Номер 13, страница 132 - гдз по химии 8 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

Проверочные работы. Тема V. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции. Степень окисления. Окислительно-восстановительные реакции (OBP). Вариант 3 - номер 13, страница 132.

Условие.

13. С помощью метода электронного баланса составьте уравнение химической реакции, схема которой

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

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

Определите объём выделившегося газа (н. у.), если в реакцию вступила медь в количестве 0,1 моль.

Решение.

Решение 2.

С помощью метода электронного баланса составьте уравнение химической реакции, схема которой Cu + H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + H₂O

1. Для составления уравнения реакции методом электронного баланса определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:
$Cu^{0} + H_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} \rightarrow Cu^{+2}S^{+6}O_4^{-2} + S^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$
2. Видим, что степени окисления изменили медь (Cu) и сера (S). Составим полуреакции окисления и восстановления:
$Cu^{0} - 2e^{-} \rightarrow Cu^{+2}$ (окисление)
$S^{+6} + 2e^{-} \rightarrow S^{+4}$ (восстановление)
3. Найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. В данном случае оно равно 2. Определим коэффициенты, умножив на которые число электронов в полуреакциях станет равным НОК:
$Cu^{0} - 2e^{-} \rightarrow Cu^{+2}$ | 2 | 1
$S^{+6} + 2e^{-} \rightarrow S^{+4}$ | 2 | 1
Коэффициенты перед веществами, содержащими медь и серу (которая изменила степень окисления), равны 1.
$1Cu + H_2SO_4 \rightarrow 1CuSO_4 + 1SO_2 + H_2O$
4. Уравняем остальные атомы. Сначала уравняем серу. В правой части уравнения находится 1 атом S в $CuSO_4$ и 1 атом S в $SO_2$, всего 2 атома серы. Следовательно, в левой части перед $H_2SO_4$ необходимо поставить коэффициент 2.
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + H_2O$
5. Теперь уравняем водород. В левой части в $2H_2SO_4$ содержится $2 \cdot 2 = 4$ атома водорода. Чтобы уравнять их, в правой части перед $H_2O$ ставим коэффициент 2.
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$
6. Проверим баланс атомов кислорода. В левой части: $2 \cdot 4 = 8$ атомов. В правой части: $4$ (в $CuSO_4$) + $2$ (в $SO_2$) + $2 \cdot 1$ (в $2H_2O$) = $4 + 2 + 2 = 8$ атомов. Баланс соблюден.
Ответ: $Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + 2H_2O$.

Укажите окислитель и восстановитель в этом процессе.

Окислитель — это атом, молекула или ион, принимающий электроны. В данной реакции сера в составе серной кислоты ($H_2SO_4$) понижает свою степень окисления с +6 до +4, принимая электроны.
Восстановитель — это атом, молекула или ион, отдающий электроны. В данной реакции медь ($Cu$) повышает свою степень окисления с 0 до +2, отдавая электроны.
Ответ: Окислитель — $H_2SO_4$ (за счёт $S^{+6}$), восстановитель — $Cu$ (медь).

Определите объём выделившегося газа (н. у.), если в реакцию вступила медь в количестве 0,1 моль.

Дано:
$n(\text{Cu}) = 0,1 \text{ моль}$
Условия: н. у. (нормальные условия)

Количество вещества меди $n(\text{Cu}) = 0,1 \text{ моль}$ (единица СИ).
Молярный объем идеального газа при нормальных условиях $V_m = 22,4 \text{ л/моль} = 0,0224 \text{ м}^3\text{/моль}$.

Найти:
$V(\text{SO}_2) - ?$

Решение:
1. Согласно уравнению реакции, единственным газообразным продуктом является диоксид серы ($SO_2$):
$Cu + 2H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
2. По уравнению реакции, стехиометрическое соотношение между медью и диоксидом серы составляет 1:1.
$\frac{n(\text{Cu})}{1} = \frac{n(\text{SO}_2)}{1}$
Следовательно, количество вещества выделившегося $SO_2$ равно количеству вещества меди, вступившей в реакцию:
$n(\text{SO}_2) = n(\text{Cu}) = 0,1 \text{ моль}$
3. Объем газа при нормальных условиях (н. у.) рассчитывается по формуле:
$V = n \cdot V_m$
где $n$ — количество вещества, а $V_m$ — молярный объем газа при н. у., равный $22,4 \text{ л/моль}$.
Подставляем значения:
$V(\text{SO}_2) = 0,1 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 2,24 \text{ л}$
Ответ: $2,24 \text{ л}$.