Номер 7, страница 108 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 3. Дисперсные системы и растворы. Параграф 15. Тонкодисперсные системы - номер 7, страница 108.

Условие.

7. Один из способов получения коллоидного раствора золота заключается в последовательном проведении реакций по следующим схемам:

$Au + HCl + HNO_3 \longrightarrow HAuCl_4 + NO \uparrow + H_2O$

$HAuCl_4 + K_2CO_3 \longrightarrow KAuO_2 + CO_2 \uparrow + KCl + H_2O$

$KAuO_2 + HCHO + K_2CO_3 \longrightarrow Au \downarrow + HCOOK + KHCO_3 + H_2O$

Расставьте коэффициенты. Для первой и третьей реакции сделайте это методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

$Au + HCl + HNO_3 \rightarrow HAuCl_4 + NO \uparrow + H_2O$

Для расстановки коэффициентов методом электронного баланса определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$Au^0 + H^{+1}Cl^{-1} + H^{+1}N^{+5}O^{-2}_3 \rightarrow H^{+1}Au^{+3}Cl^{-1}_4 + N^{+2}O^{-2} \uparrow + H^{+1}_2O^{-2}$
Золото ($\text{Au}$) повышает степень окисления с 0 до +3, следовательно, оно является восстановителем и подвергается окислению.
Азот ($\text{N}$) понижает степень окисления с +5 до +2, следовательно, азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем, а азот в ней подвергается восстановлению.

Составим полуреакции и найдём коэффициенты:
$Au^0 - 3e^- \rightarrow Au^{+3} \quad | 1$ (процесс окисления)
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} \quad | 1$ (процесс восстановления)
Количество отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед золотом и соединениями азота, изменившими степень окисления, равны 1.

Подставим коэффициенты в уравнение и уравняем остальные элементы:
$Au + HNO_3 + HCl \rightarrow HAuCl_4 + NO + H_2O$
Справа 4 атома хлора, значит, перед $HCl$ ставим коэффициент 4:
$Au + HNO_3 + 4HCl \rightarrow HAuCl_4 + NO + H_2O$
Теперь слева 5 атомов водорода ($\text{1}$ из $HNO_3$ и $\text{4}$ из $HCl$). Справа 1 атом водорода в $HAuCl_4$. Значит, на воду приходится 4 атома водорода. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$:
$Au + HNO_3 + 4HCl \rightarrow HAuCl_4 + NO + 2H_2O$
Проверим кислород: слева 3 атома в $HNO_3$, справа 1 атом в $\text{NO}$ и 2 атома в $2H_2O$, итого 3. Уравнение сбалансировано.

Восстановитель: $\text{Au}$.
Окислитель: $HNO_3$.

Ответ: $Au + 4HCl + HNO_3 = HAuCl_4 + NO \uparrow + 2H_2O$.

$HAuCl_4 + K_2CO_3 \rightarrow KAuO_2 + CO_2 \uparrow + KCl + H_2O$

Данная реакция не является окислительно-восстановительной, так как степени окисления элементов не изменяются: $\text{Au}$ имеет степень окисления +3, $\text{C}$ +4, $\text{K}$ +1 и т.д. в обеих частях уравнения. Коэффициенты расставляются методом подбора.

1. Начнем с уравнивания хлора. Слева 4 атома $\text{Cl}$, значит справа перед $KCl$ нужен коэффициент 4:
$HAuCl_4 + K_2CO_3 \rightarrow KAuO_2 + CO_2 + 4KCl + H_2O$

2. Теперь справа $1+4=5$ атомов калия. Чтобы уравнять калий, нужно поставить коэффициент $5/2$ перед $K_2CO_3$ слева. Чтобы избавиться от дроби, умножим все коэффициенты в уравнении на 2:
$2HAuCl_4 + 5K_2CO_3 \rightarrow 2KAuO_2 + CO_2 + 8KCl + H_2O$

3. Уравняем углерод. Слева $\text{5}$ атомов $\text{C}$ в $5K_2CO_3$. Значит, справа перед $CO_2$ ставим коэффициент 5:
$2HAuCl_4 + 5K_2CO_3 \rightarrow 2KAuO_2 + 5CO_2 + 8KCl + H_2O$

4. Уравняем водород. Слева 2 атома $\text{H}$ в $2HAuCl_4$. Чтобы справа было 2 атома $\text{H}$, оставляем коэффициент 1 перед $H_2O$:
$2HAuCl_4 + 5K_2CO_3 \rightarrow 2KAuO_2 + 5CO_2 + 8KCl + H_2O$

5. Проверим баланс по кислороду: слева $5 \times 3 = 15$ атомов. Справа $2 \times 2 + 5 \times 2 + 1 = 4 + 10 + 1 = 15$ атомов. Все элементы уравнены.

Ответ: $2HAuCl_4 + 5K_2CO_3 = 2KAuO_2 + 5CO_2 \uparrow + 8KCl + H_2O$.

$KAuO_2 + HCHO + K_2CO_3 \rightarrow Au \downarrow + HCOOK + KHCO_3 + H_2O$

Для расстановки коэффициентов методом электронного баланса определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$K^{+1}Au^{+3}O^{-2}_2 + H^{+1}C^{0}H^{+1}O^{-2} + K_2CO_3 \rightarrow Au^0 \downarrow + H^{+1}C^{+2}O^{-2}_2K^{+1} + KHCO_3 + H_2O$
Золото ($\text{Au}$) понижает степень окисления с +3 до 0, следовательно, $KAuO_2$ является окислителем, а золото в нем подвергается восстановлению.
Углерод ($\text{C}$) в формальдегиде ($HCHO$) повышает степень окисления с 0 до +2 (в формиате калия $HCOOK$), следовательно, формальдегид является восстановителем и подвергается окислению.

Составим полуреакции и найдём коэффициенты:
$Au^{+3} + 3e^- \rightarrow Au^0 \quad | 2$ (процесс восстановления)
$C^0 - 2e^- \rightarrow C^{+2} \quad | 3$ (процесс окисления)
Наименьшее общее кратное для 3 и 2 равно 6. Поэтому первую полуреакцию умножаем на 2, а вторую на 3.

Подставим коэффициенты 2 перед соединениями золота ($KAuO_2$ и $\text{Au}$) и 3 перед соединениями углерода, изменившими степень окисления ($HCHO$ и $HCOOK$):
$2KAuO_2 + 3HCHO + K_2CO_3 \rightarrow 2Au + 3HCOOK + KHCO_3 + H_2O$
Уравняем остальные элементы. Калий: слева $\text{2}$ в $2KAuO_2$ и $\text{2}$ в $K_2CO_3$, итого 4. Справа $\text{3}$ в $3HCOOK$ и $\text{1}$ в $KHCO_3$, итого 4. Калий уравнен.
Углерод: слева $\text{3}$ в $3HCHO$ и $\text{1}$ в $K_2CO_3$, итого 4. Справа $\text{3}$ в $3HCOOK$ и $\text{1}$ в $KHCO_3$, итого 4. Углерод уравнен.
Водород: слева $3 \times 2 = 6$ в $3HCHO$. Справа $\text{3}$ в $3HCOOK$, $\text{1}$ в $KHCO_3$ и $\text{2}$ в $H_2O$, итого $3+1+2=6$. Водород уравнен.
Кислород: слева $2 \times 2 + 3 \times 1 + 3 = 10$. Справа $3 \times 2 + 3 + 1 = 10$. Уравнение сбалансировано.

Восстановитель: $HCHO$.
Окислитель: $KAuO_2$.

Ответ: $2KAuO_2 + 3HCHO + K_2CO_3 = 2Au \downarrow + 3HCOOK + KHCO_3 + H_2O$.