравняем ее:

$3H_2S_2O_3 + 4H_2Cr_2O_7 + H_2SO_4 \rightarrow Cr_2(SO_4)_3 + H_2O$

1. Уравниваем хром: слева $4 \times 2 = 8$ атомов. Для этого справа ставим коэффициент 4 перед $Cr_2(SO_4)_3$.
2. Уравниваем серу: справа $4 \times 3 = 12$ атомов серы. Слева в $3H_2S_2O_3$ содержится $3 \times 2 = 6$ атомов серы. Следовательно, необходимо добавить еще $12 - 6 = 6$ атомов серы, что соответствует 6 молекулам $H_2SO_4$.
3. Уравниваем водород: слева $3 \times 2 + 4 \times 2 + 6 \times 2 = 6 + 8 + 12 = 26$ атомов. Для баланса справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 13.
4. Проверяем по кислороду: слева $3 \times 3 + 4 \times 7 + 6 \times 4 = 9 + 28 + 24 = 61$ атом. Справа $4 \times (4 \times 3) + 13 = 48 + 13 = 61$ атом. Баланс сходится.

Итоговое уравнение:

$3H_2S_2O_3 + 4H_2Cr_2O_7 + 6H_2SO_4 = 4Cr_2(SO_4)_3 + 13H_2O$

Ответ: $3H_2S_2O_3 + 4H_2Cr_2O_7 + 6H_2SO_4 = 4Cr_2(SO_4)_3 + 13H_2O$