Номер 4, страница 398 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 55. Хром - номер 4, страница 398.

Условие.

4. Составьте уравнение реакции, используя для расстановки коэффициентов метод электронного баланса.

$CH_3OH + K_2Cr_2O_7 + \ldots \longrightarrow HCOOH + \ldots + KCl + H_2O$

Определите окислитель и восстановитель.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Схема реакции: $CH_3OH + K_2Cr_2O_7 + ... \rightarrow HCOOH + ... + KCl + H_2O$

Найти:

1. Составить полное уравнение реакции.
2. Расставить коэффициенты методом электронного баланса.
3. Определить окислитель и восстановитель.

Решение:

1. Это окислительно-восстановительная реакция. Дихромат калия $K_2Cr_2O_7$ является сильным окислителем, особенно в кислой среде. Наличие в продуктах хлорида калия $KCl$ указывает на то, что в качестве кислой среды используется соляная кислота $HCl$. В кислой среде хром, имеющий степень окисления $+6$ в дихромате, восстанавливается до степени окисления $+3$, образуя соль. В данном случае это будет хлорид хрома(III) $CrCl_3$. Таким образом, полная схема реакции выглядит следующим образом:

$CH_3OH + K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow HCOOH + CrCl_3 + KCl + H_2O$

2. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции.

• В метаноле $CH_3OH$ степень окисления углерода равна $-2$ ($C^{-2}H_3^{+1}O^{-2}H^{+1}$).
• В муравьиной кислоте $HCOOH$ степень окисления углерода равна $+2$ ($H^{+1}C^{+2}O_2^{-2}H^{+1}$).
• В дихромате калия $K_2Cr_2O_7$ степень окисления хрома равна $+6$ ($K_2^{+1}Cr_2^{+6}O_7^{-2}$).
• В хлориде хрома(III) $CrCl_3$ степень окисления хрома равна $+3$ ($Cr^{+3}Cl_3^{-1}$).

3. Составим уравнения полуреакций окисления и восстановления (электронный баланс):

• Углерод повышает свою степень окисления с $-2$ до $+2$, отдавая 4 электрона. Это процесс окисления.
• Хром понижает свою степень окисления с $+6$ до $+3$, принимая 3 электрона. Это процесс восстановления. Так как в молекуле $K_2Cr_2O_7$ два атома хрома, учитываем это в балансе.

$C^{-2} - 4e^- \rightarrow C^{+2}$ | 3 | окисление, $CH_3OH$ - восстановитель
$2Cr^{+6} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3}$ | 2 | восстановление, $K_2Cr_2O_7$ - окислитель

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (4 и 6) равно 12. Поэтому первую полуреакцию умножаем на 3, а вторую на 2. Эти множители являются коэффициентами для соответствующих веществ.

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции на основе баланса.Ставим коэффициент 3 перед $CH_3OH$ и $HCOOH$.Ставим коэффициент 2 перед $K_2Cr_2O_7$. Из $2Cr_2$ получается 4 атома хрома, поэтому ставим коэффициент 4 перед $CrCl_3$.
$3CH_3OH + 2K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 3HCOOH + 4CrCl_3 + KCl + H_2O$

5. Уравняем остальные элементы.

• Калий (K): слева $2 \cdot 2 = 4$ атома, справа 1. Ставим коэффициент 4 перед $KCl$.
  $3CH_3OH + 2K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 3HCOOH + 4CrCl_3 + 4KCl + H_2O$
• Хлор (Cl): справа $4 \cdot 3 + 4 \cdot 1 = 12 + 4 = 16$ атомов. Ставим коэффициент 16 перед $HCl$.
  $3CH_3OH + 2K_2Cr_2O_7 + 16HCl \rightarrow 3HCOOH + 4CrCl_3 + 4KCl + H_2O$
• Кислород (O): слева $3 \cdot 1 + 2 \cdot 7 = 3 + 14 = 17$ атомов. Справа в муравьиной кислоте $3 \cdot 2 = 6$ атомов. Недостающие $17 - 6 = 11$ атомов уравниваем, поставив коэффициент 11 перед $H_2O$.
  $3CH_3OH + 2K_2Cr_2O_7 + 16HCl \rightarrow 3HCOOH + 4CrCl_3 + 4KCl + 11H_2O$
• Водород (H) (для проверки): слева $3 \cdot 4 + 16 \cdot 1 = 12 + 16 = 28$ атомов. Справа $3 \cdot 2 + 11 \cdot 2 = 6 + 22 = 28$ атомов. Баланс сходится.

6. Определяем окислитель и восстановитель.

• Восстановитель – вещество, которое отдает электроны и окисляется. В данной реакции это метанол $CH_3OH$ (за счет атома $C^{-2}$).
• Окислитель – вещество, которое принимает электроны и восстанавливается. В данной реакции это дихромат калия $K_2Cr_2O_7$ (за счет атомов $Cr^{+6}$).

Ответ: Итоговое уравнение реакции: $3CH_3OH + 2K_2Cr_2O_7 + 16HCl \rightarrow 3HCOOH + 4CrCl_3 + 4KCl + 11H_2O$.
Окислитель: $K_2Cr_2O_7$ (хром в степени окисления $+6$).
Восстановитель: $CH_3OH$ (углерод в степени окисления $-2$).