Номер 6, страница 262 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 36. Галогеноводороды и галогеноводородные кислоты. Галогениды - номер 6, страница 262.

Условие.

6. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций, укажите окислитель и восстановитель.

a) $KI + ... + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + MnSO_4 + ... + H_2O$

б) $K_2CrO_4 + HCl \rightarrow CrCl_3 + ... + ... + H_2O$

в) $MnO_2 + ... + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + ... + K_2SO_4 + H_2O$

г) $KNO_2 + ... + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + NO + ... + ...$

Решение.

Решение 2.

а) KI + ... + H₂SO₄ → I₂ + MnSO₄ + ... + H₂O

Решение

В продуктах реакции есть иод $I_2$ (степень окисления 0), который образовался из иодид-иона $I^-$ (степень окисления -1) в $\text{KI}$. Это процесс окисления. Также в продуктах есть сульфат марганца($\text{II}$) $MnSO_4$, где у марганца степень окисления +2. Следовательно, в левой части уравнения должно быть соединение марганца в более высокой степени окисления. В кислой среде таким окислителем часто выступает перманганат калия $KMnO_4$, где марганец имеет степень окисления +7. Продуктами также будут сульфат калия $K_2SO_4$ и вода $H_2O$.

Схема реакции: $KI + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$.

Изменение степеней окисления:

• Йод изменяет степень окисления с -1 на 0: $2I^{-1} \rightarrow I_2^0$
• Марганец изменяет степень окисления с +7 на +2: $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$

Составим электронный баланс:

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 5 | процесс окисления

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 | процесс восстановления

Расставляем коэффициенты в уравнении. Перед веществами, содержащими йод, ставим коэффициент 5 (но так как в молекуле $I_2$ два атома, перед $\text{KI}$ будет $5 \times 2 = 10$, а перед $I_2$ будет 5). Перед веществами, содержащими марганец, ставим коэффициент 2.

$10KI + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 5I_2 + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

Теперь уравниваем остальные элементы. Слева $10 + 2 = 12$ атомов калия, значит справа перед $K_2SO_4$ ставим коэффициент 6. Теперь справа $2+6=8$ сульфат-ионов, значит слева перед $H_2SO_4$ ставим 8. Слева $8 \times 2 = 16$ атомов водорода, значит справа перед $H_2O$ ставим 8. Проверяем кислород: $2 \cdot 4 + 8 \cdot 4 = 8 + 32 = 40$ слева; $2 \cdot 4 + 6 \cdot 4 + 8 = 8 + 24 + 8 = 40$ справа. Уравнение сбалансировано.

Окислитель: $KMnO_4$ (за счет $Mn^{+7}$).

Восстановитель: $\text{KI}$ (за счет $I^{-1}$).

Ответ: $10\text{KI} + 2\text{KMnO}_4 + 8\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 5\text{I}_2 + 2\text{MnSO}_4 + 6\text{K}_2\text{SO}_4 + 8\text{H}_2\text{O}$

б) K₂CrO₄ + HCl → CrCl₃ + ... + ... + H₂O

Решение

В этой реакции хром в хромате калия $K_2CrO_4$ имеет степень окисления +6, а в хлориде хрома($III$) $CrCl_3$ — +3. Это процесс восстановления. Следовательно, соляная кислота $HCl$ выступает в роли восстановителя, где хлор со степенью окисления -1 окисляется до молекулярного хлора $Cl_2$ со степенью окисления 0. Другими продуктами будут хлорид калия $KCl$ и вода $H_2O$.

Схема реакции: $K_2CrO_4 + HCl \rightarrow CrCl_3 + Cl_2 + KCl + H_2O$.

Изменение степеней окисления:

• Хром изменяет степень окисления с +6 на +3: $Cr^{+6} \rightarrow Cr^{+3}$
• Хлор изменяет степень окисления с -1 на 0: $2Cl^{-1} \rightarrow Cl_2^0$

Составим электронный баланс:

$Cr^{+6} + 3e^- \rightarrow Cr^{+3}$ | 2 | процесс восстановления

$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ | 3 | процесс окисления

Расставляем коэффициенты. Перед веществами, содержащими хром, ставим коэффициент 2. Перед $Cl_2$ ставим 3.

$2K_2CrO_4 + HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравниваем остальные элементы. Слева $2 \times 2 = 4$ атома калия, значит справа перед $KCl$ ставим 4. Теперь справа $2 \cdot 3 + 3 \cdot 2 + 4 = 6 + 6 + 4 = 16$ атомов хлора, значит слева перед $HCl$ ставим 16. Слева 16 атомов водорода, значит справа перед $H_2O$ ставим 8. Проверяем кислород: $2 \cdot 4 = 8$ слева; $8 \cdot 1 = 8$ справа. Уравнение сбалансировано.

Окислитель: $K_2CrO_4$ (за счет $Cr^{+6}$).

Восстановитель: $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$).

Ответ: $2\text{K}_2\text{CrO}_4 + 16\text{HCl} \rightarrow 2\text{CrCl}_3 + 3\text{Cl}_2 + 4\text{KCl} + 8\text{H}_2\text{O}$

в) MnO₂ + ... + H₂SO₄ → I₂ + ... + K₂SO₄ + H₂O

Решение

В продуктах есть иод $I_2$ (с.о. 0) и сульфат калия $K_2SO_4$. Это указывает на то, что в реакции участвовал иодид калия $\text{KI}$, где иод имеет с.о. -1. Диоксид марганца $MnO_2$ (с.о. марганца +4) является окислителем. В кислой среде марганец($\text{IV}$) восстанавливается до марганца($\text{II}$), образуя соль $MnSO_4$.

Схема реакции: $MnO_2 + KI + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$.

Изменение степеней окисления:

• Марганец изменяет степень окисления с +4 на +2: $Mn^{+4} \rightarrow Mn^{+2}$
• Йод изменяет степень окисления с -1 на 0: $2I^{-1} \rightarrow I_2^0$

Составим электронный баланс:

$Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 1 | процесс восстановления

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 | процесс окисления

Количество отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны 1. Ставим 1 перед $MnO_2$, $MnSO_4$, $I_2$ и 2 перед $\text{KI}$.

$MnO_2 + 2KI + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

Уравниваем остальные элементы. Слева 2 атома калия, значит справа перед $K_2SO_4$ ставим 1. Справа $1+1=2$ сульфат-иона, значит слева перед $H_2SO_4$ ставим 2. Слева $2 \times 2 = 4$ атома водорода, значит справа перед $H_2O$ ставим 2. Проверяем кислород: $2 + 2 \cdot 4 = 10$ слева; $4 + 4 + 2 = 10$ справа. Уравнение сбалансировано.

Окислитель: $MnO_2$ (за счет $Mn^{+4}$).

Восстановитель: $\text{KI}$ (за счет $I^{-1}$).

Ответ: $\text{MnO}_2 + 2\text{KI} + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{I}_2 + \text{MnSO}_4 + \text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$

г) KNO₂ + ... + H₂SO₄ → I₂ + NO + ... + ...

Решение

В продуктах образуется оксид азота($\text{II}$) $\text{NO}$ (с.о. азота +2) из нитрита калия $KNO_2$ (с.о. азота +3). Это процесс восстановления. Продукт $I_2$ (с.о. 0) указывает на то, что восстановителем был иодид калия $\text{KI}$ (с.о. иода -1). Продуктами также будут сульфат калия $K_2SO_4$ и вода $H_2O$.

Схема реакции: $KNO_2 + KI + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + NO + K_2SO_4 + H_2O$.

Изменение степеней окисления:

• Азот изменяет степень окисления с +3 на +2: $N^{+3} \rightarrow N^{+2}$
• Йод изменяет степень окисления с -1 на 0: $2I^{-1} \rightarrow I_2^0$

Составим электронный баланс:

$N^{+3} + 1e^- \rightarrow N^{+2}$ | 2 | процесс восстановления

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 | процесс окисления

Расставляем коэффициенты. Перед веществами, содержащими азот, ставим 2. Перед $I_2$ ставим 1, а перед $\text{KI}$ — 2.

$2KNO_2 + 2KI + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + 2NO + K_2SO_4 + H_2O$

Уравниваем остальные элементы. Слева $2+2=4$ атома калия, значит справа перед $K_2SO_4$ ставим 2. Справа 2 сульфат-иона, значит слева перед $H_2SO_4$ ставим 2. Слева $2 \times 2 = 4$ атома водорода, значит справа перед $H_2O$ ставим 2. Проверяем кислород: $2 \cdot 2 + 2 \cdot 4 = 4+8=12$ слева; $2 + 2 \cdot 4 + 2 = 2+8+2=12$ справа. Уравнение сбалансировано.

Окислитель: $KNO_2$ (за счет $N^{+3}$).

Восстановитель: $\text{KI}$ (за счет $I^{-1}$).

Ответ: $2\text{KNO}_2 + 2\text{KI} + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{I}_2 + 2\text{NO} + 2\text{K}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$