Номер 9, страница 93 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава III. Вещества и их свойства. Параграф 16. Металлы. Примените свои знания - номер 9, страница 93.

Условие.

9. Запишите уравнения реакций меди с концентрированными серной и азотной кислотами. Расставьте коэффициенты с использованием метода электронного баланса.

Решение.

Решение 2.

Реакция меди с концентрированной серной кислотой

Решение

Медь ($Cu$) реагирует с концентрированной серной кислотой ($H_2SO_4$) при нагревании. В этой окислительно-восстановительной реакции медь выступает в качестве восстановителя, а серная кислота — в качестве окислителя. Продуктами реакции являются сульфат меди(II) ($CuSO_4$), оксид серы(IV) ($SO_2$) и вода ($H_2O$).

Для расстановки коэффициентов воспользуемся методом электронного баланса.

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$\overset{0}{Cu} + H_2\overset{+6}{S}O_4 \rightarrow \overset{+2}{Cu}SO_4 + \overset{+4}{S}O_2 + H_2O$

2. Составляем электронные уравнения для процессов окисления и восстановления:
$\overset{0}{Cu} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Cu}$ (процесс окисления)
$\overset{+6}{S} + 2e^- \rightarrow \overset{+4}{S}$ (процесс восстановления)

3. Число отданных электронов равно числу принятых (2). Следовательно, коэффициенты-множители для полуреакций равны 1.
$\overset{0}{Cu} \rightarrow \overset{+2}{Cu}$ | 1 | восстановитель
$\overset{+6}{S} \rightarrow \overset{+4}{S}$ | 1 | окислитель

4. Подставляем коэффициенты в схему реакции. Коэффициент 1 (обычно не пишется) ставится перед $Cu$ и $CuSO_4$, а также перед $SO_2$.
$Cu + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + H_2O$
Теперь уравниваем количество атомов серы. Справа 1 атом серы в $CuSO_4$ и 1 атом в $SO_2$, итого 2. Значит, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 2.
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + H_2O$
Далее уравниваем водород. Слева 4 атома водорода ($2 \times 2$). Чтобы справа их стало 4, ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$
Проверяем баланс по кислороду: слева $2 \times 4 = 8$ атомов; справа $4 + 2 + 2 \times 1 = 8$ атомов. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

---

Реакция меди с концентрированной азотной кислотой

Решение

Медь ($Cu$) реагирует с концентрированной азотной кислотой ($HNO_3$). Азотная кислота в высокой концентрации является сильным окислителем. Медь окисляется до нитрата меди(II) ($Cu(NO_3)_2$), а азот из кислоты восстанавливается до оксида азота(IV) ($NO_2$). Также образуется вода ($H_2O$).

Применим метод электронного баланса.

1. Определяем степени окисления:
$\overset{0}{Cu} + H\overset{+5}{N}O_3 \rightarrow \overset{+2}{Cu}(NO_3)_2 + \overset{+4}{N}O_2 + H_2O$

2. Составляем полуреакции:
$\overset{0}{Cu} - 2e^- \rightarrow \overset{+2}{Cu}$ (процесс окисления)
$\overset{+5}{N} + 1e^- \rightarrow \overset{+4}{N}$ (процесс восстановления)

3. Находим наименьшее общее кратное для чисел электронов (2 и 1), оно равно 2. Определяем коэффициенты-множители:
$\overset{0}{Cu} \rightarrow \overset{+2}{Cu}$ | 1 | восстановитель
$\overset{+5}{N} \rightarrow \overset{+4}{N}$ | 2 | окислитель

4. Расставляем коэффициенты в уравнении. Коэффициент 1 ставим перед $Cu$ и $Cu(NO_3)_2$. Коэффициент 2 ставим перед $NO_2$.
$Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$
Уравниваем атомы азота. Справа 2 атома азота в $Cu(NO_3)_2$ и 2 атома в $2NO_2$, итого 4. Ставим коэффициент 4 перед $HNO_3$ слева.
$Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$
Уравниваем атомы водорода: слева 4 атома. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$ справа.
$Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$
Проверяем баланс по кислороду: слева $4 \times 3 = 12$ атомов; справа $(2 \times 3) + (2 \times 2) + (2 \times 1) = 6 + 4 + 2 = 12$ атомов. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $Cu + 4HNO_3(конц.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O$