Номер 11, страница 301 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 42. Оксид серы(VI). Серная кислота и её соли - номер 11, страница 301.

Условие.

11. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции, определите окислитель и восстановитель.

а) $FeSO_4$ + ... = ... + $SO_2$ + $H_2O$

б) $SO_3$ + ... = $K_2SO_4$ + $I_2$ + ...

в) ... + $H_2SO_4$(конц.) = $H_3PO_4$ + ... + $H_2O$

г) $Fe_3O_4$ + ... $\rightarrow$ ... + $SO_2 \uparrow$ + $H_2O$

Решение.

Решение 2.

а) FeSO₄ + ... = ... + SO₂ + H₂O

Решение

В данной реакции сульфат железа(II) реагирует с концентрированной серной кислотой. Железо в степени окисления +2 будет окисляться до +3, а сера из серной кислоты в степени окисления +6 будет восстанавливаться до +4 в составе $SO_2$.

Схема реакции: $FeSO_4 + H_2SO_4(конц.) \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Fe^{+2}S^{+6}O_4^{-2} + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} \rightarrow Fe_2^{+3}(S^{+6}O_4^{-2})_3 + S^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$ | 2 | процесс окисления

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 | процесс восстановления

Коэффициент 2 ставим перед $FeSO_4$. Так как в правой части в $Fe_2(SO_4)_3$ уже два атома железа, перед ним коэффициент не нужен (или 1). Коэффициент 1 ставим перед $SO_2$.

$2FeSO_4 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

Теперь уравняем остальные элементы. Считаем серу: слева 2 атома в $2FeSO_4$ и еще в $H_2SO_4$, справа 3 атома в $Fe_2(SO_4)_3$ и 1 атом в $SO_2$, итого 4 атома. Значит, слева перед $H_2SO_4$ нужен коэффициент 2.

$2FeSO_4 + 2H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

Уравняем водород: слева в $2H_2SO_4$ 4 атома, значит, справа перед $H_2O$ нужен коэффициент 2.

$2FeSO_4 + 2H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + 2H_2O$

Проверяем кислород: $2 \cdot 4 + 2 \cdot 4 = 16$ слева. $3 \cdot 4 + 2 + 2 = 12 + 2 + 2 = 16$ справа. Уравнение сбалансировано.

$FeSO_4$ (за счет $Fe^{+2}$) является восстановителем.

$H_2SO_4$ (за счет $S^{+6}$) является окислителем.

Ответ: $2FeSO_4 + 2H_2SO_4(конц.) = Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + 2H_2O$. Окислитель - $H_2SO_4$, восстановитель - $FeSO_4$.

б) SO₃ + ... = K₂SO₄ + I₂ + ...

Решение

В этой реакции оксид серы(VI) $SO_3$ выступает в роли окислителя, а в качестве восстановителя, скорее всего, используется иодид калия $\text{KI}$. Иодид-ион $I^-$ окисляется до молекулярного иода $I_2$. Сера $S^{+6}$ в $SO_3$ восстанавливается, например, до $S^{+4}$ в $SO_2$. Сульфат калия $K_2SO_4$ образуется как продукт взаимодействия.

Схема реакции: $SO_3 + KI \rightarrow K_2SO_4 + I_2 + SO_2$

Определим степени окисления:

$S^{+6}O_3^{-2} + K^{+1}I^{-1} \rightarrow K_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} + I_2^0 + S^{+4}O_2^{-2}$

Составим электронный баланс:

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

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 | процесс восстановления

Коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны 1. Но т.к. в полуреакции окисления участвуют 2 иодид-иона, ставим коэффициент 2 перед $\text{KI}$. Ставим коэффициент 1 перед $I_2$ и $SO_2$.

$SO_3 + 2KI \rightarrow K_2SO_4 + I_2 + SO_2$

Теперь уравняем серу. Справа 1 атом в $K_2SO_4$ и 1 атом в $SO_2$, итого 2 атома. Значит, слева перед $SO_3$ нужен коэффициент 2.

$2SO_3 + 2KI \rightarrow K_2SO_4 + I_2 + SO_2$

Проверяем все атомы: слева S: 2, K: 2, I: 2, O: 6. Справа S: 1+1=2, K: 2, I: 2, O: 4+2=6. Уравнение сбалансировано.

$\text{KI}$ (за счет $I^{-1}$) является восстановителем.

$SO_3$ (за счет $S^{+6}$) является окислителем.

Ответ: $2SO_3 + 2KI = K_2SO_4 + I_2 + SO_2$. Окислитель - $SO_3$, восстановитель - $\text{KI}$.

в) ... + H₂SO₄(конц.) = H₃PO₄ + ... + H₂O

Решение

Концентрированная серная кислота окисляет простое вещество до высшей кислоты. В данном случае фосфорная кислота $H_3PO_4$ образуется при окислении фосфора $\text{P}$. Продуктом восстановления серной кислоты будет оксид серы(IV) $SO_2$.

Схема реакции: $P + H_2SO_4(конц.) \rightarrow H_3PO_4 + SO_2 + H_2O$

Определим степени окисления:

$P^0 + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} \rightarrow H_3^{+1}P^{+5}O_4^{-2} + S^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}$ | 2 | процесс окисления

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 5 | процесс восстановления

Ставим коэффициент 2 перед веществами, содержащими фосфор, и коэффициент 5 перед веществами, содержащими серу (ту, что изменила степень окисления).

$2P + 5H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 5SO_2 + H_2O$

Уравняем водород: слева $5 \cdot 2 = 10$ атомов. Справа в $2H_3PO_4$ содержится $2 \cdot 3 = 6$ атомов. Недостающие $10 - 6 = 4$ атома водорода должны быть в воде, значит, перед $H_2O$ ставим коэффициент 2.

$2P + 5H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 5SO_2 + 2H_2O$

Проверяем кислород: слева $5 \cdot 4 = 20$. Справа $2 \cdot 4 + 5 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 8 + 10 + 2 = 20$. Уравнение сбалансировано.

$\text{P}$ является восстановителем.

$H_2SO_4$ (за счет $S^{+6}$) является окислителем.

Ответ: $2P + 5H_2SO_4(конц.) = 2H_3PO_4 + 5SO_2 + 2H_2O$. Окислитель - $H_2SO_4$, восстановитель - $\text{P}$.

г) Fe₃O₄ + ... → ... + SO₂↑ + H₂O

Решение

Железная окалина $Fe_3O_4$ (смешанный оксид $FeO \cdot Fe_2O_3$) реагирует с концентрированной серной кислотой. В $Fe_3O_4$ железо имеет две степени окисления: +2 и +3. Железо $Fe^{+2}$ окисляется до $Fe^{+3}$, а сера $S^{+6}$ из серной кислоты восстанавливается до $S^{+4}$ в $SO_2$.

Схема реакции: $Fe_3O_4 + H_2SO_4(конц.) \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

Определим степени окисления:

$(Fe^{+2}Fe_2^{+3})O_4^{-2} + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} \rightarrow Fe_2^{+3}(S^{+6}O_4^{-2})_3 + S^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

Составим электронный баланс. Только $Fe^{+2}$ меняет степень окисления.

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$ | 2 | процесс окисления

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 | процесс восстановления

Чтобы число отданных и принятых электронов было равным, нужно взять 2 атома $Fe^{+2}$. В одной формульной единице $Fe_3O_4$ содержится только один атом $Fe^{+2}$. Поэтому ставим коэффициент 2 перед $Fe_3O_4$. Коэффициент 1 ставим перед $SO_2$.

$2Fe_3O_4 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

Уравняем железо: слева $2 \cdot 3 = 6$ атомов. Значит, справа перед $Fe_2(SO_4)_3$ нужен коэффициент 3.

$2Fe_3O_4 + H_2SO_4 \rightarrow 3Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

Уравняем серу: справа $3 \cdot 3 + 1 = 10$ атомов. Значит, слева перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 10.

$2Fe_3O_4 + 10H_2SO_4 \rightarrow 3Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + H_2O$

Уравняем водород: слева $10 \cdot 2 = 20$ атомов. Значит, справа перед $H_2O$ нужен коэффициент 10.

$2Fe_3O_4 + 10H_2SO_4 \rightarrow 3Fe_2(SO_4)_3 + SO_2 + 10H_2O$

Проверяем кислород: слева $2 \cdot 4 + 10 \cdot 4 = 8 + 40 = 48$. Справа $3 \cdot (4 \cdot 3) + 2 + 10 = 36 + 2 + 10 = 48$. Уравнение сбалансировано.

$Fe_3O_4$ (за счет $Fe^{+2}$) является восстановителем.

$H_2SO_4$ (за счет $S^{+6}$) является окислителем.

Ответ: $2Fe_3O_4 + 10H_2SO_4(конц.) = 3Fe_2(SO_4)_3 + SO_2\uparrow + 10H_2O$. Окислитель - $H_2SO_4$, восстановитель - $Fe_3O_4$.