Номер 7, страница 169 - гдз по химии 8 класс учебник Габриелян, Остроумов

§ 39. Окислительно-восстановительные реакции. Глава 5. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции - номер 7, страница 169.

7. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций, соответствующие следующим схемам превращений:

a) $CuO + NH_3 \rightarrow Cu + N_2 + H_2O$

б) $HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

в) $Si + NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + H_2$

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

Определите окислители и восстановители.

а) CuO + NH₃ → Cu + N₂ + H₂O

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$C\overset{+2}{u}\overset{-2}{O} + \overset{-3}{N}H_3 \rightarrow \overset{0}{Cu} + \overset{0}{N_2} + H_2O$

Медь понижает свою степень окисления с +2 до 0, следовательно, оксид меди(II) является окислителем. Азот повышает свою степень окисления с -3 до 0, следовательно, аммиак является восстановителем.

Составим электронный баланс:

$Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$ | 3 | процесс восстановления

$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 1 | процесс окисления

Наименьшее общее кратное для отданных и принятых электронов (6 и 2) равно 6. Разделив его на число электронов в полуреакциях, находим коэффициенты: 3 для меди и 1 для молекулярного азота (что соответствует 2 молекулам аммиака).

Расставим коэффициенты перед веществами, содержащими эти элементы:

$3CuO + 2NH_3 \rightarrow 3Cu + N_2 + H_2O$

Последний шаг — уравнять количество атомов водорода и кислорода. Слева 6 атомов водорода, справа 2, значит, перед водой ставим коэффициент 3. Проверяем кислород: слева 3 атома, справа 3. Уравнение составлено верно.

Ответ:$3CuO + 2NH_3 \rightarrow 3Cu + N_2 + 3H_2O$. Окислитель — $CuO$ (за счет $Cu^{+2}$), восстановитель — $NH_3$ (за счет $N^{-3}$).

б) HCl + MnO₂ → MnCl₂ + Cl₂ + H₂O

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$H\overset{-1}{Cl} + \overset{+4}{Mn}O_2 \rightarrow Mn\overset{-1}{Cl_2} + \overset{0}{Cl_2} + H_2O$

Марганец понижает свою степень окисления с +4 до +2, следовательно, диоксид марганца является окислителем. Хлор повышает свою степень окисления с -1 до 0, следовательно, соляная кислота является восстановителем. Часть атомов хлора не меняет степень окисления, переходя в состав $MnCl_2$.

Составим электронный баланс:

$Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 1 | процесс восстановления

$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ | 1 | процесс окисления

Коэффициенты в балансе равны 1. Ставим их перед соответствующими веществами: 1 перед $MnO_2$, 1 перед $MnCl_2$, 1 перед $Cl_2$.

$HCl + 1MnO_2 \rightarrow 1MnCl_2 + 1Cl_2 + H_2O$

Теперь уравняем общее количество атомов хлора. Справа их 2 + 2 = 4. Следовательно, перед $HCl$ нужно поставить коэффициент 4.

$4HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Наконец, уравняем водород. Слева 4 атома, значит, справа нужно 2 молекулы воды. Проверяем кислород: слева 2 атома, справа 2. Уравнение составлено верно.

Ответ:$4HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$. Окислитель — $MnO_2$ (за счет $Mn^{+4}$), восстановитель — $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$).

в) Si + NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$\overset{0}{Si} + NaOH + H_2O \rightarrow Na_2\overset{+4}{Si}O_3 + \overset{0}{H_2}$

Кремний повышает свою степень окисления с 0 до +4, следовательно, является восстановителем. Водород понижает свою степень окисления с +1 (в воде и гидроксиде натрия) до 0, следовательно, вода (и $NaOH$) является окислителем.

Составим электронный баланс:

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

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

Из баланса следует, что на 1 атом кремния должно приходиться 2 молекулы водорода.

$1Si + NaOH + H_2O \rightarrow 1Na_2SiO_3 + 2H_2$

Теперь уравняем остальные атомы. Справа 2 атома натрия, значит, слева нужно 2 молекулы $NaOH$.

$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$

Проверяем водород и кислород. Слева: 2 H (в $NaOH$) + 2 H (в $H_2O$) = 4 H; 2 O (в $NaOH$) + 1 O (в $H_2O$) = 3 O. Справа: 4 H (в $2H_2$); 3 O (в $Na_2SiO_3$). Все атомы уравнены.

Ответ:$Si + 2NaOH + H_2O \rightarrow Na_2SiO_3 + 2H_2$. Окислитель — $H_2O$ (за счет $H^{+1}$), восстановитель — $Si$ (за счет $Si^0$).

г) Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
$\overset{0}{Cu} + H\overset{+5}{N}O_3 \rightarrow \overset{+2}{Cu}(NO_3)_2 + \overset{+2}{N}O + H_2O$

Медь повышает свою степень окисления с 0 до +2, следовательно, является восстановителем. Азот понижает свою степень окисления с +5 до +2, следовательно, азотная кислота является окислителем. Часть атомов азота не меняет степень окисления, переходя в состав нитрата меди(II).

Составим электронный баланс:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 3 | процесс окисления

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | 2 | процесс восстановления

Из баланса находим коэффициенты: 3 для меди и 2 для азота, изменившего степень окисления.

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

Теперь уравняем общее количество атомов азота. Справа в $3Cu(NO_3)_2$ их $3 \cdot 2 = 6$, и еще 2 в $2NO$. Итого 8 атомов азота. Следовательно, перед $HNO_3$ нужен коэффициент 8.

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

Уравняем водород. Слева 8 атомов, значит, справа нужно 4 молекулы воды. Проверяем кислород: слева $8 \cdot 3 = 24$ атома. Справа: $3 \cdot 2 \cdot 3 + 2 + 4 = 18 + 2 + 4 = 24$. Уравнение составлено верно.

Ответ:$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$. Окислитель — $HNO_3$ (за счет $N^{+5}$), восстановитель — $Cu$ (за счет $Cu^0$).