Номер 8, страница 218 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 6. Окислительно-восстановительные процессы. Параграф 30. Окислительно-восстановительные реакции и методы составления их уравнений - номер 8, страница 218.

Условие.

8. Составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций. (При необходимости воспользуйтесь таблицей 21.)

а) $FeSO_4 + KClO_3 + H_2SO_4 \rightarrow$

б) $KMnO_4 + H_2O_2 + H_2SO_4 \rightarrow$

в) $K_2Cr_2O_7 + CH_3OH + H_2SO_4 \rightarrow$

г) $MnO_2 + H_2C_2O_4 + H_2SO_4 \rightarrow$

д) $Cl_2 + H_2S + H_2O \rightarrow$

е) $S + HNO_3 \rightarrow NO \uparrow + ...$

Решение.

Решение 2.

а) Решение: В данной реакции сульфат железа(II) ($FeSO_4$) является восстановителем, а хлорат калия ($KClO_3$) – окислителем в кислой среде, создаваемой серной кислотой ($H_2SO_4$). Железо окисляется со степени окисления $+2$ до $+3$, а хлор восстанавливается со степени окисления $+5$ до $-1$.
Составим электронный баланс:
$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3} \quad | \times 6$ (окисление, восстановитель)
$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1} \quad | \times 1$ (восстановление, окислитель)
Суммируя полуреакции, получаем коэффициенты для исходных веществ и продуктов. Расставим их в схеме реакции и уравняем остальные элементы:
$6FeSO_4 + KClO_3 + H_2SO_4 \rightarrow 3Fe_2(SO_4)_3 + KCl + H_2O$
Уравниваем сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$): слева 6, справа $3 \times 3 = 9$. Следовательно, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 3.
$6FeSO_4 + KClO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow 3Fe_2(SO_4)_3 + KCl + H_2O$
Уравниваем атомы водорода: слева $3 \times 2 = 6$. Следовательно, перед $H_2O$ ставим коэффициент 3.
Проверяем по кислороду: $6 \times 4 + 3 + 3 \times 4 = 39$ слева и $3 \times 12 + 3 = 39$ справа. Уравнение составлено верно.
Ответ: $6FeSO_4 + KClO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow 3Fe_2(SO_4)_3 + KCl + 3H_2O$

б) Решение: В кислой среде перманганат калия ($KMnO_4$) является сильным окислителем, а пероксид водорода ($H_2O_2$) — восстановителем. Марганец восстанавливается со степени окисления $+7$ до $+2$, а кислород в пероксиде окисляется со степени окисления $-1$ до $\text{0}$.
Составим электронный баланс:
$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2} \quad | \times 2$ (восстановление, окислитель)
$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0 \quad | \times 5$ (окисление, восстановитель)
Подставляем коэффициенты в уравнение:
$2KMnO_4 + 5H_2O_2 + H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 5O_2 + H_2O$
Уравниваем сульфат-ионы: справа $2+1=3$. Следовательно, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 3.
$2KMnO_4 + 5H_2O_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 5O_2 + H_2O$
Уравниваем водород: слева $5 \times 2 + 3 \times 2 = 16$. Следовательно, перед $H_2O$ ставим коэффициент 8.
Проверяем по кислороду: $2 \times 4 + 5 \times 2 + 3 \times 4 = 30$ слева и $2 \times 4 + 4 + 5 \times 2 + 8 = 30$ справа. Уравнение составлено верно.
Ответ: $2KMnO_4 + 5H_2O_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 5O_2 + 8H_2O$

в) Решение: В этой реакции дихромат калия ($K_2Cr_2O_7$) — окислитель, а метанол ($CH_3OH$) — восстановитель. В кислой среде хром восстанавливается со степени окисления $+6$ до $+3$. Углерод в метаноле имеет степень окисления $-2$ и окисляется до $+4$ в углекислом газе ($CO_2$).
Составим электронный баланс:
$2Cr^{+6} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3} \quad | \times 1$ (восстановление, окислитель)
$C^{-2} - 6e^- \rightarrow C^{+4} \quad | \times 1$ (окисление, восстановитель)
Коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны 1. Запишем уравнение:
$K_2Cr_2O_7 + CH_3OH + H_2SO_4 \rightarrow Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + CO_2 + H_2O$
Уравниваем сульфат-ионы: справа $3+1=4$. Следовательно, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 4.
$K_2Cr_2O_7 + CH_3OH + 4H_2SO_4 \rightarrow Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + CO_2 + H_2O$
Уравниваем водород: слева $4 + 4 \times 2 = 12$. Следовательно, перед $H_2O$ ставим коэффициент 6.
Проверяем по кислороду: $7 + 1 + 4 \times 4 = 24$ слева и $12 + 4 + 2 + 6 = 24$ справа. Уравнение составлено верно.
Ответ: $K_2Cr_2O_7 + CH_3OH + 4H_2SO_4 \rightarrow Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + CO_2 + 6H_2O$

г) Решение: Диоксид марганца ($MnO_2$) в кислой среде является окислителем, а щавелевая кислота ($H_2C_2O_4$) — восстановителем. Марганец восстанавливается со степени окисления $+4$ до $+2$. Углерод в щавелевой кислоте имеет степень окисления $+3$ и окисляется до $+4$ в углекислом газе.
Составим электронный баланс:
$Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2} \quad | \times 1$ (восстановление, окислитель)
$2C^{+3} - 2e^- \rightarrow 2C^{+4} \quad | \times 1$ (окисление, восстановитель)
Коэффициенты равны 1. Запишем уравнение:
$MnO_2 + H_2C_2O_4 + H_2SO_4 \rightarrow MnSO_4 + 2CO_2 + H_2O$
Уравниваем сульфат-ионы: справа 1. Следовательно, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 1.
$MnO_2 + H_2C_2O_4 + H_2SO_4 \rightarrow MnSO_4 + 2CO_2 + H_2O$
Уравниваем водород: слева $2+2=4$. Следовательно, перед $H_2O$ ставим коэффициент 2.
Проверяем по кислороду: $2 + 4 + 4 = 10$ слева и $4 + 2 \times 2 + 2 = 10$ справа. Уравнение составлено верно.
Ответ: $MnO_2 + H_2C_2O_4 + H_2SO_4 \rightarrow MnSO_4 + 2CO_2 + 2H_2O$

д) Решение: Хлор ($Cl_2$) — сильный окислитель, сероводород ($H_2S$) — восстановитель. В водной среде хлор окисляет сероводород до серной кислоты ($H_2SO_4$), а сам восстанавливается до соляной кислоты ($HCl$).
Составим электронный баланс:
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1} \quad | \times 4$ (восстановление, окислитель)
$S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6} \quad | \times 1$ (окисление, восстановитель)
Подставляем коэффициенты в уравнение:
$4Cl_2 + H_2S + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 8HCl$
Уравниваем водород и кислород, подбирая коэффициент для воды: слева 2 атома H, справа $2+8=10$. Нужно добавить $10 - 2 = 8$ атомов H слева, т.е. 4 молекулы воды. Слева $\text{4}$ атома O, справа 4. Баланс сходится.
Ответ: $4Cl_2 + H_2S + 4H_2O \rightarrow H_2SO_4 + 8HCl$

е) Решение: Азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем, а сера ($\text{S}$) — восстановителем. По условию, продуктом восстановления азота является оксид азота(II) ($\text{NO}$), значит, азот восстанавливается со степени окисления $+5$ до $+2$. Сера, как правило, окисляется до высшей степени окисления $+6$ с образованием серной кислоты ($H_2SO_4$).
Составим электронный баланс:
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} \quad | \times 2$ (восстановление, окислитель)
$S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6} \quad | \times 1$ (окисление, восстановитель)
Подставляем коэффициенты в уравнение:
$S + 2HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 2NO$
Проверим баланс всех атомов:
S: 1 слева, 1 справа.
H: 2 слева, 2 справа.
N: 2 слева, 2 справа.
O: $2 \times 3 = 6$ слева; $4 + 2 = 6$ справа.
Уравнение сбалансировано, вода в данной реакции не образуется.
Ответ: $S + 2HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 2NO \uparrow$