Номер 1, страница 94 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Укажите уравнения реакций, которые можно использовать в химических источниках тока:

а) $NaOH + HCl = NaCl + H_2O$;

б) $Fe + 2HCl = FeCl_2 + H_2 \uparrow$;

в) $CuCl_2 + 2NaOH = Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaCl$;

г) $CuCl_2 + Zn = Cu + ZnCl_2$.

Решение

Для того чтобы химическую реакцию можно было использовать в химических источниках тока (гальванических элементах), она должна быть окислительно-восстановительной (ОВР) и протекать самопроизвольно. В таких реакциях происходит перенос электронов от восстановителя к окислителю. Если пространственно разделить процессы окисления и восстановления, то этот перенос электронов можно направить по внешней цепи, создавая электрический ток. Проанализируем каждую из предложенных реакций.

а) $NaOH + HCl = NaCl + H_2O$

Данная реакция является реакцией нейтрализации между основанием и кислотой. Чтобы определить, является ли она окислительно-восстановительной, проанализируем степени окисления элементов: $Na^{+1}O^{-2}H^{+1} + H^{+1}Cl^{-1} = Na^{+1}Cl^{-1} + H_2^{+1}O^{-2}$. Степени окисления всех элементов в ходе реакции не изменяются. Следовательно, эта реакция не является ОВР и не может быть использована для создания химического источника тока. Ответ: нельзя использовать.

б) $Fe + 2HCl = FeCl_2 + H_2\uparrow$

Эта реакция является окислительно-восстановительной. Происходит изменение степеней окисления: железо окисляется, а ионы водорода восстанавливаются. $Fe^0 + 2H^{+1}Cl^{-1} = Fe^{+2}Cl_2^{-1} + H_2^0$.

Процессы, происходящие на электродах:

Окисление на аноде (-): $Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{+2}$.

Восстановление на катоде (+): $2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$.

Поскольку это самопроизвольная ОВР, ее можно использовать в химическом источнике тока, если пространственно разделить окислитель и восстановитель. Ответ: можно использовать.

в) $CuCl_2 + 2NaOH = Cu(OH)_2\downarrow + 2NaCl$

Это реакция ионного обмена, в результате которой выпадает осадок гидроксида меди(II). Проверим степени окисления: $Cu^{+2}Cl_2^{-1} + 2Na^{+1}O^{-2}H^{+1} = Cu^{+2}(O^{-2}H^{+1})_2 + 2Na^{+1}Cl^{-1}$. Степени окисления всех атомов в ходе реакции остаются неизменными. Реакция не является окислительно-восстановительной и не может быть использована в химическом источнике тока. Ответ: нельзя использовать.

г) $CuCl_2 + Zn = Cu + ZnCl_2$

Эта реакция является окислительно-восстановительной. Цинк, как более активный металл, вытесняет медь из раствора ее соли. Происходит изменение степеней окисления: цинк окисляется, а ионы меди восстанавливаются. $Cu^{+2}Cl_2^{-1} + Zn^0 = Cu^0 + Zn^{+2}Cl_2^{-1}$.

Процессы, происходящие на электродах:

Окисление на аноде (-): $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$.

Восстановление на катоде (+): $Cu^{+2} + 2e^- \rightarrow Cu^0$.

Данная самопроизвольная ОВР лежит в основе работы классического медно-цинкового гальванического элемента (элемента Даниэля-Якоби). Следовательно, ее можно использовать в химическом источнике тока. Ответ: можно использовать.