Номер 7-48, страница 92 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

7-48. Найдите и исправьте ошибки в следующих схемах:

а) $Al + HNO_3 \to Al(NO_3)_3 + H_2O$

б) $MnO_2 + H_2SO_4 \to MnSO_4 + SO_2 + H_2O$

в) $Fe_2O_3 + HNO_3 \to Fe(NO_3)_3 + NO + H_2O$

а)

Решение

В исходной схеме реакции $ \text{Al} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Al}(\text{NO}_3)_3 + \text{H}_2\text{O} $ указана реакция алюминия с азотной кислотой. Алюминий — активный металл, а азотная кислота — сильный окислитель. В таких реакциях, помимо соли и воды, должен образовываться продукт восстановления азота, так как происходит окислительно-восстановительный процесс. Алюминий окисляется от степени окисления 0 до +3, а азот в азотной кислоте должен восстанавливаться со степени окисления +5 до более низкой. В представленной схеме такой продукт отсутствует.

Ошибка заключается в отсутствии продукта восстановления азота. В зависимости от концентрации кислоты, таким продуктом может быть $ \text{NO}_2, \text{NO}, \text{N}_2\text{O}, \text{N}_2 $ или $ \text{NH}_4\text{NO}_3 $. Для разбавленной азотной кислоты одним из типичных продуктов является оксид азота(II) $ (\text{NO}) $. Добавим его в продукты и уравняем реакцию методом электронного баланса:

$ \text{Al}^0 - 3\text{e}^- \rightarrow \text{Al}^{+3} $ | 1 (окисление)
$ \text{N}^{+5} + 3\text{e}^- \rightarrow \text{N}^{+2} $ (в $ \text{NO} $) | 1 (восстановление)

Суммарное ионное уравнение: $ \text{Al} + \text{NO}_3^- + 4\text{H}^+ \rightarrow \text{Al}^{3+} + \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O} $.
Переходя к молекулярному уравнению, добавляем 3 иона $ \text{NO}_3^- $ к обеим частям для образования соли $ \text{Al}(\text{NO}_3)_3 $:

$ \text{Al} + 4\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Al}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O} $

Ответ: Ошибка: отсутствует продукт восстановления азота. Правильное уравнение (один из возможных вариантов): $ \text{Al} + 4\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Al}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO} + 2\text{H}_2\text{O} $.

б)

Решение

В исходной схеме $ \text{MnO}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MnSO}_4 + \text{SO}_2 + \text{H}_2\text{O} $ показана окислительно-восстановительная реакция. Проанализируем степени окисления элементов. В $ \text{MnO}_2 $ марганец имеет степень окисления +4, а в продукте $ \text{MnSO}_4 $ — +2. Это означает, что марганец восстанавливается. В $ \text{H}_2\text{SO}_4 $ сера имеет степень окисления +6, а в продукте $ \text{SO}_2 $ — +4. Это также процесс восстановления. В одной реакции не могут одновременно протекать два процесса восстановления без процесса окисления. Оксид марганца(IV) и концентрированная серная кислота являются окислителями. Реакция между двумя окислителями в такой форме невозможна.

Ошибка, скорее всего, в одном из реагентов. Если предположить, что в реакцию вступает не оксид марганца(IV), а металлический марганец, то реакция становится возможной. Металлы средней активности реагируют с концентрированной серной кислотой с образованием сульфата, оксида серы(IV) и воды.

Исправим реагент на $ \text{Mn} $ и уравняем реакцию:

$ \text{Mn}^0 - 2\text{e}^- \rightarrow \text{Mn}^{+2} $ | 1 (окисление)
$ \text{S}^{+6} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{S}^{+4} $ (в $ \text{SO}_2 $) | 1 (восстановление)

$ \text{Mn} + 2\text{H}_2\text{SO}_4(\text{конц.}) \rightarrow \text{MnSO}_4 + \text{SO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} $

Ответ: Ошибка: реакция между двумя окислителями ($ \text{MnO}_2 $ и $ \text{H}_2\text{SO}_4 $) невозможна в представленном виде. Вероятно, в реагентах допущена опечатка. Правильное уравнение с металлическим марганцем: $ \text{Mn} + 2\text{H}_2\text{SO}_4(\text{конц.}) \rightarrow \text{MnSO}_4 + \text{SO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} $.

в)

Решение

В исходной схеме $ \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO} + \text{H}_2\text{O} $ показана реакция оксида железа(III) с азотной кислотой.

В оксиде $ \text{Fe}_2\text{O}_3 $ железо находится в своей высшей устойчивой степени окисления +3. Азотная кислота, являясь сильным окислителем, не может окислить железо $ \text{Fe}^{+3} $ дальше. Следовательно, данная реакция не является окислительно-восстановительной. Продукт восстановления азота $ \text{NO} $ (оксид азота(II), где азот имеет степень окисления +2) не может образоваться, так как в реакции нет восстановителя.

Ошибка заключается в наличии продукта $ \text{NO} $. Реакция между оксидом железа(III) (основный оксид) и азотной кислотой (кислота) является реакцией обмена (нейтрализации) с образованием соли и воды.

Правильная схема реакции: $ \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{H}_2\text{O} $.

Уравняем ее поэтапно:
1. Уравняем атомы железа, поставив коэффициент 2 перед $ \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 $: $ \text{Fe}_2\text{O}_3 + \text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{H}_2\text{O} $.
2. Справа теперь $ 2 \times 3 = 6 $ атомов азота. Поставим коэффициент 6 перед $ \text{HNO}_3 $: $ \text{Fe}_2\text{O}_3 + 6\text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{H}_2\text{O} $.
3. Слева 6 атомов водорода. Поставим коэффициент 3 перед $ \text{H}_2\text{O} $: $ \text{Fe}_2\text{O}_3 + 6\text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + 3\text{H}_2\text{O} $.
4. Проверим кислород: слева $ 3 + 6 \times 3 = 21 $, справа $ 2 \times 3 \times 3 + 3 = 18 + 3 = 21 $. Уравнение сбалансировано.

Ответ: Ошибка: реакция не является окислительно-восстановительной, поэтому продукт $ \text{NO} $ лишний. Правильное уравнение: $ \text{Fe}_2\text{O}_3 + 6\text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + 3\text{H}_2\text{O} $.