Номер 20, страница 53 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 6. Галогены и их соединения - номер 20, страница 53.

Условие.

20. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

a) $Cl^{-1} \rightarrow Cl_2^{0} \rightarrow Cl^{+5} \rightarrow Cl^{-1}$

б) $Br_2^{0} \rightarrow Br^{-1} \rightarrow Br_2^{0} \rightarrow Br^{+1}$

в) хлорат калия -> A -> B -> C -> A -> нитрат калия (вещества A, B, C содержат хлор, первые три превращения — ОВР)

Решение.

Решение 2.

а) $Cl^{-1} \rightarrow Cl_2^{0} \rightarrow Cl^{+5} \rightarrow Cl^{-1}$

1. Переход $Cl^{-1} \rightarrow Cl_2^{0}$ представляет собой окисление хлорид-иона до молекулярного хлора. Это можно осуществить с помощью сильного окислителя, например, диоксида марганца в кислой среде. Степень окисления хлора изменяется с -1 на 0.
$4H\overset{-1}{Cl} + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + \overset{0}{Cl_2} \uparrow + 2H_2O$

2. Переход $Cl_2^{0} \rightarrow Cl^{+5}$ — это окисление хлора до степени окисления +5, что соответствует образованию хлората. Такая реакция происходит при взаимодействии хлора с горячим концентрированным раствором щёлочи и является реакцией диспропорционирования.
$3\overset{0}{Cl_2} + 6KOH_{\text{(конц., гор.)}} \rightarrow 5K\overset{-1}{Cl} + K\overset{+5}{Cl}O_3 + 3H_2O$

3. Переход $Cl^{+5} \rightarrow Cl^{-1}$ — это восстановление хлора из степени окисления +5 до -1. Это можно осуществить каталитическим термическим разложением хлората калия.
$2K\overset{+5}{Cl}O_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2K\overset{-1}{Cl} + 3O_2 \uparrow$

Ответ:

1. $4HCl + MnO_2 \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$

2. $3Cl_2 + 6KOH \xrightarrow{t, \text{конц.}} 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$

3. $2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2$

б) $Br_2^{0} \rightarrow Br^{-1} \rightarrow Br_2^{0} \rightarrow Br^{+1}$

1. Переход $Br_2^{0} \rightarrow Br^{-1}$ — это восстановление молекулярного брома до бромид-иона. Это происходит при реакции брома с восстановителем, например, с активным металлом, таким как натрий. Степень окисления брома изменяется с 0 на -1.
$\overset{0}{Br_2} + 2Na \rightarrow 2Na\overset{-1}{Br}$

2. Переход $Br^{-1} \rightarrow Br_2^{0}$ — это окисление бромид-иона до молекулярного брома. Это можно сделать с помощью более сильного окислителя, чем бром, например, хлора.
$2Na\overset{-1}{Br} + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + \overset{0}{Br_2}$

3. Переход $Br_2^{0} \rightarrow Br^{+1}$ — это окисление брома до степени окисления +1, что соответствует образованию гипобромита. Реакция протекает при взаимодействии брома с холодным разбавленным раствором щёлочи (диспропорционирование).
$\overset{0}{Br_2} + 2KOH_{\text{(хол., разб.)}} \rightarrow K\overset{-1}{Br} + K\overset{+1}{Br}O + H_2O$

Ответ:

1. $Br_2 + 2Na \rightarrow 2NaBr$

2. $2NaBr + Cl_2 \rightarrow 2NaCl + Br_2$

3. $Br_2 + 2KOH \xrightarrow{\text{холод}} KBr + KBrO + H_2O$

в) хлорат калия $\rightarrow A \rightarrow B \rightarrow C \rightarrow A \rightarrow$ нитрат калия

В данной цепочке превращений вещества A, B, C содержат хлор. Условие, что первые три превращения являются окислительно-восстановительными (ОВР), а также циклический переход $C \rightarrow A$, позволяет определить вещества:
A — хлорид калия ($KCl$)
B — хлор ($Cl_2$)
C — хлороводород ($HCl$)

Уравнения реакций для этой цепочки:

1. Хлорат калия $\rightarrow$ A ($KCl$). Каталитическое разложение хлората калия при нагревании (ОВР).
$2K\overset{+5}{Cl}O_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2K\overset{-1}{Cl} + 3O_2 \uparrow$

2. A ($KCl$) $\rightarrow$ B ($Cl_2$). Окисление хлорида калия диоксидом марганца в кислой среде (ОВР).
$2K\overset{-1}{Cl} + MnO_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow \overset{0}{Cl_2} \uparrow + K_2SO_4 + MnSO_4 + 2H_2O$

3. B ($Cl_2$) $\rightarrow$ C ($HCl$). Синтез хлороводорода из простых веществ при освещении (ОВР).
$\overset{0}{Cl_2} + H_2 \xrightarrow{h\nu} 2H\overset{-1}{Cl}$

4. C ($HCl$) $\rightarrow$ A ($KCl$). Реакция нейтрализации хлороводородной кислоты гидроксидом калия. Это реакция ионного обмена, не ОВР, что соответствует условию.
$H\overset{-1}{Cl} + KOH \rightarrow K\overset{-1}{Cl} + H_2O$

5. A ($KCl$) $\rightarrow$ нитрат калия. Реакция ионного обмена между хлоридом калия и нитратом серебра с образованием нерастворимого осадка хлорида серебра.
$KCl + AgNO_3 \rightarrow KNO_3 + AgCl\downarrow$

Ответ:

1. $2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2$

2. $2KCl + MnO_2 + 2H_2SO_4 \rightarrow Cl_2 + K_2SO_4 + MnSO_4 + 2H_2O$

3. $Cl_2 + H_2 \xrightarrow{h\nu} 2HCl$

4. $HCl + KOH \rightarrow KCl + H_2O$

5. $KCl + AgNO_3 \rightarrow KNO_3 + AgCl\downarrow$