Номер 8, страница 114, часть 1 - гдз по химии 10 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Расставьте коэффициенты в следующих уравнениях реакций методом электронного баланса:

1) $NH_3 + O_2 = No + H_2O$

2) $PH_3 + Cl_2 = PCl_3 + HCl$

3) $CH_4 + Cl_2 = CCl_4 + HCl$

4) $Cuo + NH_3 = Cu + N_2 + H_2O$

5) $P + N_2o = N_2 + P_2O_5$

6) $NO_2 + H_2o = HNO_3 + NO$

7) $NH_4NO_3 = N_2o + H_2O$

8) $Na + HNO_3 = NaNO_3 + H_2o + N_2O$

9) $Cu + H_2SO_4 = CuSO_4 + H_2o + SO_2$

10) $Au + HCl + HNO_3 = AuCl_3 + No + H_2O$

1) NH₃ + O₂ = No + H₂O

Решение:

Сначала определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах, чтобы найти, какие из них изменили свои степени окисления в ходе реакции.

$N^{-3}H_3^{+1} + O_2^0 \rightarrow N^{+2}O^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

Элементы, изменившие степень окисления:

• Азот (N) с -3 до +2.
• Кислород (O) с 0 до -2.

Составим полуреакции окисления (отдача электронов) и восстановления (принятие электронов).

Окисление: $N^{-3} \rightarrow N^{+2}$

Восстановление: $O_2^0 \rightarrow O^{-2}$

Теперь уравняем число атомов и электронов в полуреакциях. Азот отдает 5 электронов. Молекула кислорода, состоящая из двух атомов, принимает 4 электрона.

$N^{-3} - 5e^{-} \rightarrow N^{+2}$

$O_2^0 + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2}$

Чтобы сбалансировать число отданных и принятых электронов, найдем наименьшее общее кратное (НОК) для 5 и 4, которое равно 20. Умножим первую полуреакцию на 4, а вторую на 5.

$N^{-3} - 5e^{-} \rightarrow N^{+2} \quad | 4$ (процесс окисления, NH₃ - восстановитель)

$O_2^0 + 4e^{-} \rightarrow 2O^{-2} \quad | 5$ (процесс восстановления, O₂ - окислитель)

Полученные коэффициенты 4 и 5 ставим перед соответствующими веществами в уравнении реакции:

$4NH_3 + 5O_2 \rightarrow 4No + H_2O$

Наконец, уравняем число атомов водорода и кислорода. Слева 12 атомов водорода (в 4NH₃), значит, справа должно быть 6 молекул H₂O. Проверим кислород: слева $5 \cdot 2 = 10$ атомов, справа $4 \cdot 1 + 6 \cdot 1 = 10$ атомов. Все атомы уравнены.

Ответ: $4NH_3 + 5O_2 = 4No + 6H_2O$

2) PH₃ + Cl₂ = PCl₃ + HCl

Решение:

Определим степени окисления:

$P^{-3}H_3^{+1} + Cl_2^0 \rightarrow P^{+3}Cl_3^{-1} + H^{+1}Cl^{-1}$

Изменяют степени окисления фосфор (с -3 до +3) и хлор (с 0 до -1).

Составим электронный баланс:

$P^{-3} - 6e^{-} \rightarrow P^{+3} \quad | 1$ (окисление, PH₃ - восстановитель)

$Cl_2^0 + 2e^{-} \rightarrow 2Cl^{-1} \quad | 3$ (восстановление, Cl₂ - окислитель)

НОК для 6 и 2 равно 6. Множитель для первой полуреакции 1, для второй 3.

Подставляем коэффициенты. Перед PH₃ и PCl₃ ставим 1 (не пишется). Перед Cl₂ ставим 3.

$PH_3 + 3Cl_2 \rightarrow PCl_3 + HCl$

Уравняем водород и хлор. Слева 3 атома H, значит, справа нужно 3 молекулы HCl. Проверим хлор: слева $3 \cdot 2 = 6$ атомов, справа $3 + 3 = 6$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $PH_3 + 3Cl_2 = PCl_3 + 3HCl$

3) CH₄ + Cl₂ = CCl₄ + HCl

Решение:

Определим степени окисления:

$C^{-4}H_4^{+1} + Cl_2^0 \rightarrow C^{+4}Cl_4^{-1} + H^{+1}Cl^{-1}$

Изменяют степени окисления углерод (с -4 до +4) и хлор (с 0 до -1).

Составим электронный баланс:

$C^{-4} - 8e^{-} \rightarrow C^{+4} \quad | 1$ (окисление, CH₄ - восстановитель)

$Cl_2^0 + 2e^{-} \rightarrow 2Cl^{-1} \quad | 4$ (восстановление, Cl₂ - окислитель)

НОК для 8 и 2 равно 8. Множитель для первой полуреакции 1, для второй 4.

Подставляем коэффициенты. Перед CH₄ и CCl₄ ставим 1. Перед Cl₂ ставим 4.

$CH_4 + 4Cl_2 \rightarrow CCl_4 + HCl$

Уравняем водород: слева 4 атома H, значит, справа нужно 4 молекулы HCl. Проверим хлор: слева $4 \cdot 2 = 8$ атомов, справа $4 + 4 = 8$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $CH_4 + 4Cl_2 = CCl_4 + 4HCl$

4) Cuo + NH₃ = Cu + N₂ + H₂O

Решение:

Определим степени окисления:

$Cu^{+2}O^{-2} + N^{-3}H_3^{+1} \rightarrow Cu^0 + N_2^0 + H_2^{+1}O^{-2}$

Изменяют степени окисления медь (с +2 до 0) и азот (с -3 до 0).

Составим электронный баланс:

$2N^{-3} - 6e^{-} \rightarrow N_2^0 \quad | 1$ (окисление, NH₃ - восстановитель)

$Cu^{+2} + 2e^{-} \rightarrow Cu^0 \quad | 3$ (восстановление, Cuo - окислитель)

НОК для 6 и 2 равно 6. Множитель для первой полуреакции 1, для второй 3.

Подставляем коэффициенты. Перед NH₃ ставим 2 (т.к. в полуреакции $2N^{-3}$), перед N₂ ставим 1. Перед Cuo и Cu ставим 3.

$3Cuo + 2NH_3 \rightarrow 3Cu + N_2 + H_2O$

Уравняем водород и кислород. Слева 6 атомов H, значит, справа нужно 3 молекулы H₂O. Проверим кислород: слева 3 атома, справа 3 атома. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $3Cuo + 2NH_3 = 3Cu + N_2 + 3H_2O$

5) P + N₂o = N₂ + P₂O₅

Решение:

Определим степени окисления:

$P^0 + N_2^{+1}O^{-2} \rightarrow N_2^0 + P_2^{+5}O_5^{-2}$

Изменяют степени окисления фосфор (с 0 до +5) и азот (с +1 до 0).

Составим электронный баланс:

$2P^0 - 10e^{-} \rightarrow P_2^{+5} \quad | 1$ (окисление, P - восстановитель)

$N_2^{+1} + 2e^{-} \rightarrow N_2^0 \quad | 5$ (восстановление, N₂o - окислитель)

НОК для 10 и 2 равно 10. Множитель для первой полуреакции 1, для второй 5.

Подставляем коэффициенты. Перед P ставим 2, перед P₂O₅ ставим 1. Перед N₂o Cтавим 5, перед N₂ ставим 5.

$2P + 5N_2o \rightarrow 5N_2 + P_2O_5$

Проверим атомы: слева 2 P, 10 N, 5 O. Справа 2 P, 10 N, 5 O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2P + 5N_2o = 5N_2 + P_2O_5$

6) NO₂ + H₂o = HNO₃ + NO

Решение:

Это реакция диспропорционирования, где один элемент и окисляется, и восстанавливается.

Определим степени окисления:

$N^{+4}O_2^{-2} + H_2o \rightarrow H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} + N^{+2}O^{-2}$

Азот N⁺⁴ одновременно повышает и понижает степень окисления.

Составим электронный баланс:

$N^{+4} - 1e^{-} \rightarrow N^{+5} \quad | 2$ (окисление)

$N^{+4} + 2e^{-} \rightarrow N^{+2} \quad | 1$ (восстановление)

НОК для 1 и 2 равно 2. Множители 2 и 1.

Это означает, что на каждые 2 атома N⁺⁴, которые окисляются, приходится 1 атом N⁺⁴, который восстанавливается. Всего в реакцию вступают $2+1=3$ атома N⁺⁴. Ставим коэффициент 3 перед NO₂. Перед HNO₃ ставим 2, перед No - 1.

$3NO_2 + H_2o \rightarrow 2HNO_3 + NO$

Уравняем водород и кислород. Слева 2 атома H, справа 2 атома H. Слева $3 \cdot 2 + 1 = 7$ атомов O, справа $2 \cdot 3 + 1 = 7$ атомов O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $3NO_2 + H_2o = 2HNO_3 + NO$

7) NH₄NO₃ = N₂o + H₂O

Решение:

Это реакция внутримолекулярного окисления-восстановления. В нитрате аммония NH₄NO₃ азот находится в двух разных степенях окисления: в ионе аммония NH₄⁺ и в нитрат-ионе NO₃⁻.

Для NH₄⁺: $N + 4(+1) = +1 \implies N = -3$

Для NO₃⁻: $N + 3(-2) = -1 \implies N = +5$

В продукте N₂o Cтепень окисления азота +1.

$N^{-3}H_4N^{+5}O_3 \rightarrow N_2^{+1}o + H_2O$

Составим электронный баланс:

$N^{-3} - 4e^{-} \rightarrow N^{+1} \quad | 1$ (окисление)

$N^{+5} + 4e^{-} \rightarrow N^{+1} \quad | 1$ (восстановление)

Число отданных и принятых электронов равно 4, коэффициенты равны 1. Это значит, что 1 атом N⁻³ и 1 атом N⁺⁵, содержащиеся в одной молекуле NH₄NO₃, реагируют между собой. Ставим коэффициент 1 перед NH₄NO₃ и N₂O.

$NH_4NO_3 \rightarrow N_2o + H_2O$

Уравняем водород и кислород. Слева 4 атома H, значит, справа нужно 2 молекулы H₂O. Проверим кислород: слева 3 атома, справа $1 + 2 \cdot 1 = 3$ атома. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $NH_4NO_3 = N_2o + 2H_2O$

8) Na + HNO₃ = NaNO₃ + H₂o + N₂O

Решение:

Определим степени окисления:

$Na^0 + H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} \rightarrow Na^{+1}N^{+5}O_3^{-2} + H_2^{+1}O^{-2} + N_2^{+1}O^{-2}$

Изменяют степени окисления натрий (с 0 до +1) и азот (с +5 до +1).

Составим электронный баланс:

$Na^0 - 1e^{-} \rightarrow Na^{+1} \quad | 8$ (окисление, Na - восстановитель)

$2N^{+5} + 8e^{-} \rightarrow N_2^{+1} \quad | 1$ (восстановление, HNO₃ - окислитель)

НОК для 1 и 8 равно 8. Множители 8 и 1.

Ставим коэффициент 8 перед Na. Так как образуется NaNO₃, то и перед ним ставим 8. Перед N₂o Cтавим 1.

$8Na + HNO_3 \rightarrow 8NaNO_3 + H_2o + N_2O$

Теперь посчитаем общее количество атомов азота справа: $\text{8}$ (в 8NaNO₃) + $\text{2}$ (в N₂O) = 10 атомов. Значит, слева нужно 10 молекул HNO₃.

$8Na + 10HNO_3 \rightarrow 8NaNO_3 + H_2o + N_2O$

Уравняем водород: слева 10 атомов H, значит, справа нужно 5 молекул H₂O. Проверим кислород: слева $10 \cdot 3 = 30$ атомов, справа $8 \cdot 3 + 5 \cdot 1 + 1 = 24 + 5 + 1 = 30$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $8Na + 10HNO_3 = 8NaNO_3 + 5H_2o + N_2O$

9) Cu + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂o + SO₂

Решение:

Определим степени окисления:

$Cu^0 + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} \rightarrow Cu^{+2}S^{+6}O_4^{-2} + H_2^{+1}O^{-2} + S^{+4}O_2^{-2}$

Изменяют степени окисления медь (с 0 до +2) и сера (с +6 до +4). Часть серной кислоты расходуется на образование сульфата меди, не меняя степени окисления.

Составим электронный баланс:

$Cu^0 - 2e^{-} \rightarrow Cu^{+2} \quad | 1$ (окисление, Cu - восстановитель)

$S^{+6} + 2e^{-} \rightarrow S^{+4} \quad | 1$ (восстановление, H₂SO₄ - окислитель)

Число электронов совпадает, коэффициенты равны 1. Ставим 1 перед Cu, CuSO₄ и SO₂.

$Cu + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2o + SO_2$

Справа 1 атом серы в CuSO₄ и 1 атом в SO₂, итого 2 атома. Значит, слева нужно 2 молекулы H₂SO₄.

$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2o + SO_2$

Уравняем водород: слева 4 атома H, значит, справа нужно 2 молекулы H₂O. Проверим кислород: слева $2 \cdot 4 = 8$ атомов, справа $4 + 2 \cdot 1 + 2 = 8$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $Cu + 2H_2SO_4 = CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$

10) Au + HCl + HNO₃ = AuCl₃ + No + H₂O

Решение:

Определим степени окисления:

$Au^0 + H^{+1}Cl^{-1} + H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} \rightarrow Au^{+3}Cl_3^{-1} + N^{+2}O^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

Изменяют степени окисления золото (с 0 до +3) и азот (с +5 до +2). Хлор не меняет степень окисления.

Составим электронный баланс:

$Au^0 - 3e^{-} \rightarrow Au^{+3} \quad | 1$ (окисление, Au - восстановитель)

$N^{+5} + 3e^{-} \rightarrow N^{+2} \quad | 1$ (восстановление, HNO₃ - окислитель)

Число электронов совпадает, коэффициенты равны 1. Ставим 1 перед Au, AuCl₃, HNO₃ и NO.

$Au + HCl + HNO_3 \rightarrow AuCl_3 + No + H_2O$

Справа 3 атома Cl, значит, слева нужно 3 молекулы HCl.

$Au + 3HCl + HNO_3 \rightarrow AuCl_3 + No + H_2O$

Уравняем водород: слева $3+1 = 4$ атома H, значит, справа нужно 2 молекулы H₂O. Проверим кислород: слева 3 атома, справа $1 + 2 \cdot 1 = 3$ атома. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $Au + 3HCl + HNO_3 = AuCl_3 + No + 2H_2O$