Номер 6, страница 313 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 44. Аммиак. Соли аммония - номер 6, страница 313.

Условие.

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

а) $NH_3 + KMnO_4 + \dots \rightarrow \dots + K_2MnO_4 + H_2O$

б) $KMnO_4 + NH_3 \rightarrow MnO_2 + N_2\uparrow + \dots + \dots$

в) $\dots + MnO_2 = Mn_2O_3 + N_2\uparrow + \dots$

Решение.

Решение 2.

а) NH₃ + KMnO₄ + ... → ... + K₂MnO₄ + H₂O

Решение

1. Проанализируем изменения степеней окисления. Марганец в $KMnO_4$ имеет степень окисления +7, а в $K_2MnO_4$ — +6. Происходит восстановление марганца, значит, $KMnO_4$ является окислителем. Среда, в которой перманганат восстанавливается до манганата, является щелочной. Добавим в левую часть уравнения щелочь, например, $KOH$.

Азот в аммиаке ($NH_3$) имеет степень окисления -3. Он является восстановителем и будет окисляться. Наиболее вероятный продукт окисления аммиака в данных условиях — молекулярный азот $N_2$ (степень окисления 0).

Таким образом, схема реакции выглядит так:
$NH_3 + KMnO_4 + KOH \rightarrow N_2 + K_2MnO_4 + H_2O$

2. Составим электронный баланс:

$2N^{-3} - 6e^{-} \rightarrow N_2^{0}$ | 1 | — процесс окисления, $NH_3$ (за счет $N^{-3}$) — восстановитель.
$Mn^{+7} + 1e^{-} \rightarrow Mn^{+6}$ | 6 | — процесс восстановления, $KMnO_4$ (за счет $Mn^{+7}$) — окислитель.

3. Расставим коэффициенты в уравнении реакции на основе баланса. Коэффициент 2 перед $NH_3$, 1 перед $N_2$ (т.к. в балансе уже $\text{2N}$), 6 перед $KMnO_4$ и 6 перед $K_2MnO_4$.
$2NH_3 + 6KMnO_4 + KOH \rightarrow N_2 + 6K_2MnO_4 + H_2O$

4. Уравняем остальные элементы.
Калий (K): слева 6 + 1 = 7, справа 6 * 2 = 12. Чтобы уравнять, нужно поставить коэффициент 6 перед $KOH$.
$2NH_3 + 6KMnO_4 + 6KOH \rightarrow N_2 + 6K_2MnO_4 + H_2O$
Водород (H): слева 2 * 3 + 6 * 1 = 12. Справа 2. Чтобы уравнять, нужно поставить коэффициент 6 перед $H_2O$.
$2NH_3 + 6KMnO_4 + 6KOH \rightarrow N_2 + 6K_2MnO_4 + 6H_2O$
Проверим по кислороду (O): слева 6 * 4 + 6 = 30. Справа 6 * 4 + 6 = 30.
Уравнение составлено верно.

Ответ: Уравнение реакции: $2NH_3 + 6KMnO_4 + 6KOH \rightarrow N_2 + 6K_2MnO_4 + 6H_2O$. Окислитель — $KMnO_4$ (за счет $Mn^{+7}$), восстановитель — $NH_3$ (за счет $N^{-3}$).

б) KMnO₄ + NH₃ → MnO₂ + N₂↑ + ... + ...

Решение

1. Определим степени окисления. Марганец в $KMnO_4$ имеет степень окисления +7, а в продукте реакции, диоксиде марганца $MnO_2$, — +4. Происходит восстановление марганца. Это характерно для реакции в нейтральной или слабощелочной среде. Азот в аммиаке $NH_3$ имеет степень окисления -3 и окисляется до молекулярного азота $N_2$ со степенью окисления 0.

Недостающие вещества в продуктах — это соединение калия и соединение водорода. В нейтральной среде (в водном растворе) образуются гидроксид калия $KOH$ и вода $H_2O$.
Схема реакции: $KMnO_4 + NH_3 \rightarrow MnO_2 + N_2 + KOH + H_2O$.

2. Составим электронный баланс:

$2N^{-3} - 6e^{-} \rightarrow N_2^{0}$ | 1 | — процесс окисления, $NH_3$ (за счет $N^{-3}$) — восстановитель.
$Mn^{+7} + 3e^{-} \rightarrow Mn^{+4}$ | 2 | — процесс восстановления, $KMnO_4$ (за счет $Mn^{+7}$) — окислитель.

3. Расставим коэффициенты. Коэффициент 2 перед $NH_3$, 1 перед $N_2$, 2 перед $KMnO_4$ и 2 перед $MnO_2$.
$2KMnO_4 + 2NH_3 \rightarrow 2MnO_2 + N_2 + KOH + H_2O$

4. Уравняем остальные элементы.
Калий (K): слева 2, справа 1. Ставим коэффициент 2 перед $KOH$.
$2KMnO_4 + 2NH_3 \rightarrow 2MnO_2 + N_2 + 2KOH + H_2O$
Водород (H): слева 2 * 3 = 6. Справа 2 * 1 + 2 = 4. Чтобы уравнять, нужно поставить коэффициент 2 перед $H_2O$.
$2KMnO_4 + 2NH_3 \rightarrow 2MnO_2 + N_2 + 2KOH + 2H_2O$
Проверим по кислороду (O): слева 2 * 4 = 8. Справа 2 * 2 + 2 * 1 + 2 * 1 = 4 + 2 + 2 = 8.
Уравнение составлено верно.

Ответ: Уравнение реакции: $2KMnO_4 + 2NH_3 \rightarrow 2MnO_2 + N_2 + 2KOH + 2H_2O$. Окислитель — $KMnO_4$ (за счет $Mn^{+7}$), восстановитель — $NH_3$ (за счет $N^{-3}$).

в) ... + MnO₂ = Mn₂O₃ + N₂↑ + ...

Решение

1. Определим степени окисления. Марганец в $MnO_2$ имеет степень окисления +4, а в $Mn_2O_3$ — +3. Происходит восстановление марганца, значит, $MnO_2$ является окислителем. Продукт окисления — азот $N_2$ (степень окисления 0). Следовательно, недостающим реагентом является вещество, содержащее азот в более низкой степени окисления. По аналогии с предыдущими задачами, это аммиак $NH_3$ (степень окисления азота -3).

Недостающий продукт должен содержать водород и кислород, т.е. это вода $H_2O$. Реакция, как правило, протекает при нагревании.
Схема реакции: $NH_3 + MnO_2 \xrightarrow{t} Mn_2O_3 + N_2 + H_2O$.

2. Составим электронный баланс:

$2N^{-3} - 6e^{-} \rightarrow N_2^{0}$ | 1 | — процесс окисления, $NH_3$ (за счет $N^{-3}$) — восстановитель.
$Mn^{+4} + 1e^{-} \rightarrow Mn^{+3}$ | 6 | — процесс восстановления, $MnO_2$ (за счет $Mn^{+4}$) — окислитель.

3. Расставим коэффициенты. Коэффициент 2 перед $NH_3$, 1 перед $N_2$ и 6 перед соединениями марганца.
$2NH_3 + 6MnO_2 \rightarrow Mn_2O_3 + N_2 + H_2O$
Справа нужно уравнять марганец. Ставим коэффициент 3 перед $Mn_2O_3$.
$2NH_3 + 6MnO_2 \rightarrow 3Mn_2O_3 + N_2 + H_2O$

4. Уравняем остальные элементы.
Водород (H): слева 2 * 3 = 6. Справа 2. Ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.
$2NH_3 + 6MnO_2 \rightarrow 3Mn_2O_3 + N_2 + 3H_2O$
Проверим по кислороду (O): слева 6 * 2 = 12. Справа 3 * 3 + 3 * 1 = 9 + 3 = 12.
Уравнение составлено верно.

Ответ: Уравнение реакции: $2NH_3 + 6MnO_2 \rightarrow 3Mn_2O_3 + N_2 + 3H_2O$. Окислитель — $MnO_2$ (за счет $Mn^{+4}$), восстановитель — $NH_3$ (за счет $N^{-3}$).