Номер 7-40, страница 91 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

7-40. По данным схемам составьте схемы электронного баланса и уравнения

окислительно-восстановительных реакций:

а) $V_2O_5 + Al \to Al_2O_3 + V$

б) $NH_3 + O_2 \to N_2 + H_2O$

в) $HNO_3 + Cu \to Cu(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O$

а) $V_2O_5 + Al \rightarrow Al_2O_3 + V$

Решение:

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

$V_2^{+5}O_5 + Al^0 \rightarrow Al_2^{+3}O_3 + V^0$

2. Составим схему электронного баланса. Алюминий ($Al$) отдает электроны, повышая свою степень окисления, и является восстановителем. Ванадий ($V$) принимает электроны, понижая свою степень окисления, и является окислителем.

Процесс окисления (восстановитель): $Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$

Процесс восстановления (окислитель): $V^{+5} + 5e^- \rightarrow V^0$

Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, учтем индексы в формулах веществ ($V_2O_5$) и найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа электронов. В реакции участвует 2 атома ванадия.

$ \begin{array}{l|c|l} Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} & 10 & \text{процесс окисления, } Al^0 \text{ - восстановитель} \\ 2V^{+5} + 10e^- \rightarrow 2V^0 & 3 & \text{процесс восстановления, } V_2O_5 \text{ - окислитель} \end{array} $

3. Используя найденные коэффициенты (10 для алюминия и 3 для оксида ванадия(V)), расставим их в уравнении реакции и уравняем остальные элементы.

$3V_2O_5 + 10Al \rightarrow 5Al_2O_3 + 6V$

Проверим баланс атомов:

• V: слева 6, справа 6.
• O: слева 15, справа 15.
• Al: слева 10, справа 10.

Уравнение составлено верно.

Ответ:

Схема электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3} & 10 & \text{восстановитель} \\ 2V^{+5} + 10e^- \rightarrow 2V^0 & 3 & \text{окислитель} \end{array} $

Уравнение окислительно-восстановительной реакции:

$3V_2O_5 + 10Al = 5Al_2O_3 + 6V$

б) $NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O$

Решение:

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$N^{-3}H_3 + O_2^0 \rightarrow N_2^0 + H_2O^{-2}$

2. Составим схему электронного баланса. Азот ($N$) отдает электроны, повышая свою степень окисления, и является восстановителем. Кислород ($O$) принимает электроны, понижая свою степень окисления, и является окислителем.

Процесс окисления (восстановитель): $N^{-3} - 3e^- \rightarrow N^0$

Процесс восстановления (окислитель): $O^0 + 2e^- \rightarrow O^{-2}$

Учтем, что молекулы азота и кислорода двухатомные ($N_2$, $O_2$).

$ \begin{array}{l|c|l} 2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0 & 2 & \text{процесс окисления, } NH_3 \text{ - восстановитель} \\ O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} & 3 & \text{процесс восстановления, } O_2 \text{ - окислитель} \end{array} $

3. Используя найденные коэффициенты, расставим их в уравнении. Коэффициент 2 относится к процессу с азотом, что дает нам $2 \times 2 = 4$ атома азота, т.е. 4 молекулы $NH_3$ и 2 молекулы $N_2$. Коэффициент 3 относится к кислороду, т.е. 3 молекулы $O_2$.

$4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$

Проверим баланс атомов:

• N: слева 4, справа 4.
• H: слева 12, справа 12.
• O: слева 6, справа 6.

Уравнение составлено верно.

Ответ:

Схема электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} 2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0 & 2 & \text{восстановитель} \\ O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} & 3 & \text{окислитель} \end{array} $

Уравнение окислительно-восстановительной реакции:

$4NH_3 + 3O_2 = 2N_2 + 6H_2O$

в) $HNO_3 + Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O$

Решение:

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$H\overset{+5}{N}O_3 + \overset{0}{Cu} \rightarrow \overset{+2}{Cu}(NO_3)_2 + \overset{+4}{N}O_2 + H_2O$

Азот в нитрат-ионе ($NO_3^-$) в составе $Cu(NO_3)_2$ сохраняет степень окисления +5.

2. Составим схему электронного баланса. Медь ($Cu$) отдает электроны, повышая свою степень окисления, и является восстановителем. Азот ($N$) в азотной кислоте принимает электроны, понижая свою степень окисления, и является окислителем.

$ \begin{array}{l|c|l} Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2} & 1 & \text{процесс окисления, } Cu \text{ - восстановитель} \\ N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4} & 2 & \text{процесс восстановления, } HNO_3 \text{ - окислитель} \end{array} $

3. Используя найденные коэффициенты, расставим их в уравнении. Перед медью и ее соединениями ($Cu$, $Cu(NO_3)_2$) ставим коэффициент 1. Перед продуктом восстановления азота ($NO_2$) ставим коэффициент 2.

$1Cu + HNO_3 \rightarrow 1Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$

Теперь уравняем общее количество атомов азота. Справа: $1 \times 2$ (в нитрате меди) + 2 (в $NO_2$) = 4 атома N. Следовательно, слева перед $HNO_3$ нужен коэффициент 4.

$Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$

Наконец, уравняем водород и кислород. Слева 4 атома H, значит, перед $H_2O$ ставим коэффициент 2. Проверяем кислород: слева $4 \times 3 = 12$; справа $3 \times 2 + 2 \times 2 + 2 \times 1 = 6 + 4 + 2 = 12$.

Уравнение составлено верно.

Ответ:

Схема электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2} & 1 & \text{восстановитель} \\ N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4} & 2 & \text{окислитель} \end{array} $

Уравнение окислительно-восстановительной реакции:

$Cu + 4HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$