Номер 4, страница 99 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

4. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в схемах электролиза расплавов:

a) $\text{Al}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al} + \text{O}_2\uparrow$;

б) $\text{KBr} \rightarrow \text{K} + \text{Br}_2$;

в) $\text{KOH} \rightarrow \text{K} + \text{H}_2\text{O}\uparrow + \text{O}_2\uparrow$;

г) $\text{NaI} \rightarrow \text{Na} + \text{I}_2$.

Для расстановки коэффициентов в предложенных схемах электролиза расплавов используем метод электронного баланса, который основан на том, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

а) Рассмотрим схему электролиза расплава оксида алюминия: $Al_2O_3 \rightarrow Al + O_2\uparrow$.

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Al_2^{+3}O_3^{-2} \rightarrow Al^0 + O_2^0$

Алюминий является окислителем, он принимает электроны и восстанавливается. Кислород является восстановителем, он отдает электроны и окисляется.

2. Составим полуреакции процессов восстановления (на катоде) и окисления (на аноде):

$Al^{+3} + 3e^- \rightarrow Al^0$

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$

3. Составим электронный баланс, чтобы найти коэффициенты. Наименьшее общее кратное для чисел принятых и отданных электронов (3 и 4) равно 12. Дополнительные множители: $12 \div 3 = 4$ и $12 \div 4 = 3$.

$Al^{+3} + 3e^- \rightarrow Al^0$ | 4 | процесс восстановления

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ | 3 | процесс окисления

4. Расставим коэффициенты в уравнении. Перед алюминием ($Al$) ставим коэффициент 4, а перед кислородом ($O_2$) – 3.

$...Al_2O_3 \rightarrow 4Al + 3O_2$

Теперь уравняем число атомов в левой части. Справа 4 атома $Al$ и 6 атомов $O$. Следовательно, перед $Al_2O_3$ нужно поставить коэффициент 2.

Ответ: $2Al_2O_3 \xrightarrow{электролиз} 4Al + 3O_2\uparrow$.

б) Рассмотрим схему электролиза расплава бромида калия: $KBr \rightarrow K + Br_2$.

1. Определим степени окисления элементов:

$K^{+1}Br^{-1} \rightarrow K^0 + Br_2^0$

Калий является окислителем (восстанавливается), а бром – восстановителем (окисляется).

2. Составим полуреакции:

$K^{+1} + 1e^- \rightarrow K^0$ | 2 | процесс восстановления (катод)

$2Br^{-1} - 2e^- \rightarrow Br_2^0$ | 1 | процесс окисления (анод)

3. Наименьшее общее кратное для 1 и 2 равно 2. Множители: $2 \div 1 = 2$ и $2 \div 2 = 1$.

4. Расставим коэффициенты. Перед калием ($K$) ставим 2, перед бромом ($Br_2$) – 1.

$...KBr \rightarrow 2K + Br_2$

Уравниваем левую часть, поставив коэффициент 2 перед $KBr$.

Ответ: $2KBr \xrightarrow{электролиз} 2K + Br_2$.

в) Рассмотрим схему электролиза расплава гидроксида калия: $KOH \rightarrow K + H_2O\uparrow + O_2\uparrow$.

1. Определим степени окисления элементов:

$K^{+1}O^{-2}H^{+1} \rightarrow K^0 + H_2^{+1}O^{-2} + O_2^0$

Степень окисления меняют калий (с +1 на 0) и кислород (с -2 на 0).

2. Составим полуреакции:

$K^{+1} + 1e^- \rightarrow K^0$ | 4 | процесс восстановления (катод)

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ | 1 | процесс окисления (анод)

3. Наименьшее общее кратное для 1 и 4 равно 4. Множители: $4 \div 1 = 4$ и $4 \div 4 = 1$.

4. Расставим коэффициенты. Перед $K$ ставим 4, перед $O_2$ – 1.

$...KOH \rightarrow 4K + H_2O + O_2$

Уравниваем левую часть, ставя коэффициент 4 перед $KOH$: $4KOH$. Теперь слева 4 атома $K$, 4 атома $O$ и 4 атома $H$. Справа у нас уже есть 4 $K$ и 2 $O$ (из $O_2$). Для баланса необходимо 4 атома $H$ и 2 атома $O$, что соответствует 2 молекулам воды ($2H_2O$).

Ответ: $4KOH \xrightarrow{электролиз} 4K + 2H_2O\uparrow + O_2\uparrow$.

г) Рассмотрим схему электролиза расплава иодида натрия: $NaI \rightarrow Na + I_2$.

1. Определим степени окисления элементов:

$Na^{+1}I^{-1} \rightarrow Na^0 + I_2^0$

Натрий является окислителем (восстанавливается), а иод – восстановителем (окисляется).

2. Составим полуреакции:

$Na^{+1} + 1e^- \rightarrow Na^0$ | 2 | процесс восстановления (катод)

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$ | 1 | процесс окисления (анод)

3. Наименьшее общее кратное для 1 и 2 равно 2. Множители: $2 \div 1 = 2$ и $2 \div 2 = 1$.

4. Расставим коэффициенты. Перед натрием ($Na$) ставим 2, перед иодом ($I_2$) – 1.

$...NaI \rightarrow 2Na + I_2$

Уравниваем левую часть, поставив коэффициент 2 перед $NaI$.

Ответ: $2NaI \xrightarrow{электролиз} 2Na + I_2$.