Номер 6, страница 61 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

6. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения реакций, соответствующие следующим превращениям:

а) $NH_3 + O_2 \rightarrow N_2 + H_2O$

б) $NaOH + Br_2 \rightarrow NaBr + NaBrO_3 + H_2O$

в) $Na_2SO_3 + Cl_2 + H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + HCl$

Определите окислители и восстановители.

а) NH₃ + O₂ → N₂ + H₂O

Сначала определим степени окисления всех элементов в данном уравнении:
$N^{-3}H_3^{+1} + O_2^0 \rightarrow N_2^0 + H_2^{+1}O^{-2}$
Как видно, изменяют свои степени окисления азот (с -3 до 0) и кислород (с 0 до -2). Азот отдает электроны, следовательно, он окисляется. Кислород принимает электроны, следовательно, он восстанавливается.

Составим схему электронного баланса для этих элементов:
$2N^{-3} - 6e^- \rightarrow N_2^0$ | 2 | процесс окисления (N⁻³ - восстановитель)
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 3 | процесс восстановления (O₂⁰ - окислитель)

Чтобы количество отданных и принятых электронов было одинаковым, находим наименьшее общее кратное для 6 и 4, которое равно 12. Делим 12 на 6, получаем множитель 2 для первой полуреакции. Делим 12 на 4, получаем множитель 3 для второй полуреакции.

$4N^{-3} - 12e^- \rightarrow 2N_2^0$
$3O_2^0 + 12e^- \rightarrow 6O^{-2}$

Теперь мы можем расставить коэффициенты в исходном уравнении. Коэффициент 4 ставим перед $NH_3$, 3 — перед $O_2$, 2 — перед $N_2$ и 6 — перед $H_2O$.
Проверяем баланс атомов:
N: слева 4, справа 2*2=4.
H: слева 4*3=12, справа 6*2=12.
O: слева 3*2=6, справа 6*1=6.
Уравнение сбалансировано.

Восстановитель: $NH_3$ (азот в степени окисления -3).
Окислитель: $O_2$ (кислород в степени окисления 0).

Ответ: $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$. Восстановитель — $NH_3$, окислитель — $O_2$.

б) NaOH + Br₂ → NaBr + NaBrO₃ + H₂O

Определим степени окисления элементов:
$Na^{+1}O^{-2}H^{+1} + Br_2^0 \rightarrow Na^{+1}Br^{-1} + Na^{+1}Br^{+5}O_3^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$
Данная реакция является реакцией диспропорционирования, так как один и тот же элемент, бром ($Br$), одновременно повышает и понижает свою степень окисления.

Составим электронный баланс:
$Br^0 - 5e^- \rightarrow Br^{+5}$ | 1 | процесс окисления (Br⁰ - восстановитель)
$Br^0 + 1e^- \rightarrow Br^{-1}$ | 5 | процесс восстановления (Br⁰ - окислитель)

Наименьшее общее кратное для 5 и 1 равно 5. Умножаем первую полуреакцию на 1, а вторую на 5.
Это означает, что на 1 атом брома, который окислился до $Br^{+5}$, приходится 5 атомов брома, которые восстановились до $Br^{-1}$. В сумме в процессе участвует 6 атомов брома (из 3 молекул $Br_2$), которые образуют 1 ион $Br^{+5}$ и 5 ионов $Br^{-1}$.

Подставляем коэффициенты: 3 перед $Br_2$, 5 перед $NaBr$ и 1 перед $NaBrO_3$.
$NaOH + 3Br_2 \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + H_2O$
Уравняем атомы натрия: справа 5 + 1 = 6, значит, слева перед $NaOH$ ставим 6.
$6NaOH + 3Br_2 \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + H_2O$
Уравняем атомы водорода: слева 6, значит, справа перед $H_2O$ ставим 3.
Проверяем кислород: слева 6, справа 3 (в $NaBrO_3$) + 3 (в $H_2O$) = 6.
Уравнение сбалансировано.

Окислителем и восстановителем является одно и то же вещество — бром $Br_2$.

Ответ: $6NaOH + 3Br_2 \rightarrow 5NaBr + NaBrO_3 + 3H_2O$. $Br_2$ является и окислителем, и восстановителем.

в) Na₂SO₃ + Cl₂ + H₂O → Na₂SO₄ + HCl

Определим степени окисления элементов:
$Na_2^{+1}S^{+4}O_3^{-2} + Cl_2^0 + H_2^{+1}O^{-2} \rightarrow Na_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} + H^{+1}Cl^{-1}$
Изменяют степень окисления сера (с +4 до +6, окисляется) и хлор (с 0 до -1, восстанавливается).

Составим электронный баланс:
$S^{+4} - 2e^- \rightarrow S^{+6}$ | 1 | процесс окисления ($S^{+4}$ - восстановитель)
$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 1 | процесс восстановления ($Cl_2^0$ - окислитель)

Количество отданных и принятых электронов равно (2), поэтому множители равны 1.
Коэффициент 1 ставим перед веществами, содержащими серу ($Na_2SO_3$ и $Na_2SO_4$), и 1 перед $Cl_2$. Поскольку в молекуле $Cl_2$ два атома, то образуется 2 молекулы $HCl$.
$Na_2SO_3 + Cl_2 + H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + 2HCl$

Проверим баланс атомов:
Na: слева 2, справа 2.
S: слева 1, справа 1.
Cl: слева 2, справа 2.
H: слева 2, справа 2.
O: слева 3 + 1 = 4, справа 4.
Все атомы уравнены, и уравнение сбалансировано.

Восстановитель: $Na_2SO_3$ (сера в степени окисления +4).
Окислитель: $Cl_2$ (хлор в степени окисления 0).

Ответ: $Na_2SO_3 + Cl_2 + H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + 2HCl$. Восстановитель — $Na_2SO_3$, окислитель — $Cl_2$.