Номер 4, страница 116 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 17. Окислительно-восстановительные реакции. Глава 4. Химические реакции - номер 4, страница 116.

Условие.

4. Заполните пропуски в схемах реакций и, используя метод электронного баланса, составьте уравнения этих реакций:

а) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + ... + H_2O$

б) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow KOH + ... + ...$

в) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + KOH \rightarrow ... + Na_2SO_4 + ...$

Решение.

Решение 2.

Решение

а) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + ... + ... + H_2O$

Реакция протекает в кислой среде, создаваемой серной кислотой ($H_2SO_4$). Перманганат калия ($KMnO_4$) является сильным окислителем, а сульфит натрия ($Na_2SO_3$) – восстановителем. В кислой среде ион марганца $Mn^{+7}$ восстанавливается до иона $Mn^{+2}$. Ион серы $S^{+4}$ в сульфите окисляется до $S^{+6}$ в сульфате. Таким образом, пропущенные вещества в правой части уравнения – это сульфат марганца(II) ($MnSO_4$) и сульфат натрия ($Na_2SO_4$).

Определим степени окисления элементов, участвующих в реакции:

$\overset{+1}{K}\overset{+7}{Mn}\overset{-2}{O_4} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_3} + \overset{+1}{H_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} \rightarrow \overset{+1}{K_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} + \overset{+2}{Mn}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$

Составим электронный баланс:

$Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 | окислитель, процесс восстановления
$S^{+4} - 2e^{-} \rightarrow S^{+6}$ | 5 | восстановитель, процесс окисления

Наименьшее общее кратное для чисел 5 и 2 равно 10. Отсюда находим коэффициенты: 2 для соединений марганца и 5 для соединений серы (сульфита).

$2KMnO_4 + 5Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 5Na_2SO_4 + H_2O$

Теперь уравняем остальные атомы. Слева $2K$ и справа $2K$. Слева $5 \times 2 = 10Na$, и справа $5 \times 2 = 10Na$. Справа общее число сульфат-ионов $SO_4^{2-}$ равно $1 + 2 + 5 = 8$. Слева 5 атомов серы уже есть в $5Na_2SO_3$. Значит, необходимо взять 3 молекулы $H_2SO_4$. Тогда слева будет $3 \times 2 = 6$ атомов водорода. Для их уравнивания ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.

Проверим баланс атомов кислорода: Слева: $2 \times 4 + 5 \times 3 + 3 \times 4 = 8 + 15 + 12 = 35$. Справа: $4 + 2 \times 4 + 5 \times 4 + 3 \times 1 = 4 + 8 + 20 + 3 = 35$. Все атомы уравнены.

Ответ: $2KMnO_4 + 5Na_2SO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 5Na_2SO_4 + 3H_2O$.

б) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow KOH + ... + ...$

Реакция протекает в нейтральной среде (вода). В этих условиях перманганат-ион ($Mn^{+7}$) восстанавливается до оксида марганца(IV) ($MnO_2$), который выпадает в осадок. Сульфит-ион ($S^{+4}$) окисляется до сульфат-иона ($S^{+6}$). Пропущенные вещества – это оксид марганца(IV) ($MnO_2$) и сульфат натрия ($Na_2SO_4$).

Определим степени окисления:

$\overset{+1}{K}\overset{+7}{Mn}\overset{-2}{O_4} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_3} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O} \rightarrow \overset{+1}{K}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H} + \overset{+4}{Mn}\overset{-2}{O_2} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4}$

Составим электронный баланс:

$Mn^{+7} + 3e^{-} \rightarrow Mn^{+4}$ | 2 | окислитель, процесс восстановления
$S^{+4} - 2e^{-} \rightarrow S^{+6}$ | 3 | восстановитель, процесс окисления

Наименьшее общее кратное для 3 и 2 равно 6. Коэффициент 2 ставим перед соединениями марганца, а 3 – перед соединениями сульфита.

$2KMnO_4 + 3Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow KOH + 2MnO_2 + 3Na_2SO_4$

Уравняем остальные атомы. Слева $2K$, значит, справа перед $KOH$ ставим коэффициент 2. Слева $3 \times 2 = 6Na$, справа $3 \times 2 = 6Na$. Слева $2H$ в воде, справа $2H$ в $2KOH$. Все атомы, кроме кислорода, уравнены. Коэффициент перед водой равен 1.

Проверим баланс атомов кислорода: Слева: $2 \times 4 + 3 \times 3 + 1 = 8 + 9 + 1 = 18$. Справа: $2 \times 1 + 2 \times 2 + 3 \times 4 = 2 + 4 + 12 = 18$. Все атомы уравнены.

Ответ: $2KMnO_4 + 3Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow 2KOH + 2MnO_2 + 3Na_2SO_4$.

в) $KMnO_4 + Na_2SO_3 + KOH \rightarrow ... + Na_2SO_4 + ...$

Реакция протекает в сильнощелочной среде ($KOH$). В этих условиях перманганат-ион ($Mn^{+7}$) восстанавливается до манганат-иона ($Mn^{+6}$), образуя манганат калия ($K_2MnO_4$). Сульфит-ион ($S^{+4}$) окисляется до сульфат-иона ($S^{+6}$). Пропущенные вещества – манганат калия ($K_2MnO_4$) и вода ($H_2O$).

Определим степени окисления:

$\overset{+1}{K}\overset{+7}{Mn}\overset{-2}{O_4} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+4}{S}\overset{-2}{O_3} + \overset{+1}{K}\overset{-2}{O}\overset{+1}{H} \rightarrow \overset{+1}{K_2}\overset{+6}{Mn}\overset{-2}{O_4} + \overset{+1}{Na_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} + \overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$

Составим электронный баланс:

$Mn^{+7} + 1e^{-} \rightarrow Mn^{+6}$ | 2 | окислитель, процесс восстановления
$S^{+4} - 2e^{-} \rightarrow S^{+6}$ | 1 | восстановитель, процесс окисления

Наименьшее общее кратное для 1 и 2 равно 2. Коэффициент 2 ставим перед соединениями марганца, а 1 – перед сульфитом.

$2KMnO_4 + Na_2SO_3 + KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

Уравняем остальные атомы. Справа $2 \times 2 = 4K$. Слева $2K$ в $2KMnO_4$. Значит, перед $KOH$ нужен коэффициент 2. Слева теперь $2H$, для их уравнивания ставим коэффициент 1 перед $H_2O$.

Проверим баланс атомов кислорода: Слева: $2 \times 4 + 3 + 2 \times 1 = 8 + 3 + 2 = 13$. Справа: $2 \times 4 + 4 + 1 = 8 + 4 + 1 = 13$. Все атомы уравнены.

Ответ: $2KMnO_4 + Na_2SO_3 + 2KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$.