Страница 304 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

1. Не является окислительно-восстановительной реакция, схема которой

1) $NaHSO_3 + NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

2) $H_2S + H_2SO_4 \rightarrow SO_2 + S + H_2O$

3) $NaBr + NaBrO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + Br_2 + H_2O$

4) $H_2S + HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + NO + H_2O$

Окислительно-восстановительной реакцией (ОВР) называется химическая реакция, в ходе которой происходит изменение степеней окисления атомов, входящих в состав реагирующих веществ. Для того чтобы определить, какая из предложенных реакций не является ОВР, проанализируем каждую из них.

1) $NaHSO_3 + NaOH \longrightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

Определим степени окисления всех элементов в реагентах и продуктах.
Реагенты: $\stackrel{+1}{Na}\stackrel{+1}{H}\stackrel{+4}{S}\stackrel{-2}{O}_3$ и $\stackrel{+1}{Na}\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H}$.
Продукты: $\stackrel{+1}{Na}_2\stackrel{+4}{S}\stackrel{-2}{O}_3$ и $\stackrel{+1}{H}_2\stackrel{-2}{O}$.
Как видно, степени окисления всех химических элементов (Na, H, S, O) в ходе реакции не изменяются. Данная реакция является реакцией ионного обмена (реакция нейтрализации), а не окислительно-восстановительной.

Ответ: Не является ОВР.

2) $H_2S + H_2SO_4 \longrightarrow SO_2 + S + H_2O$

Определим степени окисления серы, так как именно она их меняет.
В реагентах сера имеет степени окисления $\stackrel{-2}{S}$ (в $H_2S$) и $\stackrel{+6}{S}$ (в $H_2SO_4$).
В продуктах сера имеет степени окисления $\stackrel{+4}{S}$ (в $SO_2$) и $\stackrel{0}{S}$ (в простом веществе).
Происходит изменение степеней окисления серы, следовательно, это ОВР (реакция конпропорционирования).
$H_2\stackrel{-2}{S}$ является восстановителем, $H_2\stackrel{+6}{S}O_4$ — окислителем.

Ответ: Является ОВР.

3) $NaBr + NaBrO_3 + H_2SO_4 \longrightarrow Na_2SO_4 + Br_2 + H_2O$

Определим степени окисления брома.
В реагентах бром имеет степени окисления $\stackrel{-1}{Br}$ (в $NaBr$) и $\stackrel{+5}{Br}$ (в $NaBrO_3$).
В продуктах бром образует простое вещество $\stackrel{0}{Br}_2$, где его степень окисления равна нулю.
Происходит изменение степеней окисления брома, следовательно, это ОВР (реакция конпропорционирования).
$Na\stackrel{-1}{Br}$ является восстановителем, $Na\stackrel{+5}{Br}O_3$ — окислителем.

Ответ: Является ОВР.

4) $H_2S + HNO_3 \longrightarrow H_2SO_4 + NO + H_2O$

Определим степени окисления серы и азота.
В реагентах: $\stackrel{-2}{S}$ в $H_2S$ и $\stackrel{+5}{N}$ в $HNO_3$.
В продуктах: $\stackrel{+6}{S}$ в $H_2SO_4$ и $\stackrel{+2}{N}$ в $NO$.
Происходит изменение степеней окисления: сера окисляется ($\stackrel{-2}{S} \rightarrow \stackrel{+6}{S}$), а азот восстанавливается ($\stackrel{+5}{N} \rightarrow \stackrel{+2}{N}$). Следовательно, это ОВР.
$H_2S$ является восстановителем, $HNO_3$ — окислителем.

Ответ: Является ОВР.

Из анализа всех реакций следует, что только первая реакция протекает без изменения степеней окисления элементов. Таким образом, она не является окислительно-восстановительной.

Ответ: 1

2. Только восстановительные свойства проявляет вещество, формула которого

1) $SO_2$

2) $HCl$

3) $H_2$

4) $Na_2S$

Чтобы вещество проявляло только восстановительные свойства, химический элемент, отвечающий за окислительно-восстановительные реакции в его составе, должен находиться в своей низшей возможной степени окисления. В этом случае атом может только отдавать электроны, то есть окисляться, повышая свою степень окисления. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) SO₂
В оксиде серы(IV) $SO_2$ степень окисления серы равна +4. Диапазон возможных степеней окисления для серы: от -2 (низшая) до +6 (высшая). Степень окисления +4 является промежуточной. Это означает, что сера в $SO_2$ может как отдавать электроны, повышая степень окисления (проявляя восстановительные свойства), так и принимать электроны, понижая ее (проявляя окислительные свойства).
Пример восстановительных свойств: $2SO_2 + O_2 \rightarrow 2SO_3$ (сера $S^{+4}$ окисляется до $S^{+6}$).
Пример окислительных свойств: $SO_2 + 2H_2S \rightarrow 3S + 2H_2O$ (сера $S^{+4}$ восстанавливается до $S^0$).
Следовательно, $SO_2$ проявляет окислительно-восстановительную двойственность.

2) HCl
В хлороводороде (соляной кислоте) $HCl$ хлор имеет степень окисления -1, а водород +1.
Для хлора степень окисления -1 является низшей, поэтому ион $Cl^{-}$ может быть только восстановителем (например, в реакции $4HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$, где хлор окисляется: $2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$).
Однако ион водорода $H^{+}$ находится в высшей степени окисления +1 и может выступать в роли окислителя, принимая электроны (например, в реакции с металлами: $2HCl + Zn \rightarrow ZnCl_2 + H_2$, где водород восстанавливается: $2H^{+1} + 2e^- \rightarrow H_2^0$).
Таким образом, $HCl$ в целом может проявлять как восстановительные (за счет хлорида-иона), так и окислительные (за счет катиона водорода) свойства.

3) H₂
В молекуле водорода $H_2$ степень окисления атомов равна 0. Для водорода это промежуточная степень окисления (возможные значения: -1, 0, +1).
Водород может быть и восстановителем, окисляясь до +1 (например, $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$), и окислителем, восстанавливаясь до -1 (например, $H_2 + 2Na \rightarrow 2NaH$).
Следовательно, $H_2$ проявляет окислительно-восстановительную двойственность.

4) Na₂S
В сульфиде натрия $Na_2S$ натрий имеет постоянную степень окисления +1, а сера — степень окисления -2.
Степень окисления -2 является для серы низшей. Это значит, что атом серы в составе сульфид-иона $S^{2-}$ может только отдавать электроны, то есть быть восстановителем. Он не может принять электроны и понизить свою степень окисления еще больше.
Пример восстановительных свойств: $Na_2S + 4H_2O_2 \rightarrow Na_2SO_4 + 4H_2O$ (сера $S^{-2}$ окисляется до $S^{+6}$).
Катион натрия $Na^{+}$ находится в своей высшей и единственно возможной степени окисления и в окислительно-восстановительных процессах в растворах не участвует.
Следовательно, сульфид натрия $Na_2S$ проявляет только восстановительные свойства за счет сульфид-иона.

Ответ: 4

3. Только окислительные свойства проявляет вещество, формула которого

1) $I_2$ 2) $F_2$ 3) $H_2$ 4) $N_2$

Окислительные свойства проявляет вещество, атомы которого в ходе химической реакции принимают электроны, понижая свою степень окисления. Вещество проявляет только окислительные свойства, если его атомы не могут повышать свою степень окисления, то есть не могут быть восстановителями. Это характерно для элементов, находящихся в своей высшей степени окисления, а также для самых электроотрицательных элементов.
Во всех представленных вариантах ($I_2$, $F_2$, $H_2$, $N_2$) представлены простые вещества, в которых степень окисления атомов равна 0.

1) $I_2$
Йод ($I_2$) имеет степень окисления 0. Он может как понижать степень окисления до -1 (например, в соединении $HI$), проявляя окислительные свойства, так и повышать её до +1, +3, +5, +7 (например, в $HIO_3$), проявляя восстановительные свойства. Следовательно, йод обладает окислительно-восстановительной двойственностью.
Ответ: неверно, так как йод проявляет и восстановительные свойства.

2) $F_2$
Фтор ($F_2$) — самый электроотрицательный химический элемент. В химических реакциях он всегда принимает электроны, понижая свою степень окисления с 0 до -1. Фтор не может иметь положительную степень окисления, а значит, не может быть восстановителем. Таким образом, фтор проявляет только окислительные свойства.
Ответ: верно, так как фтор может только принимать электроны.

3) $H_2$
Водород ($H_2$) имеет степень окисления 0. Он может как проявлять окислительные свойства, принимая электроны и понижая степень окисления до -1 (в гидридах активных металлов, например, $NaH$), так и проявлять восстановительные свойства, отдавая электроны и повышая степень окисления до +1 (в большинстве соединений, например, $HCl$). Следовательно, водород обладает окислительно-восстановительной двойственностью.
Ответ: неверно, так как водород проявляет и восстановительные свойства.

4) $N_2$
Азот ($N_2$) имеет степень окисления 0. Для азота характерен широкий диапазон степеней окисления, как отрицательных (до -3, например, в $NH_3$), так и положительных (до +5, например, в $N_2O_5$). Это означает, что азот может быть и окислителем, и восстановителем. Следовательно, азот обладает окислительно-восстановительной двойственностью.
Ответ: неверно, так как азот проявляет и восстановительные свойства.

Таким образом, единственное вещество из предложенных, которое проявляет только окислительные свойства — это фтор.

Ответ: 2

4. Соляная кислота выполняет роль восстановителя в реакции, уравнение которой

1) $2\text{HCl} + \text{Zn} = \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2$

2) $2\text{Na}_2\text{S} + \text{Na}_2\text{SO}_3 + 6\text{HCl} = 6\text{NaCl} + 3\text{S} + 3\text{H}_2\text{O}$

3) $6\text{HCl} + 2\text{Al} = 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2$

4) $4\text{HCl} + \text{MnO}_2 = \text{MnCl}_2 + \text{Cl}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$

Решение

Восстановитель — это химическое соединение, атом или ион, который отдает электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. При этом восстановитель окисляется, то есть его степень окисления повышается.

В молекуле соляной кислоты ($HCl$) водород имеет степень окисления +1, а хлор –1. Водород находится в своей высшей степени окисления, поэтому он может быть только окислителем (понижая степень окисления, например, до 0). Хлор, имея степень окисления –1, может её повышать, выступая в роли восстановителя. Следовательно, соляная кислота будет являться восстановителем в той реакции, где хлор повышает свою степень окисления.

Проанализируем каждую из предложенных реакций:

1) $2HCl + Zn = ZnCl_2 + H_2$

Определим степени окисления элементов до и после реакции:

$2H^{+1}Cl^{-1} + Zn^{0} = Zn^{+2}Cl_2^{-1} + H_2^{0}$

В этой реакции цинк ($Zn^{0}$) отдает электроны и переходит в $Zn^{+2}$, являясь восстановителем. Водород ($H^{+1}$) принимает электроны и переходит в $H_2^{0}$, являясь окислителем. Степень окисления хлора не изменяется. Таким образом, соляная кислота выступает в роли окислителя.

Ответ: не подходит.

2) $2Na_2S + Na_2SO_3 + 6HCl = 6NaCl + 3S + 3H_2O$

Определим степени окисления элементов, изменяющих их:

$2Na_2S^{-2} + Na_2S^{+4}O_3 + 6H^{+1}Cl^{-1} = 6Na^{+1}Cl^{-1} + 3S^{0} + 3H_2O$

В этой реакции сера из сульфида натрия ($S^{-2}$) окисляется до $S^{0}$, а сера из сульфита натрия ($S^{+4}$) восстанавливается до $S^{0}$. Степень окисления хлора в соляной кислоте не меняется. Здесь $HCl$ выступает в качестве реагента, создающего кислую среду.

Ответ: не подходит.

3) $6HCl + 2Al = 2AlCl_3 + 3H_2$

Определим степени окисления элементов до и после реакции:

$6H^{+1}Cl^{-1} + 2Al^{0} = 2Al^{+3}Cl_3^{-1} + 3H_2^{0}$

Аналогично первой реакции, здесь алюминий ($Al^{0}$) является восстановителем, а ион водорода ($H^{+1}$) в соляной кислоте — окислителем. Степень окисления хлора не изменяется. Соляная кислота является окислителем.

Ответ: не подходит.

4) $4HCl + MnO_2 = MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

Определим степени окисления элементов до и после реакции:

$4H^{+1}Cl^{-1} + Mn^{+4}O_2^{-2} = Mn^{+2}Cl_2^{-1} + Cl_2^{0} + 2H_2O$

В этой реакции хлорид-ион ($Cl^{-1}$) повышает свою степень окисления до 0, отдавая электроны: $2Cl^{-1} - 2e^{-} \rightarrow Cl_2^{0}$. Следовательно, соляная кислота является восстановителем. Окислителем выступает диоксид марганца, в котором марганец понижает степень окисления с +4 до +2 ($Mn^{+4} + 2e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$).

Ответ: подходит.

5. Процессу последовательного восстановления соответствует цепочка

1) $(NH_4)_2CrO_4 \rightarrow (NH_4)_2Cr_2O_7 \rightarrow Cr_2O_3$

2) $HNO_3 \rightarrow NO \rightarrow NO_2$

3) $CO_2 \rightarrow CO \rightarrow CH_4$

4) $HBr \rightarrow Br_2 \rightarrow KBrO_3$

Процесс последовательного восстановления — это процесс, в котором степень окисления элемента последовательно понижается на каждом этапе. Для определения правильного ответа проанализируем изменение степеней окисления ключевого элемента в каждой цепочке превращений.

1) (NH₄)₂CrO₄ → (NH₄)₂Cr₂O₇ → Cr₂O₃

Определим степень окисления хрома (Cr). В хромате аммония (NH₄)₂CrO₄ степень окисления Cr равна $+6$ (расчет: $2 \cdot (+1) + x + 4 \cdot (-2) = 0 \implies x=+6$). В дихромате аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ степень окисления Cr также равна $+6$ (расчет: $2 \cdot (+1) + 2x + 7 \cdot (-2) = 0 \implies x=+6$). В оксиде хрома(III) Cr₂O₃ степень окисления Cr равна $+3$ (расчет: $2x + 3 \cdot (-2) = 0 \implies x=+3$). Цепочка изменения степеней окисления: $Cr^{+6} \rightarrow Cr^{+6} \rightarrow Cr^{+3}$. На первом этапе степень окисления не меняется, следовательно, это не последовательное восстановление.

2) HNO₃ → NO → NO₂

Определим степень окисления азота (N). В азотной кислоте HNO₃ степень окисления N равна $+5$ (расчет: $+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0 \implies x=+5$). В оксиде азота(II) NO степень окисления N равна $+2$ (расчет: $x - 2 = 0 \implies x=+2$). В оксиде азота(IV) NO₂ степень окисления N равна $+4$ (расчет: $x + 2 \cdot (-2) = 0 \implies x=+4$). Цепочка изменения степеней окисления: $N^{+5} \rightarrow N^{+2} \rightarrow N^{+4}$. На первом этапе происходит восстановление (с $+5$ до $+2$), но на втором — окисление (с $+2$ до $+4$). Это не последовательное восстановление.

3) CO₂ → CO → CH₄

Определим степень окисления углерода (C). В диоксиде углерода CO₂ степень окисления C равна $+4$ (расчет: $x + 2 \cdot (-2) = 0 \implies x=+4$). В оксиде углерода(II) CO степень окисления C равна $+2$ (расчет: $x - 2 = 0 \implies x=+2$). В метане CH₄ степень окисления C равна $-4$ (расчет: $x + 4 \cdot (+1) = 0 \implies x=-4$). Цепочка изменения степеней окисления: $C^{+4} \rightarrow C^{+2} \rightarrow C^{-4}$. На первом этапе степень окисления понижается с $+4$ до $+2$ (восстановление). На втором этапе степень окисления также понижается с $+2$ до $-4$ (восстановление). Эта цепочка соответствует процессу последовательного восстановления.

4) HBr → Br₂ → KBrO₃

Определим степень окисления брома (Br). В бромоводороде HBr степень окисления Br равна $-1$ (расчет: $+1 + x = 0 \implies x=-1$). В простом веществе Br₂ степень окисления Br равна $0$. В бромате калия KBrO₃ степень окисления Br равна $+5$ (расчет: $+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0 \implies x=+5$). Цепочка изменения степеней окисления: $Br^{-1} \rightarrow Br^{0} \rightarrow Br^{+5}$. На обоих этапах степень окисления повышается, что соответствует процессу последовательного окисления.

Ответ: 3

6. Пероксид водорода проявляет окислительные свойства в реакции, схема которой

1) $H_2O_2 + KClO_3 \rightarrow KCl + H_2O + O_2$

2) $H_2O_2 + Ag_2O \rightarrow Ag + O_2 + H_2O$

3) $H_2O_2 + Cl_2 \rightarrow HCl + O_2$

4) $H_2O_2 + Fe(OH)_2 \rightarrow FeO(OH) + H_2O$

Пероксид водорода ($H_2O_2$) проявляет окислительно-восстановительную двойственность, так как атом кислорода в нем находится в промежуточной степени окисления -1.

• Если пероксид водорода выступает в роли окислителя, он принимает электроны, и степень окисления кислорода понижается с -1 до -2 (обычно образуется вода, $H_2O$). Процесс восстановления: $\overset{-1}{O} + e^- \rightarrow \overset{-2}{O}$.
• Если пероксид водорода выступает в роли восстановителя, он отдает электроны, и степень окисления кислорода повышается с -1 до 0 (образуется молекулярный кислород, $O_2$). Процесс окисления: $2\overset{-1}{O} - 2e^- \rightarrow \overset{0}{O}_2$.

Для ответа на вопрос необходимо найти реакцию, в которой степень окисления кислорода из пероксида водорода понижается.

Решение

Проанализируем изменение степеней окисления в каждой из предложенных реакций.

1) $H_2O_2 + KClO_3 \rightarrow KCl + H_2O + O_2$

Определим степени окисления: в $H_2\overset{-1}{O}_2$ кислород имеет степень окисления -1, а в продукте $O_2$ – 0. Степень окисления кислорода повышается ($\overset{-1}{O} \rightarrow \overset{0}{O}$), следовательно, пероксид водорода является восстановителем. Окислителем здесь является хлорат калия $K\overset{+5}{Cl}O_3$, в котором хлор восстанавливается до степени окисления -1 в $K\overset{-1}{Cl}$.

2) $H_2O_2 + Ag_2O \rightarrow Ag + O_2 + H_2O$

Степени окисления: в $H_2\overset{-1}{O}_2$ кислород -1, в $O_2$ – 0. Степень окисления кислорода повышается ($\overset{-1}{O} \rightarrow \overset{0}{O}$), значит, пероксид водорода является восстановителем. Окислителем выступает оксид серебра $\overset{+1}{Ag}_2O$, где серебро восстанавливается до $\overset{0}{Ag}$.

3) $H_2O_2 + Cl_2 \rightarrow HCl + O_2$

Степени окисления: в $H_2\overset{-1}{O}_2$ кислород -1, в $O_2$ – 0. Степень окисления кислорода повышается ($\overset{-1}{O} \rightarrow \overset{0}{O}$), поэтому пероксид водорода — восстановитель. Окислителем является хлор $\overset{0}{Cl}_2$, который восстанавливается до степени окисления -1 в $H\overset{-1}{Cl}$.

4) $H_2O_2 + Fe(OH)_2 \rightarrow FeO(OH) + H_2O$

Определим степени окисления: в $H_2\overset{-1}{O}_2$ кислород имеет степень окисления -1, а в продукте $H_2\overset{-2}{O}$ – -2. Степень окисления кислорода понижается ($\overset{-1}{O} \rightarrow \overset{-2}{O}$), следовательно, пероксид водорода принимает электроны и является окислителем. Восстановителем является гидроксид железа(II) $\overset{+2}{Fe}(OH)_2$, в котором железо окисляется до степени окисления +3 в гидроксооксиде железа(III) $\overset{+3}{Fe}O(OH)$.

Таким образом, пероксид водорода проявляет окислительные свойства в реакции под номером 4.

Ответ: 4

7. Установите соответствие между формулой вещества (левый столбец) и степенью окисления фосфора в нём (правый столбец).

A) $AlP$

Б) $(NH_4)_2HPO_4$

В) $Na_4P_2O_7$

Г) $H_3PO_3$

1) $-3$

2) $0$

3) $+1$

4) $+3$

5) $+5$

6) $+7$

Дано:

Формулы веществ:

А) AlP

Б) (NH₄)₂HPO₄

В) Na₄P₂O₇

Г) H₃PO₃

Перечень степеней окисления: 1) –3, 2) 0, 3) +1, 4) +3, 5) +5, 6) +7

Найти:

Установить соответствие между каждой формулой вещества и степенью окисления фосфора в ней.

Решение:

Для определения степени окисления фосфора в каждом соединении воспользуемся правилом, согласно которому сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле равна нулю. Также учтем постоянные степени окисления некоторых элементов: у водорода +1, у кислорода –2, у щелочных металлов (Na) +1, у алюминия (Al) +3.

А) AlP

В фосфиде алюминия (AlP) алюминий (Al) имеет степень окисления +3. Молекула электронейтральна. Пусть степень окисления фосфора (P) равна $x$.

Составим уравнение: $(+3) + x = 0$.

Отсюда $x = -3$. Степень окисления фосфора равна –3.

Ответ: 1

Б) (NH₄)₂HPO₄

В гидрофосфате аммония ((NH₄)₂HPO₄) степени окисления водорода (H) +1, кислорода (O) –2. В ионе аммония (NH₄⁺) степень окисления азота (N) равна –3. Молекула в целом нейтральна. Пусть степень окисления фосфора (P) равна $x$.

Сумма степеней окисления всех атомов равна нулю: $2 \times (-3) + (2 \times 4 + 1) \times (+1) + x + 4 \times (-2) = 0$.

$-6 + 9 + x - 8 = 0$

$x - 5 = 0$

$x = +5$. Степень окисления фосфора равна +5.

Ответ: 5

В) Na₄P₂O₇

В пирофосфате натрия (Na₄P₂O₇) натрий (Na) имеет степень окисления +1, а кислород (O) –2. Молекула нейтральна. Пусть степень окисления фосфора (P) равна $x$.

Составим уравнение: $4 \times (+1) + 2x + 7 \times (-2) = 0$.

$4 + 2x - 14 = 0$

$2x - 10 = 0$, отсюда $2x = 10$, следовательно $x = +5$.

Степень окисления фосфора равна +5.

Ответ: 5

Г) H₃PO₃

В фосфористой кислоте (H₃PO₃) водород (H) имеет степень окисления +1, а кислород (O) –2. Молекула нейтральна. Пусть степень окисления фосфора (P) равна $x$.

Составим уравнение: $3 \times (+1) + x + 3 \times (-2) = 0$.

$3 + x - 6 = 0$

$x - 3 = 0$, отсюда $x = +3$.

Степень окисления фосфора равна +3.

Ответ: 4