Номер 5, страница 177 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян, Остроумов

5. Используя метод электронного баланса, составьте уравнения окислительно-восстановительных реакций, соответствующих схемам:

a) $Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$

б) $Fe + Br_2 \rightarrow FeBr_3$

в) $FeSO_4 + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + MnSO_4 + H_2O$

Укажите окислитель и восстановитель.

а) $Fe(OH)_2 + O_2 + H_2O \rightarrow Fe(OH)_3$

Решение:

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\overset{+2}{Fe}(OH)_2 + \overset{0}{O_2} + H_2O \rightarrow \overset{+3}{Fe}(OH)_3$

Железо повышает степень окисления с +2 до +3, а кислород понижает с 0 до -2 (в составе гидроксид-иона).

2. Составляем уравнения электронного баланса:

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3} \quad | \cdot 4$ (процесс окисления, $Fe(OH)_2$ - восстановитель)

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad | \cdot 1$ (процесс восстановления, $O_2$ - окислитель)

3. Используем найденные коэффициенты (4 для железа, 1 для кислорода) для расстановки в уравнении реакции:

$4Fe(OH)_2 + 1O_2 + H_2O \rightarrow 4Fe(OH)_3$

4. Уравниваем количество атомов водорода и кислорода, подбирая коэффициент перед водой. В правой части 12 атомов H и 12 атомов O. В левой части (без учета воды) 8 атомов H и $4 \cdot 2 + 2 = 10$ атомов O. Для баланса необходимо добавить 4 атома H и 2 атома O, что соответствует двум молекулам воды ($2H_2O$).

Итоговое уравнение:

$4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O = 4Fe(OH)_3$

Ответ: $4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O = 4Fe(OH)_3$. Окислитель — $O_2$, восстановитель — $Fe(OH)_2$.

б) $Fe + Br_2 \rightarrow FeBr_3$

Решение:

1. Определяем степени окисления элементов:

$\overset{0}{Fe} + \overset{0}{Br_2} \rightarrow \overset{+3}{Fe}\overset{-1}{Br_3}$

Железо повышает степень окисления с 0 до +3, а бром понижает с 0 до -1.

2. Составляем уравнения электронного баланса:

$Fe^0 - 3e^- \rightarrow Fe^{+3} \quad | \cdot 2$ (процесс окисления, $Fe$ - восстановитель)

$Br_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Br^{-1} \quad | \cdot 3$ (процесс восстановления, $Br_2$ - окислитель)

3. Расставляем коэффициенты в уравнении реакции: 2 перед железом и 3 перед бромом. Чтобы уравнять продукты, ставим 2 перед $FeBr_3$.

$2Fe + 3Br_2 \rightarrow 2FeBr_3$

4. Проверяем баланс атомов: слева 2 атома Fe и 6 атомов Br; справа 2 атома Fe и $2 \cdot 3 = 6$ атомов Br. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2Fe + 3Br_2 = 2FeBr_3$. Окислитель — $Br_2$, восстановитель — $Fe$.

в) $FeSO_4 + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + MnSO_4 + H_2O$

Решение:

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$\overset{+2}{Fe}SO_4 + K\overset{+7}{Mn}O_4 + H_2SO_4 \rightarrow \overset{+3}{Fe}_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + \overset{+2}{Mn}SO_4 + H_2O$

Железо повышает степень окисления с +2 до +3, а марганец понижает с +7 до +2.

2. Составляем уравнения электронного баланса:

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3} \quad | \cdot 5$ (процесс окисления, $FeSO_4$ - восстановитель)

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2} \quad | \cdot 1$ (процесс восстановления, $KMnO_4$ - окислитель)

3. Соотношение восстановителя ($Fe^{+2}$) и окислителя ($Mn^{+7}$) составляет 5:1. Однако в продуктах реакции образуется димер $Fe_2(SO_4)_3$, поэтому количество атомов железа должно быть четным. Удваиваем оба коэффициента, получая соотношение 10:2.

4. Расставляем коэффициенты в уравнении: 10 перед $FeSO_4$, 2 перед $KMnO_4$, 5 перед $Fe_2(SO_4)_3$ (т.к. $10/2=5$) и 2 перед $MnSO_4$.

$10FeSO_4 + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 5Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + H_2O$

5. Уравниваем остальные атомы:

- Калий (K): слева 2, справа в $K_2SO_4$ ставим коэффициент 1 (уже уравнено).

- Сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$): справа $5 \cdot 3 + 1 + 2 = 18$. Слева 10 в $FeSO_4$. Недостающие $18-10=8$ ионов берем из серной кислоты, ставя коэффициент 8 перед $H_2SO_4$.

$10FeSO_4 + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 5Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + H_2O$

- Водород (H): слева $8 \cdot 2=16$. Чтобы получить 16 атомов H справа, ставим коэффициент 8 перед $H_2O$.

6. Итоговое уравнение с проверкой по кислороду:

$10FeSO_4 + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 = 5Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 8H_2O$

Слева: $10 \cdot 4 + 2 \cdot 4 + 8 \cdot 4 = 40+8+32 = 80$. Справа: $5 \cdot 12 + 4 + 2 \cdot 4 + 8 = 60+4+8+8 = 80$. Баланс соблюден.

Ответ: $10FeSO_4 + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 = 5Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 8H_2O$. Окислитель — $KMnO_4$, восстановитель — $FeSO_4$.