Номер 25, страница 25 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 3. Повторение и обобщение материала, изученного в 8 классе - номер 25, страница 25.

Условие.

25. В каких из перечисленных реакций пероксид водорода проявляет свойства окислителя, а в каких — свойства восстановителя? От чего это зависит? Приведите примеры других известных вам веществ, проявляющих окислительно-восстановительную двойственность. Расставьте коэффициенты в схемах реакций с помощью метода электронного баланса.

а) $H_2O_2 + KI + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + K_2SO_4 + H_2O$

б) $H_2O_2 + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow MnSO_4 + K_2SO_4 + O_2 + H_2O$

в) $H_2O_2 + KI \rightarrow I_2 + KOH$

г) $H_2O_2 + PbS \rightarrow PbSO_4 + H_2O$

Решение.

Решение 2.

Пероксид водорода ($H_2O_2$) проявляет окислительно-восстановительную двойственность, так как атом кислорода в нем находится в промежуточной степени окисления -1. Это означает, что он может как принимать электроны (понижая степень окисления до -2), так и отдавать их (повышая степень окисления до 0).

• Свойства окислителя: $H_2O_2$ действует как окислитель, когда взаимодействует с восстановителями. При этом кислород восстанавливается до степени окисления -2, обычно образуя воду ($H_2O$).
  Схема процесса: $O_2^{-2} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$.
• Свойства восстановителя: $H_2O_2$ действует как восстановитель, когда взаимодействует с сильными окислителями (например, $KMnO_4, K_2Cr_2O_7$). При этом кислород окисляется до степени окисления 0, образуя молекулярный кислород ($O_2$).
  Схема процесса: $O_2^{-2} - 2e^- \rightarrow O_2^{0}$.

Таким образом, роль пероксида водорода в реакции зависит от окислительно-восстановительных свойств второго реагента.

Примеры других веществ, проявляющих окислительно-восстановительную двойственность (элементы в промежуточной степени окисления):

• Азотистая кислота ($HNO_2$) и ее соли (нитриты), где азот имеет степень окисления +3.
• Сернистая кислота ($H_2SO_3$) и ее соли (сульфиты), где сера имеет степень окисления +4.
• Соединения марганца(IV), например, $MnO_2$.
• Соединения хрома(III), например, $Cr_2O_3$.

---

а) $H_2O_2 + KI + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + K_2SO_4 + H_2O$

В данной реакции пероксид водорода является окислителем, так как он окисляет иодид-ион $I^-$ до молекулярного иода $I_2$, а сам восстанавливается до воды.

Решение:

Определим степени окисления изменяющихся элементов:
$H_2\overset{-1}{O_2} + K\overset{-1}{I} + H_2SO_4 \rightarrow \overset{0}{I_2} + K_2SO_4 + H_2\overset{-2}{O}$

Составим электронный баланс:
$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0 \quad|\quad 1 \quad|\quad$ восстановитель, окисление
$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad|\quad 1 \quad|\quad$ окислитель, восстановление

Расставим коэффициенты в уравнении реакции, учитывая баланс:
$H_2O_2 + 2KI + H_2SO_4 \rightarrow I_2 + K_2SO_4 + 2H_2O$

Ответ: пероксид водорода является окислителем. Уравнение реакции: $H_2O_2 + 2KI + H_2SO_4 = I_2 + K_2SO_4 + 2H_2O$.

б) $H_2O_2 + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow MnSO_4 + K_2SO_4 + O_2 + H_2O$

В этой реакции пероксид водорода является восстановителем, так как он взаимодействует с сильным окислителем, перманганатом калия. $H_2O_2$ восстанавливает марганец из степени окисления +7 до +2, а сам окисляется до молекулярного кислорода $O_2$.

Решение:

Определим степени окисления изменяющихся элементов:
$H_2\overset{-1}{O_2} + K\overset{+7}{Mn}O_4 + H_2SO_4 \rightarrow \overset{+2}{Mn}SO_4 + K_2SO_4 + \overset{0}{O_2} + H_2O$

Составим электронный баланс:
$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2} \quad|\quad 2 \quad|\quad$ окислитель, восстановление
$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0 \quad|\quad 5 \quad|\quad$ восстановитель, окисление

Расставим коэффициенты в уравнении реакции:
$5H_2O_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 5O_2 + 8H_2O$

Ответ: пероксид водорода является восстановителем. Уравнение реакции: $5H_2O_2 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 = 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 5O_2 + 8H_2O$.

в) $H_2O_2 + KI \rightarrow I_2 + KOH$

Здесь пероксид водорода выступает в роли окислителя, окисляя иодид-ион $I^-$ до иода $I_2$. Реакция протекает в нейтральной или слабощелочной среде.

Решение:

Определим степени окисления изменяющихся элементов:
$H_2\overset{-1}{O_2} + K\overset{-1}{I} \rightarrow \overset{0}{I_2} + K\overset{-2}{O}H$

Составим электронный баланс:
$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0 \quad|\quad 1 \quad|\quad$ восстановитель, окисление
$O_2^{-2} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad|\quad 1 \quad|\quad$ окислитель, восстановление

Расставим коэффициенты в уравнении реакции:
$H_2O_2 + 2KI \rightarrow I_2 + 2KOH$

Ответ: пероксид водорода является окислителем. Уравнение реакции: $H_2O_2 + 2KI = I_2 + 2KOH$.

г) $H_2O_2 + PbS \rightarrow PbSO_4 + H_2O$

В данной реакции пероксид водорода проявляет свойства окислителя. Он окисляет сульфид-ион $S^{-2}$ в нерастворимом сульфиде свинца до сульфат-иона $S^{+6}$, а сам восстанавливается до воды.

Решение:

Определим степени окисления изменяющихся элементов:
$H_2\overset{-1}{O_2} + Pb\overset{-2}{S} \rightarrow Pb\overset{+6}{S}O_4 + H_2\overset{-2}{O}$

Составим электронный баланс:
$S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6} \quad|\quad 1 \quad|\quad$ восстановитель, окисление
$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2} \quad|\quad 4 \quad|\quad$ окислитель, восстановление

Расставим коэффициенты в уравнении реакции:
$4H_2O_2 + PbS \rightarrow PbSO_4 + 4H_2O$

Ответ: пероксид водорода является окислителем. Уравнение реакции: $4H_2O_2 + PbS = PbSO_4 + 4H_2O$.