Страница 218 - гдз по химии 8 класс учебник Рудзитис, Фельдман

3. Заполните таблицу, приведя по два примера реакций соединения и разложения, которые не являются окислительно-восстановительными. Обсудите таблицу с соседом по парте. Проверьте друг у друга заполненную таблицу.

Тип реакций

Примеры реакций, протекающих без изменения степени окисления элементов

Реакции соединения

Реакции разложения

Реакции соединения

Реакции соединения, не являющиеся окислительно-восстановительными, обычно включают взаимодействие оксидов с водой или друг с другом, где элементы сохраняют свои степени окисления.

1. Реакция основного оксида с водой с образованием соответствующего гидроксида (основания):
$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$
Степени окисления всех элементов ( $Ca^{+2}$, $O^{-2}$, $H^{+1}$ ) в ходе реакции не изменяются.

2. Реакция кислотного оксида с водой с образованием соответствующей кислоты:
$SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$
Степени окисления всех элементов ( $S^{+6}$, $O^{-2}$, $H^{+1}$ ) остаются постоянными.

Ответ: 1) $CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$; 2) $SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4$.

Реакции разложения

Реакции разложения, протекающие без изменения степеней окисления, включают термическое разложение нерастворимых оснований, некоторых кислот и солей (например, карбонатов).

1. Разложение нерастворимого основания при нагревании на оксид и воду:
$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$
Степени окисления элементов ( $Cu^{+2}$, $O^{-2}$, $H^{+1}$ ) не изменяются.

2. Разложение карбоната металла при нагревании на оксид металла и углекислый газ:
$CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2$
Степени окисления элементов ( $Ca^{+2}$, $C^{+4}$, $O^{-2}$ ) остаются прежними.

Ответ: 1) $Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$; 2) $CaCO_3 \xrightarrow{t} CaO + CO_2$.

4. Составьте уравнения реакций, пользуясь алгоритмом, приведённым в параграфе.

a) $ \text{CuS} + \text{HNO}_3(\text{разб.}) \rightarrow \text{Cu}(\text{NO}_3)_2 + \text{S} + \text{NO} + \text{H}_2\text{O} $

б) $ \text{K}_2\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{SO}_4 + \text{KMnO}_4 \rightarrow \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{MnSO}_4 + \dots $

а) $CuS + HNO_{3}(разб.) \rightarrow Cu(NO_{3})_{2} + S + NO + H_{2}O$

Решение

Для того чтобы уравнять эту окислительно-восстановительную реакцию, воспользуемся методом электронного баланса.

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Cu^{+2}S^{-2} + H^{+1}N^{+5}O^{-2}_{3} \rightarrow Cu^{+2}(N^{+5}O^{-2}_{3})_{2} + S^{0} + N^{+2}O^{-2} + H^{+1}_{2}O^{-2}$

Степень окисления меняют сера (S) и азот (N).

2. Составим полуреакции окисления и восстановления:

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

Окислитель: $N^{+5} + 3e^{-} \rightarrow N^{+2}$ (восстановление)

3. Найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (2 и 3), оно равно 6. Расставим коэффициенты для баланса электронов:

$S^{-2} - 2e^{-} \rightarrow S^{0}$ | 3

$N^{+5} + 3e^{-} \rightarrow N^{+2}$ | 2

Таким образом, перед соединениями с серой ($CuS$ и $S$) ставим коэффициент 3, а перед соединениями с азотом, изменившим степень окисления ($NO$), ставим коэффициент 2.

$3CuS + HNO_{3} \rightarrow Cu(NO_{3})_{2} + 3S + 2NO + H_{2}O$

4. Уравняем остальные элементы. Сначала уравняем медь (Cu): слева 3 атома, значит и справа должно быть 3. Ставим коэффициент 3 перед $Cu(NO_{3})_{2}$:

$3CuS + HNO_{3} \rightarrow 3Cu(NO_{3})_{2} + 3S + 2NO + H_{2}O$

5. Теперь уравняем азот (N). Справа у нас $3 \times 2 = 6$ атомов N в $Cu(NO_{3})_{2}$ и 2 атома N в $NO$, итого $6 + 2 = 8$ атомов. Следовательно, перед $HNO_{3}$ ставим коэффициент 8, так как азотная кислота является и окислителем, и средой для образования соли.

$3CuS + 8HNO_{3} \rightarrow 3Cu(NO_{3})_{2} + 3S + 2NO + H_{2}O$

6. В последнюю очередь уравняем водород (H) и проверим по кислороду (O). Слева 8 атомов H, значит перед $H_{2}O$ ставим коэффициент 4:

$3CuS + 8HNO_{3} \rightarrow 3Cu(NO_{3})_{2} + 3S + 2NO + 4H_{2}O$

Проверка по кислороду: слева $8 \times 3 = 24$ атома О. Справа $3 \times (2 \times 3) + 2 + 4 = 18 + 2 + 4 = 24$ атома О. Баланс соблюден.

$CuS$ является восстановителем, $HNO_{3}$ - окислителем.

Ответ: $3CuS + 8HNO_{3}(разб.) = 3Cu(NO_{3})_{2} + 3S + 2NO + 4H_{2}O$.

б) $K_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} + KMnO_{4} \rightarrow K_{2}SO_{4} + MnSO_{4} + ...$

Решение

Это окислительно-восстановительная реакция. Недостающий продукт реакции - вода ($H_{2}O$), так как в левой части есть водород, который должен образовать соединение в правой части. Полная схема реакции:

$K_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} + KMnO_{4} \rightarrow K_{2}SO_{4} + MnSO_{4} + H_{2}O$

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$K^{+1}_{2}S^{+4}O^{-2}_{3} + H^{+1}_{2}S^{+6}O^{-2}_{4} + K^{+1}Mn^{+7}O^{-2}_{4} \rightarrow K^{+1}_{2}S^{+6}O^{-2}_{4} + Mn^{+2}S^{+6}O^{-2}_{4} + H^{+1}_{2}O^{-2}$

Степень окисления меняют сера (S) в сульфите калия и марганец (Mn) в перманганате калия.

2. Составим полуреакции окисления и восстановления:

Восстановитель: $S^{+4} - 2e^{-} \rightarrow S^{+6}$ (окисление)

Окислитель: $Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$ (восстановление)

3. Найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (2 и 5), оно равно 10. Расставим коэффициенты для баланса электронов:

$S^{+4} - 2e^{-} \rightarrow S^{+6}$ | 5

$Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$ | 2

Таким образом, перед соединениями с серой, изменившей степень окисления ($K_{2}SO_{3}$), ставим коэффициент 5, а перед соединениями с марганцем ($KMnO_{4}$ и $MnSO_{4}$) ставим коэффициент 2.

$5K_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} + 2KMnO_{4} \rightarrow K_{2}SO_{4} + 2MnSO_{4} + H_{2}O$

4. Уравняем остальные элементы. Сначала уравняем калий (K). Слева $5 \times 2 + 2 = 12$ атомов. Справа в $K_{2}SO_{4}$ должно быть 12 атомов K, значит, ставим коэффициент 6.

$5K_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} + 2KMnO_{4} \rightarrow 6K_{2}SO_{4} + 2MnSO_{4} + H_{2}O$

5. Теперь уравняем серу (S). Справа $6 + 2 = 8$ атомов. Слева в $5K_{2}SO_{3}$ уже есть 5 атомов, значит, в $H_{2}SO_{4}$ должно быть $8 - 5 = 3$ атома. Ставим коэффициент 3 перед $H_{2}SO_{4}$.

$5K_{2}SO_{3} + 3H_{2}SO_{4} + 2KMnO_{4} \rightarrow 6K_{2}SO_{4} + 2MnSO_{4} + H_{2}O$

6. Уравняем водород (H). Слева в $3H_{2}SO_{4}$ находится $3 \times 2 = 6$ атомов. Справа ставим коэффициент 3 перед $H_{2}O$.

$5K_{2}SO_{3} + 3H_{2}SO_{4} + 2KMnO_{4} \rightarrow 6K_{2}SO_{4} + 2MnSO_{4} + 3H_{2}O$

7. Проверим по кислороду (O). Слева: $5 \times 3 + 3 \times 4 + 2 \times 4 = 15 + 12 + 8 = 35$ атомов. Справа: $6 \times 4 + 2 \times 4 + 3 \times 1 = 24 + 8 + 3 = 35$ атомов. Баланс соблюден.

$K_{2}SO_{3}$ является восстановителем, $KMnO_{4}$ - окислителем, $H_{2}SO_{4}$ - создает кислую среду.

Ответ: $5K_{2}SO_{3} + 2KMnO_{4} + 3H_{2}SO_{4} = 6K_{2}SO_{4} + 2MnSO_{4} + 3H_{2}O$.

5. В схеме реакции $\text{HNO}_3 \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{NO}_2 + \text{O}_2$ расставьте коэффициенты методом электронного баланса.

Решение

Для расстановки коэффициентов в уравнении реакции $HNO_3 \rightarrow H_2O + NO_2 + O_2$ необходимо использовать метод электронного баланса, который основан на законе сохранения заряда в окислительно-восстановительных реакциях.

1. Определим степени окисления (С.О.) всех элементов в реагентах и продуктах:

$H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} \rightarrow H_2^{+1}O^{-2} + N^{+4}O_2^{-2} + O_2^0$

2. Выпишем элементы, которые изменили свою степень окисления, и составим для них полуреакции восстановления и окисления.

• Азот ($N$) понизил свою степень окисления с +5 до +4. Он принял электроны, следовательно, является окислителем, а процесс называется восстановлением.
• Часть атомов кислорода ($O$) повысила свою степень окисления с -2 до 0. Кислород отдал электроны, следовательно, является восстановителем, а процесс называется окислением.

3. Составим схему электронного баланса. Учтем, что молекула кислорода состоит из двух атомов ($O_2$).

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$
$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$

4. Найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных (4) и принятых (1) электронов. НОК(1, 4) = 4. Определим дополнительные множители для каждой полуреакции, разделив НОК на число электронов в ней.

$\begin{array}{c|c c c|c} N^{+5} + 1e^- & \rightarrow & N^{+4} & | & 4 \\ 2O^{-2} & \rightarrow & O_2^0 + 4e^- & | & 1 \\ \end{array}$

Множитель 4 относится к азоту, а множитель 1 — к молекулярному кислороду.

5. Расставим эти коэффициенты в уравнении реакции. Ставим 4 перед $HNO_3$ (источник $N^{+5}$) и 4 перед $NO_2$ (продукт с $N^{+4}$). Коэффициент 1 перед $O_2$ обычно не пишется.

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

6. Уравняем количество атомов водорода ($H$). Слева в $4HNO_3$ находится 4 атома водорода. Чтобы справа их тоже стало 4, перед $H_2O$ ставим коэффициент 2 ($2 \times 2 = 4$).

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

7. Проверим баланс атомов кислорода ($O$):

• Слева: $4 \times 3 = 12$ атомов.
• Справа: в $2H_2O$ — 2 атома, в $4NO_2$ — $4 \times 2 = 8$ атомов, в $O_2$ — 2 атома. Итого: $2 + 8 + 2 = 12$ атомов.

Количество атомов всех элементов слева и справа одинаково. Коэффициенты расставлены верно.

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

1. К окислительно-восстановительным реакциям не относится реакция

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

2) $CuO + P_2O_5 \rightarrow Cu_3(PO_4)_2$

3) $CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O$

4) $Cu + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O + SO_2$

Решение

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Чтобы определить, какая из предложенных реакций не является ОВР, необходимо проанализировать изменение степеней окисления элементов в каждом из уравнений.

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

Расставим степени окисления для каждого элемента в реакции:
$\overset{0}{Cu} + \overset{+1}{H}\overset{+5}{N}\overset{-2}{O}_3 \rightarrow \overset{+2}{Cu}(\overset{+5}{N}\overset{-2}{O}_3)_2 + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O} + \overset{+4}{N}\overset{-2}{O}_2$
В этой реакции медь ($Cu$) изменяет степень окисления с $0$ до $+2$ (окисляется), а часть атомов азота ($N$) изменяет степень окисления с $+5$ (в $HNO_3$) до $+4$ (в $NO_2$), то есть восстанавливается. Поскольку происходит изменение степеней окисления, данная реакция является окислительно-восстановительной.

2) $CuO + P_2O_5 \rightarrow Cu_3(PO_4)_2$

Перед анализом уравняем реакцию: $3CuO + P_2O_5 \rightarrow Cu_3(PO_4)_2$. Теперь расставим степени окисления:
$3\overset{+2}{Cu}\overset{-2}{O} + \overset{+5}{P}_2\overset{-2}{O}_5 \rightarrow \overset{+2}{Cu}_3(\overset{+5}{P}\overset{-2}{O}_4)_2$
Степень окисления меди ($Cu$) и в реагенте, и в продукте равна $+2$. Степень окисления фосфора ($P$) равна $+5$ и до, и после реакции. Степень окисления кислорода ($O$) не изменяется и равна $-2$. Так как ни один из элементов не изменил свою степень окисления, эта реакция не является окислительно-восстановительной. Это реакция соединения основного оксида с кислотным с образованием соли.

3) $CuO + H_2 \rightarrow Cu + H_2O$

Расставим степени окисления для каждого элемента в реакции:
$\overset{+2}{Cu}\overset{-2}{O} + \overset{0}{H_2} \rightarrow \overset{0}{Cu} + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O}$
В данной реакции медь ($Cu$) изменяет степень окисления с $+2$ до $0$ (восстанавливается), а водород ($H$) изменяет степень окисления с $0$ до $+1$ (окисляется). Следовательно, эта реакция является окислительно-восстановительной.

4) $Cu + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O + SO_2$

Расставим степени окисления для каждого элемента в реакции:
$\overset{0}{Cu} + \overset{+1}{H}_2\overset{+6}{S}\overset{-2}{O}_4 \rightarrow \overset{+2}{Cu}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O}_4 + \overset{+1}{H}_2\overset{-2}{O} + \overset{+4}{S}\overset{-2}{O}_2$
Медь ($Cu$) изменяет степень окисления с $0$ до $+2$ (окисляется). Часть атомов серы ($S$) изменяет степень окисления с $+6$ (в $H_2SO_4$) до $+4$ (в $SO_2$), то есть восстанавливается. Так как степени окисления изменяются, эта реакция является окислительно-восстановительной.

Таким образом, единственная реакция из представленных, которая не относится к окислительно-восстановительным, — это реакция под номером 2.

Ответ: 2

2. Установите соответствие между окислительно-восстановительным процессом и схемой химической реакции.

1) $S^{-2} \rightarrow S^{0}$

2) $S^{+6} \rightarrow S^{+4}$

3) $N^{+5} \rightarrow N^{+4}$

4) $N^{-3} \rightarrow N^{0}$

А. $HNO_3 \rightarrow H_2O + NO_2 + O_2$

Б. $H_2S + SO_2 \rightarrow H_2O + S$

В. $NH_3 + O_2 \rightarrow H_2O + NO$

Г. $NH_3 + O_2 \rightarrow H_2O + N_2$

Д. $C + H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + SO_2 + H_2O$

1) $S^{-2} \rightarrow S^{0}$

Данный процесс представляет собой окисление, так как степень окисления серы повышается с -2 до 0. Для нахождения соответствующей реакции необходимо проанализировать изменения степеней окисления серы в предложенных схемах. В реакции под буквой Б: $H_2S + SO_2 \rightarrow H_2O + S$. Степень окисления серы в сероводороде ($H_2S$) равна -2. В продуктах реакции образуется простое вещество сера ($S$), степень окисления которой равна 0. Следовательно, в этой реакции происходит искомый процесс окисления $S^{-2} \rightarrow S^{0}$.

Ответ: Б

2) $S^{+6} \rightarrow S^{+4}$

Данный процесс представляет собой восстановление, так как степень окисления серы понижается с +6 до +4. Рассмотрим схему реакции под буквой Д: $C + H_2SO_4 \rightarrow CO_2 + SO_2 + H_2O$. В концентрированной серной кислоте ($H_2SO_4$) сера имеет высшую степень окисления +6. В одном из продуктов, диоксиде серы ($SO_2$), степень окисления серы равна +4. Таким образом, в данной реакции происходит процесс восстановления $S^{+6} \rightarrow S^{+4}$.

Ответ: Д

3) $N^{+5} \rightarrow N^{+4}$

Этот процесс является восстановлением, так как степень окисления азота уменьшается с +5 до +4. Проанализируем реакцию под буквой А: $HNO_3 \rightarrow H_2O + NO_2 + O_2$. В азотной кислоте ($HNO_3$) степень окисления азота равна +5. В продукте реакции, диоксиде азота ($NO_2$), степень окисления азота составляет +4. Следовательно, эта схема реакции соответствует процессу $N^{+5} \rightarrow N^{+4}$.

Ответ: А

4) $N^{-3} \rightarrow N^{0}$

Этот процесс является окислением, так как степень окисления азота увеличивается с -3 до 0. Рассмотрим реакцию под буквой Г: $NH_3 + O_2 \rightarrow H_2O + N_2$. В аммиаке ($NH_3$) азот имеет степень окисления -3. В продуктах образуется простое вещество азот ($N_2$), где его степень окисления равна 0. Эта схема описывает процесс окисления $N^{-3} \rightarrow N^{0}$.

Ответ: Г