Номер 12, страница 413 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 57. Железо - номер 12, страница 413.

Условие.

12. Подберите коэффициенты в ионных схемах следующих реакций:

а) $Fe^{2+} + AuCl_4^{-} \longrightarrow Au + Fe^{3+} + Cl^{-}$

б) $Fe^{3+} + I^{-} \longrightarrow I_2 + Fe^{2+}$

в) $Fe^{2+} + Pb_3O_4 + H^{+} \longrightarrow Fe^{3+} + Pb^{2+} + H_2O$

г) $[Fe(CN)_6]^{3-} + H_2O_2 + OH^{-} \longrightarrow [Fe(CN)_6]^{4-} + O_2\uparrow + H_2O$

д) $FeAsS + NO_3^{-} + H^{+} \longrightarrow Fe^{3+} + AsO_4^{3-} + SO_4^{2-} + NO_2\uparrow + H_2O$

Решение.

Решение 2.

а)

Дано:

$Fe^{2+} + AuCl_{4}^{-} \rightarrow Au + Fe^{3+} + Cl^{-}$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция. Для подбора коэффициентов используем метод электронного баланса (метод полуреакций).

Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

Железо окисляется: $Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+}$

Золото восстанавливается: $Au^{+3}$ (в составе $AuCl_{4}^{-}$) $\rightarrow Au^{0}$

Составляем полуреакции:

1. Окисление: $Fe^{2+} - 1e^{-} \rightarrow Fe^{3+}$

2. Восстановление: $AuCl_{4}^{-} + 3e^{-} \rightarrow Au + 4Cl^{-}$

Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, умножаем первую полуреакцию на 3:

$3Fe^{2+} - 3e^{-} \rightarrow 3Fe^{3+}$

$AuCl_{4}^{-} + 3e^{-} \rightarrow Au + 4Cl^{-}$

Суммируем полуреакции и сокращаем электроны:

$3Fe^{2+} + AuCl_{4}^{-} \rightarrow 3Fe^{3+} + Au + 4Cl^{-}$

Проверяем баланс атомов и зарядов. Слева: $Fe: 3, Au: 1, Cl: 4$; заряд: $3 \cdot (+2) + (-1) = +5$. Справа: $Fe: 3, Au: 1, Cl: 4$; заряд: $3 \cdot (+3) + 4 \cdot (-1) = +5$. Баланс соблюден.

Ответ: $3Fe^{2+} + AuCl_{4}^{-} \rightarrow Au + 3Fe^{3+} + 4Cl^{-}$

б)

Дано:

$Fe^{3+} + I^{-} \rightarrow I_{2} + Fe^{2+}$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

Используем метод электронного баланса.

Определяем степени окисления:

Йод окисляется: $I^{-} \rightarrow I_{2}^{0}$

Железо восстанавливается: $Fe^{3+} \rightarrow Fe^{2+}$

Составляем полуреакции:

1. Окисление: $2I^{-} - 2e^{-} \rightarrow I_{2}$

2. Восстановление: $Fe^{3+} + 1e^{-} \rightarrow Fe^{2+}$

Умножаем вторую полуреакцию на 2 для баланса электронов:

$2I^{-} - 2e^{-} \rightarrow I_{2}$

$2Fe^{3+} + 2e^{-} \rightarrow 2Fe^{2+}$

Суммируем полуреакции:

$2Fe^{3+} + 2I^{-} \rightarrow 2Fe^{2+} + I_{2}$

Проверяем баланс. Слева: $Fe: 2, I: 2$; заряд: $2 \cdot (+3) + 2 \cdot (-1) = +4$. Справа: $Fe: 2, I: 2$; заряд: $2 \cdot (+2) = +4$. Баланс соблюден.

Ответ: $2Fe^{3+} + 2I^{-} \rightarrow I_{2} + 2Fe^{2+}$

в)

Дано:

$Fe^{2+} + Pb_{3}O_{4} + H^{+} \rightarrow Fe^{3+} + Pb^{2+} + H_{2}O$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

Реакция протекает в кислой среде. Используем метод полуреакций.

Определяем процессы окисления и восстановления:

Железо окисляется: $Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+}$

Свинец в $Pb_{3}O_{4}$ (смешанный оксид $2PbO \cdot PbO_{2}$) восстанавливается: $Pb^{+4} \rightarrow Pb^{+2}$.

Составляем полуреакции:

1. Окисление: $Fe^{2+} - 1e^{-} \rightarrow Fe^{3+}$

2. Восстановление: $Pb_{3}O_{4} \rightarrow 3Pb^{2+}$. Уравниваем кислород, добавляя воду: $Pb_{3}O_{4} \rightarrow 3Pb^{2+} + 4H_{2}O$. Уравниваем водород, добавляя ионы $H^{+}$: $Pb_{3}O_{4} + 8H^{+} \rightarrow 3Pb^{2+} + 4H_{2}O$. Уравниваем заряд, добавляя электроны: $Pb_{3}O_{4} + 8H^{+} + 2e^{-} \rightarrow 3Pb^{2+} + 4H_{2}O$.

Умножаем первую полуреакцию на 2 для баланса электронов:

$2Fe^{2+} - 2e^{-} \rightarrow 2Fe^{3+}$

$Pb_{3}O_{4} + 8H^{+} + 2e^{-} \rightarrow 3Pb^{2+} + 4H_{2}O$

Суммируем полуреакции:

$2Fe^{2+} + Pb_{3}O_{4} + 8H^{+} \rightarrow 2Fe^{3+} + 3Pb^{2+} + 4H_{2}O$

Проверяем баланс. Слева: $Fe: 2, Pb: 3, O: 4, H: 8$; заряд: $2 \cdot (+2) + 8 \cdot (+1) = +12$. Справа: $Fe: 2, Pb: 3, O: 4, H: 8$; заряд: $2 \cdot (+3) + 3 \cdot (+2) = +12$. Баланс соблюден.

Ответ: $2Fe^{2+} + Pb_{3}O_{4} + 8H^{+} \rightarrow 2Fe^{3+} + 3Pb^{2+} + 4H_{2}O$

г)

Дано:

$[Fe(CN)_{6}]^{3-} + H_{2}O_{2} + OH^{-} \rightarrow [Fe(CN)_{6}]^{4-} + O_{2} + H_{2}O$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

Реакция протекает в щелочной среде. Используем метод полуреакций.

Определяем процессы:

Железо в гексацианоферрат(III)-ионе восстанавливается: $Fe^{+3} \rightarrow Fe^{+2}$

Кислород в пероксиде водорода окисляется: $O^{-1} \rightarrow O^{0}$

Составляем полуреакции:

1. Восстановление: $[Fe(CN)_{6}]^{3-} + 1e^{-} \rightarrow [Fe(CN)_{6}]^{4-}$

2. Окисление: $H_{2}O_{2} \rightarrow O_{2}$. Для баланса в щелочной среде добавляем $OH^{-}$: $H_{2}O_{2} + 2OH^{-} \rightarrow O_{2} + 2H_{2}O$. Уравниваем заряд, добавляя электроны: $H_{2}O_{2} + 2OH^{-} - 2e^{-} \rightarrow O_{2} + 2H_{2}O$.

Умножаем первую полуреакцию на 2:

$2[Fe(CN)_{6}]^{3-} + 2e^{-} \rightarrow 2[Fe(CN)_{6}]^{4-}$

$H_{2}O_{2} + 2OH^{-} - 2e^{-} \rightarrow O_{2} + 2H_{2}O$

Суммируем полуреакции:

$2[Fe(CN)_{6}]^{3-} + H_{2}O_{2} + 2OH^{-} \rightarrow 2[Fe(CN)_{6}]^{4-} + O_{2} + 2H_{2}O$

Проверяем баланс. Слева: $Fe: 2, C: 12, N: 12, H: 4, O: 4$; заряд: $2 \cdot (-3) + 2 \cdot (-1) = -8$. Справа: $Fe: 2, C: 12, N: 12, H: 4, O: 4$; заряд: $2 \cdot (-4) = -8$. Баланс соблюден.

Ответ: $2[Fe(CN)_{6}]^{3-} + H_{2}O_{2} + 2OH^{-} \rightarrow 2[Fe(CN)_{6}]^{4-} + O_{2} + 2H_{2}O$

д)

Дано:

$FeAsS + NO_{3}^{-} + H^{+} \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-} + NO_{2} + H_{2}O$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции.

Решение:

Это сложная ОВР в кислой среде. Используем метод полуреакций.

Определяем процессы:

Арсенопирит $FeAsS$ окисляется. Будем считать, что степени окисления в нем $Fe^{+2}, As^{-1}, S^{-1}$.

$Fe^{+2} \rightarrow Fe^{+3}$, $As^{-1} \rightarrow As^{+5}$, $S^{-1} \rightarrow S^{+6}$.

Азот в нитрат-ионе восстанавливается: $N^{+5} \rightarrow N^{+4}$ (в $NO_{2}$).

Составляем полуреакции:

1. Окисление: $FeAsS \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-}$. Уравниваем кислород: $FeAsS + 8H_{2}O \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-}$. Уравниваем водород: $FeAsS + 8H_{2}O \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-} + 16H^{+}$. Уравниваем заряд. Общее число отданных электронов: $(3-2) + (5 - (-1)) + (6 - (-1)) = 1 + 6 + 7 = 14$. $FeAsS + 8H_{2}O - 14e^{-} \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-} + 16H^{+}$.

2. Восстановление: $NO_{3}^{-} \rightarrow NO_{2}$. Уравниваем кислород: $NO_{3}^{-} \rightarrow NO_{2} + H_{2}O$. Уравниваем водород: $NO_{3}^{-} + 2H^{+} \rightarrow NO_{2} + H_{2}O$. Уравниваем заряд: $NO_{3}^{-} + 2H^{+} + 1e^{-} \rightarrow NO_{2} + H_{2}O$.

Умножаем вторую полуреакцию на 14:

$FeAsS + 8H_{2}O - 14e^{-} \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-} + 16H^{+}$

$14NO_{3}^{-} + 28H^{+} + 14e^{-} \rightarrow 14NO_{2} + 14H_{2}O$

Суммируем и сокращаем одинаковые частицы ($H^{+}$ и $H_{2}O$):

$FeAsS + 14NO_{3}^{-} + (28-16)H^{+} \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-} + 14NO_{2} + (14-8)H_{2}O$

$FeAsS + 14NO_{3}^{-} + 12H^{+} \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-} + 14NO_{2} + 6H_{2}O$

Проверяем баланс. Слева: $Fe: 1, As: 1, S: 1, N: 14, O: 42, H: 12$; заряд: $14 \cdot (-1) + 12 \cdot (+1) = -2$. Справа: $Fe: 1, As: 1, S: 1, N: 14, O: 4+4+28+6=42, H: 12$; заряд: $(+3) + (-3) + (-2) = -2$. Баланс соблюден.

Ответ: $FeAsS + 14NO_{3}^{-} + 12H^{+} \rightarrow Fe^{3+} + AsO_{4}^{3-} + SO_{4}^{2-} + 14NO_{2} + 6H_{2}O$