Номер 4, страница 217 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 30. Окислительно-восстановительные реакции и методы составления их уравнений - номер 4, страница 217.

Условие.

4. Методом электронного баланса уравняйте следующие ОВР:

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

б) $NH_3 + CuO \longrightarrow N_2 \uparrow + H_2O + Cu$

в) $KClO_3 + S \longrightarrow KCl + SO_2 \uparrow$

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

д) $HCOH + KMnO_4 + \dots \longrightarrow CO_2 \uparrow + K_2SO_4 + \dots + \dots$

е) $FeCl_2 + HNO_3(\text{конц.}) \longrightarrow Fe(NO_3)_3 + HCl + \dots + \dots$

ж) $P_2O_3 + HNO_3 + \dots \longrightarrow NO \uparrow + \dots$

з) $H_2S_2O_3 + H_2Cr_2O_7 + \dots \longrightarrow Cr_2(SO_4)_3 + H_2O$

Решение.

Решение 2.

а)

Решение

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

$ \stackrel{0}{Al} + \stackrel{+2}{Cu}Cl_2 \longrightarrow \stackrel{+3}{Al}Cl_3 + \stackrel{0}{Cu} $

Составим электронный баланс:

$ \stackrel{0}{Al} - 3e^- \longrightarrow \stackrel{+3}{Al} $ | 2 | окисление, восстановитель

$ \stackrel{+2}{Cu} + 2e^- \longrightarrow \stackrel{0}{Cu} $ | 3 | восстановление, окислитель

Расставим коэффициенты, найденные с помощью электронного баланса, в уравнение реакции.

Ответ: $2Al + 3CuCl_2 \longrightarrow 2AlCl_3 + 3Cu$

б)

Решение

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$ N\stackrel{-3}{H_3} + \stackrel{+2}{Cu}O \longrightarrow \stackrel{0}{N_2} \uparrow + H_2O + \stackrel{0}{Cu} $

Составим электронный баланс. Обратим внимание, что в молекуле азота $N_2$ два атома, поэтому в полуреакции окисления удваиваем количество атомов азота.

$ 2\stackrel{-3}{N} - 6e^- \longrightarrow \stackrel{0}{N_2} $ | 1 | окисление, $NH_3$ – восстановитель

$ \stackrel{+2}{Cu} + 2e^- \longrightarrow \stackrel{0}{Cu} $ | 3 | восстановление, $CuO$ – окислитель

Расставим коэффициенты перед веществами, содержащими азот и медь. Затем уравняем число атомов водорода и кислорода.

Ответ: $2NH_3 + 3CuO \longrightarrow N_2 \uparrow + 3H_2O + 3Cu$

в)

Решение

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

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

Составим электронный баланс:

$ \stackrel{+5}{Cl} + 6e^- \longrightarrow \stackrel{-1}{Cl} $ | 2 | восстановление, $KClO_3$ – окислитель

$ \stackrel{0}{S} - 4e^- \longrightarrow \stackrel{+4}{S} $ | 3 | окисление, $\text{S}$ – восстановитель

Найдем наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (12) и расставим коэффициенты.

Ответ: $2KClO_3 + 3S \longrightarrow 2KCl + 3SO_2 \uparrow$

г)

Решение

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$ H_2\stackrel{+6}{S}O_4(конц.) + \stackrel{0}{Zn} \longrightarrow ZnSO_4 + H_2\stackrel{-2}{S} \uparrow + H_2O $

Атом серы в сульфате цинка ($ZnSO_4$) не меняет свою степень окисления (+6). Меняется степень окисления только у той части серной кислоты, которая восстанавливается до сероводорода.

Составим электронный баланс:

$ \stackrel{0}{Zn} - 2e^- \longrightarrow \stackrel{+2}{Zn} $ | 4 | окисление, $\text{Zn}$ – восстановитель

$ \stackrel{+6}{S} + 8e^- \longrightarrow \stackrel{-2}{S} $ | 1 | восстановление, $H_2SO_4$ – окислитель

Расставим коэффициенты. Перед $\text{Zn}$ и $ZnSO_4$ ставим 4. Перед $H_2S$ ставим 1. Теперь посчитаем общее количество серы в продуктах: 4 атома в $4ZnSO_4$ и 1 атом в $H_2S$, итого 5 атомов. Значит, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 5. В конце уравниваем водород и кислород, добавляя воду.

Ответ: $5H_2SO_4(конц.) + 4Zn \longrightarrow 4ZnSO_4 + H_2S \uparrow + 4H_2O$

д)

Решение

Реакция протекает в кислой среде (продукты $K_2SO_4$ и $CO_2$ указывают на это), значит, в левой части уравнения недостает серной кислоты $H_2SO_4$. В кислой среде перманганат-ион восстанавливается до $Mn^{+2}$. Недостающие продукты - $MnSO_4$ и $H_2O$. Полная схема реакции:

$ HCOOH + KMnO_4 + H_2SO_4 \longrightarrow CO_2 \uparrow + K_2SO_4 + MnSO_4 + H_2O $

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

$ H\stackrel{+2}{C}OOH + K\stackrel{+7}{Mn}O_4 + H_2SO_4 \longrightarrow \stackrel{+4}{C}O_2 \uparrow + K_2SO_4 + \stackrel{+2}{Mn}SO_4 + H_2O $

Составим электронный баланс:

$ \stackrel{+2}{C} - 2e^- \longrightarrow \stackrel{+4}{C} $ | 5 | окисление, $HCOOH$ – восстановитель

$ \stackrel{+7}{Mn} + 5e^- \longrightarrow \stackrel{+2}{Mn} $ | 2 | восстановление, $KMnO_4$ – окислитель

Расставим коэффициенты для окислителя и восстановителя. Затем уравняем остальные элементы: сначала металлы (K), затем кислотные остатки (SO₄), и в последнюю очередь водород и кислород.

Ответ: $5HCOOH + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \longrightarrow 5CO_2 \uparrow + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 8H_2O$

е)

Решение

Концентрированная азотная кислота является сильным окислителем. Железо(+2) окисляется до железа(+3), а азот(+5) восстанавливается. Продуктом восстановления концентрированной $HNO_3$ часто является $NO_2$. Однако, если исходить из указанных продуктов, то можно предположить, что продуктом восстановления будет $\text{NO}$. Недостающий продукт - вода $H_2O$.

$ \stackrel{+2}{Fe}Cl_2 + H\stackrel{+5}{N}O_3(конц.) \longrightarrow \stackrel{+3}{Fe}(NO_3)_3 + HCl + \stackrel{+2}{N}O + H_2O $

Составим электронный баланс:

$ \stackrel{+2}{Fe} - 1e^- \longrightarrow \stackrel{+3}{Fe} $ | 3 | окисление, $FeCl_2$ – восстановитель

$ \stackrel{+5}{N} + 3e^- \longrightarrow \stackrel{+2}{N} $ | 1 | восстановление, $HNO_3$ – окислитель

Расставим коэффициенты. Перед $FeCl_2$ и $Fe(NO_3)_3$ ставим 3. Перед $\text{NO}$ ставим 1. Теперь уравняем остальные элементы. Хлор: слева 3*2=6, значит справа нужно $6HCl$. Азот: справа 3*3=9 в нитрате и 1 в $\text{NO}$, итого 10. Значит слева нужно $10HNO_3$. В конце уравниваем водород и кислород.

Ответ: $3FeCl_2 + 10HNO_3(конц.) \longrightarrow 3Fe(NO_3)_3 + 6HCl + NO \uparrow + 2H_2O$

ж)

Решение

В этой реакции оксид фосфора(III) окисляется азотной кислотой до высшей степени окисления +5, образуя фосфорную кислоту $H_3PO_4$. Азот(+5) восстанавливается до азота(+2) в $\text{NO}$. Для образования кислоты необходима вода, которая будет реагентом.

$ \stackrel{+3}{P_2}O_3 + H\stackrel{+5}{N}O_3 + H_2O \longrightarrow H_3\stackrel{+5}{P}O_4 + \stackrel{+2}{N}O \uparrow $

Составим электронный баланс:

$ 2\stackrel{+3}{P} - 4e^- \longrightarrow 2\stackrel{+5}{P} $ | 3 | окисление, $P_2O_3$ – восстановитель

$ \stackrel{+5}{N} + 3e^- \longrightarrow \stackrel{+2}{N} $ | 4 | восстановление, $HNO_3$ – окислитель

Расставим коэффициенты. Перед $P_2O_3$ ставим 3, тогда перед $H_3PO_4$ нужно поставить 6. Перед $HNO_3$ и $\text{NO}$ ставим 4. В конце уравниваем водород и кислород, подбирая коэффициент для воды.

Ответ: $3P_2O_3 + 4HNO_3 + 7H_2O \longrightarrow 6H_3PO_4 + 4NO \uparrow$

з)

Решение

В данной реакции тиосерная кислота $H_2S_2O_3$ (восстановитель) окисляется дихромовой кислотой $H_2Cr_2O_7$ (окислитель). Сера из степени окисления +2 переходит в +6 (в составе сульфат-иона $SO_4^{2-}$), а хром из +6 восстанавливается до +3. Чтобы связать образовавшиеся ионы $Cr^{3+}$ в сульфат хрома(III) $Cr_2(SO_4)_3$, необходимы дополнительные сульфат-ионы. Их источником служит серная кислота $H_2SO_4$, которая является недостающим реагентом.

$ H_2\stackrel{+2}{S_2}O_3 + H_2\stackrel{+6}{Cr_2}O_7 + H_2SO_4 \longrightarrow \stackrel{+3}{Cr_2}(\stackrel{+6}{S}O_4)_3 + H_2O $

Составим электронный баланс (средняя с.о. серы в $H_2S_2O_3$ равна +2):

$ 2\stackrel{+2}{S} - 8e^- \longrightarrow 2\stackrel{+6}{S} $ | 3 | окисление, $H_2S_2O_3$ – восстановитель

$ 2\stackrel{+6}{Cr} + 6e^- \longrightarrow 2\stackrel{+3}{Cr} $ | 4 | восстановление, $H_2Cr_2O_7$ – окислитель

Расставим коэффициенты для окислителя и восстановителя: 3 перед $H_2S_2O_3$ и 4 перед $H_2Cr_2O_7$. Справа должно получиться 8 атомов хрома, т.е. $4Cr_2(SO_4)_3$. Теперь уравняем серу: справа $4 \cdot 3 = 12$ атомов, слева в $3H_2S_2O_3$ уже есть $3 \cdot 2 = 6$ атомов. Значит, нужно добавить $12 - 6 = 6$ молекул $H_2SO_4$. В конце уравниваем водород и кислород.

Ответ: $3H_2S_2O_3 + 4H_2Cr_2O_7 + 6H_2SO_4 \longrightarrow 4Cr_2(SO_4)_3 + 13H_2O$