Номер 4, страница 153, часть 1 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Подберите коэффициенты в данных схемах реакций методом электронного/ или

электронно-ионного баланса:

a) $C + HNO_3 \to CO_2 + No \uparrow + H_2O$

б) $Si + NaOH + H_2o \to Na_2SiO_3 + H_2 \uparrow$

в) $C + H_2SO_4 \to CO_2 \uparrow + SO_2 \uparrow + H_2O$

г) $K_2Cr_2O_7 + C + H_2SO_4 \to Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + CO_2 \uparrow + H_2O$

а) $C + HNO_3 \rightarrow CO_2 + No + H_2O$

Решение

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

Углерод (C) изменяет степень окисления с 0 на +4: $C^0 \rightarrow C^{+4}$.

Азот (N) изменяет степень окисления с +5 в $HNO_3$ на +2 в $NO$: $N^{+5} \rightarrow N^{+2}$.

Составим электронный баланс:

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 3 (процесс окисления, C - восстановитель)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 4 (процесс восстановления, $N^{+5}$ - окислитель)

Наименьшее общее кратное для 4 и 3 равно 12. Расставляем коэффициенты. Перед веществами, содержащими углерод, ставим коэффициент 3. Перед веществами, содержащими азот, ставим коэффициент 4.

$3C + 4HNO_3 \rightarrow 3CO_2 + 4No + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов водорода. В левой части 4 атома водорода в $4HNO_3$. В правой части, чтобы получить 4 атома водорода, нужно поставить коэффициент 2 перед $H_2O$.

$3C + 4HNO_3 \rightarrow 3CO_2 + 4No + 2H_2O$

Проверяем количество атомов кислорода:

Слева: $4 \cdot 3 = 12$ атомов O.

Справа: $3 \cdot 2 + 4 \cdot 1 + 2 \cdot 1 = 6 + 4 + 2 = 12$ атомов O.

Количества всех атомов слева и справа равны, уравнение сбалансировано.

Ответ: $3C + 4HNO_3 = 3CO_2 + 4No + 2H_2O$

б) $Si + NaOH + H_2o \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2\uparrow$

Решение

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

Кремний (Si) изменяет степень окисления с 0 на +4: $Si^0 \rightarrow Si^{+4}$.

Водород (H) изменяет степень окисления с +1 в $H_2O$ на 0 в $H_2$: $H^{+1} \rightarrow H_2^0$.

Составим электронный баланс:

$Si^0 - 4e^- \rightarrow Si^{+4}$ | 1 (процесс окисления, Si - восстановитель)

$2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | 2 (процесс восстановления, $H^{+1}$ - окислитель)

Наименьшее общее кратное для 4 и 2 равно 4. Расставляем коэффициенты. Перед веществами с кремнием (Si и $Na_2SiO_3$) ставим коэффициент 1. Перед $H_2$ ставим коэффициент 2.

$Si + NaOH + H_2o \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$

Уравняем количество атомов натрия (Na). В правой части 2 атома Na в $Na_2SiO_3$, значит, в левой части ставим коэффициент 2 перед $NaOH$.

$Si + 2NaOH + H_2o \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$

Теперь проверяем и уравниваем атомы водорода и кислорода.

Слева: H - $\text{2}$ (в $2NaOH$) + $\text{2}$ (в $H_2O$) = $\text{4}$; o - $\text{2}$ (в $2NaOH$) + $\text{1}$ (в $H_2O$) = $\text{3}$.

Справа: H - $2 \cdot 2 = 4$; o - $\text{3}$ (в $Na_2SiO_3$).

Количества атомов совпадают, исходный коэффициент 1 перед $H_2O$ оказался верным. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $Si + 2NaOH + H_2o = Na_2SiO_3 + 2H_2\uparrow$

в) $C + H_2SO_4 \rightarrow CO_2\uparrow + SO_2\uparrow + H_2O$

Решение

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

Углерод (C) изменяет степень окисления с 0 на +4: $C^0 \rightarrow C^{+4}$.

Сера (S) изменяет степень окисления с +6 в $H_2SO_4$ на +4 в $SO_2$: $S^{+6} \rightarrow S^{+4}$.

Составим электронный баланс:

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 1 (процесс окисления, C - восстановитель)

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 2 (процесс восстановления, $S^{+6}$ - окислитель)

Наименьшее общее кратное для 4 и 2 равно 4. Расставляем коэффициенты. Перед веществами, содержащими углерод ($\text{C}$ и $CO_2$), ставим коэффициент 1. Перед веществами, содержащими серу в степени окисления +4 ($SO_2$), ставим коэффициент 2.

$C + H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + 2SO_2 + H_2O$

Теперь уравняем общее количество атомов серы. В правой части 2 атома S, значит, перед $H_2SO_4$ в левой части ставим коэффициент 2.

$C + 2H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + 2SO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов водорода. В левой части $2 \cdot 2 = 4$ атома H. В правой части для получения 4 атомов H ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.

$C + 2H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + 2SO_2 + 2H_2O$

Проверяем количество атомов кислорода:

Слева: $2 \cdot 4 = 8$ атомов O.

Справа: $1 \cdot 2 + 2 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 2 + 4 + 2 = 8$ атомов O.

Уравнение сбалансировано.

Ответ: $C + 2H_2SO_4 = CO_2\uparrow + 2SO_2\uparrow + 2H_2O$

г) $K_2Cr_2O_7 + C + H_2SO_4 \rightarrow Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + CO_2\uparrow + H_2O$

Решение

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

Хром (Cr) изменяет степень окисления с +6 в $K_2Cr_2O_7$ на +3 в $Cr_2(SO_4)_3$: $Cr^{+6} \rightarrow Cr^{+3}$.

Углерод (C) изменяет степень окисления с 0 на +4 в $CO_2$: $C^0 \rightarrow C^{+4}$.

Составим электронный баланс, учитывая количество атомов в формулах:

$2Cr^{+6} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3}$ | 2 (процесс восстановления, $Cr^{+6}$ - окислитель)

$C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4}$ | 3 (процесс окисления, C - восстановитель)

Наименьшее общее кратное для 6 и 4 равно 12. Расставляем коэффициенты. Перед веществами, содержащими хром ($K_2Cr_2O_7$ и $Cr_2(SO_4)_3$), ставим коэффициент 2. Перед веществами, содержащими углерод ($\text{C}$ и $CO_2$), ставим коэффициент 3.

$2K_2Cr_2O_7 + 3C + H_2SO_4 \rightarrow 2Cr_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 3CO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов калия (K). В левой части $2 \cdot 2 = 4$ атома K, значит, в правой части ставим коэффициент 2 перед $K_2SO_4$.

$2K_2Cr_2O_7 + 3C + H_2SO_4 \rightarrow 2Cr_2(SO_4)_3 + 2K_2SO_4 + 3CO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов серы (S). В правой части: $2 \cdot 3$ (в $Cr_2(SO_4)_3$) + $2 \cdot 1$ (в $K_2SO_4$) = $6 + 2 = 8$ атомов S. Значит, в левой части ставим коэффициент 8 перед $H_2SO_4$.

$2K_2Cr_2O_7 + 3C + 8H_2SO_4 \rightarrow 2Cr_2(SO_4)_3 + 2K_2SO_4 + 3CO_2 + H_2O$

Уравняем количество атомов водорода (H). В левой части $8 \cdot 2 = 16$ атомов H. Значит, в правой части ставим коэффициент 8 перед $H_2O$.

$2K_2Cr_2O_7 + 3C + 8H_2SO_4 \rightarrow 2Cr_2(SO_4)_3 + 2K_2SO_4 + 3CO_2 + 8H_2O$

Проверяем количество атомов кислорода (O):

Слева: $2 \cdot 7 + 8 \cdot 4 = 14 + 32 = 46$ атомов O.

Справа: $2 \cdot 3 \cdot 4 + 2 \cdot 4 + 3 \cdot 2 + 8 \cdot 1 = 24 + 8 + 6 + 8 = 46$ атомов O.

Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2K_2Cr_2O_7 + 3C + 8H_2SO_4 = 2Cr_2(SO_4)_3 + 2K_2SO_4 + 3CO_2\uparrow + 8H_2O$