Номер 6, страница 292 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 41. Оксид серы(IV). Сернистая кислота и её соли - номер 6, страница 292.

Условие.

6. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции.

а) $ \mathrm{KMnO_4} + ... + \mathrm{H_2SO_4} = ... + \mathrm{K_2SO_4} + \mathrm{H_2O} $

б) $ \mathrm{Na_2SO_3} + ... + \mathrm{KOH} \longrightarrow \mathrm{K_2MnO_4} + ... + ... $

в) $ ... + \mathrm{HNO_3}(\text{конц.}) = \mathrm{Na_2SO_4} + ... + \mathrm{H_2O} $

г) $ \mathrm{Na_2SO_3} + \mathrm{KIO_3} + ... \longrightarrow ... + \mathrm{K_2SO_4} + ... + \mathrm{H_2O} $

Решение.

Решение 2.

а)

Решение
В данной реакции перманганат калия $KMnO_4$ является окислителем, а серная кислота $H_2SO_4$ создает кислую среду. В кислой среде марганец в степени окисления $+7$ восстанавливается до $+2$. Недостающим реагентом является восстановитель. Предположим, что это сульфит калия $K_2SO_3$, в котором сера в степени окисления $+4$ окисляется до $+6$. Тогда недостающие продукты — сульфат марганца(II) $MnSO_4$ и сульфит калия $K_2SO_3$.

Схема реакции: $KMnO_4 + K_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$.

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$K\overset{+7}{Mn}O_4$ и $K_2\overset{+4}{S}O_3$ в левой части, $\overset{+2}{Mn}SO_4$ и $K_2\overset{+6}{S}O_4$ в правой части.

Составим полуреакции окисления и восстановления:

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 (процесс восстановления, $Mn^{+7}$ — окислитель)

$S^{+4} \rightarrow S^{+6} + 2e^-$ | 5 (процесс окисления, $S^{+4}$ — восстановитель)

Найденные коэффициенты 2 и 5 ставим перед соответствующими соединениями марганца и серы: $2KMnO_4 + 5K_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

Теперь уравняем остальные элементы.
Калий (K): слева $2 + 5 \cdot 2 = 12$. Справа в $K_2SO_4$ уже есть 2 атома, значит, ставим коэффициент 6: $6K_2SO_4$.
$2KMnO_4 + 5K_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + H_2O$
Сера (S): слева 5 атомов в $5K_2SO_3$. Справа $\text{2}$ в $2MnSO_4$ и $\text{6}$ в $6K_2SO_4$, итого $2+6=8$. Значит, слева не хватает 3 атомов серы. Ставим коэффициент 3 перед $H_2SO_4$.
$2KMnO_4 + 5K_2SO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + H_2O$
Водород (H): слева $3 \cdot 2 = 6$. Чтобы справа было 6, ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.

Проверим кислород (O):
Слева: $2 \cdot 4 + 5 \cdot 3 + 3 \cdot 4 = 8 + 15 + 12 = 35$
Справа: $2 \cdot 4 + 6 \cdot 4 + 3 \cdot 1 = 8 + 24 + 3 = 35$
Количество атомов кислорода совпадает, уравнение составлено верно.

Ответ: $2KMnO_4 + 5K_2SO_3 + 3H_2SO_4 = 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + 3H_2O$.

б)

Решение
В продуктах реакции указан манганат калия $K_2MnO_4$, где марганец имеет степень окисления $+6$. В реагентах есть сульфит натрия $Na_2SO_3$ (восстановитель, сера $S^{+4}$ окислится до $S^{+6}$ в $Na_2SO_4$) и гидроксид калия $KOH$ (щелочная среда). Следовательно, недостающий реагент — окислитель, содержащий марганец в более высокой степени окисления, например, перманганат калия $KMnO_4$ ($Mn^{+7}$). Продуктами также будут сульфат натрия $Na_2SO_4$ и вода $H_2O$.

Схема реакции: $Na_2SO_3 + KMnO_4 + KOH \rightarrow K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$Na_2\overset{+4}{S}O_3$ и $K\overset{+7}{Mn}O_4$ в левой части, $K_2\overset{+6}{Mn}O_4$ и $Na_2\overset{+6}{S}O_4$ в правой части.

Составим полуреакции:

$S^{+4} \rightarrow S^{+6} + 2e^-$ | 1 (процесс окисления, $S^{+4}$ — восстановитель)

$Mn^{+7} + 1e^- \rightarrow Mn^{+6}$ | 2 (процесс восстановления, $Mn^{+7}$ — окислитель)

Расставим коэффициенты перед соединениями серы и марганца:
$Na_2SO_3 + 2KMnO_4 + KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

Уравняем остальные элементы.
Натрий (Na) и сера (S) уже уравнены.
Калий (K): слева $\text{2}$ в $2KMnO_4$. Справа $2 \cdot 2 = 4$ в $2K_2MnO_4$. Не хватает 2 атомов калия слева, ставим коэффициент 2 перед $KOH$.
$Na_2SO_3 + 2KMnO_4 + 2KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$
Водород (H): слева $\text{2}$ в $2KOH$. Справа ставим коэффициент 1 перед $H_2O$.

Проверим кислород (O):
Слева: $3 + 2 \cdot 4 + 2 = 3 + 8 + 2 = 13$
Справа: $2 \cdot 4 + 4 + 1 = 8 + 4 + 1 = 13$
Уравнение сбалансировано.

Ответ: $Na_2SO_3 + 2KMnO_4 + 2KOH = 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$.

в)

Решение
Реагентом является концентрированная азотная кислота $HNO_3$ (окислитель), а одним из продуктов — сульфат натрия $Na_2SO_4$. В $HNO_3$ азот имеет степень окисления $+5$, а в $Na_2SO_4$ сера имеет степень окисления $+6$. Это значит, что недостающий реагент — соединение натрия и серы в более низкой степени окисления, например, сульфит натрия $Na_2SO_3$ ($S^{+4}$). При реакции с концентрированной $HNO_3$ азот $N^{+5}$ обычно восстанавливается до $N^{+4}$ с образованием оксида азота(IV) $NO_2$.

Схема реакции: $Na_2SO_3 + HNO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + NO_2 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$Na_2\overset{+4}{S}O_3$ и $H\overset{+5}{N}O_3$ в левой части, $Na_2\overset{+6}{S}O_4$ и $\overset{+4}{N}O_2$ в правой части.

Составим полуреакции:

$S^{+4} \rightarrow S^{+6} + 2e^-$ | 1 (процесс окисления, $S^{+4}$ — восстановитель)

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 (процесс восстановления, $N^{+5}$ — окислитель)

Расставим коэффициенты:
$Na_2SO_3 + 2HNO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + 2NO_2 + H_2O$

Уравняем остальные элементы.
Натрий (Na), сера (S) и азот (N) уже уравнены.
Водород (H): слева 2 атома в $2HNO_3$. Справа ставим коэффициент 1 перед $H_2O$.

Проверим кислород (O):
Слева: $3 + 2 \cdot 3 = 3 + 6 = 9$
Справа: $4 + 2 \cdot 2 + 1 = 4 + 4 + 1 = 9$
Уравнение составлено верно.

Ответ: $Na_2SO_3 + 2HNO_3(конц.) = Na_2SO_4 + 2NO_2 + H_2O$.

г)

Решение
В этой реакции сульфит натрия $Na_2SO_3$ ($S^{+4}$) является восстановителем, а иодат калия $KIO_3$ ($I^{+5}$) — окислителем. Реакция обычно протекает в кислой среде, для создания которой добавим серную кислоту $H_2SO_4$. Сера окислится до $+6$ (образуя $Na_2SO_4$), а иод восстановится до $\text{0}$ (образуя $I_2$). Наличие ионов $K^+$ и $SO_4^{2-}$ приведет к образованию $K_2SO_4$.

Схема реакции: $Na_2SO_3 + KIO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + K_2SO_4 + I_2 + H_2O$.

Определим степени окисления:

$Na_2\overset{+4}{S}O_3$ и $K\overset{+5}{I}O_3$ в левой части, $Na_2\overset{+6}{S}O_4$ и $\overset{0}{I_2}$ в правой части.

Составим полуреакции:

$S^{+4} \rightarrow S^{+6} + 2e^-$ | 5 (процесс окисления, $S^{+4}$ — восстановитель)

$2I^{+5} + 10e^- \rightarrow I_2^{0}$ | 1 (процесс восстановления, $I^{+5}$ — окислитель)

Расставим коэффициенты перед соединениями серы и иода:
$5Na_2SO_3 + 2KIO_3 + H_2SO_4 \rightarrow 5Na_2SO_4 + K_2SO_4 + I_2 + H_2O$

Уравняем остальные элементы.
Натрий (Na): слева $5 \cdot 2 = 10$. Справа $5 \cdot 2 = 10$. Уравнено.
Калий (K): слева 2. Справа в $K_2SO_4$ тоже 2. Уравнено. Ставим коэффициент 1 перед $K_2SO_4$.
Сера (S): слева 5 атомов в $5Na_2SO_3$. Справа 5 в $5Na_2SO_4$ и 1 в $K_2SO_4$, итого 6. Значит, слева нужен еще 1 атом серы. Ставим коэффициент 1 перед $H_2SO_4$.
$5Na_2SO_3 + 2KIO_3 + H_2SO_4 \rightarrow 5Na_2SO_4 + K_2SO_4 + I_2 + H_2O$
Водород (H): слева 2. Справа ставим коэффициент 1 перед $H_2O$.

Проверим кислород (O):
Слева: $5 \cdot 3 + 2 \cdot 3 + 4 = 15 + 6 + 4 = 25$
Справа: $5 \cdot 4 + 4 + 1 = 20 + 4 + 1 = 25$
Уравнение сбалансировано.

Ответ: $5Na_2SO_3 + 2KIO_3 + H_2SO_4 = 5Na_2SO_4 + K_2SO_4 + I_2 + H_2O$.