Номер 8-41, страница 100 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-41. Напишите уравнения реакций получения хлора при взаимодействии соляной кислоты:

а) с оксидом марганца(IV);

б) с оксидом свинца(IV);

в) с перманганатом калия;

г) с дихроматом калия;

д) с хлоратом калия.

Найдите коэффициенты в уравнениях реакций методом электронного баланса.

Для получения хлора ($Cl_2$) при взаимодействии соляной кислоты ($HCl$) с различными окислителями, необходимо составить уравнения окислительно-восстановительных реакций и расставить коэффициенты методом электронного баланса. Во всех случаях соляная кислота является восстановителем за счет хлорид-иона ($Cl^{-1}$), который окисляется до молекулярного хлора ($Cl_2^0$).

а) с оксидом марганца(IV)

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с оксидом марганца(IV) ($MnO_2$). $MnO_2$ - окислитель, $HCl$ - восстановитель.

Схема реакции с указанием степеней окисления изменяющихся элементов:

$\stackrel{+4}{Mn}O_2 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+2}{Mn}Cl_2 + \stackrel{0}{Cl}_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$\stackrel{+4}{Mn} + 2e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Mn} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $MnO_2$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 1 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $MnO_2$, $MnCl_2$ и $Cl_2$ должен стоять коэффициент 1. Подставим их в уравнение:

$MnO_2 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Теперь уравняем остальные атомы. Справа 4 атома хлора (2 в $MnCl_2$ и 2 в $Cl_2$), значит, слева необходимо 4 молекулы $HCl$.

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Слева 4 атома водорода, значит, справа необходимо 2 молекулы воды ($H_2O$).

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

Проверка по кислороду: слева 2 атома, справа 2 атома. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $MnO_2 + 4HCl = MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$.

б) с оксидом свинца(IV)

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с оксидом свинца(IV) ($PbO_2$). $PbO_2$ - окислитель, $HCl$ - восстановитель.

Схема реакции с указанием степеней окисления:

$\stackrel{+4}{Pb}O_2 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+2}{Pb}Cl_2 + \stackrel{0}{Cl}_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$\stackrel{+4}{Pb} + 2e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Pb} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $PbO_2$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 1 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Аналогично предыдущему пункту, коэффициенты перед $PbO_2$, $PbCl_2$ и $Cl_2$ равны 1.

$PbO_2 + HCl \rightarrow PbCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Уравниваем хлор: справа 4 атома, значит, слева нужно 4 молекулы $HCl$.

$PbO_2 + 4HCl \rightarrow PbCl_2 + Cl_2 + H_2O$

Уравниваем водород: слева 4 атома, значит, справа нужно 2 молекулы $H_2O$.

$PbO_2 + 4HCl \rightarrow PbCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

Проверка по кислороду: слева 2, справа 2. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $PbO_2 + 4HCl = PbCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$.

в) с перманганатом калия

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с перманганатом калия ($KMnO_4$). $KMnO_4$ - сильный окислитель, $HCl$ - восстановитель. В кислой среде марганец восстанавливается до $Mn^{+2}$.

Схема реакции:

$K\stackrel{+7}{Mn}O_4 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+2}{Mn}Cl_2 + \stackrel{0}{Cl}_2 + KCl + H_2O$

Составим электронный баланс:

$\stackrel{+7}{Mn} + 5e^- \rightarrow \stackrel{+2}{Mn} \quad | \times 2 \quad$ (восстановление, $KMnO_4$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 5 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $KMnO_4$ и $MnCl_2$ ставим коэффициент 2, а перед $Cl_2$ — коэффициент 5.

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

Уравниваем калий: слева 2 атома, значит, справа перед $KCl$ ставим коэффициент 2.

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

Уравниваем хлор: справа $2 \times 2 + 5 \times 2 + 2 = 4 + 10 + 2 = 16$ атомов. Значит, слева нужно 16 молекул $HCl$.

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

Уравниваем водород: слева 16 атомов, значит, справа нужно 8 молекул $H_2O$.

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

Проверка по кислороду: слева $2 \times 4 = 8$ атомов, справа 8 атомов. Уравнение сбалансировано.

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

г) с дихроматом калия

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с дихроматом калия ($K_2Cr_2O_7$). $K_2Cr_2O_7$ - окислитель, $HCl$ - восстановитель. В кислой среде хром восстанавливается до $Cr^{+3}$.

Схема реакции:

$K_2\stackrel{+6}{Cr}_2O_7 + H\stackrel{-1}{Cl} \rightarrow \stackrel{+3}{Cr}Cl_3 + \stackrel{0}{Cl}_2 + KCl + H_2O$

Составим электронный баланс:

$2\stackrel{+6}{Cr} + 6e^- \rightarrow 2\stackrel{+3}{Cr} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $K_2Cr_2O_7$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 3 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $K_2Cr_2O_7$ ставим коэффициент 1, перед $CrCl_3$ — 2, а перед $Cl_2$ — 3.

$K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравниваем калий: слева 2 атома, значит, справа перед $KCl$ ставим коэффициент 2.

$K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравниваем хлор: справа $2 \times 3 + 3 \times 2 + 2 = 6 + 6 + 2 = 14$ атомов. Значит, слева нужно 14 молекул $HCl$.

$K_2Cr_2O_7 + 14HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + H_2O$

Уравниваем водород: слева 14 атомов, значит, справа нужно 7 молекул $H_2O$.

$K_2Cr_2O_7 + 14HCl \rightarrow 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + 7H_2O$

Проверка по кислороду: слева 7 атомов, справа 7 атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $K_2Cr_2O_7 + 14HCl = 2CrCl_3 + 3Cl_2 + 2KCl + 7H_2O$.

д) с хлоратом калия

Решение:

Реакция соляной кислоты ($HCl$) с хлоратом калия ($KClO_3$). В этой реакции $KClO_3$ является окислителем (за счет $Cl^{+5}$), а $HCl$ — восстановителем (за счет $Cl^{-1}$). Происходит реакция сопропорционирования, где хлор из разных степеней окисления переходит в одну.

Схема реакции:

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

В этой реакции хлор ($Cl^{+5}$) из $KClO_3$ восстанавливается до хлорида ($Cl^{-1}$) в $KCl$, а хлор ($Cl^{-1}$) из $HCl$ окисляется до $Cl_2$.

Составим электронный баланс для этого процесса:

$\stackrel{+5}{Cl} + 6e^- \rightarrow \stackrel{-1}{Cl} \quad | \times 1 \quad$ (восстановление, $KClO_3$ — окислитель)
$2\stackrel{-1}{Cl} - 2e^- \rightarrow \stackrel{0}{Cl}_2 \quad | \times 3 \quad$ (окисление, $HCl$ — восстановитель)

Из баланса следует, что перед $KClO_3$ и $KCl$ ставим коэффициент 1, а перед $Cl_2$ — 3.

$KClO_3 + HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Общее количество молекул $HCl$, участвующих в реакции, определяется суммой хлорид-ионов, пошедших на окисление и на образование соли $KCl$ (не изменивших степень окисления). Для образования $3$ молекул $Cl_2$ требуется $3 \times 2 = 6$ хлорид-ионов. Таким образом, перед $HCl$ ставим коэффициент 6.

$KClO_3 + 6HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравняем водород: слева 6 атомов, значит, справа нужно 3 молекулы $H_2O$.

$KClO_3 + 6HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + 3H_2O$

Проверка по кислороду: слева 3 атома, справа 3 атома. Проверка по хлору: слева $1 + 6 = 7$ атомов, справа $3 \times 2 + 1 = 7$ атомов. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $KClO_3 + 6HCl = KCl + 3Cl_2 + 3H_2O$.