Страница 99 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

8-26. Даны реактивы: оксид кальция ($CaO$), вода ($H_2O$), оксид фосфора(V) ($P_2O_5$), соляная кислота ($HCl$). Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно.

Решение

Даны следующие вещества: оксид кальция ($CaO$), вода ($H_2O$), оксид фосфора(V) ($P_2O_5$) и соляная кислота ($HCl$). Для определения возможных реакций необходимо проанализировать химические свойства каждого вещества.

• $CaO$ — оксид кальция, является основным оксидом.
• $H_2O$ — вода.
• $P_2O_5$ — оксид фосфора(V), является кислотным оксидом.
• $HCl$ — соляная кислота, является сильной кислотой.

Рассмотрим все возможные попарные взаимодействия между данными веществами:

1. Оксид кальция и вода

Основный оксид ($CaO$) реагирует с водой с образованием соответствующего основания — гидроксида кальция $Ca(OH)_2$.
Уравнение реакции: $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$

2. Оксид кальция и оксид фосфора(V)

Основный оксид ($CaO$) реагирует с кислотным оксидом ($P_2O_5$) с образованием соли — фосфата кальция $Ca_3(PO_4)_2$.
Уравнение реакции: $3CaO + P_2O_5 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$

3. Оксид кальция и соляная кислота

Основный оксид ($CaO$) вступает в реакцию нейтрализации с кислотой ($HCl$) с образованием соли (хлорида кальция $CaCl_2$) и воды.
Уравнение реакции: $CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$

4. Оксид фосфора(V) и вода

Кислотный оксид ($P_2O_5$) реагирует с водой с образованием соответствующей кислоты — ортофосфорной кислоты $H_3PO_4$.
Уравнение реакции: $P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

Прочие пары веществ

Следующие пары веществ не вступают в химическую реакцию:

• Оксид фосфора(V) и соляная кислота: Оба вещества проявляют кислотные свойства (кислотный оксид и кислота), поэтому они не взаимодействуют друг с другом.
• Вода и соляная кислота: Соляная кислота уже является водным раствором хлороводорода. Смешивание с водой приводит только к разбавлению раствора, что является физическим процессом, а не химической реакцией в данном контексте.

Ответ:

Уравнения возможных реакций:
$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$
$3CaO + P_2O_5 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2$
$CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$
$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

8-27. Даны вещества: вода, оксид бария, гидроксид натрия, оксид серы(VI). Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно.

Решение

Для определения возможных реакций сначала запишем химические формулы предложенных веществ и классифицируем их:

• Вода - $H_2O$ (оксид, проявляет амфотерные свойства)

• Оксид бария - $BaO$ (основный оксид)

• Гидроксид натрия - $NaOH$ (основание, щелочь)

• Оксид серы(VI) - $SO_3$ (кислотный оксид)

Далее рассмотрим возможные попарные взаимодействия веществ, исходя из их химических свойств.

1. Оксид бария ($BaO$), как активный основный оксид, реагирует с водой с образованием соответствующего основания (щелочи) — гидроксида бария:

$BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2$

2. Оксид серы(VI) ($SO_3$), являясь кислотным оксидом, взаимодействует с водой, образуя соответствующую кислоту — серную кислоту:

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

3. Основный оксид ($BaO$) реагирует с кислотным оксидом ($SO_3$). В результате этой реакции соединения образуется соль — сульфат бария:

$BaO + SO_3 \rightarrow BaSO_4$

4. Гидроксид натрия ($NaOH$) как щелочь вступает в реакцию с кислотным оксидом ($SO_3$), в результате чего образуются соль (сульфат натрия) и вода:

$2NaOH + SO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

Другие возможные пары веществ не взаимодействуют:

• Оксид бария ($BaO$) и гидроксид натрия ($NaOH$) не реагируют, так как оба являются веществами с основными свойствами.

• Гидроксид натрия ($NaOH$) не вступает в химическую реакцию с водой, а только растворяется в ней.

Ответ:

$BaO + H_2O \rightarrow Ba(OH)_2$

$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$

$BaO + SO_3 \rightarrow BaSO_4$

$2NaOH + SO_3 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

8-28. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ:

а) Пероксид водорода $\rightarrow$ Кислород $\rightarrow$ Вода $\rightarrow$ Железная окалина;

б) Пероксид водорода $\rightarrow$ Вода $\rightarrow$ Ортофосфорная кислота $\rightarrow$ Фосфат натрия.

а)

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо провести следующие реакции:

1. Получение кислорода ($O_2$) из пероксида водорода ($H_2O_2$) происходит в результате реакции каталитического разложения:

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$

2. Получение воды ($H_2O$) из кислорода ($O_2$) возможно при его взаимодействии с водородом ($H_2$) при нагревании:

$2H_2 + O_2 \xrightarrow{t} 2H_2O$

3. Железная окалина ($Fe_3O_4$) образуется при реакции железа ($Fe$) с водяным паром ($H_2O$) при высокой температуре:

$3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t} Fe_3O_4 + 4H_2\uparrow$

Ответ:

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$

$2H_2 + O_2 \xrightarrow{t} 2H_2O$

$3Fe + 4H_2O \xrightarrow{t} Fe_3O_4 + 4H_2\uparrow$

б)

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо провести следующие реакции:

1. Получение воды ($H_2O$) из пероксида водорода ($H_2O_2$) происходит в результате его разложения:

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$

2. Получение ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) из воды ($H_2O$) осуществляется путём реакции воды с оксидом фосфора(V) ($P_2O_5$):

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

3. Получение фосфата натрия ($Na_3PO_4$) из ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) происходит в реакции нейтрализации с гидроксидом натрия ($NaOH$):

$H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

Ответ:

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$

$P_2O_5 + 3H_2O \rightarrow 2H_3PO_4$

$H_3PO_4 + 3NaOH \rightarrow Na_3PO_4 + 3H_2O$

8-29. Напишите уравнения реакций пероксида водорода а) с гидроксидом бария; б) с иодидом калия; в) с оксидом серебра; г) с сульфидом свинца. Объясните, за счет каких свойств пероксида водорода протекают данные реакции.

Пероксид водорода ($H_2O_2$) является соединением, в котором кислород имеет промежуточную степень окисления -1. Это обуславливает его способность проявлять как окислительные (понижая степень окисления до -2), так и восстановительные (повышая степень окисления до 0) свойства. Также он является очень слабой кислотой.

а) с гидроксидом бария

Уравнение реакции:

$$ H_2O_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaO_2 \downarrow + 2H_2O $$

В этой реакции пероксид водорода взаимодействует с сильным основанием, проявляя кислотные свойства. Это реакция обмена (нейтрализации), в ходе которой не происходит изменения степеней окисления. Образуется соль — пероксид бария, где кислород сохраняет степень окисления -1.

Ответ: $ H_2O_2 + Ba(OH)_2 \rightarrow BaO_2 \downarrow + 2H_2O $; пероксид водорода проявляет кислотные свойства.

б) с иодидом калия

Уравнение реакции:

$$ H_2O_2 + 2KI \rightarrow I_2 + 2KOH $$

В данной реакции пероксид водорода выступает в роли окислителя. Он окисляет иодид-ион ($I^{-1}$) до молекулярного иода ($I_2^0$), а сам восстанавливается, при этом кислород меняет степень окисления с -1 на -2 (в составе $KOH$).

$O_2^{-2} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 (восстановление, $H_2O_2$ – окислитель)
$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 (окисление, $KI$ – восстановитель)

Ответ: $ H_2O_2 + 2KI \rightarrow I_2 + 2KOH $; пероксид водорода проявляет окислительные свойства.

в) с оксидом серебра

Уравнение реакции:

$$ H_2O_2 + Ag_2O \rightarrow 2Ag \downarrow + O_2 \uparrow + H_2O $$

В реакции с сильным окислителем, каким является оксид серебра, пероксид водорода проявляет восстановительные свойства. Он восстанавливает серебро из степени окисления +1 до 0 (металлическое серебро), а сам окисляется, образуя молекулярный кислород ($O_2^0$) из кислорода со степенью окисления -1.

$O_2^{-2} - 2e^- \rightarrow O_2^0$ | 1 (окисление, $H_2O_2$ – восстановитель)
$2Ag^{+1} + 2e^- \rightarrow 2Ag^0$ | 1 (восстановление, $Ag_2O$ – окислитель)

Ответ: $ H_2O_2 + Ag_2O \rightarrow 2Ag \downarrow + O_2 \uparrow + H_2O $; пероксид водорода проявляет восстановительные свойства.

г) с сульфидом свинца

Уравнение реакции:

$$ 4H_2O_2 + PbS \rightarrow PbSO_4 + 4H_2O $$

В этой реакции пероксид водорода проявляет сильные окислительные свойства. Он окисляет серу из степени окисления -2 (в сульфиде) до +6 (в сульфат-ионе). Кислород из пероксида водорода при этом восстанавливается со степени окисления -1 до -2 (в воде).

$S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6}$ | 1 (окисление, $PbS$ – восстановитель)
$O_2^{-2} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 4 (восстановление, $H_2O_2$ – окислитель)

Ответ: $ 4H_2O_2 + PbS \rightarrow PbSO_4 + 4H_2O $; пероксид водорода проявляет окислительные свойства.

8-30. Напишите уравнения реакции пероксида водорода $H_2O_2$:

а) с нитритом калия $KNO_2$;

б) с сульфитом натрия $Na_2SO_3$;

в) с гидроксидом железа(II) $Fe(OH)_2$;

г) с гидроксидом марганца(II) $Mn(OH)_2$.

а) В реакции с нитритом калия ($KNO_2$) пероксид водорода ($H_2O_2$) выступает в роли окислителя. Он окисляет нитрит-ион ($NO_2^-$), в котором азот имеет степень окисления +3, до нитрат-иона ($NO_3^-$), где степень окисления азота +5. Сам пероксид водорода восстанавливается до воды ($H_2O$), в которой кислород имеет степень окисления -2.

Уравнение реакции:

$KNO_2 + H_2O_2 \rightarrow KNO_3 + H_2O$

Ответ: $KNO_2 + H_2O_2 \rightarrow KNO_3 + H_2O$.

б) В реакции с сульфитом натрия ($Na_2SO_3$) пероксид водорода ($H_2O_2$) также является окислителем. Он окисляет сульфит-ион ($SO_3^{2-}$), где сера имеет степень окисления +4, до сульфат-иона ($SO_4^{2-}$) со степенью окисления серы +6. Продуктами реакции являются сульфат натрия ($Na_2SO_4$) и вода.

Уравнение реакции:

$Na_2SO_3 + H_2O_2 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$

Ответ: $Na_2SO_3 + H_2O_2 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O$.

в) В реакции с гидроксидом железа(II) ($Fe(OH)_2$) пероксид водорода ($H_2O_2$) окисляет железо из степени окисления +2 в степень окисления +3. В результате реакции образуется гидроксид железа(III) ($Fe(OH)_3$) — нерастворимое вещество бурого цвета. Зеленоватый осадок $Fe(OH)_2$ превращается в бурый $Fe(OH)_3$.

Уравнение реакции:

$2Fe(OH)_2 + H_2O_2 \rightarrow 2Fe(OH)_3$

Ответ: $2Fe(OH)_2 + H_2O_2 \rightarrow 2Fe(OH)_3$.

г) В реакции с гидроксидом марганца(II) ($Mn(OH)_2$) пероксид водорода ($H_2O_2$) окисляет марганец из степени окисления +2 до степени окисления +4. Продуктами реакции являются диоксид марганца ($MnO_2$), который представляет собой бурый осадок, и вода.

Уравнение реакции:

$Mn(OH)_2 + H_2O_2 \rightarrow MnO_2 + 2H_2O$

Ответ: $Mn(OH)_2 + H_2O_2 \rightarrow MnO_2 + 2H_2O$.

8-31. Вычислите массу пергидроля (30%-ный раствор $H_2O_2$), который потребуется для приготовления 300 г 3%-ного раствора пероксида водорода.

8-31.

Дано:

Массовая доля пероксида водорода в исходном растворе (пергидроле), $\omega_1 = 30\% = 0.3$
Масса конечного раствора, $m_2(\text{р-ра}) = 300 \text{ г}$
Массовая доля пероксида водорода в конечном растворе, $\omega_2 = 3\% = 0.03$

Найти:

Массу исходного раствора (пергидроля), $m_1(\text{р-ра}) - ?$

Решение:

При приготовлении нового раствора из более концентрированного путем разбавления, масса растворенного вещества остается неизменной. В данном случае растворенным веществом является пероксид водорода ($H_2O_2$).

1. Сначала вычислим массу чистого пероксида водорода, которая должна содержаться в 300 г 3%-ного раствора. Массовая доля вещества в растворе ($\omega$) вычисляется по формуле:

$\omega = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})}$

Следовательно, масса растворенного вещества:

$m(\text{вещества}) = \omega \cdot m(\text{раствора})$

Подставим значения для конечного раствора:

$m(H_2O_2) = \omega_2 \cdot m_2(\text{р-ра}) = 0.03 \cdot 300 \text{ г} = 9 \text{ г}$

2. Теперь, зная, что для приготовления нового раствора нам нужно 9 г чистого $H_2O_2$, найдем, какую массу пергидроля (30%-ного раствора) для этого необходимо взять. Воспользуемся той же формулой, выразив из нее массу раствора:

$m_1(\text{р-ра}) = \frac{m(H_2O_2)}{\omega_1}$

Подставим значения для исходного раствора (пергидроля):

$m_1(\text{р-ра}) = \frac{9 \text{ г}}{0.3} = 30 \text{ г}$

Таким образом, для приготовления 300 г 3%-ного раствора пероксида водорода необходимо взять 30 г пергидроля и добавить $300 - 30 = 270$ г воды.

Ответ: потребуется 30 г пергидроля.

8-32. Вычислите массу $3\%$-ного раствора пероксида водорода, который потребуется для получения $6,72 \text{ л}$ (н.у.) кислорода.

Дано:

Массовая доля пероксида водорода в растворе: $\omega(H_2O_2) = 3\% = 0,03$

Объем выделившегося кислорода (н.у.): $V(O_2) = 6,72 \text{ л}$

Молярный объем газа при н.у.: $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$

Найти:

Массу раствора пероксида водорода: $m_{р-ра}(H_2O_2)$ - ?

Решение:

1. Составим уравнение химической реакции разложения пероксида водорода ($H_2O_2$) на воду ($H_2O$) и кислород ($O_2$):

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2$

Из уравнения реакции следует, что для получения 1 моль кислорода необходимо разложить 2 моль пероксида водорода.

2. Найдем количество вещества (моль) кислорода, объем которого равен 6,72 л (при нормальных условиях). Для этого используем формулу, связывающую количество вещества газа с его объемом:

$n = \frac{V}{V_m}$

$n(O_2) = \frac{6,72 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,3 \text{ моль}$

3. Используя соотношение из уравнения реакции, определим количество вещества пероксида водорода, которое разложилось для получения 0,3 моль кислорода.

$\frac{n(H_2O_2)}{2} = \frac{n(O_2)}{1}$

$n(H_2O_2) = 2 \cdot n(O_2) = 2 \cdot 0,3 \text{ моль} = 0,6 \text{ моль}$

4. Вычислим массу чистого пероксида водорода, соответствующую 0,6 моль. Сначала найдем молярную массу $H_2O_2$:

$M(H_2O_2) = 2 \cdot A_r(H) + 2 \cdot A_r(O) = 2 \cdot 1 + 2 \cdot 16 = 34 \text{ г/моль}$

Теперь найдем массу $H_2O_2$:

$m(H_2O_2) = n(H_2O_2) \cdot M(H_2O_2) = 0,6 \text{ моль} \cdot 34 \text{ г/моль} = 20,4 \text{ г}$

5. Зная массу чистого вещества (20,4 г) и его массовую долю в растворе (3%), найдем массу всего раствора:

$\omega = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

$m_{р-ра}(H_2O_2) = \frac{m(H_2O_2)}{\omega(H_2O_2)}$

$m_{р-ра}(H_2O_2) = \frac{20,4 \text{ г}}{0,03} = 680 \text{ г}$

Ответ: для получения 6,72 л кислорода потребуется 680 г 3%-ного раствора пероксида водорода.

8-33. Вычислите массу и объем (н.у.) кислорода, который можно получить из 850 г 3%-ного раствора пероксида водорода.

Дано

$m_{раствора}(H_2O_2) = 850 \, г$

$w(H_2O_2) = 3\% = 0.03$

В системе СИ:

$m_{раствора}(H_2O_2) = 0.85 \, кг$

Найти:

$m(O_2) - ?$

$V(O_2) \, (н.у.) - ?$

Решение

1. Запишем уравнение реакции разложения пероксида водорода:

$2H_2O_2 \rightarrow 2H_2O + O_2 \uparrow$

2. Найдем массу чистого пероксида водорода в растворе. Массовая доля вещества в растворе ($w$) определяется как отношение массы растворенного вещества ($m_{вещества}$) к массе всего раствора ($m_{раствора}$):

$w = \frac{m_{вещества}}{m_{раствора}}$

Отсюда масса пероксида водорода:

$m(H_2O_2) = m_{раствора}(H_2O_2) \times w(H_2O_2) = 850 \, г \times 0.03 = 25.5 \, г$

3. Рассчитаем молярные массы пероксида водорода ($H_2O_2$) и кислорода ($O_2$):

$M(H_2O_2) = 2 \times 1 + 2 \times 16 = 34 \, г/моль$

$M(O_2) = 2 \times 16 = 32 \, г/моль$

4. Найдем количество вещества (число молей) пероксида водорода:

$n(H_2O_2) = \frac{m(H_2O_2)}{M(H_2O_2)} = \frac{25.5 \, г}{34 \, г/моль} = 0.75 \, моль$

5. По уравнению реакции определим количество вещества кислорода. Из уравнения видно, что из 2 моль $H_2O_2$ образуется 1 моль $O_2$. Следовательно, количество вещества кислорода будет в два раза меньше количества вещества пероксида водорода:

$n(O_2) = \frac{1}{2} n(H_2O_2) = \frac{1}{2} \times 0.75 \, моль = 0.375 \, моль$

6. Теперь мы можем вычислить массу кислорода:

$m(O_2) = n(O_2) \times M(O_2) = 0.375 \, моль \times 32 \, г/моль = 12 \, г$

7. Вычислим объем кислорода при нормальных условиях (н.у.). Молярный объем газа при н.у. ($V_m$) равен 22.4 л/моль:

$V(O_2) = n(O_2) \times V_m = 0.375 \, моль \times 22.4 \, л/моль = 8.4 \, л$

Ответ: масса кислорода равна 12 г, объем кислорода (н.у.) равен 8.4 л.

8-34. Напишите уравнения реакций взаимодействия хлора
а) с магнием,
б) с алюминием,
в) с железом,
г) с сурьмой,
д) с водородом. Обозначьте степени окисления, укажите окислитель и восстановитель.

а) с магнием

Уравнение реакции взаимодействия хлора с магнием. В этой реакции хлор, как более электроотрицательный элемент, выступает в роли окислителя, а магний — в роли восстановителя.

Уравнение реакции со степенями окисления:

$\stackrel{0}{Mg} + \stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow \stackrel{+2}{Mg}\stackrel{-1}{Cl_2}$

Процессы окисления и восстановления:

$Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$ | 1 | процесс окисления (магний — восстановитель)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 1 | процесс восстановления (хлор — окислитель)

Ответ: Уравнение реакции: $Mg + Cl_2 \rightarrow MgCl_2$. Магний ($Mg$) — восстановитель, хлор ($Cl_2$) — окислитель.

б) с алюминием

Хлор реагирует с алюминием с образованием хлорида алюминия. Алюминий является восстановителем, хлор — окислителем.

Уравнение реакции со степенями окисления (необходимо уравнять):

$2\stackrel{0}{Al} + 3\stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+3}{Al}\stackrel{-1}{Cl_3}$

Процессы окисления и восстановления:

$Al^0 - 3e^- \rightarrow Al^{+3}$ | 2 | процесс окисления (алюминий — восстановитель)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 3 | процесс восстановления (хлор — окислитель)

Ответ: Уравнение реакции: $2Al + 3Cl_2 \rightarrow 2AlCl_3$. Алюминий ($Al$) — восстановитель, хлор ($Cl_2$) — окислитель.

в) с железом

Хлор является сильным окислителем и окисляет железо до высшей устойчивой степени окисления +3. Образуется хлорид железа(III).

Уравнение реакции со степенями окисления (необходимо уравнять):

$2\stackrel{0}{Fe} + 3\stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+3}{Fe}\stackrel{-1}{Cl_3}$

Процессы окисления и восстановления:

$Fe^0 - 3e^- \rightarrow Fe^{+3}$ | 2 | процесс окисления (железо — восстановитель)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 3 | процесс восстановления (хлор — окислитель)

Ответ: Уравнение реакции: $2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$. Железо ($Fe$) — восстановитель, хлор ($Cl_2$) — окислитель.

г) с сурьмой

При взаимодействии с сильным окислителем, таким как хлор, сурьма проявляет высшую степень окисления +5, образуя хлорид сурьмы(V).

Уравнение реакции со степенями окисления (необходимо уравнять):

$2\stackrel{0}{Sb} + 5\stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+5}{Sb}\stackrel{-1}{Cl_5}$

Процессы окисления и восстановления:

$Sb^0 - 5e^- \rightarrow Sb^{+5}$ | 2 | процесс окисления (сурьма — восстановитель)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 5 | процесс восстановления (хлор — окислитель)

Ответ: Уравнение реакции: $2Sb + 5Cl_2 \rightarrow 2SbCl_5$. Сурьма ($Sb$) — восстановитель, хлор ($Cl_2$) — окислитель.

д) с водородом

Реакция хлора с водородом приводит к образованию хлороводорода. Реакция протекает при нагревании или под действием ультрафиолетового излучения. В этой реакции водород является восстановителем, а хлор — окислителем.

Уравнение реакции со степенями окисления:

$\stackrel{0}{H_2} + \stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl}$

Процессы окисления и восстановления:

$H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$ | 1 | процесс окисления (водород — восстановитель)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 1 | процесс восстановления (хлор — окислитель)

Ответ: Уравнение реакции: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$. Водород ($H_2$) — восстановитель, хлор ($Cl_2$) — окислитель.

8-35. Напишите уравнения реакций взаимодействия хлора:

а) с натрием,

б) с медью,

в) с фосфором,

г) с сероводородом,

д) с водой.

Обозначьте степени окисления, укажите окислитель и восстановитель.

а) с натрием

Хлор, как сильный окислитель, взаимодействует с активным металлом натрием. В ходе реакции образуется хлорид натрия. Натрий отдает один электрон, повышая свою степень окисления, а хлор принимает электрон, понижая свою степень окисления.

Уравнение реакции:

$2\stackrel{0}{Na} + \stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-1}{Cl}$

Изменение степеней окисления:

$Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^{+1}$ (окисление)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ (восстановление)

$Na$ (натрий) является восстановителем.

$Cl_2$ (хлор) является окислителем.

Ответ: $2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$. Натрий ($Na$) - восстановитель, хлор ($Cl_2$) - окислитель.

б) с медью

При взаимодействии хлора с медью (менее активным металлом) при нагревании образуется хлорид меди(II). Медь повышает свою степень окисления до +2, а хлор понижает до -1.

Уравнение реакции:

$\stackrel{0}{Cu} + \stackrel{0}{Cl_2} \xrightarrow{t} \stackrel{+2}{Cu}\stackrel{-1}{Cl_2}$

Изменение степеней окисления:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ (окисление)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ (восстановление)

$Cu$ (медь) является восстановителем.

$Cl_2$ (хлор) является окислителем.

Ответ: $Cu + Cl_2 \rightarrow CuCl_2$. Медь ($Cu$) - восстановитель, хлор ($Cl_2$) - окислитель.

в) с фосфором

Хлор реагирует с неметаллом фосфором. В зависимости от соотношения реагентов могут образовываться хлорид фосфора(III) или хлорид фосфора(V). При избытке хлора образуется пентахлорид фосфора.

Уравнение реакции (в избытке хлора):

$2\stackrel{0}{P} + 5\stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow 2\stackrel{+5}{P}\stackrel{-1}{Cl_5}$

Изменение степеней окисления:

$P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}$ (окисление)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ (восстановление)

$P$ (фосфор) является восстановителем.

$Cl_2$ (хлор) является окислителем.

Ответ: $2P + 5Cl_2 \rightarrow 2PCl_5$. Фосфор ($P$) - восстановитель, хлор ($Cl_2$) - окислитель.

г) с сероводородом

Хлор, будучи более сильным окислителем, чем сера, вытесняет ее из сероводорода. В результате реакции образуется простое вещество сера и хлороводород.

Уравнение реакции:

$\stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{S} + \stackrel{0}{Cl_2} \rightarrow \stackrel{0}{S} \downarrow + 2\stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl}$

Изменение степеней окисления:

$S^{-2} - 2e^- \rightarrow S^0$ (окисление)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ (восстановление)

$H_2S$ (сероводород) является восстановителем.

$Cl_2$ (хлор) является окислителем.

Ответ: $H_2S + Cl_2 \rightarrow S + 2HCl$. Сероводород ($H_2S$) - восстановитель, хлор ($Cl_2$) - окислитель.

д) с водой

При растворении хлора в воде происходит обратимая реакция диспропорционирования. Атомы хлора одновременно и окисляются, и восстанавливаются, образуя две кислоты: соляную и хлорноватистую.

Уравнение реакции:

$\stackrel{0}{Cl_2} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O} \rightleftharpoons \stackrel{+1}{H}\stackrel{-1}{Cl} + \stackrel{+1}{H}\stackrel{+1}{Cl}\stackrel{-2}{O}$

Изменение степеней окисления:

$Cl^0 + 1e^- \rightarrow Cl^{-1}$ (восстановление)

$Cl^0 - 1e^- \rightarrow Cl^{+1}$ (окисление)

В этой реакции $Cl_2$ (хлор) является одновременно и окислителем, и восстановителем.

Ответ: $Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO$. Хлор ($Cl_2$) является и окислителем, и восстановителем.

8-36. Напишите уравнения реакций взаимодействия фтора а) с литием, б) с магнием, в) с фосфором, г) с серой, д) с водородом. Обозначьте степени окисления, укажите окислитель и восстановитель.

Решение

Фтор ($F_2$) является самым электроотрицательным элементом и сильнейшим окислителем. Во всех приведенных реакциях он будет принимать электроны, понижая свою степень окисления с 0 (в простом веществе $F_2$) до -1. Соответственно, второй реагент будет выступать в роли восстановителя, отдавая электроны и повышая свою степень окисления.

а) с литием

Литий ($Li$) — щелочной металл, который в соединениях всегда проявляет степень окисления +1. Взаимодействуя с фтором, литий окисляется.

Уравнение реакции со степенями окисления:

$2\overset{0}{Li} + \overset{0}{F_2} \rightarrow 2\overset{+1}{Li}\overset{-1}{F}$

Процесс окисления (литий — восстановитель): $Li^0 - 1e^- \rightarrow Li^{+1}$

Процесс восстановления (фтор — окислитель): $F_2^0 + 2e^- \rightarrow 2F^{-1}$

Ответ: Уравнение реакции: $2Li + F_2 \rightarrow 2LiF$. Литий ($Li$) — восстановитель, фтор ($F_2$) — окислитель.

б) с магнием

Магний ($Mg$) — щелочноземельный металл, который в соединениях проявляет степень окисления +2. Взаимодействуя с фтором, магний окисляется.

Уравнение реакции со степенями окисления:

$\overset{0}{Mg} + \overset{0}{F_2} \rightarrow \overset{+2}{Mg}\overset{-1}{F_2}$

Процесс окисления (магний — восстановитель): $Mg^0 - 2e^- \rightarrow Mg^{+2}$

Процесс восстановления (фтор — окислитель): $F_2^0 + 2e^- \rightarrow 2F^{-1}$

Ответ: Уравнение реакции: $Mg + F_2 \rightarrow MgF_2$. Магний ($Mg$) — восстановитель, фтор ($F_2$) — окислитель.

в) с фосфором

Фосфор ($P$) — неметалл. Фтор как сильнейший окислитель окисляет фосфор до его высшей степени окисления +5.

Уравнение реакции со степенями окисления:

$2\overset{0}{P} + 5\overset{0}{F_2} \rightarrow 2\overset{+5}{P}\overset{-1}{F_5}$

Процесс окисления (фосфор — восстановитель): $P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}$

Процесс восстановления (фтор — окислитель): $F_2^0 + 2e^- \rightarrow 2F^{-1}$

Ответ: Уравнение реакции: $2P + 5F_2 \rightarrow 2PF_5$. Фосфор ($P$) — восстановитель, фтор ($F_2$) — окислитель.

г) с серой

Сера ($S$) — неметалл. Фтор как сильнейший окислитель окисляет серу до ее высшей степени окисления +6.

Уравнение реакции со степенями окисления:

$\overset{0}{S} + 3\overset{0}{F_2} \rightarrow \overset{+6}{S}\overset{-1}{F_6}$

Процесс окисления (сера — восстановитель): $S^0 - 6e^- \rightarrow S^{+6}$

Процесс восстановления (фтор — окислитель): $F_2^0 + 2e^- \rightarrow 2F^{-1}$

Ответ: Уравнение реакции: $S + 3F_2 \rightarrow SF_6$. Сера ($S$) — восстановитель, фтор ($F_2$) — окислитель.

д) с водородом

При взаимодействии с более электроотрицательным фтором водород ($H_2$) проявляет степень окисления +1.

Уравнение реакции со степенями окисления:

$\overset{0}{H_2} + \overset{0}{F_2} \rightarrow 2\overset{+1}{H}\overset{-1}{F}$

Процесс окисления (водород — восстановитель): $H_2^0 - 2e^- \rightarrow 2H^{+1}$

Процесс восстановления (фтор — окислитель): $F_2^0 + 2e^- \rightarrow 2F^{-1}$

Ответ: Уравнение реакции: $H_2 + F_2 \rightarrow 2HF$. Водород ($H_2$) — восстановитель, фтор ($F_2$) — окислитель.

8-37. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ:

а) Хлороводород $ \rightarrow $ Хлор $ \rightarrow $ Хлорид натрия $ \rightarrow $ Хлор;

б) Хлорид натрия $ \rightarrow $ Хлор $ \rightarrow $ Хлорат калия $ \rightarrow $ Хлорид калия;

в) Хлор $ \rightarrow $ Хлороводород $ \rightarrow $ Хлор $ \rightarrow $ Хлорид железа(III).

а)

Решение

1. Для превращения хлороводорода в хлор необходимо провести реакцию окисления. В качестве окислителя можно использовать оксид марганца(IV) при нагревании с концентрированной соляной кислотой:

$4HCl + MnO_2 \xrightarrow{t} MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

2. Чтобы получить хлорид натрия из хлора, нужно провести реакцию с натрием или его соединением. Самый прямой способ — взаимодействие хлора с металлическим натрием:

$2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$

3. Получение хлора из хлорида натрия является обратным процессом по отношению к окислению. Это достигается электролизом водного раствора хлорида натрия, что является важным промышленным методом:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

Ответ:

$4HCl + MnO_2 \xrightarrow{t} MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

$2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl$

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

б)

Решение

1. Для получения хлора из хлорида натрия используется электролиз его водного раствора:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

2. Хлорат калия можно получить из хлора реакцией диспропорционирования. Для этого хлор пропускают через горячий концентрированный раствор гидроксида калия:

$3Cl_2 + 6KOH_{ (гор., конц.) } \rightarrow 5KCl + KClO_3 \downarrow + 3H_2O$

3. Превращение хлората калия в хлорид калия — это реакция восстановления. Её можно осуществить термическим разложением хлората калия в присутствии катализатора (оксида марганца(IV)):

$2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2 \uparrow$

Ответ:

$2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

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

$2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2 \uparrow$

в)

Решение

1. Хлороводород получают из хлора путем прямого синтеза с водородом. Реакция протекает при нагревании или под действием ультрафиолетового излучения:

$Cl_2 + H_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$

2. Получение хлора из хлороводорода (соляной кислоты) — это окислительно-восстановительная реакция. Можно использовать сильный окислитель, например, перманганат калия:

$16HCl_{ (конц.) } + 2KMnO_4 \rightarrow 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 \uparrow + 8H_2O$

3. Для получения хлорида железа(III) из хлора необходимо провести реакцию с железом. Хлор как сильный окислитель окисляет железо до степени окисления +3:

$2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$

Ответ:

$Cl_2 + H_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$

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

$2Fe + 3Cl_2 \xrightarrow{t} 2FeCl_3$