Номер 3, страница 174 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Вопросы и задания. Параграф 24. Галогены. Глава 5. Металлы и неметаллы - номер 3, страница 174.

Условие.

3. Закончите схемы уравнений реакций и расставьте в них коэффициенты методом электронного баланса:

а) $KMnO_4 + HCl \rightarrow Cl_2 + MnCl_2 + ... + ...$

б) $KClO_3 \rightarrow O_2 + ...$

в) $KBr + Cl_2 \rightarrow ... + ...$

Решение.

Решение 2.

а)

Сначала дополним схему реакции. Перманганат калия в кислой среде (соляная кислота) является сильным окислителем, а соляная кислота - восстановителем за счет хлорид-иона. Продуктами реакции будут хлорид марганца(II), молекулярный хлор, хлорид калия и вода.

Полная схема реакции: $KMnO_4 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + KCl + H_2O$

Теперь расставим коэффициенты методом электронного баланса. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$K\overset{+1}{Mn}\overset{+7}{O_4}\overset{-2}{} + H\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} \rightarrow \overset{0}{Cl_2} + \overset{+2}{Mn}Cl_2^{-1} + K^{+1}Cl^{-1} + H_2^{+1}O^{-2}$

Марганец понижает свою степень окисления с +7 до +2 (восстанавливается), значит, $KMnO_4$ является окислителем. Хлор повышает свою степень окисления с -1 до 0 (окисляется), значит, $HCl$ является восстановителем.

Составим схемы полуреакций (электронный баланс):

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ $|$ 2 (процесс восстановления, окислитель)
$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ $|$ 5 (процесс окисления, восстановитель)

Находим наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (5 и 2), оно равно 10. Делим его на число электронов в каждой полуреакции и получаем коэффициенты. Коэффициент 2 ставим перед соединениями марганца ($KMnO_4$ и $MnCl_2$), а 5 — перед свободным хлором ($Cl_2$).

$2KMnO_4 + HCl \rightarrow 5Cl_2 + 2MnCl_2 + KCl + H_2O$

Теперь уравниваем остальные элементы (металлы, затем кислотные остатки, затем водород, проверяем по кислороду). Слева 2 атома калия, значит, перед $KCl$ справа ставим коэффициент 2.

$2KMnO_4 + HCl \rightarrow 5Cl_2 + 2MnCl_2 + 2KCl + H_2O$

Считаем атомы хлора в продуктах реакции: $5 \cdot 2$ в $Cl_2$, $2 \cdot 2$ в $MnCl_2$, и 2 в $KCl$. Итого: $10 + 4 + 2 = 16$. Следовательно, перед $HCl$ в левой части уравнения ставим коэффициент 16.

$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 5Cl_2 + 2MnCl_2 + 2KCl + H_2O$

Слева 16 атомов водорода, значит, перед $H_2O$ справа ставим коэффициент 8, чтобы получить $8 \cdot 2 = 16$ атомов водорода. Проверяем кислород: слева $2 \cdot 4 = 8$ атомов, справа $8 \cdot 1 = 8$ атомов. Все атомы уравнены.

Ответ: $2KMnO_4 + 16HCl = 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 2KCl + 8H_2O$

б) Заполняем пропуски в схеме. Реакция разложения хлората калия (бертолетовой соли) при нагревании (обычно в присутствии катализатора $MnO_2$) приводит к образованию хлорида калия и кислорода.

Полная схема реакции: $KClO_3 \rightarrow KCl + O_2$

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$K\overset{+1}{Cl}\overset{+5}{O_3}\overset{-2}{} \rightarrow K\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} + \overset{0}{O_2}$

Хлор понижает степень окисления с +5 до -1 (восстанавливается), а кислород повышает степень окисления с -2 до 0 (окисляется). Это пример внутримолекулярной окислительно-восстановительной реакции, где окислитель и восстановитель находятся в одной молекуле.

Составим электронный баланс:

$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$ $|$ 2 (процесс восстановления, окислитель)
$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ $|$ 3 (процесс окисления, восстановитель)

Наименьшее общее кратное для 6 и 4 равно 12. Коэффициенты: $12/6 = 2$ для хлора и $12/4 = 3$ для молекулярного кислорода. Ставим эти коэффициенты в уравнение.

$2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$

Проверяем количество атомов: K: 2 слева, 2 справа. Cl: 2 слева, 2 справа. O: $2 \cdot 3 = 6$ слева, $3 \cdot 2 = 6$ справа. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2KClO_3 = 2KCl + 3O_2$

в) Дополним схему реакции замещения. Хлор является более активным галогеном, чем бром, поэтому он вытесняет бром из раствора его соли (бромида калия).

Полная схема реакции: $KBr + Cl_2 \rightarrow KCl + Br_2$

Определим степени окисления элементов:

$K\overset{+1}{Br}\overset{-1}{} + \overset{0}{Cl_2} \rightarrow K\overset{+1}{Cl}\overset{-1}{} + \overset{0}{Br_2}$

Хлор понижает степень окисления с 0 до -1 (восстанавливается), являясь окислителем. Бром повышает степень окисления с -1 до 0 (окисляется), являясь восстановителем.

Составим электронный баланс:

$2Br^{-1} - 2e^- \rightarrow Br_2^0$ $|$ 1 (процесс окисления, восстановитель)
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ $|$ 1 (процесс восстановления, окислитель)

Число отданных и принятых электронов равно 2, поэтому дополнительные множители равны 1. Коэффициенты из баланса: перед $KBr$ ставим 2, перед $Cl_2$ - 1 (не пишется), перед $KCl$ - 2, перед $Br_2$ - 1 (не пишется).

$2KBr + Cl_2 \rightarrow 2KCl + Br_2$

Проверяем количество атомов: K: 2 слева, 2 справа. Br: 2 слева, 2 справа. Cl: 2 слева, 2 справа. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2KBr + Cl_2 = 2KCl + Br_2$