Номер 18, страница 52 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 6. Галогены и их соединения - номер 18, страница 52.

Условие.

18. Расставьте коэффициенты в схемах реакций получения хлора с помощью метода электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.

а) $MnO_2 + HCl \to Cl_2 + MnCl_2 + H_2O$

б) $KMnO_4 + HCl \to Cl_2 + KCl + MnCl_2 + H_2O$

в) $KClO_3 + HCl \to Cl_2 + KCl + H_2O$

г) $K_2Cr_2O_7 + HCl \to Cl_2 + CrCl_3 + KCl + H_2O$

Решение.

Решение 2.

а) $MnO_2 + HCl \rightarrow Cl_2 + MnCl_2 + H_2O$

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:

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

Марганец понижает свою степень окисления с +4 до +2, следовательно, $MnO_2$ является окислителем (процесс восстановления). Хлор повышает свою степень окисления с -1 до 0, следовательно, $HCl$ является восстановителем (процесс окисления).

Составим электронный баланс:

$Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 1 | восстановление

$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ | 1 | окисление

Наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (2 и 2) равно 2. Коэффициенты для окислителя и восстановителя равны 1.

Подставляем коэффициенты в уравнение. Ставим 1 перед $MnO_2$ и $MnCl_2$, и 1 перед $Cl_2$.

$1MnO_2 + HCl \rightarrow 1Cl_2 + 1MnCl_2 + H_2O$

Теперь уравниваем количество атомов хлора. Справа у нас $2$ атома хлора в $Cl_2$ и $2$ атома в $MnCl_2$, всего $2 + 2 = 4$. Следовательно, перед $HCl$ слева нужно поставить коэффициент 4.

$MnO_2 + 4HCl \rightarrow Cl_2 + MnCl_2 + H_2O$

Уравниваем атомы водорода и кислорода. Слева 4 атома водорода, значит, справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 2. Проверяем кислород: слева 2 атома, справа $2 \times 1 = 2$ атома. Баланс соблюден.

Ответ: Итоговое уравнение: $MnO_2 + 4HCl \rightarrow Cl_2 + MnCl_2 + 2H_2O$. Окислитель — $MnO_2$ (за счет $Mn^{+4}$), восстановитель — $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$).

б) $KMnO_4 + HCl \rightarrow Cl_2 + KCl + MnCl_2 + H_2O$

Решение:

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$K^{+}Mn^{+7}O_4^{-2} + H^{+}Cl^{-1} \rightarrow Cl_2^0 + K^{+}Cl^{-} + Mn^{+2}Cl_2 + H_2O$

Марганец понижает степень окисления с +7 до +2 ($KMnO_4$ — окислитель). Хлор повышает степень окисления с -1 до 0 ($HCl$ — восстановитель).

Составим электронный баланс:

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 | восстановление

$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ | 5 | окисление

Наименьшее общее кратное для 5 и 2 равно 10. Находим коэффициенты: 2 для марганца и 5 для молекулярного хлора.

Ставим коэффициент 2 перед $KMnO_4$ и $MnCl_2$. Ставим 5 перед $Cl_2$.

$2KMnO_4 + HCl \rightarrow 5Cl_2 + KCl + 2MnCl_2 + H_2O$

Уравниваем калий: слева 2 атома K, значит, ставим 2 перед $KCl$.

$2KMnO_4 + HCl \rightarrow 5Cl_2 + 2KCl + 2MnCl_2 + H_2O$

Считаем хлор справа: $5 \times 2 + 2 \times 1 + 2 \times 2 = 10 + 2 + 4 = 16$ атомов. Значит, перед $HCl$ ставим 16.

$2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 5Cl_2 + 2KCl + 2MnCl_2 + H_2O$

Уравниваем водород и кислород: слева 16 атомов H, ставим 8 перед $H_2O$. Проверяем кислород: слева $2 \times 4 = 8$, справа $8 \times 1 = 8$. Баланс соблюден.

Ответ: Итоговое уравнение: $2KMnO_4 + 16HCl \rightarrow 5Cl_2 + 2KCl + 2MnCl_2 + 8H_2O$. Окислитель — $KMnO_4$ (за счет $Mn^{+7}$), восстановитель — $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$).

в) $KClO_3 + HCl \rightarrow Cl_2 + KCl + H_2O$

Решение:

Определим степени окисления элементов:

$K^{+}Cl^{+5}O_3^{-2} + H^{+}Cl^{-1} \rightarrow Cl_2^0 + K^{+}Cl^{-} + H_2O$

Это реакция сопропорционирования. Хлор из $KClO_3$ понижает степень окисления с +5 до 0 (окислитель), а хлор из $HCl$ повышает степень окисления с -1 до 0 (восстановитель).

Составим электронный баланс:

$Cl^{+5} + 5e^- \rightarrow Cl^0$ | 1 | восстановление

$Cl^{-1} - 1e^- \rightarrow Cl^0$ | 5 | окисление

На 1 атом $Cl^{+5}$ приходится 5 атомов $Cl^{-1}$. Всего 6 атомов хлора образуют 3 молекулы $Cl_2$.

Ставим коэффициент 1 перед $KClO_3$ и 3 перед $Cl_2$.

$1KClO_3 + HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравниваем калий: ставим 1 перед $KCl$.

$KClO_3 + HCl \rightarrow 3Cl_2 + 1KCl + H_2O$

Теперь считаем хлор. На окисление ушло 5 атомов хлора, и еще 1 атом ушел на образование $KCl$. Итого слева требуется $5+1=6$ молекул $HCl$.

$KClO_3 + 6HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + H_2O$

Уравниваем водород и кислород: слева 6 атомов H, ставим 3 перед $H_2O$. Проверяем кислород: слева 3, справа 3. Баланс соблюден.

Ответ: Итоговое уравнение: $KClO_3 + 6HCl \rightarrow 3Cl_2 + KCl + 3H_2O$. Окислитель — $KClO_3$ (за счет $Cl^{+5}$), восстановитель — $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$).

г) $K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow Cl_2 + CrCl_3 + KCl + H_2O$

Решение:

Определим степени окисления изменяющихся элементов:

$K_2^{+}Cr_2^{+6}O_7^{-2} + H^{+}Cl^{-1} \rightarrow Cl_2^0 + Cr^{+3}Cl_3 + K^{+}Cl^{-} + H_2O$

Хром понижает степень окисления с +6 до +3 ($K_2Cr_2O_7$ — окислитель). Хлор повышает степень окисления с -1 до 0 ($HCl$ — восстановитель).

Составим электронный баланс, учитывая, что в $K_2Cr_2O_7$ два атома хрома:

$Cr_2^{+6} + 6e^- \rightarrow 2Cr^{+3}$ | 1 | восстановление

$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ | 3 | окисление

Наименьшее общее кратное для 6 и 2 равно 6. Коэффициенты: 1 для дихромата и 3 для молекулярного хлора.

Ставим 1 перед $K_2Cr_2O_7$ (и 2 перед $CrCl_3$), и 3 перед $Cl_2$.

$1K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 3Cl_2 + 2CrCl_3 + KCl + H_2O$

Уравниваем калий: слева 2 атома, ставим 2 перед $KCl$.

$K_2Cr_2O_7 + HCl \rightarrow 3Cl_2 + 2CrCl_3 + 2KCl + H_2O$

Считаем хлор справа: $3 \times 2 + 2 \times 3 + 2 \times 1 = 6 + 6 + 2 = 14$ атомов. Ставим 14 перед $HCl$.

$K_2Cr_2O_7 + 14HCl \rightarrow 3Cl_2 + 2CrCl_3 + 2KCl + H_2O$

Уравниваем водород и кислород: слева 14 атомов H, ставим 7 перед $H_2O$. Проверяем кислород: слева 7, справа 7. Баланс соблюден.

Ответ: Итоговое уравнение: $K_2Cr_2O_7 + 14HCl \rightarrow 3Cl_2 + 2CrCl_3 + 2KCl + 7H_2O$. Окислитель — $K_2Cr_2O_7$ (за счет $Cr^{+6}$), восстановитель — $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$).