Номер 481, страница 73 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

481. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в схемах окислительно-восстановительных реакций:

a) $KNO_3 \rightarrow KNO_2 + O_2;$

б) $SO_2 + HNO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + NO;$

в) $Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O;$

г) $Ag + H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O;$

д) $KClO_3 \rightarrow KCl + O_2;$

е) $Cl_2 + KOH \rightarrow KCl + KClO + H_2O.$

В каждой из реакций укажите окислитель и восстановитель.

Для решения задачи воспользуемся методом электронного баланса для расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях (ОВР).

а)Решение:

1. Определим степени окисления элементов в реакции $KNO_3 \rightarrow KNO_2 + O_2$:

$K^{+1}N^{+5}O_3^{-2} \rightarrow K^{+1}N^{+3}O_2^{-2} + O_2^{0}$

2. Изменение степеней окисления происходит у азота (с +5 до +3) и у кислорода (с -2 до 0).

3. Составим электронный баланс:

$N^{+5} + 2e^- \rightarrow N^{+3}$ | x 2 | восстановление (окислитель)

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^{0}$ | x 1 | окисление (восстановитель)

Наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (4 и 2) равно 4. Соответственно, множители для полуреакций - 2 и 1.

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции. Коэффициент 2 ставим перед соединениями азота, коэффициент 1 (не пишется) - перед кислородом $O_2$.

$2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2$

5. Проверим баланс атомов: K (2=2), N (2=2), O (6=4+2). Баланс соблюден.

Окислителем является $N^{+5}$ (в составе $KNO_3$), а восстановителем - $O^{-2}$ (в составе $KNO_3$).

Ответ: $2KNO_3 \rightarrow 2KNO_2 + O_2$. Окислитель - $N^{+5}$ в $KNO_3$, восстановитель - $O^{-2}$ в $KNO_3$.

б)Решение:

1. Определим степени окисления элементов в реакции $SO_2 + HNO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4 + NO$:

$S^{+4}O_2 + H N^{+5}O_3 + H_2O \rightarrow H_2S^{+6}O_4 + N^{+2}O$

2. Изменение степеней окисления происходит у серы (с +4 до +6) и у азота (с +5 до +2).

3. Составим электронный баланс:

$S^{+4} - 2e^- \rightarrow S^{+6}$ | x 3 | окисление (восстановитель)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | x 2 | восстановление (окислитель)

Наименьшее общее кратное для 2 и 3 равно 6. Множители - 3 и 2.

4. Расставим коэффициенты: 3 перед соединениями серы, 2 перед соединениями азота.

$3SO_2 + 2HNO_3 + H_2O \rightarrow 3H_2SO_4 + 2NO$

5. Уравняем водород и кислород. Справа 6 атомов H (в $3H_2SO_4$). Слева 2 атома H (в $2HNO_3$). Следовательно, необходимо еще 4 атома H, что соответствует 2 молекулам $H_2O$.

$3SO_2 + 2HNO_3 + 2H_2O \rightarrow 3H_2SO_4 + 2NO$

6. Проверим баланс атомов кислорода: слева 3*2 + 2*3 + 2*1 = 14, справа 3*4 + 2*1 = 14. Баланс соблюден.

Окислитель - $N^{+5}$ ($HNO_3$), восстановитель - $S^{+4}$ ($SO_2$).

Ответ: $3SO_2 + 2HNO_3 + 2H_2O \rightarrow 3H_2SO_4 + 2NO$. Окислитель - $N^{+5}$ в $HNO_3$, восстановитель - $S^{+4}$ в $SO_2$.

в)Решение:

1. Определим степени окисления в реакции $Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O$:

$Cu^{0} + H N^{+5}O_3 \rightarrow Cu^{+2}(N^{+5}O_3)_2 + N^{+2}O + H_2O$

2. Изменение степеней окисления: медь (с 0 до +2) и азот (с +5 до +2). Часть азота не меняет степень окисления, переходя в нитрат меди.

3. Составим электронный баланс:

$Cu^{0} - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$ | x 3 | окисление (восстановитель)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$ | x 2 | восстановление (окислитель)

Наименьшее общее кратное для 2 и 3 равно 6. Множители - 3 и 2.

4. Расставим коэффициенты: 3 перед $Cu$ и $Cu(NO_3)_2$, 2 перед $NO$.

$3Cu + HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O$

5. Уравняем азот. Справа 3*2=6 атомов N в $Cu(NO_3)_2$ и 2 атома N в $NO$, итого 8 атомов. Значит, слева нужно 8 молекул $HNO_3$.

$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + H_2O$

6. Уравняем водород. Слева 8 атомов H. Справа нужно 8 атомов H, что соответствует 4 молекулам $H_2O$.

$3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$

7. Проверим кислород: слева 8*3=24, справа 3*2*3 + 2*1 + 4*1 = 18+2+4=24. Баланс соблюден.

Окислитель - $N^{+5}$ ($HNO_3$), восстановитель - $Cu^0$.

Ответ: $3Cu + 8HNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$. Окислитель - $N^{+5}$ в $HNO_3$, восстановитель - $Cu^0$.

г)Решение:

1. Определим степени окисления в реакции $Ag + H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O$:

$Ag^{0} + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow Ag_2^{+1}S^{+6}O_4 + S^{+4}O_2 + H_2O$

2. Изменение степеней окисления: серебро (с 0 до +1) и сера (с +6 до +4).

3. Составим электронный баланс:

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

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

Наименьшее общее кратное - 2. Множители - 2 и 1.

4. Расставим коэффициенты: 2 перед $Ag$, 1 перед $SO_2$. Из 2 атомов $Ag$ образуется 1 молекула $Ag_2SO_4$.

$2Ag + H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O$

5. Уравняем серу. Справа 1 атом S в $Ag_2SO_4$ и 1 атом S в $SO_2$, итого 2. Значит, слева нужно 2 молекулы $H_2SO_4$.

$2Ag + 2H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O$

6. Уравняем водород. Слева 2*2=4 атома H. Справа нужно 4 атома H, что соответствует 2 молекулам $H_2O$.

$2Ag + 2H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + 2H_2O$

7. Проверим кислород: слева 2*4=8, справа 4 + 2 + 2*1 = 8. Баланс соблюден.

Окислитель - $S^{+6}$ ($H_2SO_4$), восстановитель - $Ag^0$.

Ответ: $2Ag + 2H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + 2H_2O$. Окислитель - $S^{+6}$ в $H_2SO_4$, восстановитель - $Ag^0$.

д)Решение:

1. Определим степени окисления в реакции $KClO_3 \rightarrow KCl + O_2$:

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

2. Изменение степеней окисления: хлор (с +5 до -1) и кислород (с -2 до 0).

3. Составим электронный баланс:

$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$ | x 2 | восстановление (окислитель)

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^{0}$ | x 3 | окисление (восстановитель)

Наименьшее общее кратное для 6 и 4 равно 12. Множители - 2 и 3.

4. Расставим коэффициенты: 2 перед соединениями хлора, 3 перед $O_2$.

$2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$

5. Проверим баланс атомов: K (2=2), Cl (2=2), O (2*3=6, 3*2=6). Баланс соблюден.

Окислитель - $Cl^{+5}$ ($KClO_3$), восстановитель - $O^{-2}$ ($KClO_3$).

Ответ: $2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2$. Окислитель - $Cl^{+5}$ в $KClO_3$, восстановитель - $O^{-2}$ в $KClO_3$.

е)Решение:

1. Определим степени окисления в реакции $Cl_2 + KOH \rightarrow KCl + KClO + H_2O$:

$Cl_2^{0} + KOH \rightarrow KCl^{-1} + K Cl^{+1}O + H_2O$

2. Это реакция диспропорционирования. Атом хлора одновременно и окисляется (с 0 до +1), и восстанавливается (с 0 до -1).

3. Составим электронный баланс:

$Cl_2^{0} + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | x 1 | восстановление

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

Число отданных и принятых электронов равно, поэтому множители равны 1.

4. Суммируем полуреакции: $2Cl_2^{0} \rightarrow 2Cl^{-1} + 2Cl^{+1}$. Это значит, что из 2 молекул $Cl_2$ образуется 2 иона $Cl^{-1}$ и 2 иона $Cl^{+1}$. Сократив на 2, получим: $Cl_2 \rightarrow Cl^{-1} + Cl^{+1}$. Ставим коэффициенты 1 перед $KCl$ и $KClO$.

$Cl_2 + KOH \rightarrow KCl + KClO + H_2O$

5. Уравняем калий. Справа 1 атом K в $KCl$ и 1 атом K в $KClO$, итого 2. Значит, слева нужно 2 молекулы $KOH$.

$Cl_2 + 2KOH \rightarrow KCl + KClO + H_2O$

6. Проверим баланс водорода и кислорода: H (слева 2, справа 2), O (слева 2, справа 1+1=2). Баланс соблюден.

$Cl_2$ является одновременно и окислителем (восстанавливаясь до $Cl^{-1}$), и восстановителем (окисляясь до $Cl^{+1}$).

Ответ: $Cl_2 + 2KOH \rightarrow KCl + KClO + H_2O$. Окислитель и восстановитель - $Cl_2$.