Номер 6, страница 306 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 43. Азот - номер 6, страница 306.

Условие.

6. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:

а) ... + ... + $H_2O$ $ \rightarrow $ $H_3AsO_4$ + $NO \uparrow$

б) ... + $HNO_3$ + ... $ \rightarrow $ $H[Sb(OH)_6]$ + $NO \uparrow$

в) $NaBiO_3$ + $Mn(NO_3)_2$ + ... $ \rightarrow $ $Bi(NO_3)_3$ + ... + $NaMnO_4$ + $H_2O$

г) $NH_3$ + $KMnO_4$ + ... $ \rightarrow $ ... + $K_2MnO_4$ + $H_2O$

д) ... + $KMnO_4$ $ \rightarrow $ $N_2 \uparrow$ + $MnO_2$ + $KOH$ + ...

Решение.

Решение 2.

а)

Решение

1. В данной реакции мышьяк окисляется, а азот восстанавливается. Продукты реакции — мышьяковая кислота $H_3AsO_4$ (степень окисления мышьяка +5) и оксид азота(II) $\text{NO}$ (степень окисления азота +2). Следовательно, в качестве исходных веществ можно взять оксид мышьяка(III) $As_2O_3$ (степень окисления мышьяка +3) и азотную кислоту $HNO_3$ (степень окисления азота +5). Реакция протекает в водной среде. Схема реакции: $As_2O_3 + HNO_3 + H_2O \rightarrow H_3AsO_4 + NO$.

2. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$As^{+3} \rightarrow As^{+5}$ (окисление)

$N^{+5} \rightarrow N^{+2}$ (восстановление)

3. Составим электронный баланс. Учитываем, что в молекуле $As_2O_3$ два атома мышьяка:

$2As^{+3} - 4e^- \rightarrow 2As^{+5}$ | 3 (окисление, восстановитель)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 4 (восстановление, окислитель)

Наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (4 и 3) равно 12. Отсюда находим коэффициенты.

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:

$3As_2O_3 + 4HNO_3 + H_2O \rightarrow 6H_3AsO_4 + 4NO$

5. Уравняем количество атомов водорода и кислорода. Справа 18 атомов H, слева в $HNO_3$ — 4 атома. Значит, нужно $18 - 4 = 14$ атомов H, что соответствует 7 молекулам $H_2O$.

$3As_2O_3 + 4HNO_3 + 7H_2O \rightarrow 6H_3AsO_4 + 4NO$

Проверка по кислороду: слева $3 \cdot 3 + 4 \cdot 3 + 7 = 9 + 12 + 7 = 28$ атомов; справа $6 \cdot 4 + 4 = 24 + 4 = 28$ атомов. Баланс соблюден.

Ответ: $3As_2O_3 + 4HNO_3 + 7H_2O \rightarrow 6H_3AsO_4 + 4NO\uparrow$

б)

Решение

1. Продукты реакции — гексагидроксостибат(V) водорода $H[Sb(OH)_6]$ (степень окисления сурьмы +5) и оксид азота(II) $\text{NO}$ (степень окисления азота +2). В качестве окислителя выступает азотная кислота $HNO_3$ (азот +5). Следовательно, восстановителем является вещество, содержащее сурьму в более низкой степени окисления, например, металлическая сурьма $\text{Sb}$ (степень окисления 0). Реакция протекает в водной среде. Схема реакции: $Sb + HNO_3 + H_2O \rightarrow H[Sb(OH)_6] + NO$.

2. Определим степени окисления элементов:

$Sb^{0} \rightarrow Sb^{+5}$ (окисление)

$N^{+5} \rightarrow N^{+2}$ (восстановление)

3. Составим электронный баланс:

$Sb^{0} - 5e^- \rightarrow Sb^{+5}$ | 3 (окисление, восстановитель)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 5 (восстановление, окислитель)

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:

$3Sb + 5HNO_3 + H_2O \rightarrow 3H[Sb(OH)_6] + 5NO$

5. Уравняем количество атомов водорода и кислорода. Справа $3 \cdot (1+6) = 21$ атом H. Слева в $HNO_3$ — 5 атомов H. Значит, нужно $21 - 5 = 16$ атомов H, что соответствует 8 молекулам $H_2O$.

$3Sb + 5HNO_3 + 8H_2O \rightarrow 3H[Sb(OH)_6] + 5NO$

Проверка по кислороду: слева $5 \cdot 3 + 8 = 15 + 8 = 23$ атома; справа $3 \cdot 6 + 5 = 18 + 5 = 23$ атома. Баланс соблюден.

Ответ: $3Sb + 5HNO_3 + 8H_2O \rightarrow 3H[Sb(OH)_6] + 5NO\uparrow$

в)

Решение

1. В данной реакции висмутат натрия $NaBiO_3$ является окислителем, а нитрат марганца(II) $Mn(NO_3)_2$ — восстановителем. Судя по продуктам, реакция протекает в кислой среде, создаваемой азотной кислотой $HNO_3$. Недостающие продукты - нитрат натрия $NaNO_3$ (так как ионы $Na^+$ и $NO_3^-$ остаются в растворе). Схема реакции: $NaBiO_3 + Mn(NO_3)_2 + HNO_3 \rightarrow Bi(NO_3)_3 + NaNO_3 + NaMnO_4 + H_2O$.

2. Определим степени окисления элементов:

$Bi^{+5} \rightarrow Bi^{+3}$ (восстановление)

$Mn^{+2} \rightarrow Mn^{+7}$ (окисление)

3. Составим электронный баланс:

$Bi^{+5} + 2e^- \rightarrow Bi^{+3}$ | 5 (восстановление, окислитель)

$Mn^{+2} - 5e^- \rightarrow Mn^{+7}$ | 2 (окисление, восстановитель)

4. Расставим коэффициенты:

$5NaBiO_3 + 2Mn(NO_3)_2 + HNO_3 \rightarrow 5Bi(NO_3)_3 + NaNO_3 + 2NaMnO_4 + H_2O$

5. Уравняем остальные атомы. Натрий: слева 5, справа $\text{2}$ в $NaMnO_4$, значит, нужно 3 молекулы $NaNO_3$.

$5NaBiO_3 + 2Mn(NO_3)_2 + HNO_3 \rightarrow 5Bi(NO_3)_3 + 3NaNO_3 + 2NaMnO_4 + H_2O$

Азот (в виде нитрат-ионов): слева $2 \cdot 2 = 4$ из $Mn(NO_3)_2$. Справа $5 \cdot 3 + 3 = 18$. Значит, нужно $18 - 4 = 14$ молекул $HNO_3$.

$5NaBiO_3 + 2Mn(NO_3)_2 + 14HNO_3 \rightarrow 5Bi(NO_3)_3 + 3NaNO_3 + 2NaMnO_4 + H_2O$

Водород: слева 14, значит справа должно быть 7 молекул $H_2O$.

Проверка по кислороду: слева $5 \cdot 3 + 2 \cdot 6 + 14 \cdot 3 = 15 + 12 + 42 = 69$; справа $5 \cdot 9 + 3 \cdot 3 + 2 \cdot 4 + 7 = 45 + 9 + 8 + 7 = 69$. Баланс соблюден.

Ответ: $5NaBiO_3 + 2Mn(NO_3)_2 + 14HNO_3 \rightarrow 5Bi(NO_3)_3 + 3NaNO_3 + 2NaMnO_4 + 7H_2O$

г)

Решение

1. В этой реакции аммиак $NH_3$ является восстановителем, а перманганат калия $KMnO_4$ — окислителем. Образование манганата калия $K_2MnO_4$ указывает на то, что реакция протекает в сильнощелочной среде. Следовательно, недостающий реагент — гидроксид калия $KOH$. Азот в аммиаке окисляется, как правило, до свободного азота $N_2$. Схема реакции: $NH_3 + KMnO_4 + KOH \rightarrow N_2 + K_2MnO_4 + H_2O$.

2. Определим степени окисления элементов:

$N^{-3} \rightarrow N_2^{0}$ (окисление)

$Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+6}$ (восстановление)

3. Составим электронный баланс:

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^{0}$ | 1 (окисление, восстановитель)

$Mn^{+7} + 1e^- \rightarrow Mn^{+6}$ | 6 (восстановление, окислитель)

4. Расставим коэффициенты:

$2NH_3 + 6KMnO_4 + KOH \rightarrow N_2 + 6K_2MnO_4 + H_2O$

5. Уравняем калий: слева 6 из $KMnO_4$. Справа $6 \cdot 2 = 12$. Значит, не хватает $12 - 6 = 6$ атомов K, что соответствует 6 молекулам $KOH$.

$2NH_3 + 6KMnO_4 + 6KOH \rightarrow N_2 + 6K_2MnO_4 + H_2O$

Водород: слева $2 \cdot 3 + 6 = 12$. Справа нужно 12 атомов, что соответствует 6 молекулам $H_2O$.

Проверка по кислороду: слева $6 \cdot 4 + 6 = 24 + 6 = 30$; справа $6 \cdot 4 + 6 = 24 + 6 = 30$. Баланс соблюден.

Ответ: $2NH_3 + 6KMnO_4 + 6KOH \rightarrow N_2\uparrow + 6K_2MnO_4 + 6H_2O$

д)

Решение

1. Продукты реакции — свободный азот $N_2$, оксид марганца(IV) $MnO_2$ и гидроксид калия $KOH$. Образование $MnO_2$ и $KOH$ указывает на то, что реакция окисления перманганатом калия протекает в нейтральной или слабощелочной среде. Восстановителем является азотсодержащее вещество, которое окисляется до $N_2$. Таким веществом может быть гидразин $N_2H_4$. В ходе реакции также образуется вода. Схема реакции: $N_2H_4 + KMnO_4 \rightarrow N_2 + MnO_2 + KOH + H_2O$.

2. Определим степени окисления элементов:

$N_2^{-2} \rightarrow N_2^{0}$ (окисление)

$Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+4}$ (восстановление)

3. Составим электронный баланс:

$N_2^{-2} - 4e^- \rightarrow N_2^{0}$ | 3 (окисление, восстановитель)

$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$ | 4 (восстановление, окислитель)

4. Расставим коэффициенты:

$3N_2H_4 + 4KMnO_4 \rightarrow 3N_2 + 4MnO_2 + KOH + H_2O$

5. Уравняем калий: слева 4, значит, справа должно быть 4 молекулы $KOH$.

$3N_2H_4 + 4KMnO_4 \rightarrow 3N_2 + 4MnO_2 + 4KOH + H_2O$

Уравняем водород: слева $3 \cdot 4 = 12$. Справа 4 в $KOH$. Значит, не хватает $12 - 4 = 8$ атомов H, что соответствует 4 молекулам $H_2O$.

Проверка по кислороду: слева $4 \cdot 4 = 16$; справа $4 \cdot 2 + 4 \cdot 1 + 4 \cdot 1 = 8 + 4 + 4 = 16$. Баланс соблюден.

Ответ: $3N_2H_4 + 4KMnO_4 \rightarrow 3N_2\uparrow + 4MnO_2 + 4KOH + 4H_2O$