Номер 4, страница 65, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Методом электронного баланса составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, которые протекают по схемам:

1) $CuFeS_2 + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + Fe(NO_3)_3 + H_2SO_4 + NO\uparrow + H_2O$

2) $FeCl_2 + KMnO_4 + HCl \rightarrow FeCl_3 + Cl_2\uparrow + MnCl_2 + KCl + H_2O$

3) $Cu_2S + O_2 + CaCO_3 \rightarrow Cuo + CaSO_4 + CO_2\uparrow$

1) CuFeS₂ + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + Fe(NO₃)₃ + H₂SO₄ + No + H₂O

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции. В халькопирите $ \text{CuFeS}_2 $ элементы имеют следующие степени окисления: $ \text{Cu}^{+1} $, $ \text{Fe}^{+3} $, $ \text{S}_2^{-2} $ (или два атома серы со степенью окисления -2). Другой вариант, который приводит к тому же результату электронного баланса, это $ \text{Cu}^{+2} $, $ \text{Fe}^{+2} $, $ \text{S}_2^{-2} $. Воспользуемся вторым вариантом для простоты.

• $ \text{Fe}^{+2} $ (в $ \text{CuFeS}_2 $) окисляется до $ \text{Fe}^{+3} $ (в $ \text{Fe(NO}_3\text{)}_3 $).
• $ \text{S}^{-2} $ (в $ \text{CuFeS}_2 $) окисляется до $ \text{S}^{+6} $ (в $ \text{H}_2\text{SO}_4 $).
• $ \text{N}^{+5} $ (в $ \text{HNO}_3 $) восстанавливается до $ \text{N}^{+2} $ (в $ \text{NO} $).

$ \text{CuFeS}_2 $ является восстановителем, $ \text{HNO}_3 $ — окислителем. Составим электронный баланс, рассматривая $ \text{CuFeS}_2 $ как единое целое, где окисляются железо и сера.

$ \begin{array}{c|c|l} \text{Fe}^{+2} - 1e^- \rightarrow \text{Fe}^{+3} & & \\ 2\text{S}^{-2} - 16e^- \rightarrow 2\text{S}^{+6} & 3 & \text{восстановитель (окисление)} \\ \hline \text{N}^{+5} + 3e^- \rightarrow \text{N}^{+2} & 17 & \text{окислитель (восстановление)} \end{array} $

Суммарно одна формульная единица $ \text{CuFeS}_2 $ отдает $ 1 + 16 = 17 $ электронов. Наименьшее общее кратное для 17 и 3 равно 51. Отсюда находим коэффициенты: 3 для $ \text{CuFeS}_2 $ и 17 для $ \text{NO} $.

$ 3\text{CuFeS}_2 + \text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3\text{)}_2 + 3\text{Fe(NO}_3\text{)}_3 + 6\text{H}_2\text{SO}_4 + 17\text{NO} + \text{H}_2\text{O} $

Теперь уравняем количество атомов азота. Справа: $ 3 \cdot 2 (\text{в } \text{Cu(NO}_3\text{)}_2) + 3 \cdot 3 (\text{в } \text{Fe(NO}_3\text{)}_3) + 17 (\text{в } \text{NO}) = 6 + 9 + 17 = 32 $ атома N. Значит, перед $ \text{HNO}_3 $ ставим коэффициент 32.

$ 3\text{CuFeS}_2 + 32\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3\text{)}_2 + 3\text{Fe(NO}_3\text{)}_3 + 6\text{H}_2\text{SO}_4 + 17\text{NO} + \text{H}_2\text{O} $

Уравняем атомы водорода. Слева 32 атома H. Справа: $ 6 \cdot 2 (\text{в } \text{H}_2\text{SO}_4) = 12 $ атомов. Не хватает $ 32 - 12 = 20 $ атомов H. Ставим коэффициент 10 перед $ \text{H}_2\text{O} $.

Проверим по кислороду. Слева: $ 32 \cdot 3 = 96 $. Справа: $ 3 \cdot 6 + 3 \cdot 9 + 6 \cdot 4 + 17 + 10 = 18 + 27 + 24 + 17 + 10 = 96 $. Уравнение составлено верно.

Ответ: $ 3\text{CuFeS}_2 + 32\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3\text{)}_2 + 3\text{Fe(NO}_3\text{)}_3 + 6\text{H}_2\text{SO}_4 + 17\text{NO} + 10\text{H}_2\text{O} $.

2) FeCl₂ + KMnO₄ + HCl → FeCl₃ + Cl₂ + MnCl₂ + KCl + H₂O

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• $ \text{Fe}^{+2} $ (в $ \text{FeCl}_2 $) окисляется до $ \text{Fe}^{+3} $ (в $ \text{FeCl}_3 $).
• $ \text{Cl}^{-1} $ (в $ \text{HCl} $) окисляется до $ \text{Cl}_2^0 $.
• $ \text{Mn}^{+7} $ (в $ \text{KMnO}_4 $) восстанавливается до $ \text{Mn}^{+2} $ (в $ \text{MnCl}_2 $).

В данной реакции два восстановителя ($ \text{FeCl}_2 $ и $ \text{HCl} $) и один окислитель ($ \text{KMnO}_4 $). Составим электронный баланс.

$ \begin{array}{c|c|l} \text{Fe}^{+2} - 1e^- \rightarrow \text{Fe}^{+3} & 3 & \text{восстановитель (окисление)} \\ 2\text{Cl}^{-1} - 2e^- \rightarrow \text{Cl}_2^0 & 1 & \text{восстановитель (окисление)} \\ \hline \text{Mn}^{+7} + 5e^- \rightarrow \text{Mn}^{+2} & 1 & \text{окислитель (восстановление)} \end{array} $

Суммарное число отданных электронов должно быть равно числу принятых. Общее число принятых электронов одним атомом марганца равно 5. Подберем коэффициенты для восстановителей так, чтобы суммарное число отданных электронов тоже было равно 5. Возьмем 3 атома $ \text{Fe}^{+2} $ и 2 атома $ \text{Cl}^{-1} $ (т.е. 1 молекулу $ \text{Cl}_2 $). $ 3 \cdot 1 + 1 \cdot 2 = 5 $ электронов.

Расставим коэффициенты перед веществами, участвующими в ОВР: 3 перед $ \text{FeCl}_2 $ и $ \text{FeCl}_3 $, 1 перед $ \text{KMnO}_4 $, $ \text{MnCl}_2 $ и $ \text{Cl}_2 $.

$ 3\text{FeCl}_2 + 1\text{KMnO}_4 + \text{HCl} \rightarrow 3\text{FeCl}_3 + 1\text{Cl}_2 + 1\text{MnCl}_2 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O} $

Уравняем калий, поставив коэффициент 1 перед $ \text{KCl} $.

$ 3\text{FeCl}_2 + \text{KMnO}_4 + \text{HCl} \rightarrow 3\text{FeCl}_3 + \text{Cl}_2 + \text{MnCl}_2 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O} $

Теперь посчитаем хлор. Справа: $ 3 \cdot 3 (\text{в } \text{FeCl}_3) + 2 (\text{в } \text{Cl}_2) + 2 (\text{в } \text{MnCl}_2) + 1 (\text{в } \text{KCl}) = 9 + 2 + 2 + 1 = 14 $ атомов Cl. Слева в $ 3\text{FeCl}_2 $ уже есть $ 3 \cdot 2 = 6 $ атомов Cl. Значит, из $ \text{HCl} $ должно прийти $ 14 - 6 = 8 $ атомов Cl. Ставим 8 перед $ \text{HCl} $.

$ 3\text{FeCl}_2 + \text{KMnO}_4 + 8\text{HCl} \rightarrow 3\text{FeCl}_3 + \text{Cl}_2 + \text{MnCl}_2 + \text{KCl} + \text{H}_2\text{O} $

Уравняем водород. Слева 8 атомов H. Чтобы справа тоже было 8, ставим 4 перед $ \text{H}_2\text{O} $.

Проверим по кислороду. Слева 4 атома o (в $ \text{KMnO}_4 $). Справа 4 атома o (в $ 4\text{H}_2\text{O} $). Уравнение составлено верно.

Ответ: $ 3\text{FeCl}_2 + \text{KMnO}_4 + 8\text{HCl} \rightarrow 3\text{FeCl}_3 + \text{Cl}_2 + \text{MnCl}_2 + \text{KCl} + 4\text{H}_2\text{O} $.

3) Cu₂S + O₂ + CaCO₃ → Cuo + CaSO₃ + CO₂

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• $ \text{Cu}^{+1} $ (в $ \text{Cu}_2\text{S} $) окисляется до $ \text{Cu}^{+2} $ (в $ \text{CuO} $).
• $ \text{S}^{-2} $ (в $ \text{Cu}_2\text{S} $) окисляется до $ \text{S}^{+4} $ (в $ \text{CaSO}_3 $).
• $ \text{O}_2^0 $ восстанавливается до $ \text{O}^{-2} $ (в $ \text{CuO} $, $ \text{CaSO}_3 $, $ \text{CO}_2 $).

$ \text{Cu}_2\text{S} $ является восстановителем, $ \text{O}_2 $ — окислителем. $ \text{CaCO}_3 $ участвует в связывании продукта окисления серы. Составим электронный баланс.

$ \begin{array}{c|c|l} 2\text{Cu}^{+1} - 2e^- \rightarrow 2\text{Cu}^{+2} & & \\ \text{S}^{-2} - 6e^- \rightarrow \text{S}^{+4} & 1 & \text{восстановитель (окисление)} \\ \hline \text{O}_2^0 + 4e^- \rightarrow 2\text{O}^{-2} & 2 & \text{окислитель (восстановление)} \end{array} $

Суммарно одна формульная единица $ \text{Cu}_2\text{S} $ отдает $ 2 + 6 = 8 $ электронов. Наименьшее общее кратное для 8 и 4 равно 8. Отсюда находим коэффициенты: 1 для $ \text{Cu}_2\text{S} $ и 2 для $ \text{O}_2 $.

$ 1\text{Cu}_2\text{S} + 2\text{O}_2 + \text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CuO} + \text{CaSO}_3 + \text{CO}_2 $

Уравняем остальные элементы.

• Медь (Cu): слева 2, справа 1. Ставим коэффициент 2 перед $ \text{CuO} $.
• Кальций (Ca) и углерод (C): по 1 атому слева и справа. Коэффициенты 1 перед $ \text{CaCO}_3 $, $ \text{CaSO}_3 $ и $ \text{CO}_2 $.
• Сера (S): по 1 атому слева и справа.

Получаем уравнение:

$ \text{Cu}_2\text{S} + 2\text{O}_2 + \text{CaCO}_3 \rightarrow 2\text{CuO} + \text{CaSO}_3 + \text{CO}_2 $

Проверим по кислороду. Слева: $ 2 \cdot 2 + 3 = 7 $ атомов O. Справа: $ 2 \cdot 1 + 3 + 2 = 7 $ атомов O. Уравнение составлено верно.

Ответ: $ \text{Cu}_2\text{S} + 2\text{O}_2 + \text{CaCO}_3 \rightarrow 2\text{CuO} + \text{CaSO}_3 + \text{CO}_2 $.