Номер 5, страница 79 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава II. Химические реакции. Параграф 14. Окислительно-восстановительные реакции. Примените свои знания - номер 5, страница 79.

Условие.

5. Методом электронного баланса уравняйте окислительно-восстановительные реакции, схемы которых:

а) $Al + CuCl_2 \to AlCl_3 + Cu$

б) $NH_3 + CuO \to N_2 + H_2O + Cu$

в) $KClO_3 + S \to KCl + SO_2$

г) $H_2SO_4(\text{конц.}) + Zn \to ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

Решение.

Решение 2.

а) $Al + CuCl_2 \rightarrow AlCl_3 + Cu$

Решение:

1. Определяем степени окисления элементов в реагентах и продуктах, чтобы найти, какие из них изменились.

$ \stackrel{0}{Al} + \stackrel{+2}{Cu}\stackrel{-1}{Cl_2} \rightarrow \stackrel{+3}{Al}\stackrel{-1}{Cl_3} + \stackrel{0}{Cu} $

Степени окисления изменили алюминий (Al) и медь (Cu).

2. Составляем полуреакции окисления и восстановления.

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ (процесс окисления, Al – восстановитель)

$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (процесс восстановления, $Cu^{+2}$ – окислитель)

3. Находим наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов (3 и 2). НОК(3, 2) = 6. Находим коэффициенты, умножая полуреакции на множители так, чтобы число электронов было равным 6.

$ \begin{array}{c|l} 2 & Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} \\ 3 & Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0 \end{array} $

4. Суммируем полуреакции и подставляем найденные коэффициенты (2 для Al, 3 для Cu) в исходное уравнение.

$2Al + 3CuCl_2 \rightarrow 2AlCl_3 + 3Cu$

5. Проверяем баланс всех атомов в уравнении.

Слева: Al - 2, Cu - 3, Cl - 6. Справа: Al - 2, Cu - 3, Cl - 6. Баланс соблюден.

Ответ: $2Al + 3CuCl_2 = 2AlCl_3 + 3Cu$.

б) $NH_3 + CuO \rightarrow N_2 + H_2O + Cu$

Решение:

1. Определяем степени окисления элементов.

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

Степени окисления изменили азот (N) и медь (Cu).

2. Составляем полуреакции. Обращаем внимание, что в продуктах образуется молекула $N_2$, поэтому в полуреакции окисления нужно учесть два атома азота.

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ (процесс окисления, $N^{-3}$ – восстановитель)

$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ (процесс восстановления, $Cu^{+2}$ – окислитель)

3. Находим НОК для числа электронов (6 и 2). НОК(6, 2) = 6.

$ \begin{array}{c|l} 1 & 2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0 \\ 3 & Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0 \end{array} $

4. Подставляем коэффициенты в уравнение: 2 перед $NH_3$ (т.к. в полуреакции 2 атома N), 3 перед CuO и Cu, 1 перед $N_2$.

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

5. Уравниваем количество атомов водорода и кислорода. Слева 6 атомов H (в $2NH_3$), справа нужно 6, ставим коэффициент 3 перед $H_2O$. Проверяем кислород: слева 3 атома (в $3CuO$), справа 3 (в $3H_2O$).

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

Проверка: N(2=2), H(6=6), Cu(3=3), O(3=3). Баланс соблюден.

Ответ: $2NH_3 + 3CuO = N_2 + 3H_2O + 3Cu$.

в) $KClO_3 + S \rightarrow KCl + SO_2$

Решение:

1. Определяем степени окисления элементов.

$ \stackrel{+1}{K}\stackrel{+5}{Cl}\stackrel{-2}{O_3} + \stackrel{0}{S} \rightarrow \stackrel{+1}{K}\stackrel{-1}{Cl} + \stackrel{+4}{S}\stackrel{-2}{O_2} $

Степени окисления изменили хлор (Cl) и сера (S).

2. Составляем полуреакции окисления и восстановления.

$S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$ (процесс окисления, S – восстановитель)

$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$ (процесс восстановления, $Cl^{+5}$ – окислитель)

3. Находим НОК для числа электронов (4 и 6). НОК(4, 6) = 12.

$ \begin{array}{c|l} 3 & S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4} \\ 2 & Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1} \end{array} $

4. Подставляем коэффициенты в уравнение: 2 перед $KClO_3$ и $KCl$, 3 перед S и $SO_2$.

$2KClO_3 + 3S \rightarrow 2KCl + 3SO_2$

5. Проверяем баланс всех атомов.

Слева: K - 2, Cl - 2, O - 6, S - 3. Справа: K - 2, Cl - 2, S - 3, O - 6. Баланс соблюден.

Ответ: $2KClO_3 + 3S = 2KCl + 3SO_2$.

г) $H_2SO_4(\text{конц.}) + Zn \rightarrow ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

Решение:

1. Определяем степени окисления. В этой реакции серная кислота выступает и как окислитель (сера восстанавливается до -2), и как среда (сульфат-ион $SO_4^{-2}$ переходит в соль, не изменяя степени окисления серы +6).

$ \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{+6}{S}\stackrel{-2}{O_4} + \stackrel{0}{Zn} \rightarrow \stackrel{+2}{Zn}\stackrel{+6}{S}\stackrel{-2}{O_4} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{S} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O} $

Степени окисления изменили цинк (Zn) и сера (S).

2. Составляем полуреакции окисления и восстановления.

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ (процесс окисления, Zn – восстановитель)

$S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2}$ (процесс восстановления, $S^{+6}$ – окислитель)

3. Находим НОК для числа электронов (2 и 8). НОК(2, 8) = 8.

$ \begin{array}{c|l} 4 & Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2} \\ 1 & S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2} \end{array} $

4. Подставляем коэффициенты в уравнение: 4 перед Zn и $ZnSO_4$, 1 (не пишется) перед $H_2S$.

$H_2SO_4 + 4Zn \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

5. Уравниваем остальные атомы. Сначала серу: справа 4 атома S в $4ZnSO_4$ и 1 атом в $H_2S$, всего 5. Значит, слева нужно 5 молекул $H_2SO_4$.

$5H_2SO_4 + 4Zn \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

Теперь уравниваем водород: слева $5 \times 2 = 10$ атомов H. Справа 2 атома в $H_2S$, значит в $H_2O$ должно быть $10 - 2 = 8$ атомов H. Ставим коэффициент 4 перед $H_2O$.

$5H_2SO_4 + 4Zn \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S + 4H_2O$

Проверяем кислород: слева $5 \times 4 = 20$. Справа $(4 \times 4) + (4 \times 1) = 16 + 4 = 20$. Баланс соблюден.

Ответ: $5H_2SO_4 + 4Zn = 4ZnSO_4 + H_2S + 4H_2O$.