Номер 7, 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 7, страница 217.

Условие.

7. Методом ионно-электронного баланса расставьте коэффициенты в ОВР.

a) $K_2Cr_2O_7 + HI + H_2SO_4 \to K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + I_2 + H_2O$

б) $Be + HNO_3(\text{разб.}) \to Be(NO_3)_2 + N_2\uparrow + H_2O$

в) $MnO_2 + HBr \to MnBr_2 + Br_2 + H_2O$

г) $KMnO_4 + HCHO + H_2SO_4 \to HCOOH + K_2SO_4 + MnSO_4 + H_2O$

д) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + KOH \to K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

е) $Si + KOH + H_2O \to K_2SiO_3 + H_2\uparrow$

Решение.

Решение 2.

а) $K_2Cr_2O_7 + HI + H_2SO_4 \longrightarrow K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + I_2 + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления элементов, которые изменяются в ходе реакции:

$K_2\overset{+6}{Cr_2}O_7 + H\overset{-1}{I} + H_2SO_4 \longrightarrow K_2SO_4 + \overset{+3}{Cr_2}(SO_4)_3 + \overset{0}{I_2} + H_2O$

Хром понижает степень окисления с +6 до +3, значит, дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$) — окислитель. Йод повышает степень окисления с -1 до 0, значит, иодоводород ($\text{HI}$) — восстановитель.

2. Составляем ионные полуреакции:

Процесс восстановления (окислитель):

$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \longrightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$

Процесс окисления (восстановитель):

$2I^- - 2e^- \longrightarrow I_2$

3. Уравниваем число электронов. Наименьшее общее кратное для 6 и 2 равно 6. Умножаем вторую полуреакцию на 3:

$1 | Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \longrightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$
$3 | 2I^- - 2e^- \longrightarrow I_2$

4. Суммируем полуреакции:

$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6I^- \longrightarrow 2Cr^{3+} + 3I_2 + 7H_2O$

5. Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение:

Перед $K_2Cr_2O_7$ ставим 1. Перед $\text{HI}$ ставим 6. Перед $Cr_2(SO_4)_3$ ставим 1 (т.к. $2Cr^{3+}$). Перед $I_2$ ставим 3. Перед $H_2O$ ставим 7.

$K_2Cr_2O_7 + 6HI + H_2SO_4 \longrightarrow K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + 3I_2 + 7H_2O$

6. Уравниваем остальные элементы (калий и сульфат-ионы). Слева 2 атома K, справа в $K_2SO_4$ тоже 2, значит коэффициент 1. Справа всего сульфат-ионов $1+3=4$. Значит, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 4. Проверяем водород: слева $6+4 \cdot 2=14$, справа $7 \cdot 2=14$. Всё верно.

Ответ: $K_2Cr_2O_7 + 6HI + 4H_2SO_4 \longrightarrow K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + 3I_2 + 7H_2O$

б) $Be + HNO_3(разб.) \longrightarrow Be(NO_3)_2 + N_2\uparrow + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления:

$\overset{0}{Be} + H\overset{+5}{N}O_3 \longrightarrow \overset{+2}{Be}(NO_3)_2 + \overset{0}{N_2} + H_2O$

Бериллий ($\text{Be}$) — восстановитель. Азот ($\text{N}$) — окислитель.

2. Составляем полуреакции:

Процесс окисления:

$Be - 2e^- \longrightarrow Be^{2+}$

Процесс восстановления:

$2NO_3^- + 12H^+ + 10e^- \longrightarrow N_2 + 6H_2O$

3. Уравниваем электроны (НОК = 10):

$5 | Be - 2e^- \longrightarrow Be^{2+}$
$1 | 2NO_3^- + 12H^+ + 10e^- \longrightarrow N_2 + 6H_2O$

4. Суммируем:

$5Be + 2NO_3^- + 12H^+ \longrightarrow 5Be^{2+} + N_2 + 6H_2O$

5. Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение: перед $\text{Be}$ ставим 5, перед $Be(NO_3)_2$ — 5, перед $N_2$ — 1, перед $H_2O$ — 6. Для образования $12H^+$ и $2NO_3^-$ (которые восстановились) необходимо 12 молекул $HNO_3$. Остальные 10 нитрат-ионов идут на образование соли $Be(NO_3)_2$.

$5Be + 12HNO_3 \longrightarrow 5Be(NO_3)_2 + N_2 + 6H_2O$

6. Проверка: слева Be-5, H-12, N-12, O-36. Справа Be-5, N-$5 \cdot 2 + 2 = 12$, O-$5 \cdot 6 + 6 = 36$, H-12. Уравнено.

Ответ: $5Be + 12HNO_3 \longrightarrow 5Be(NO_3)_2 + N_2\uparrow + 6H_2O$

в) $MnO_2 + HBr \longrightarrow MnBr_2 + Br_2 + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления:

$\overset{+4}{Mn}O_2 + H\overset{-1}{Br} \longrightarrow \overset{+2}{Mn}Br_2 + \overset{0}{Br_2} + H_2O$

Марганец ($\text{Mn}$) — окислитель. Бром ($\text{Br}$) — восстановитель.

2. Составляем полуреакции:

Процесс восстановления:

$MnO_2 + 4H^+ + 2e^- \longrightarrow Mn^{2+} + 2H_2O$

Процесс окисления:

$2Br^- - 2e^- \longrightarrow Br_2$

3. Число электронов одинаково (2), домножать не нужно.

$1 | MnO_2 + 4H^+ + 2e^- \longrightarrow Mn^{2+} + 2H_2O$
$1 | 2Br^- - 2e^- \longrightarrow Br_2$

4. Суммируем:

$MnO_2 + 4H^+ + 2Br^- \longrightarrow Mn^{2+} + Br_2 + 2H_2O$

5. Переносим коэффициенты: перед $MnO_2$ — 1, $MnBr_2$ — 1, $Br_2$ — 1, $H_2O$ — 2. Слева в ионном уравнении $4H^+$ и $2Br^-$, что в сумме дает 4 молекулы $HBr$ (2 бромид-иона окисляются, а 2 идут на образование соли $MnBr_2$).

$MnO_2 + 4HBr \longrightarrow MnBr_2 + Br_2 + 2H_2O$

6. Проверка: слева Mn-1, O-2, H-4, Br-4. Справа Mn-1, Br-$2+2=4$, H-4, O-2. Уравнено.

Ответ: $MnO_2 + 4HBr \longrightarrow MnBr_2 + Br_2 + 2H_2O$

г) $KMnO_4 + HCHO + H_2SO_4 \longrightarrow HCOOH + K_2SO_4 + MnSO_4 + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления:

$K\overset{+7}{Mn}O_4 + H\overset{0}{C}HO + H_2SO_4 \longrightarrow H\overset{+2}{C}OOH + K_2SO_4 + \overset{+2}{Mn}SO_4 + H_2O$

Марганец ($\text{Mn}$) — окислитель. Углерод ($\text{C}$) — восстановитель.

2. Составляем полуреакции:

Процесс восстановления:

$MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \longrightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$

Процесс окисления:

$HCHO + H_2O - 2e^- \longrightarrow HCOOH + 2H^+$

3. Уравниваем электроны (НОК = 10):

$2 | MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \longrightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$
$5 | HCHO + H_2O - 2e^- \longrightarrow HCOOH + 2H^+$

4. Суммируем и сокращаем подобные члены ($H^+$ и $H_2O$):

$2MnO_4^- + 16H^+ + 5HCHO + 5H_2O \longrightarrow 2Mn^{2+} + 8H_2O + 5HCOOH + 10H^+$

Сокращенное ионное уравнение:

$2MnO_4^- + 6H^+ + 5HCHO \longrightarrow 2Mn^{2+} + 5HCOOH + 3H_2O$

5. Переносим коэффициенты: перед $KMnO_4$ — 2, $HCHO$ — 5, $MnSO_4$ — 2, $HCOOH$ — 5. Перед $H_2SO_4$ ставим 3, чтобы получить $6H^+$. Перед $K_2SO_4$ ставим 1, чтобы уравнять калий. Уравнение воды проверяем в конце: слева H $5\cdot2 + 3\cdot2 = 16$. Справа H $5\cdot2 + x\cdot2 = 10+2x$. $16 = 10+2x \implies x=3$. Значит, перед $H_2O$ ставим 3.

$2KMnO_4 + 5HCHO + 3H_2SO_4 \longrightarrow 5HCOOH + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 3H_2O$

Ответ: $2KMnO_4 + 5HCHO + 3H_2SO_4 \longrightarrow 5HCOOH + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 3H_2O$

д) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + KOH \longrightarrow K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления:

$K\overset{+7}{Mn}O_4 + Na_2\overset{+4}{S}O_3 + KOH \longrightarrow K_2\overset{+6}{Mn}O_4 + Na_2\overset{+6}{S}O_4 + H_2O$

Марганец ($\text{Mn}$) — окислитель. Сера ($\text{S}$) — восстановитель. Реакция идет в щелочной среде.

2. Составляем полуреакции:

Процесс восстановления:

$MnO_4^- + 1e^- \longrightarrow MnO_4^{2-}$

Процесс окисления (в щелочной среде):

$SO_3^{2-} + 2OH^- - 2e^- \longrightarrow SO_4^{2-} + H_2O$

3. Уравниваем электроны (НОК = 2):

$2 | MnO_4^- + 1e^- \longrightarrow MnO_4^{2-}$
$1 | SO_3^{2-} + 2OH^- - 2e^- \longrightarrow SO_4^{2-} + H_2O$

4. Суммируем:

$2MnO_4^- + SO_3^{2-} + 2OH^- \longrightarrow 2MnO_4^{2-} + SO_4^{2-} + H_2O$

5. Переносим коэффициенты: перед $KMnO_4$ — 2, $Na_2SO_3$ — 1, $KOH$ — 2, $K_2MnO_4$ — 2, $Na_2SO_4$ — 1, $H_2O$ — 1.

$2KMnO_4 + Na_2SO_3 + 2KOH \longrightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

6. Проверка: K-4, Mn-2, O-13, Na-2, S-1, H-2. Справа: K-4, Mn-2, O-13, Na-2, S-1, H-2. Уравнено.

Ответ: $2KMnO_4 + Na_2SO_3 + 2KOH \longrightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

е) $Si + KOH + H_2O \longrightarrow K_2SiO_3 + H_2\uparrow$

Решение

1. Определяем степени окисления:

$\overset{0}{Si} + KOH + \overset{+1}{H_2}O \longrightarrow K_2\overset{+4}{Si}O_3 + \overset{0}{H_2}$

Кремний ($\text{Si}$) — восстановитель. Водород ($\text{H}$) — окислитель. Реакция идет в щелочной среде.

2. Составляем полуреакции:

Процесс окисления:

$Si + 6OH^- - 4e^- \longrightarrow SiO_3^{2-} + 3H_2O$

Процесс восстановления (в щелочной/нейтральной среде):

$2H_2O + 2e^- \longrightarrow H_2 + 2OH^-$

3. Уравниваем электроны (НОК = 4):

$1 | Si + 6OH^- - 4e^- \longrightarrow SiO_3^{2-} + 3H_2O$
$2 | 2H_2O + 2e^- \longrightarrow H_2 + 2OH^-$

4. Суммируем и сокращаем:

$Si + 6OH^- + 4H_2O \longrightarrow SiO_3^{2-} + 3H_2O + 2H_2 + 4OH^-$

Сокращенное ионное уравнение:

$Si + 2OH^- + H_2O \longrightarrow SiO_3^{2-} + 2H_2$

5. Переносим коэффициенты: перед $\text{Si}$ — 1, $KOH$ — 2, $H_2O$ — 1, $K_2SiO_3$ — 1, $H_2$ — 2.

$Si + 2KOH + H_2O \longrightarrow K_2SiO_3 + 2H_2$

6. Проверка: Si-1, K-2, O-3, H-4. Справа: K-2, Si-1, O-3, H-4. Уравнено.

Ответ: $Si + 2KOH + H_2O \longrightarrow K_2SiO_3 + 2H_2\uparrow$