Номер 8, страница 277 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 38. Кислород и озон. Пероксид водорода - номер 8, страница 277.

Условие.

8. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции.

а) $S + ... \rightarrow H_2SO_4 + NO_2\uparrow + ...$

б) $H_2O + ... + O_3 \rightarrow O_2\uparrow + I_2 + KOH$

в) $Fe(OH)_2 + ... + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$

г) $NO_2 + ... + H_2O \rightarrow HNO_3$

д) $OF_2 + NH_3 = ... + N_2\uparrow + ...$

е) $K_2O_2 + H_2SO_4 + KMnO_4 = O_2\uparrow + ... + ...$

ж) $H_2O_2 + ... = Ag + ...$

з) $H_2O_2 + H_2S = H_2SO_4 + ...$

и) $H_2O_2 + HClO = HCl + ... + ...$

к) $HIO_3 + H_2O_2 = I_2 + ... + ...$

л) $FeSO_4 + H_2O_2 + ... = ... + ...$

м) $KI + H_2O_2 = I_2 + ... + ...$

Решение.

Решение 2.

а)

В данной реакции сера (S) окисляется до серной кислоты ($H_2SO_4$), а в качестве окислителя, который восстанавливается до $NO_2$, выступает азотная кислота ($HNO_3$). Реакция также производит воду.

Схема реакции: $S + HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + NO_2\uparrow + H_2O$.

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

$S^0 \rightarrow S^{+6}$ (в $H_2SO_4$)

$N^{+5}$ (в $HNO_3$) $\rightarrow N^{+4}$ (в $NO_2$)

Составим электронный баланс:

$S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6}$ | 1 | окисление, восстановитель
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 6 | восстановление, окислитель

Из баланса следует, что коэффициент перед серой и её соединениями равен 1, а перед соединениями азота — 6.

$S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2\uparrow + H_2O$

Уравняем атомы водорода и кислорода, подбирая коэффициент для воды. Слева 6 атомов H, справа 2 в $H_2SO_4$. Следовательно, в воде должно быть $6-2=4$ атома H, что соответствует коэффициенту 2 перед $H_2O$.

Итоговое уравнение:

$S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: $S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2\uparrow + 2H_2O$.

б)

В этой реакции озон ($O_3$) окисляет иодид-ион (в составе, например, $\text{KI}$) до молекулярного иода ($I_2$). Продуктами также являются кислород ($O_2$) и гидроксид калия ($KOH$).

Схема реакции: $KI + H_2O + O_3 \rightarrow O_2\uparrow + I_2 + KOH$.

Определим степени окисления:

$I^{-1}$ (в $\text{KI}$) $\rightarrow I_2^0$

$O_3^0 \rightarrow O_2^0$ и $O^{-2}$ (в $KOH$)

Составим электронный баланс:

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 | окисление, восстановитель
$O_3^0 + 2e^- \rightarrow O_2^0 + O^{-2}$ | 1 | восстановление, окислитель

Коэффициенты перед $\text{KI}$ (нужно 2 атома I) и $O_3$ относятся как 2:1.

$2KI + H_2O + O_3 \rightarrow O_2\uparrow + I_2 + KOH$

Уравняем калий, поставив коэффициент 2 перед $KOH$.

$2KI + H_2O + O_3 \rightarrow O_2\uparrow + I_2 + 2KOH$

Проверим баланс водорода и кислорода: слева 2 H и 1+3=4 O; справа 2 H и 2+2=4 O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2KI + H_2O + O_3 \rightarrow I_2 + O_2\uparrow + 2KOH$.

в)

Происходит окисление гидроксида железа(II) до гидроксида железа(III). В качестве окислителя выступает кислород воздуха ($O_2$).

Схема реакции: $Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$.

Определим степени окисления:

$Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$

$O_2^0 \rightarrow O^{-2}$ (в $OH^-$ группах)

Составим электронный баланс:

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$ | 4 | окисление, восстановитель
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | восстановление, окислитель

Коэффициент перед соединениями железа — 4, перед кислородом — 1.

$4Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$

Уравняем водород и кислород, подбирая коэффициент для воды. Слева $4 \cdot 2 + 2x$ атомов H, справа $4 \cdot 3 = 12$. $8+2x=12 \Rightarrow x=2$.

Ответ: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$.

г)

Оксид азота(IV) ($NO_2$) окисляется кислородом ($O_2$) в присутствии воды до азотной кислоты ($HNO_3$).

Схема реакции: $NO_2 + O_2 + H_2O \rightarrow HNO_3$.

Определим степени окисления:

$N^{+4} \rightarrow N^{+5}$

$O_2^0 \rightarrow O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5}$ | 4 | окисление, восстановитель
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | восстановление, окислитель

Коэффициент перед соединениями азота — 4, перед кислородом — 1.

$4NO_2 + O_2 + H_2O \rightarrow 4HNO_3$

Уравняем водород, подбирая коэффициент для воды. Справа 4 атома H, значит, слева нужно 2 молекулы $H_2O$.

Ответ: $4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3$.

д)

Фторид кислорода ($OF_2$) — сильный окислитель, реагирует с аммиаком ($NH_3$). Азот окисляется до $N_2$, кислород восстанавливается, фтор образует фтороводород ($\text{HF}$).

Схема реакции: $OF_2 + NH_3 \rightarrow N_2\uparrow + HF + H_2O$.

Определим степени окисления:

$N^{-3} \rightarrow N_2^0$

$O^{+2} \rightarrow O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 2 | окисление, восстановитель
$O^{+2} + 4e^- \rightarrow O^{-2}$ | 3 | восстановление, окислитель

Общее число электронов 12. Коэффициент перед $NH_3$ будет $2 \cdot 2 = 4$, а перед $OF_2$ — 3.

$3OF_2 + 4NH_3 \rightarrow 2N_2\uparrow + 6HF + 3H_2O$

Уравниваем остальные элементы: 2 $N_2$ (т.к. 4N слева), 6 $\text{HF}$ (т.к. 6F слева), 3 $H_2O$ (т.к. 3O слева). Проверка по водороду: слева $4 \cdot 3=12$, справа $6 \cdot 1 + 3 \cdot 2 = 12$.

Ответ: $3OF_2 + 4NH_3 \rightarrow 2N_2\uparrow + 6HF + 3H_2O$.

е)

В кислой среде ($H_2SO_4$) перманганат калия ($KMnO_4$) окисляет пероксид калия ($K_2O_2$).

Схема реакции: $K_2O_2 + H_2SO_4 + KMnO_4 \rightarrow O_2\uparrow + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$O^{-1}$ (в $K_2O_2$) $\rightarrow O_2^0$

$Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$

Составим электронный баланс:

$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$ | 5 | окисление, восстановитель
$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 | восстановление, окислитель

Коэффициент перед $K_2O_2$ — 5, перед $KMnO_4$ — 2.

$5K_2O_2 + H_2SO_4 + 2KMnO_4 \rightarrow 5O_2\uparrow + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

Уравняем калий: слева $5 \cdot 2 + 2 = 12$, значит, справа нужно $6K_2SO_4$. Уравняем сульфат-ионы: справа $2+6=8$, значит, слева нужно $8H_2SO_4$. Уравняем водород: слева $8 \cdot 2=16$, значит, справа нужно $8H_2O$.

Ответ: $5K_2O_2 + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 5O_2\uparrow + 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + 8H_2O$.

ж)

Пероксид водорода ($H_2O_2$) восстанавливает оксид серебра(I) ($Ag_2O$) до металлического серебра ($\text{Ag}$).

Схема реакции: $H_2O_2 + Ag_2O \rightarrow Ag + O_2 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$O^{-1}$ (в $H_2O_2$) $\rightarrow O_2^0$

$Ag^{+1} \rightarrow Ag^0$

Составим электронный баланс:

$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$ | 1 | окисление, восстановитель
$Ag^{+1} + 1e^- \rightarrow Ag^0$ | 2 | восстановление, окислитель

Коэффициент перед $H_2O_2$ — 1, перед $Ag_2O$ (содержит 2 атома серебра) — 1.

$H_2O_2 + Ag_2O \rightarrow 2Ag + O_2 + H_2O$

Проверка по атомам: слева 2H, 3O, 2Ag; справа 2Ag, 2O, 2H, 1O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $H_2O_2 + Ag_2O \rightarrow 2Ag + O_2\uparrow + H_2O$.

з)

Пероксид водорода ($H_2O_2$) окисляет сероводород ($H_2S$) до серной кислоты ($H_2SO_4$).

Схема реакции: $H_2O_2 + H_2S \rightarrow H_2SO_4 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$S^{-2} \rightarrow S^{+6}$

$O^{-1}$ (в $H_2O_2$) $\rightarrow O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6}$ | 1 | окисление, восстановитель
$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 4 | восстановление, окислитель

Коэффициент перед $H_2S$ — 1, перед $H_2O_2$ — 4.

$4H_2O_2 + H_2S \rightarrow H_2SO_4 + H_2O$

Уравняем водород: слева $4 \cdot 2 + 2 = 10$, справа $2 + 2x = 10 \Rightarrow x=4$.

Ответ: $4H_2O_2 + H_2S \rightarrow H_2SO_4 + 4H_2O$.

и)

Пероксид водорода ($H_2O_2$) восстанавливает хлорноватистую кислоту ($HClO$) до соляной кислоты ($HCl$).

Схема реакции: $H_2O_2 + HClO \rightarrow HCl + O_2 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$O^{-1}$ (в $H_2O_2$) $\rightarrow O_2^0$

$Cl^{+1} \rightarrow Cl^{-1}$

Составим электронный баланс:

$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$ | 1 | окисление, восстановитель
$Cl^{+1} + 2e^- \rightarrow Cl^{-1}$ | 1 | восстановление, окислитель

Коэффициенты 1:1.

$H_2O_2 + HClO \rightarrow HCl + O_2 + H_2O$

Проверка по атомам: слева 3H, 1Cl, 3O; справа 3H, 1Cl, 3O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $H_2O_2 + HClO \rightarrow HCl + O_2\uparrow + H_2O$.

к)

Пероксид водорода ($H_2O_2$) восстанавливает иодноватую кислоту ($HIO_3$) до иода ($I_2$).

Схема реакции: $HIO_3 + H_2O_2 \rightarrow I_2 + O_2 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$I^{+5} \rightarrow I_2^0$

$O^{-1}$ (в $H_2O_2$) $\rightarrow O_2^0$

Составим электронный баланс:

$2I^{+5} + 10e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 | восстановление, окислитель
$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$ | 5 | окисление, восстановитель

Коэффициент перед $HIO_3$ — 2, перед $H_2O_2$ — 5.

$2HIO_3 + 5H_2O_2 \rightarrow I_2 + 5O_2 + H_2O$

Уравняем водород: слева $2 + 5 \cdot 2 = 12$, справа нужно 6 $H_2O$.

Ответ: $2HIO_3 + 5H_2O_2 \rightarrow I_2 + 5O_2\uparrow + 6H_2O$.

л)

Пероксид водорода ($H_2O_2$) в кислой среде (добавим $H_2SO_4$) окисляет сульфат железа(II) ($FeSO_4$) до сульфата железа(III) ($Fe_2(SO_4)_3$).

Схема реакции: $FeSO_4 + H_2O_2 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$

$O^{-1}$ (в $H_2O_2$) $\rightarrow O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$ | 2 | окисление, восстановитель
$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | восстановление, окислитель

Коэффициент перед $FeSO_4$ — 2, перед $H_2O_2$ — 1.

$2FeSO_4 + H_2O_2 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + H_2O$

Уравняем сульфат-ионы: слева $2+1=3$, справа 3. Коэффициент перед $H_2SO_4$ — 1. Уравняем водород: слева $2+2=4$, справа нужно 2 $H_2O$.

Ответ: $2FeSO_4 + H_2O_2 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + 2H_2O$.

м)

Пероксид водорода ($H_2O_2$) окисляет иодид калия ($\text{KI}$) до иода ($I_2$). В нейтральной среде продуктом также является гидроксид калия ($KOH$).

Схема реакции: $KI + H_2O_2 \rightarrow I_2 + KOH$.

Определим степени окисления:

$I^{-1} \rightarrow I_2^0$

$O^{-1}$ (в $H_2O_2$) $\rightarrow O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 | окисление, восстановитель
$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 | восстановление, окислитель

Коэффициент перед $\text{KI}$ — 2, перед $H_2O_2$ — 1.

$2KI + H_2O_2 \rightarrow I_2 + KOH$

Уравняем калий: слева 2, значит справа нужно 2 $KOH$. Проверим баланс водорода и кислорода: слева 2H, 2O; справа 2O, 2H. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2KI + H_2O_2 \rightarrow I_2 + 2KOH$.