Номер 7-42, страница 91 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

7-42. По данным схемам составьте схемы электронного баланса и уравнения окислительно-восстановительных реакций:

а) $Cr_2O_3 + Mg \rightarrow MgO + Cr$

б) $KNO_3 \rightarrow KNO_2 + O_2$

в) $Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$

г) $NO_2 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$

д) $HNO_3 \rightarrow NO_2 + O_2 + H_2O$

е) $Cl_2 + KOH \rightarrow KClO_3 + KCl + H_2O$

Укажите тип окислительно-восстановительных реакций.

а) $Cr_2O_3 + Mg \rightarrow MgO + Cr$

Решение:

Сначала определим степени окисления элементов, чтобы найти, какие из них изменяют свою степень окисления в ходе реакции.

$ \stackrel{+3}{Cr}_2\stackrel{-2}{O}_3 + \stackrel{0}{Mg} \rightarrow \stackrel{+2}{Mg}\stackrel{-2}{O} + \stackrel{0}{Cr} $

Хром ($Cr$) изменяет степень окисления с $+3$ до $0$, принимая электроны (восстанавливается). Магний ($Mg$) изменяет степень окисления с $0$ до $+2$, отдавая электроны (окисляется).

Составим схему электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} 2Cr^{+3} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{0} & 1 & \text{процесс восстановления, } Cr^{+3} \text{ (в } Cr_2O_3 \text{) является окислителем} \\ Mg^{0} - 2e^- \rightarrow Mg^{+2} & 3 & \text{процесс окисления, } Mg \text{ является восстановителем} \end{array} $

Используя найденные коэффициенты, уравняем реакцию:

$Cr_2O_3 + 3Mg \rightarrow 3MgO + 2Cr$

Данная реакция является межмолекулярной, так как окислитель и восстановитель находятся в разных веществах.

Ответ: Схема электронного баланса: $2Cr^{+3} + 6e^- \rightarrow 2Cr^0$; $Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$. Уравнение реакции: $Cr_2O_3 + 3Mg \rightarrow 3MgO + 2Cr$. Тип реакции: межмолекулярная.

б) $KNO_3 \rightarrow KNO_2 + O_2$

Решение:

Определим степени окисления элементов:

$ K\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O}_3 \rightarrow K\stackrel{+3}{N}\stackrel{-2}{O}_2 + \stackrel{0}{O}_2 $

Азот ($N$) изменяет степень окисления с $+5$ до $+3$ (восстанавливается). Кислород ($O$) изменяет степень окисления с $-2$ до $0$ (окисляется).

Составим схему электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} N^{+5} + 2e^- \rightarrow N^{+3} & 2 & \text{процесс восстановления, } N^{+5} \text{ является окислителем} \\ 2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^{0} & 1 & \text{процесс окисления, } O^{-2} \text{ является восстановителем} \end{array} $

Расставим коэффициенты в уравнении:

$2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2$

Данная реакция является внутримолекулярной, так как атомы окислителя и восстановителя входят в состав одной и той же молекулы ($KNO_3$).

Ответ: Схема электронного баланса: $N^{+5} + 2e^- \rightarrow N^{+3}$; $2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$. Уравнение реакции: $2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2$. Тип реакции: внутримолекулярная.

в) $Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$

Решение:

Определим степени окисления элементов:

$ \stackrel{+2}{Fe}(OH)_2 + \stackrel{0}{O}_2 + H_2O \rightarrow \stackrel{+3}{Fe}(OH)_3 $

Железо ($Fe$) окисляется с $+2$ до $+3$. Кислород ($O_2$) восстанавливается с $0$ до $-2$ (входит в состав гидроксид-ионов).

Составим схему электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3} & 4 & \text{процесс окисления, } Fe^{+2} \text{ (в } Fe(OH)_2 \text{) является восстановителем} \\ O_2^{0} + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} & 1 & \text{процесс восстановления, } O_2 \text{ является окислителем} \end{array} $

Уравняем реакцию, используя коэффициенты из баланса, и затем уравняем водород и кислород, подбирая коэффициент для воды:

$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$

Данная реакция является межмолекулярной.

Ответ: Схема электронного баланса: $Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$; $O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$. Уравнение реакции: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$. Тип реакции: межмолекулярная.

г) $NO_2 + NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$

Решение:

Определим степени окисления элементов:

$ \stackrel{+4}{N}O_2 + NaOH \rightarrow Na\stackrel{+5}{N}O_3 + Na\stackrel{+3}{N}O_2 + H_2O $

Азот ($N$) в степени окисления $+4$ одновременно и окисляется до $+5$, и восстанавливается до $+3$.

Составим схему электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5} & 1 & \text{процесс окисления} \\ N^{+4} + 1e^- \rightarrow N^{+3} & 1 & \text{процесс восстановления} \end{array} $

$NO_2$ является одновременно и окислителем, и восстановителем.

Коэффициенты из баланса (1 и 1) показывают, что на 1 молекулу $NaNO_3$ образуется 1 молекула $NaNO_2$. Для этого требуется 2 молекулы $NO_2$. Уравняем остальные элементы:

$2NO_2 + 2NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$

Такой тип реакций, где один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем, называется реакцией диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления).

Ответ: Схема электронного баланса: $N^{+4} - 1e^- \rightarrow N^{+5}$; $N^{+4} + 1e^- \rightarrow N^{+3}$. Уравнение реакции: $2NO_2 + 2NaOH \rightarrow NaNO_3 + NaNO_2 + H_2O$. Тип реакции: диспропорционирование.

д) $HNO_3 \rightarrow NO_2 + O_2 + H_2O$

Решение:

Определим степени окисления:

$ H\stackrel{+5}{N}\stackrel{-2}{O}_3 \rightarrow \stackrel{+4}{N}O_2 + \stackrel{0}{O}_2 + H_2O $

Азот ($N$) восстанавливается с $+5$ до $+4$. Кислород ($O$) окисляется с $-2$ до $0$.

Составим схему электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4} & 4 & \text{процесс восстановления, } N^{+5} \text{ является окислителем} \\ 2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^{0} & 1 & \text{процесс окисления, } O^{-2} \text{ является восстановителем} \end{array} $

Расставим коэффициенты:

$4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + O_2 + 2H_2O$

Это внутримолекулярная реакция, так как окислитель и восстановитель находятся в одном веществе.

Ответ: Схема электронного баланса: $N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$; $2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$. Уравнение реакции: $4HNO_3 \rightarrow 4NO_2 + O_2 + 2H_2O$. Тип реакции: внутримолекулярная.

е) $Cl_2 + KOH \rightarrow KClO_3 + KCl + H_2O$

Решение:

Определим степени окисления:

$ \stackrel{0}{Cl}_2 + KOH \rightarrow K\stackrel{+5}{Cl}O_3 + K\stackrel{-1}{Cl} + H_2O $

Хлор ($Cl$) в степени окисления $0$ одновременно окисляется до $+5$ и восстанавливается до $-1$.

Составим схему электронного баланса:

$ \begin{array}{l|c|l} Cl^{0} - 5e^- \rightarrow Cl^{+5} & 1 & \text{процесс окисления} \\ Cl^{0} + 1e^- \rightarrow Cl^{-1} & 5 & \text{процесс восстановления} \end{array} $

$Cl_2$ является одновременно и окислителем, и восстановителем.

Для реакции требуется 1 атом хлора, который окислится, и 5 атомов хлора, которые восстановятся. Всего 6 атомов хлора, то есть 3 молекулы $Cl_2$. Расставим коэффициенты:

$3Cl_2 + 6KOH \rightarrow KClO_3 + 5KCl + 3H_2O$

Это реакция диспропорционирования.

Ответ: Схема электронного баланса: $Cl^0 - 5e^- \rightarrow Cl^{+5}$; $Cl^0 + 1e^- \rightarrow Cl^{-1}$. Уравнение реакции: $3Cl_2 + 6KOH \rightarrow KClO_3 + 5KCl + 3H_2O$. Тип реакции: диспропорционирование.