Номер 8, страница 80, часть 1 - гдз по химии 9 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в следующих схемах реакций:

a) $NH_3 + O_2 \rightarrow No + H_2O$

б) $Al + I_2 \rightarrow AlI_3$

в) $Cl_2 + H_2o \rightarrow HCl + HClO$

г) $KClO_3 \rightarrow KCl + O_2$

д) $HNO_3 + P + H_2o \rightarrow H_3PO_4 + NO$

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

Решение

а) $NH_3 + O_2 \to No + H_2O$

1. Определим степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции:

$N^{-3}H_3^{+1} + O_2^0 \to N^{+2}O^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}$

2. Элементы, изменяющие свои степени окисления: азот (N) с -3 до +2 и кислород (O) с 0 до -2.

3. Составим электронный баланс. Азот отдает электроны (окисляется), кислород принимает электроны (восстанавливается).

$ \begin{array}{c|c|l} N^{-3} - 5e^{-} \to N^{+2} & 4 & \text{восстановитель (окисление)} \\ O_{2}^{0} + 4e^{-} \to 2O^{-2} & 5 & \text{окислитель (восстановление)} \end{array} $

4. Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (5 и 4) равно 20. Соответствующие множители: 4 для процесса окисления и 5 для процесса восстановления.

5. Используем эти множители как коэффициенты в уравнении реакции. Перед веществами, содержащими азот ($NH_3$ и $NO$), ставим коэффициент 4. Перед $O_2$ ставим 5.

$4NH_3 + 5O_2 \to 4No + H_2O$

6. Уравняем количество атомов водорода и кислорода. Слева 12 атомов H (в $4NH_3$), значит, справа должно быть 6 молекул $H_2O$, чтобы получилось 12 атомов H. Проверяем кислород: слева 10 атомов o (в $5O_2$), справа 4 атома o (в $4NO$) + 6 атомов o (в $6H_2O$) = 10 атомов O. Баланс достигнут.

Ответ: $4NH_3 + 5O_2 \to 4No + 6H_2O$

б) $Al + I_2 \to AlI_3$

1. Определим степени окисления:

$Al^0 + I_2^0 \to Al^{+3}I_3^{-1}$

2. Алюминий (Al) окисляется с 0 до +3, йод (I) восстанавливается с 0 до -1.

3. Составим электронный баланс:

$ \begin{array}{c|c|l} Al^{0} - 3e^{-} \to Al^{+3} & 2 & \text{восстановитель (окисление)} \\ I_{2}^{0} + 2e^{-} \to 2I^{-1} & 3 & \text{окислитель (восстановление)} \end{array} $

4. Множители 2 и 3.

5. Ставим коэффициент 2 перед $Al$ и коэффициент 3 перед $I_2$. В продуктах реакции получится 2 молекулы $AlI_3$.

$2Al + 3I_2 \to 2AlI_3$

6. Проверка: слева 2 Al, 6 I; справа 2 Al, 6 I. Баланс достигнут.

Ответ: $2Al + 3I_2 \to 2AlI_3$

в) $Cl_2 + H_2o \to HCl + HClO$

1. Определим степени окисления:

$Cl_2^0 + H_2^{+1}O^{-2} \to H^{+1}Cl^{-1} + H^{+1}Cl^{+1}O^{-2}$

2. Это реакция диспропорционирования, в которой хлор (Cl) одновременно и окисляется (с 0 до +1), и восстанавливается (с 0 до -1).

3. Составим электронный баланс для одного атома хлора:

$ \begin{array}{c|c|l} Cl^{0} - 1e^{-} \to Cl^{+1} & 1 & \text{восстановитель (окисление)} \\ Cl^{0} + 1e^{-} \to Cl^{-1} & 1 & \text{окислитель (восстановление)} \end{array} $

4. Коэффициенты равны 1. Это означает, что из одной молекулы $Cl_2$ (которая содержит два атома $Cl^0$) образуется одна молекула $HCl$ (содержащая $Cl^{-1}$) и одна молекула $HClO$ (содержащая $Cl^{+1}$).

$Cl_2 + H_2o \to HCl + HClO$

5. Проверим баланс атомов: слева 2 Cl, 2 H, 1 O; справа 1+1=2 Cl, 1+1=2 H, 1 O. Уравнение уже сбалансировано.

Ответ: $Cl_2 + H_2o \to HCl + HClO$

г) $KClO_3 \to KCl + O_2$

1. Определим степени окисления:

$K^{+1}Cl^{+5}O_3^{-2} \to K^{+1}Cl^{-1} + O_2^0$

2. Хлор (Cl) восстанавливается с +5 до -1, а кислород (O) окисляется с -2 до 0. Это реакция внутримолекулярного окисления-восстановления.

3. Составим электронный баланс:

$ \begin{array}{c|c|l} Cl^{+5} + 6e^{-} \to Cl^{-1} & 2 & \text{окислитель (восстановление)} \\ 2O^{-2} - 4e^{-} \to O_{2}^{0} & 3 & \text{восстановитель (окисление)} \end{array} $

4. Множители 2 и 3.

5. Множитель 2 относится к хлору, поэтому ставим коэффициент 2 перед $KClO_3$ и $KCl$. Множитель 3 относится к молекулярному кислороду, поэтому ставим 3 перед $O_2$.

$2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$

6. Проверка: слева 2 K, 2 Cl, 6 O; справа 2 K, 2 Cl, 6 O. Баланс достигнут.

Ответ: $2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2$

д) $HNO_3 + P + H_2o \to H_3PO_4 + NO$

1. Определим степени окисления:

$H^{+1}N^{+5}O_3^{-2} + P^0 + H_2^{+1}O^{-2} \to H_3^{+1}P^{+5}O_4^{-2} + N^{+2}O^{-2}$

2. Азот (N) восстанавливается с +5 до +2, фосфор (P) окисляется с 0 до +5.

3. Составим электронный баланс:

$ \begin{array}{c|c|l} N^{+5} + 3e^{-} \to N^{+2} & 5 & \text{окислитель (восстановление)} \\ P^{0} - 5e^{-} \to P^{+5} & 3 & \text{восстановитель (окисление)} \end{array} $

4. Множители 5 и 3.

5. Ставим коэффициент 5 перед соединениями азота ($HNO_3$ и $NO$) и 3 перед соединениями фосфора ($\text{P}$ и $H_3PO_4$).

$5HNO_3 + 3P + H_2o \to 3H_3PO_4 + 5NO$

6. Уравняем водород. Справа 9 атомов H (в $3H_3PO_4$). Слева 5 атомов H (в $5HNO_3$) плюс атомы H из воды. Нужно еще 4 атома H, что соответствует 2 молекулам $H_2O$.

$5HNO_3 + 3P + 2H_2o \to 3H_3PO_4 + 5NO$

7. Проверим кислород: слева 5*3 + 2 = 17 атомов O; справа 3*4 + 5 = 17 атомов O. Баланс достигнут.

Ответ: $5HNO_3 + 3P + 2H_2o \to 3H_3PO_4 + 5NO$

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

1. Определим степени окисления:

$H^{+1}Cl^{-1} + K^{+1}Mn^{+7}O_4^{-2} \to Cl_2^0 + K^{+1}Cl^{-1} + Mn^{+2}Cl_2^{-1} + H_2^{+1}O^{-2}$

2. Марганец (Mn) восстанавливается с +7 до +2, хлор (Cl) окисляется с -1 до 0. Часть ионов хлора не меняет степень окисления, входя в состав солей $KCl$ и $MnCl_2$.

3. Составим электронный баланс:

$ \begin{array}{c|c|l} Mn^{+7} + 5e^{-} \to Mn^{+2} & 2 & \text{окислитель (восстановление)} \\ 2Cl^{-1} - 2e^{-} \to Cl_{2}^{0} & 5 & \text{восстановитель (окисление)} \end{array} $

4. Множители 2 и 5.

5. Ставим коэффициент 2 перед соединениями марганца ($KMnO_4$ и $MnCl_2$) и 5 перед $Cl_2$.

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

6. Уравняем калий: слева 2 K (в $2KMnO_4$), значит, справа ставим 2 перед $KCl$.

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

7. Теперь посчитаем общее количество атомов хлора справа: 10 (в $5Cl_2$) + 2 (в $2KCl$) + 4 (в $2MnCl_2$) = 16. Значит, слева нужно 16 молекул $HCl$.

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

8. Уравняем водород: слева 16 H, значит, справа ставим 8 перед $H_2O$.

$16HCl + 2KMnO_4 \to 5Cl_2 + 2KCl + 2MnCl_2 + 8H_2O$

9. Проверим кислород: слева 2*4 = 8 O; справа 8 O. Баланс достигнут.

Ответ: $16HCl + 2KMnO_4 \to 5Cl_2 + 2KCl + 2MnCl_2 + 8H_2O$