Страница 62 - гдз по химии 9 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

3. Получение $SO_2$.

1) В промышленности (дополните схемы реакций и расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса):

а) $S + O_2 = \rule{10em}{0.5pt}$

б) $H_2S + O_2 = \rule{10em}{0.5pt} + \rule{10em}{0.5pt}$

в) $FeS_2 + O_2 = \rule{10em}{0.5pt} + \rule{10em}{0.5pt}$

2) В лаборатории (дополните схему реакции и напишите её сокращённое ионное уравнение):

$Na_2SO_3 + HCl = \rule{10em}{0.5pt} + \rule{10em}{0.5pt} + \rule{10em}{0.5pt}$

1) В промышленности (дополните схемы реакций и расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса):

а) S + O₂ =

Решение

Это реакция горения серы в кислороде с образованием оксида серы(IV) или сернистого газа. Расставим коэффициенты методом электронного баланса.

Определим степени окисления элементов до и после реакции:

$S^0 + O_2^0 \rightarrow S^{+4}O_2^{-2}$

Составим полуреакции окисления и восстановления:

$S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 (окисление, $S^0$ - восстановитель)
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 1 (восстановление, $O_2^0$ - окислитель)

Число отданных электронов равно числу принятых, поэтому коэффициенты перед серой и кислородом равны 1. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $S + O_2 = SO_2$

б) H₂S + O₂ =

Решение

Это реакция горения сероводорода в избытке кислорода. Продуктами реакции являются оксид серы(IV) и вода.

Определим степени окисления элементов, изменяющих их в ходе реакции:

$H_2S^{-2} + O_2^0 \rightarrow S^{+4}O_2 + H_2O^{-2}$

Составим электронный баланс:

$S^{-2} - 6e^- \rightarrow S^{+4}$ | 2 (окисление, $S^{-2}$ в $H_2S$ - восстановитель)
$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 3 (восстановление, $O_2^0$ - окислитель)

Наименьшее общее кратное для 6 и 4 равно 12. Домножаем первую полуреакцию на 2, а вторую на 3. Таким образом, коэффициент перед веществами, содержащими серу ($H_2S$ и $SO_2$), равен 2, а коэффициент перед молекулярным кислородом ($O_2$) равен 3.

$2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + H_2O$

Теперь уравняем количество атомов водорода. Слева $2 \times 2 = 4$ атома H, значит, справа перед $H_2O$ нужно поставить коэффициент 2.

$2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O$

Проверим баланс по кислороду: слева $3 \times 2 = 6$ атомов O, справа $2 \times 2 + 2 \times 1 = 6$ атомов O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2H_2S + 3O_2 = 2SO_2 + 2H_2O$

в) FeS₂ + O₂ =

Решение

Это реакция обжига пирита (дисульфида железа(II)). Продуктами являются оксид железа(III) и оксид серы(IV).

Определим степени окисления элементов. В пирите $FeS_2$ железо имеет степень окисления +2, а сера -1 (это дисульфид-ион $S_2^{2-}$). В продуктах железо +3, а сера +4.

$Fe^{+2}S_2^{-1} + O_2^0 \rightarrow Fe_2^{+3}O_3^{-2} + S^{+4}O_2^{-2}$

Составим электронный баланс. В этой реакции окисляются и железо, и сера.

$Fe^{+2} - 1e^- \rightarrow Fe^{+3}$
$2S^{-1} - 10e^- \rightarrow 2S^{+4}$

Суммарный процесс окисления для одной формульной единицы $FeS_2$:

$Fe^{+2}S_2^{-1} - 11e^- \rightarrow Fe^{+3} + 2S^{+4}$ | 4 (окисление, $FeS_2$ - восстановитель)

Процесс восстановления кислорода:

$O_2^0 + 4e^- \rightarrow 2O^{-2}$ | 11 (восстановление, $O_2$ - окислитель)

Наименьшее общее кратное для 11 и 4 равно 44. Домножаем процесс окисления на 4, а процесс восстановления на 11. Таким образом, коэффициент перед $FeS_2$ равен 4, а перед $O_2$ - 11.

$4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow Fe_2O_3 + SO_2$

Теперь уравняем остальные элементы. Слева 4 атома Fe, значит, справа перед $Fe_2O_3$ ставим коэффициент 2. Слева $4 \times 2 = 8$ атомов S, значит, справа перед $SO_2$ ставим коэффициент 8.

$4FeS_2 + 11O_2 \rightarrow 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

Проверим баланс по кислороду: слева $11 \times 2 = 22$ атома O, справа $2 \times 3 + 8 \times 2 = 6 + 16 = 22$ атома O. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $4FeS_2 + 11O_2 = 2Fe_2O_3 + 8SO_2$

2) В лаборатории (дополните схему реакции и напишите её сокращённое ионное уравнение):

Na₂SO₃ + HCl =

Решение

Это реакция обмена между солью слабой кислоты (сульфитом натрия) и сильной кислотой (соляной кислотой). В результате реакции образуется соль (хлорид натрия) и неустойчивая сернистая кислота $H_2SO_3$, которая сразу разлагается на сернистый газ $SO_2$ и воду $H_2O$.

Молекулярное уравнение реакции:

$Na_2SO_3 + 2HCl = 2NaCl + SO_2\uparrow + H_2O$

Для написания ионного уравнения распишем сильные электролиты (растворимые соли и сильные кислоты) на ионы. Слабые электролиты, газы и нерастворимые вещества оставляем в молекулярном виде.

Полное ионное уравнение:

$2Na^+ + SO_3^{2-} + 2H^+ + 2Cl^- = 2Na^+ + 2Cl^- + SO_2\uparrow + H_2O$

Сократим одинаковые ионы (ионы-наблюдатели $Na^+$ и $Cl^-$) в левой и правой частях уравнения, чтобы получить сокращенное ионное уравнение.

Сокращённое ионное уравнение:

$SO_3^{2-} + 2H^+ = SO_2\uparrow + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $Na_2SO_3 + 2HCl = 2NaCl + SO_2 + H_2O$.
Сокращённое ионное уравнение: $SO_3^{2-} + 2H^+ = SO_2\uparrow + H_2O$.

4. Оксид серы(VI) □□ — бесцветная жидкость, типичный □□□□□□□ оксид.

1) $SO_3 + H_2O = $

2) $SO_3 + NaOH = $

сокращённое ионное уравнение

3) $SO_3 + CaO = $

Напишите уравнение реакции получения $SO_3$ из $SO_2$:

Оксид серы(VI) $SO_3$ — бесцветная жидкость, типичный кислотный оксид.

1)
Решение: Оксид серы(VI) ($SO_3$) является кислотным оксидом, поэтому при взаимодействии с водой он образует соответствующую кислоту — серную кислоту ($H_2SO_4$). Уравнение сбалансировано.
Ответ: $SO_3 + H_2O = H_2SO_4$

2)
Решение: Оксид серы(VI) ($SO_3$) как кислотный оксид реагирует с основанием (гидроксидом натрия $NaOH$) с образованием соли (сульфата натрия $Na_2SO_4$) и воды.
Молекулярное уравнение: $SO_3 + 2NaOH = Na_2SO_4 + H_2O$
Для написания сокращённого ионного уравнения сначала составим полное ионное уравнение, расписав сильные электролиты ($NaOH$, $Na_2SO_4$) на ионы:
$SO_3 + 2Na^+ + 2OH^- = 2Na^+ + SO_4^{2-} + H_2O$
Исключив одинаковые ионы ($Na^+$) в обеих частях уравнения, получим сокращённое ионное уравнение.
сокращённое ионное уравнение: $SO_3 + 2OH^- = SO_4^{2-} + H_2O$
Ответ: $SO_3 + 2NaOH = Na_2SO_4 + H_2O$; сокращённое ионное уравнение: $SO_3 + 2OH^- = SO_4^{2-} + H_2O$

3)
Решение: Кислотный оксид серы(VI) ($SO_3$) реагирует с основным оксидом кальция ($CaO$) с образованием соли — сульфата кальция ($CaSO_4$).
Ответ: $SO_3 + CaO = CaSO_4$

Напишите уравнение реакции получения $SO_3$ из $SO_2$:
Решение: Оксид серы(VI) получают каталитическим окислением оксида серы(IV) кислородом. Это ключевой этап в производстве серной кислоты (контактный способ). Реакция является обратимой и экзотермической, поэтому для смещения равновесия вправо её проводят при повышенной температуре (400–500 °C) и в присутствии катализатора (чаще всего оксида ванадия(V) - $V_2O_5$).
Ответ: $2SO_2 + O_2 \rightleftharpoons 2SO_3$

5. Серная кислота – бесцветная, вязкая, тяжёлая жидкость.

Правило разбавления серной кислоты:

Свойства разбавленной и концентрированной кислоты различаются.

Сравнение свойств разбавленной и концентрированной серной кислоты

$H_2SO_4$(разб.)

Проявляет типичные свойства кислот:

1) реагирует с металлами

2) реагирует с оксидами металлов

3) реагирует с основаниями и амфотерными гидроксидами

а)

б)

4) реагирует с солями, если образуется осадок ($ \downarrow $) или газ ($ \uparrow $)

а)

б)

$H_2SO_4$(конц.)

Сильное водоотнимающее, или , вещество:

1) обугливает

2) за счёт высшей степени окисления серы проявляет сильные свойства

$Cu + H_2SO_4 = \quad + SO_2 + \quad$

(электронный баланс)

5. Серная кислота

Решение: Серная кислота является двухосновной кислотой, в которой два атома водорода соединены с кислотным остатком $SO_4$ (сульфат-ион), имеющим заряд -2. Химическая формула серной кислоты — $H_2SO_4$.

Ответ: $H_2SO_4$.

Правило разбавления серной кислоты:

Решение: Процесс растворения концентрированной серной кислоты в воде является сильно экзотермическим (выделяется большое количество теплоты). Плотность концентрированной серной кислоты (~1.84 г/см³) значительно выше плотности воды (~1 г/см³). Если добавлять воду в кислоту, вода будет оставаться на поверхности, вызывая локальное вскипание и опасное разбрызгивание горячей кислоты. Поэтому для безопасного разбавления необходимо медленно, тонкой струйкой и при постоянном перемешивании вливать более тяжёлую кислоту в воду, что обеспечивает равномерное распределение тепла.

Ответ: Следует медленно приливать кислоту в воду, а не наоборот («Лей кислоту в воду!»).

Сравнение свойств разбавленной и концентрированной серной кислоты

$H_2SO_4$(разб.)

Проявляет типичные свойства кислот:

1) реагирует с металлами

Решение: Разбавленная серная кислота, как типичная кислота-неокислитель, реагирует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений левее водорода. В ходе реакции происходит замещение водорода в кислоте на металл, с образованием соли (сульфата) и выделением газообразного водорода. Например, реакция с цинком.

Ответ: $Zn + H_2SO_4(разб.) \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow$.

2) реагирует с оксидами металлов

Решение: Разбавленная серная кислота вступает в реакцию обмена с основными и амфотерными оксидами, образуя соответствующую соль и воду. Например, реакция с оксидом меди(II).

Ответ: $CuO + H_2SO_4(разб.) \rightarrow CuSO_4 + H_2O$.

3) реагирует с основаниями и амфотерными гидроксидами

Решение: Реакция нейтрализации протекает между кислотой и основанием (или амфотерным гидроксидом) с образованием соли и воды. Примеры: реакция с гидроксидом натрия (сильное основание, щелочь) и с гидроксидом цинка (амфотерный гидроксид).

Ответ:
а) $2NaOH + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2O$
б) $Zn(OH)_2 + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + 2H_2O$

4) реагирует с солями, если образуется осадок ($\downarrow$) или газ ($\uparrow$)

Решение: Реакции ионного обмена между кислотой и солью идут до конца, если в результате образуется нерастворимое вещество (осадок), летучее вещество (газ) или слабый электролит (например, вода). В качестве примера реакции с образованием осадка можно привести качественную реакцию на сульфат-ион с помощью солей бария. Для получения газа можно использовать реакцию с солью слабой летучей кислоты, например, угольной.

Ответ:
а) $BaCl_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + 2HCl$
б) $Na_2CO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2O + CO_2\uparrow$

$H_2SO_4$(конц.)

Сильное водоотнимающее, или ... вещество:

Решение: Концентрированная серная кислота способна активно поглощать водяные пары из воздуха и отнимать молекулы воды от других химических соединений. Такое свойство называется гигроскопичностью. Поэтому концентрированную $H_2SO_4$ используют как эффективный осушитель.

Ответ: гигроскопичное.

1) обугливает

Решение: Как сильное водоотнимающее средство, концентрированная серная кислота отнимает от органических веществ, особенно углеводов (сахара, крахмала, целлюлозы), водород и кислород в соотношении 2:1, как в молекуле воды. В результате остается чистый углерод (уголь), что проявляется как обугливание. Например, для сахарозы ($C_{12}H_{22}O_{11}$).

Ответ: сахар (углеводы).

2) за счёт высшей степени окисления серы проявляет сильные ... свойства

Решение: В серной кислоте ($H_2SO_4$) атом серы находится в своей высшей степени окисления +6. Это означает, что в окислительно-восстановительных реакциях он может только принимать электроны (восстанавливаться), выступая в роли окислителя. Это свойство особенно ярко выражено у концентрированной кислоты.

Ответ: окислительные.

$Cu + H_2SO_4 = ... + SO_2 + ...$

Дано:

Реагенты: медь ($Cu$), концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$(конц.)).

Один из продуктов: диоксид серы ($SO_2$).

Найти:

Записать полное уравнение реакции и составить электронный баланс.

Решение:

Концентрированная серная кислота, являясь сильным окислителем, реагирует с малоактивными металлами, стоящими в ряду напряжений после водорода, например, с медью. В этой реакции медь окисляется от степени окисления 0 до +2, образуя сульфат меди(II) ($CuSO_4$). Сера восстанавливается от +6 до +4, образуя оксид серы(IV) ($SO_2$). Третьим продуктом реакции является вода ($H_2O$).

Составим электронный баланс для определения коэффициентов:

$\begin{array}{l|rcl|c} Cu^0 & -2e^- & \rightarrow & Cu^{+2} & 1 \\ S^{+6} & +2e^- & \rightarrow & S^{+4} & 1 \end{array}$ (восстановитель, окисление)

$\begin{array}{l|rcl|c} S^{+6} & +2e^- & \rightarrow & S^{+4} & 1 \end{array}$ (окислитель, восстановление)

Коэффициенты перед $Cu$ и $SO_2$ равны 1. Полное уравнение: $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$.

Ответ:

$Cu + 2H_2SO_4(конц.) = CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

(электронный баланс)

$\begin{array}{l|l} Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2} & 1 \\ S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4} & 1 \end{array}$