Номер 5, страница 136 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 19. Металлы - химические элементы и простые вещества. Глава 5. Металлы и неметаллы - номер 5, страница 136.

Условие.

5. Используя схемы на рисунках 37 и 38, составьте уравнения реакций меди:

а) с концентрированной серной кислотой;

б) с концентрированной азотной кислотой;

в) с разбавленной азотной кислотой.

С помощью метода электронного баланса поставьте коэффициенты в уравнениях реакций.

Решение.

Решение 2.

а) с концентрированной серной кислотой

Решение:

Запишем схему реакции меди с концентрированной серной кислотой. Медь, как металл, стоящий в ряду активности после водорода, реагирует с концентрированной серной кислотой, которая выступает в роли сильного окислителя. В ходе реакции медь окисляется до сульфата меди(II), а серная кислота восстанавливается до диоксида серы.

Схема реакции: $Cu + H_2SO_4(конц.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2 \uparrow + H_2O$

Для расстановки коэффициентов используем метод электронного баланса. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$ \stackrel{0}{Cu} + H_2\stackrel{+6}{S}O_4 \rightarrow \stackrel{+2}{Cu}\stackrel{+6}{S}O_4 + \stackrel{+4}{S}O_2 + H_2O $

Составим полуреакции окисления и восстановления:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 1 | окисление, восстановитель
$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 | восстановление, окислитель

Число отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед медью и диоксидом серы равны 1. Поставим их в уравнение:

$1Cu + H_2SO_4 \rightarrow 1CuSO_4 + 1SO_2 + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов серы. Справа их 2 (1 в $CuSO_4$ и 1 в $SO_2$), значит, перед $H_2SO_4$ ставим коэффициент 2:

$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов водорода. Слева их 4 ($2 \times 2$), значит, перед $H_2O$ ставим коэффициент 2:

$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$

Проверим количество атомов кислорода: слева $2 \times 4 = 8$, справа $4 + 2 + 2 \times 1 = 8$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $Cu + 2H_2SO_4(конц.) = CuSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

б) с концентрированной азотной кислотой

Решение:

Концентрированная азотная кислота является сильным окислителем и реагирует с медью. При этом медь окисляется до нитрата меди(II), а азотная кислота восстанавливается до диоксида азота ($NO_2$).

Схема реакции: $Cu + HNO_3(конц.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO_2 \uparrow + H_2O$

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

$ \stackrel{0}{Cu} + H\stackrel{+5}{N}O_3 \rightarrow \stackrel{+2}{Cu}(NO_3)_2 + \stackrel{+4}{N}O_2 + H_2O $

Составим полуреакции электронного баланса:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 1 | окисление, восстановитель
$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 | восстановление, окислитель

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (2 и 1) равно 2. Отсюда находим коэффициенты: 1 для меди и 2 для диоксида азота. Поставим их в уравнение:

$1Cu + HNO_3 \rightarrow 1Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов азота. Справа их $1 \times 2 + 2 = 4$, значит, перед $HNO_3$ ставим коэффициент 4:

$Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов водорода. Слева их 4, значит, перед $H_2O$ ставим коэффициент 2:

$Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$

Проверим количество атомов кислорода: слева $4 \times 3 = 12$, справа $(2 \times 3) + (2 \times 2) + (2 \times 1) = 6 + 4 + 2 = 12$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $Cu + 4HNO_3(конц.) = Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O$

в) с разбавленной азотной кислотой

Решение:

При реакции меди с разбавленной азотной кислотой продуктом восстановления азота является оксид азота(II) ($NO$), а не диоксид азота. Медь также окисляется до нитрата меди(II).

Схема реакции: $Cu + HNO_3(разб.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO \uparrow + H_2O$

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

$ \stackrel{0}{Cu} + H\stackrel{+5}{N}O_3 \rightarrow \stackrel{+2}{Cu}(NO_3)_2 + \stackrel{+2}{N}O + H_2O $

Составим полуреакции электронного баланса:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 3 | окисление, восстановитель
$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 2 | восстановление, окислитель

Наименьшее общее кратное для чисел электронов (2 и 3) равно 6. Отсюда находим коэффициенты: 3 для меди и 2 для оксида азота(II). Поставим их в уравнение:

$3Cu + HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O$

Уравняем количество атомов азота. Справа их $(3 \times 2) + 2 = 8$, значит, перед $HNO_3$ ставим коэффициент 8:

$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O$

Уравняем количество атомов водорода. Слева их 8, значит, перед $H_2O$ ставим коэффициент 4:

$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$

Проверим количество атомов кислорода: слева $8 \times 3 = 24$, справа $(3 \times 2 \times 3) + (2 \times 1) + (4 \times 1) = 18 + 2 + 4 = 24$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $3Cu + 8HNO_3(разб.) = 3Cu(NO_3)_2 + 2NO \uparrow + 4H_2O$