Номер 50, страница 69 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

7. Кислород, сера и их соединения. Упражнения и задачи для самостоятельного решения - номер 50, страница 69.

Условие.

50. Закончите уравнения химических реакций с участием концентрированной серной кислоты. Расставьте коэффициенты с помощью метода электронного баланса.

а) $H_2SO_4$(конц.) + $Cu$ →

б) $H_2SO_4$(конц.) + $Zn$ →

в) $H_2SO_4$(конц.) + $Na$ →

г) $H_2SO_4$(конц.) + $P$ →

д) $H_2SO_4$(конц.) + $S$ →

Решение.

Решение 2.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем за счет серы в степени окисления +6. При взаимодействии с металлами и неметаллами она восстанавливается, а металлы и неметаллы окисляются. Продукты восстановления серы зависят от активности восстановителя.

а) H₂SO₄(конц.) + Cu →

Решение

Медь (Cu) — металл, стоящий в ряду активности после водорода. Она окисляется концентрированной серной кислотой до сульфата меди(II) ($CuSO_4$), а сера восстанавливается до оксида серы(IV) ($SO_2$). Также в реакции образуется вода.

Схема реакции: $Cu + H_2SO_4(конц.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2 + H_2O$

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Cu^0 + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow Cu^{+2}SO_4 + S^{+4}O_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | 1 (окисление, восстановитель)

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 (восстановление, окислитель)

Количество отданных и принятых электронов равно, поэтому коэффициенты перед медью и оксидом серы(IV) равны 1. Поставим их в уравнение.

$1Cu + H_2SO_4 \rightarrow 1CuSO_4 + 1SO_2 + H_2O$

Справа 2 атома серы (в $CuSO_4$ и $SO_2$), значит, слева перед $H_2SO_4$ нужен коэффициент 2. Слева 4 атома водорода, значит, справа перед $H_2O$ нужен коэффициент 2. Проверяем кислород: слева $2 \cdot 4 = 8$, справа $4 + 2 + 2 \cdot 1 = 8$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow CuSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$

б) H₂SO₄(конц.) + Zn →

Решение

Цинк (Zn) — активный металл. При реакции с концентрированной серной кислотой он окисляется до сульфата цинка ($ZnSO_4$), а сера может восстанавливаться до $SO_2$, $S$ или $H_2S$. Для активных металлов характерно глубокое восстановление серы, например, до сероводорода ($H_2S$).

Схема реакции: $Zn + H_2SO_4(конц.) \rightarrow ZnSO_4 + H_2S + H_2O$

Определим степени окисления:

$Zn^0 + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow Zn^{+2}SO_4 + H_2S^{-2} + H_2O$

Составим электронный баланс:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | 4 (окисление, восстановитель)

$S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2}$ | 1 (восстановление, окислитель)

Наименьшее общее кратное для 2 и 8 равно 8. Перед соединениями цинка ставим коэффициент 4, а перед соединениями серы, изменившей степень окисления, – 1.

$4Zn + H_2SO_4 \rightarrow 4ZnSO_4 + 1H_2S + H_2O$

Справа 5 атомов серы (4 в $ZnSO_4$ и 1 в $H_2S$), значит, слева перед $H_2SO_4$ нужен коэффициент 5. Слева 10 атомов водорода, справа 2 в $H_2S$, значит, перед $H_2O$ нужен коэффициент 4, чтобы было $2+4 \cdot 2 = 10$ атомов. Проверяем кислород: слева $5 \cdot 4 = 20$, справа $4 \cdot 4 + 4 \cdot 1 = 16 + 4 = 20$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $4Zn + 5H_2SO_4(конц.) \rightarrow 4ZnSO_4 + H_2S\uparrow + 4H_2O$

в) H₂SO₄(конц.) + Na →

Решение

Натрий (Na) — очень активный щелочной металл. Он окисляется до сульфата натрия ($Na_2SO_4$), а сера восстанавливается до сероводорода ($H_2S$).

Схема реакции: $Na + H_2SO_4(конц.) \rightarrow Na_2SO_4 + H_2S + H_2O$

Определим степени окисления:

$Na^0 + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow Na_2^{+1}SO_4 + H_2S^{-2} + H_2O$

Составим электронный баланс:

$Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^{+1}$ | 8 (окисление, восстановитель)

$S^{+6} + 8e^- \rightarrow S^{-2}$ | 1 (восстановление, окислитель)

Наименьшее общее кратное для 1 и 8 равно 8. Перед натрием ставим коэффициент 8, а перед сероводородом – 1.

$8Na + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 1H_2S + H_2O$

Слева 8 атомов натрия, значит, справа перед $Na_2SO_4$ нужен коэффициент 4. Справа стало $4+1=5$ атомов серы, значит, слева перед $H_2SO_4$ нужен коэффициент 5. Слева 10 атомов водорода, справа 2 в $H_2S$, значит, перед $H_2O$ нужен коэффициент 4. Проверяем кислород: слева $5 \cdot 4 = 20$, справа $4 \cdot 4 + 4 \cdot 1 = 16 + 4 = 20$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $8Na + 5H_2SO_4(конц.) \rightarrow 4Na_2SO_4 + H_2S\uparrow + 4H_2O$

г) H₂SO₄(конц.) + P →

Решение

Фосфор (P) — неметалл. Он окисляется концентрированной серной кислотой до фосфорной кислоты ($H_3PO_4$), а сера восстанавливается до оксида серы(IV) ($SO_2$).

Схема реакции: $P + H_2SO_4(конц.) \rightarrow H_3PO_4 + SO_2 + H_2O$

Определим степени окисления:

$P^0 + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow H_3P^{+5}O_4 + S^{+4}O_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}$ | 2 (окисление, восстановитель)

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 5 (восстановление, окислитель)

Наименьшее общее кратное для 5 и 2 равно 10. Перед соединениями фосфора ставим коэффициент 2, а перед $SO_2$ – 5.

$2P + H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 5SO_2 + H_2O$

Справа 5 атомов серы, значит, слева перед $H_2SO_4$ нужен коэффициент 5. Слева $5 \cdot 2=10$ атомов водорода, справа $2 \cdot 3 = 6$ в $H_3PO_4$, значит, перед $H_2O$ нужен коэффициент 2, чтобы было $6+2 \cdot 2 = 10$ атомов. Проверяем кислород: слева $5 \cdot 4 = 20$, справа $2 \cdot 4 + 5 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 8 + 10 + 2 = 20$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $2P + 5H_2SO_4(конц.) \rightarrow 2H_3PO_4 + 5SO_2\uparrow + 2H_2O$

д) H₂SO₄(конц.) + S →

Решение

В этой реакции сера выступает и в роли восстановителя (элементарная сера $S^0$), и в составе окислителя ($H_2SO_4$, где сера $S^{+6}$). Оба переходят в промежуточную степень окисления +4, образуя оксид серы(IV) ($SO_2$).

Схема реакции: $S + H_2SO_4(конц.) \rightarrow SO_2 + H_2O$

Определим степени окисления:

$S^0 + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow S^{+4}O_2 + H_2O$

Составим электронный баланс:

$S^0 - 4e^- \rightarrow S^{+4}$ | 1 (окисление, восстановитель)

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}$ | 2 (восстановление, окислитель)

Наименьшее общее кратное для 4 и 2 равно 4. Перед элементарной серой ставим коэффициент 1, а перед $H_2SO_4$ – 2.

$1S + 2H_2SO_4 \rightarrow SO_2 + H_2O$

Слева общее число атомов серы $1+2=3$. Значит, справа перед $SO_2$ ставим коэффициент 3. Слева $2 \cdot 2 = 4$ атома водорода, значит, справа перед $H_2O$ нужен коэффициент 2. Проверяем кислород: слева $2 \cdot 4 = 8$, справа $3 \cdot 2 + 2 \cdot 1 = 6+2 = 8$. Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $S + 2H_2SO_4(конц.) \rightarrow 3SO_2\uparrow + 2H_2O$