Страница 143 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

2. Установите соответствие между схемой превращения вещества и изменением степени окисления атомов этого вещества.

СХЕМА ПРЕВРАЩЕНИЯ ВЕЩЕСТВА

1)$NH_3 \rightarrow N_2$

2)$HNO_3 \rightarrow NO$

3)$H_2SO_4 \rightarrow SO_2$

4)$KClO_3 \rightarrow Cl_2$

5)$KMnO_4 \rightarrow MnCl_2$

ИЗМЕНЕНИЕ СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ АТОМОВ ВЕЩЕСТВА

А) Окисление

Б) Восстановление

Ответ:

1 2 3 4 5

_ _ _ _ _

Решение

Для установления соответствия необходимо определить, как изменяется степень окисления ключевого элемента в каждом превращении. Процесс, при котором степень окисления атома повышается, называется окислением (вариант А). Процесс, при котором степень окисления атома понижается, называется восстановлением (вариант Б).

1) $NH_3 \rightarrow N_2$

В аммиаке ($NH_3$) степень окисления водорода ($H$) равна $+1$. Пусть степень окисления азота ($N$) равна $x$. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов равна нулю: $x + 3 \cdot (+1) = 0$, следовательно $x = -3$.
В простом веществе азоте ($N_2$) степень окисления атомов равна $0$.
Степень окисления азота повысилась с $-3$ до $0$ ($N^{-3} \rightarrow N^{0}$). Это процесс окисления.
Ответ: А

2) $HNO_3 \rightarrow NO$

В азотной кислоте ($HNO_3$) степень окисления водорода ($H$) равна $+1$, а кислорода ($O$) равна $-2$. Пусть степень окисления азота ($N$) равна $x$. Тогда: $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, следовательно $x = +5$.
В оксиде азота(II) ($NO$) степень окисления кислорода ($O$) равна $-2$. Пусть степень окисления азота ($N$) равна $x$. Тогда: $x + (-2) = 0$, следовательно $x = +2$.
Степень окисления азота понизилась с $+5$ до $+2$ ($N^{+5} \rightarrow N^{+2}$). Это процесс восстановления.
Ответ: Б

3) $H_2SO_4 \rightarrow SO_2$

В серной кислоте ($H_2SO_4$) степень окисления водорода ($H$) равна $+1$, а кислорода ($O$) равна $-2$. Пусть степень окисления серы ($S$) равна $x$. Тогда: $2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$, следовательно $x = +6$.
В оксиде серы(IV) ($SO_2$) степень окисления кислорода ($O$) равна $-2$. Пусть степень окисления серы ($S$) равна $x$. Тогда: $x + 2 \cdot (-2) = 0$, следовательно $x = +4$.
Степень окисления серы понизилась с $+6$ до $+4$ ($S^{+6} \rightarrow S^{+4}$). Это процесс восстановления.
Ответ: Б

4) $KClO_3 \rightarrow Cl_2$

В хлорате калия ($KClO_3$) степень окисления калия ($K$) равна $+1$, а кислорода ($O$) равна $-2$. Пусть степень окисления хлора ($Cl$) равна $x$. Тогда: $(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0$, следовательно $x = +5$.
В простом веществе хлоре ($Cl_2$) степень окисления атомов равна $0$.
Степень окисления хлора понизилась с $+5$ до $0$ ($Cl^{+5} \rightarrow Cl^{0}$). Это процесс восстановления.
Ответ: Б

5) $KMnO_4 \rightarrow MnCl_2$

В перманганате калия ($KMnO_4$) степень окисления калия ($K$) равна $+1$, а кислорода ($O$) равна $-2$. Пусть степень окисления марганца ($Mn$) равна $x$. Тогда: $(+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0$, следовательно $x = +7$.
В хлориде марганца(II) ($MnCl_2$) степень окисления хлора ($Cl$) равна $-1$. Пусть степень окисления марганца ($Mn$) равна $x$. Тогда: $x + 2 \cdot (-1) = 0$, следовательно $x = +2$.
Степень окисления марганца понизилась с $+7$ до $+2$ ($Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$). Это процесс восстановления.
Ответ: Б

Ответ:

3. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, схемы которых приведены ниже. Укажите окислитель и восстановитель.

1) $HNO_3$ + $Cu$ $→$ $Cu(NO_3)_2$ + $NO$ + $H_2O$

2) $KMnO_4$ + $HCl$ $→$ $KCl$ + $MnCl_2$ + $Cl_2$ + $H_2O$

3) $NH_3$ + $PbO_2$ $→$ $N_2$ + $Pb$ + $H_2O$

1)

Дано:

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

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции, окислитель и восстановитель.

Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

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

Медь ($Cu$) повышает свою степень окисления с 0 до +2, она является восстановителем (отдает электроны). Азот ($N$) в составе азотной кислоты понижает степень окисления с +5 до +2, следовательно, азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем (принимает электроны).

Составим электронный баланс:

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

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

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (2 и 3) равно 6. Отсюда находим коэффициенты: перед медью и ее соединениями ставим 3, а перед соединениями азота, в которых он изменил степень окисления, ставим 2.

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

Теперь уравняем количество атомов азота. Справа у нас $3 \cdot 2 + 2 = 8$ атомов азота. Значит, слева нужно взять 8 молекул $HNO_3$.

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

Наконец, уравняем количество атомов водорода и кислорода. Слева 8 атомов водорода, значит справа перед водой ставим коэффициент 4.

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

Проверим кислород: слева $8 \cdot 3 = 24$ атома, справа $3 \cdot 2 \cdot 3 + 2 + 4 = 18 + 2 + 4 = 24$ атома. Уравнение сбалансировано.

Окислитель: $HNO_3$ (за счет $N^{+5}$).

Восстановитель: $Cu$ (за счет $Cu^0$).

Ответ: $8HNO_3 + 3Cu = 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$. Окислитель — $HNO_3$, восстановитель — $Cu$.

2)

Дано:

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

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции, окислитель и восстановитель.

Решение:

Определим степени окисления элементов:

$K\overset{+7}{Mn}O_4 + H\overset{-1}{Cl} \rightarrow KCl + \overset{+2}{Mn}Cl_2 + \overset{0}{Cl_2} + H_2O$

Марганец ($Mn$) понижает степень окисления с +7 до +2, значит $KMnO_4$ — окислитель. Хлор ($Cl$) повышает степень окисления с -1 до 0, значит $HCl$ — восстановитель.

Составим электронный баланс:

$\overset{+7}{Mn} + 5e^- \rightarrow \overset{+2}{Mn}$ | 2 (процесс восстановления)

$2\overset{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{Cl_2}$ | 5 (процесс окисления)

Наименьшее общее кратное для 5 и 2 равно 10. Расставляем коэффициенты. Перед соединениями марганца ставим 2, перед молекулярным хлором ставим 5.

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

Уравняем калий (K): слева 2 атома, значит, справа перед $KCl$ ставим 2.

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

Уравняем хлор (Cl): справа $2 + 2 \cdot 2 + 5 \cdot 2 = 2 + 4 + 10 = 16$ атомов. Значит, слева перед $HCl$ ставим 16.

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

Уравняем водород (H): слева 16 атомов, значит, справа перед $H_2O$ ставим 8.

$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 8H_2O$

Проверим кислород (O): слева $2 \cdot 4 = 8$ атомов, справа $8 \cdot 1 = 8$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Окислитель: $KMnO_4$ (за счет $Mn^{+7}$).

Восстановитель: $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$).

Ответ: $2KMnO_4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 8H_2O$. Окислитель — $KMnO_4$, восстановитель — $HCl$.

3)

Дано:

$NH_3 + PbO_2 \rightarrow N_2 + Pb + H_2O$

Найти:

Коэффициенты в уравнении реакции, окислитель и восстановитель.

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\overset{-3}{N}H_3 + \overset{+4}{Pb}O_2 \rightarrow \overset{0}{N_2} + \overset{0}{Pb} + H_2O$

Азот ($N$) повышает степень окисления с -3 до 0, следовательно, аммиак ($NH_3$) является восстановителем. Свинец ($Pb$) понижает степень окисления с +4 до 0, следовательно, диоксид свинца ($PbO_2$) является окислителем.

Составим электронный баланс:

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

$\overset{+4}{Pb} + 4e^- \rightarrow \overset{0}{Pb}$ | 3 (процесс восстановления)

Наименьшее общее кратное для 6 и 4 равно 12. Коэффициент для полуреакции окисления $12 / 6 = 2$. Коэффициент для полуреакции восстановления $12 / 4 = 3$.

Из баланса следует, что нужно взять $2 \cdot 2 = 4$ атома азота (т.е. 4 молекулы $NH_3$ и 2 молекулы $N_2$) и 3 атома свинца (т.е. 3 молекулы $PbO_2$ и 3 атома $Pb$).

$4NH_3 + 3PbO_2 \rightarrow 2N_2 + 3Pb + ?H_2O$

Уравняем водород и кислород. Слева $4 \cdot 3 = 12$ атомов водорода и $3 \cdot 2 = 6$ атомов кислорода. Чтобы получить их справа, нужно взять 6 молекул воды ($6H_2O$).

$4NH_3 + 3PbO_2 \rightarrow 2N_2 + 3Pb + 6H_2O$

Проверим уравнение. N: 4=4; H: 12=12; Pb: 3=3; O: 6=6. Уравнение сбалансировано.

Окислитель: $PbO_2$ (за счет $Pb^{+4}$).

Восстановитель: $NH_3$ (за счет $N^{-3}$).

Ответ: $4NH_3 + 3PbO_2 = 2N_2 + 3Pb + 6H_2O$. Окислитель — $PbO_2$, восстановитель — $NH_3$.

4. Степени окисления кислорода возрастают в ряду:

1)$Na_2SO_3$, $Na_2S_2O_3$, $Na_2SO_4$

2)$Na_2O$, $Na_2O_2$, $O_2F_2$

3)$O_3$, $OF_2$, $Cl_2O$

4)$CaO_2$, $CaO$, $Ca(ClO)_2$

Ответ:

Решение

Для того чтобы найти правильный ответ, необходимо определить степень окисления атомов кислорода в каждом соединении для каждого из предложенных рядов и проверить, в каком из них она последовательно возрастает.

1) Na₂SO₃, Na₂S₂O₃, Na₂SO₄

В данных солях кислород является одним из самых электроотрицательных элементов, и его степень окисления равна $-2$.
• В сульфите натрия ($Na_2SO_3$) степень окисления кислорода равна $-2$.
• В тиосульфате натрия ($Na_2S_2O_3$) степень окисления кислорода также равна $-2$.
• В сульфате натрия ($Na_2SO_4$) степень окисления кислорода составляет $-2$.
Ряд степеней окисления кислорода: $-2 \rightarrow -2 \rightarrow -2$. Степень окисления не изменяется.

2) Na₂O, Na₂O₂, O₂F₂

• В оксиде натрия ($Na_2O$) натрий имеет постоянную степень окисления $+1$. Сумма степеней окисления в молекуле равна нулю, следовательно, для кислорода: $2 \cdot (+1) + x = 0 \implies x = -2$. Степень окисления кислорода **-2**.
• В пероксиде натрия ($Na_2O_2$) степень окисления натрия также $+1$. Для кислорода: $2 \cdot (+1) + 2 \cdot x = 0 \implies 2x = -2 \implies x = -1$. Степень окисления кислорода **-1**.
• Во фториде кислорода ($O_2F_2$) фтор является самым электроотрицательным элементом и его степень окисления всегда $-1$. Для кислорода: $2 \cdot x + 2 \cdot (-1) = 0 \implies 2x = +2 \implies x = +1$. Степень окисления кислорода **+1**.
Ряд степеней окисления кислорода: $-2 \rightarrow -1 \rightarrow +1$. Степень окисления последовательно возрастает.

3) O₃, OF₂, Cl₂O

• Озон ($O_3$) — это простое вещество, поэтому степень окисления кислорода в нём равна **0**.
• Во фториде кислорода ($OF_2$) фтор имеет степень окисления $-1$. Для кислорода: $x + 2 \cdot (-1) = 0 \implies x = +2$. Степень окисления кислорода **+2**.
• В оксиде хлора(I) ($Cl_2O$) кислород более электроотрицателен, чем хлор, поэтому его степень окисления равна **-2**.
Ряд степеней окисления кислорода: $0 \rightarrow +2 \rightarrow -2$. Степень окисления не возрастает последовательно.

4) CaO₂, CaO, Ca(ClO)₂

• В пероксиде кальция ($CaO_2$) кальций имеет постоянную степень окисления $+2$. Для кислорода: $+2 + 2 \cdot x = 0 \implies 2x = -2 \implies x = -1$. Степень окисления кислорода **-1**.
• В оксиде кальция ($CaO$) степень окисления кальция $+2$. Для кислорода: $+2 + x = 0 \implies x = -2$. Степень окисления кислорода **-2**.
• В гипохлорите кальция ($Ca(ClO)_2$) кислород в анионе $ClO^-$ более электроотрицателен, чем хлор, и его степень окисления равна **-2**.
Ряд степеней окисления кислорода: $-1 \rightarrow -2 \rightarrow -2$. Степень окисления не возрастает.

Таким образом, единственный ряд, в котором степень окисления кислорода возрастает, это ряд под номером 2.

Ответ: 2

5. Азот имеет степень окисления, равную $-3$, в каждом из двух соединений:

1)$NF_3$ и $NH_3$

2)$NH_4Cl$ и $N_2O_3$

3)$NH_4Cl$ и $NH_3$

4)$HNO_2$ и $NF_3$

Ответ: ☐

Решение

Для того чтобы найти пару соединений, в каждом из которых азот имеет степень окисления -3, необходимо определить степень окисления азота (N) в каждом веществе из предложенных вариантов. Степень окисления — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все химические связи являются ионными. Сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю.

1) NF₃ и NH₃
В трифториде азота (NF₃) фтор (F) — самый электроотрицательный элемент, его степень окисления равна -1. Пусть степень окисления азота (N) — x. Тогда: $x + 3 \cdot (-1) = 0$, откуда $x = +3$.
В аммиаке (NH₃) водород (H) имеет степень окисления +1, так как он менее электроотрицателен, чем азот. Пусть степень окисления азота (N) — y. Тогда: $y + 3 \cdot (+1) = 0$, откуда $y = -3$.
Степени окисления азота в этой паре (+3 и -3) различны и не удовлетворяют условию.

2) NH₄Cl и N₂O₃
Хлорид аммония (NH₄Cl) — это ионное соединение, состоящее из иона аммония ($NH_4^+$) и хлорид-иона ($Cl^-$). В ионе $NH_4^+$ водород (H) имеет степень окисления +1. Сумма степеней окисления в ионе равна его заряду (+1). Пусть степень окисления азота (N) — x. Тогда: $x + 4 \cdot (+1) = +1$, откуда $x = -3$.
В оксиде азота(III) (N₂O₃) кислород (O) имеет степень окисления -2. Пусть степень окисления азота (N) — y. Тогда: $2y + 3 \cdot (-2) = 0$, откуда $2y=6$ и $y = +3$.
Степени окисления азота в этой паре (-3 и +3) различны и не удовлетворяют условию.

3) NH₄Cl и NH₃
Как определено в пункте 2, степень окисления азота в хлориде аммония (NH₄Cl) равна -3.
Как определено в пункте 1, степень окисления азота в аммиаке (NH₃) равна -3.
В обоих соединениях этой пары степень окисления азота равна -3. Этот вариант является правильным.

4) HNO₂ и NF₃
В азотистой кислоте (HNO₂) водород (H) имеет степень окисления +1, а кислород (O) — -2. Пусть степень окисления азота (N) — x. Тогда: $(+1) + x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x-3=0$ и $x = +3$.
Как определено в пункте 1, степень окисления азота в трифториде азота (NF₃) равна +3.
В этой паре степень окисления азота в обоих соединениях равна +3, а не -3.

Ответ: 3

6. Атом хлора имеет степень окисления, равную +5, в ионе:

1) $ClO_4^-$

2) $ClO^-$

3) $ClO_3^-$

4) $ClO_2^-$

Ответ:

Дано:

Ионы: 1) $ClO_4^-$, 2) $ClO^-$, 3) $ClO_3^-$, 4) $ClO_2^-$.
Требуемая степень окисления атома хлора (Cl) = +5.
Стандартная степень окисления атома кислорода (O) = -2.

Найти:

Ион, в котором атом хлора имеет степень окисления +5.

Решение:

Для определения степени окисления хлора в каждом из предложенных ионов воспользуемся правилом электронейтральности: сумма степеней окисления всех атомов в сложном ионе равна заряду этого иона. Степень окисления кислорода в оксианионах, как правило, равна -2. Обозначим искомую степень окисления хлора как $x$.

1) $ClO_4^-$ (перхлорат-ион)

Ион имеет общий заряд -1. Составим уравнение:
$x + 4 \cdot (-2) = -1$
$x - 8 = -1$
$x = -1 + 8$
$x = +7$
Ответ: Степень окисления хлора в ионе $ClO_4^-$ равна +7.

2) $ClO^-$ (гипохлорит-ион)

Ион имеет общий заряд -1. Составим уравнение:
$x + 1 \cdot (-2) = -1$
$x - 2 = -1$
$x = -1 + 2$
$x = +1$
Ответ: Степень окисления хлора в ионе $ClO^-$ равна +1.

3) $ClO_3^-$ (хлорат-ион)

Ион имеет общий заряд -1. Составим уравнение:
$x + 3 \cdot (-2) = -1$
$x - 6 = -1$
$x = -1 + 6$
$x = +5$
Ответ: Степень окисления хлора в ионе $ClO_3^-$ равна +5.

4) $ClO_2^-$ (хлорит-ион)

Ион имеет общий заряд -1. Составим уравнение:
$x + 2 \cdot (-2) = -1$
$x - 4 = -1$
$x = -1 + 4$
$x = +3$
Ответ: Степень окисления хлора в ионе $ClO_2^-$ равна +3.

Сравнивая полученные результаты с условием задачи, заключаем, что атом хлора имеет степень окисления +5 в ионе $ClO_3^-$. Этот вариант соответствует номеру 3.

Ответ: 3