Номер 7, страница 202 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

7. Фосфор окисляется хлором, азотной и серной кислотами. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса в схемах этих реакций:

a) $P + Cl_2 \rightarrow PCl_5;$

б) $P + KClO_3 \rightarrow P_2O_5 + KCl;$

в) $P + HNO_{3\text{(разб)}} + H_2O \rightarrow H_3PO_4 + NO;$

г) $P + H_2SO_{4\text{(конц)}} \rightarrow H_3PO_4 + SO_2 + H_2O.$

а) $P + Cl_2 \rightarrow PCl_5$

Решение

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции. Фосфор и хлор в виде простых веществ имеют степень окисления 0. В пентахлориде фосфора ($PCl_5$) хлор имеет степень окисления -1, а фосфор +5.

$P^{0} + Cl_{2}^{0} \rightarrow P^{+5}Cl_{5}^{-1}$

Составим электронный баланс. Фосфор отдает 5 электронов (окисляется), а каждый атом хлора принимает 1 электрон (восстанавливается). Молекула хлора состоит из двух атомов, поэтому она принимает 2 электрона.

$ \begin{array}{c|c|l|c} \text{P}^{0} & -5e^{-} \rightarrow \text{P}^{+5} & \text{окисление (восстановитель)} & 2 \\ \text{Cl}_{2}^{0} & +2e^{-} \rightarrow 2\text{Cl}^{-1} & \text{восстановление (окислитель)} & 5 \end{array} $

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (5 и 2) равно 10. Делим 10 на 5, получаем множитель 2 для фосфора. Делим 10 на 2, получаем множитель 5 для хлора. Эти множители являются коэффициентами в уравнении реакции.

Ставим коэффициент 2 перед фосфором (и, соответственно, перед $PCl_5$) и 5 перед хлором.

Ответ: $2P + 5Cl_{2} \rightarrow 2PCl_{5}$.

б) $P + KClO_3 \rightarrow P_2O_5 + KCl$

Решение

Определим степени окисления изменяющихся элементов. Фосфор как простое вещество имеет степень окисления 0, в оксиде фосфора(V) ($P_2O_5$) — +5. Хлор в хлорате калия ($KClO_3$) имеет степень окисления +5, а в хлориде калия ($KCl$) — -1.

$P^{0} + K^{+}Cl^{+5}O_{3}^{-2} \rightarrow P_{2}^{+5}O_{5}^{-2} + K^{+}Cl^{-1}$

Составим электронный баланс. Учтем, что в продукте образуется молекула $P_2O_5$, содержащая 2 атома фосфора.

$ \begin{array}{c|c|l|c} 2\text{P}^{0} & -10e^{-} \rightarrow \text{P}_{2}^{+5} & \text{окисление (восстановитель)} & 3 \\ \text{Cl}^{+5} & +6e^{-} \rightarrow \text{Cl}^{-1} & \text{восстановление (окислитель)} & 5 \end{array} $

Наименьшее общее кратное для 10 и 6 равно 30. Множитель для процесса окисления фосфора — 3 ($30/10=3$). Множитель для процесса восстановления хлора — 5 ($30/6=5$).

Коэффициент перед фосфором будет $2 \times 3 = 6$. Коэффициент перед $P_2O_5$ будет 3. Коэффициент перед $KClO_3$ и $KCl$ будет 5. Проверим баланс атомов: P: 6=6, K: 5=5, Cl: 5=5, O: $5 \times 3 = 15$. Всё верно.

Ответ: $6P + 5KClO_{3} \rightarrow 3P_{2}O_{5} + 5KCl$.

в) $P + HNO_{3(разб)} + H_2O \rightarrow H_3PO_4 + NO$

Решение

Определим степени окисления. Фосфор (простое вещество) — 0, в ортофосфорной кислоте ($H_3PO_4$) — +5. Азот в азотной кислоте ($HNO_3$) — +5, в оксиде азота(II) ($NO$) — +2.

$P^{0} + H^{+}N^{+5}O_{3}^{-2} + H_{2}O \rightarrow H_{3}^{+}P^{+5}O_{4}^{-2} + N^{+2}O^{-2}$

Составим электронный баланс:

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

Наименьшее общее кратное для 5 и 3 равно 15. Множители — 3 для фосфора и 5 для азота. Расставляем коэффициенты перед веществами, содержащими эти элементы: 3 перед P и $H_3PO_4$, 5 перед $HNO_3$ и NO.

$3P + 5HNO_{3} + H_2O \rightarrow 3H_{3}PO_{4} + 5NO$

Теперь уравняем водород и кислород. Справа атомов водорода $3 \times 3 = 9$. Слева в $5HNO_3$ их 5, значит, из воды нужно еще 4 атома водорода. Для этого берем 2 молекулы $H_2O$. Проверим кислород: слева $5 \times 3 + 2 \times 1 = 17$; справа $3 \times 4 + 5 \times 1 = 12 + 5 = 17$. Баланс достигнут.

Ответ: $3P + 5HNO_{3} + 2H_{2}O \rightarrow 3H_{3}PO_{4} + 5NO$.

г) $P + H_{2}SO_{4(конц)} \rightarrow H_3PO_4 + SO_2 + H_2O$

Решение

Определим степени окисления. Фосфор (простое вещество) — 0, в ортофосфорной кислоте ($H_3PO_4$) — +5. Сера в серной кислоте ($H_2SO_4$) — +6, в диоксиде серы ($SO_2$) — +4.

$P^{0} + H_{2}^{+}S^{+6}O_{4}^{-2} \rightarrow H_{3}^{+}P^{+5}O_{4}^{-2} + S^{+4}O_{2}^{-2} + H_{2}O$

Составим электронный баланс:

$ \begin{array}{c|c|l|c} \text{P}^{0} & -5e^{-} \rightarrow \text{P}^{+5} & \text{окисление (восстановитель)} & 2 \\ \text{S}^{+6} & +2e^{-} \rightarrow \text{S}^{+4} & \text{восстановление (окислитель)} & 5 \end{array} $

Наименьшее общее кратное для 5 и 2 равно 10. Множители — 2 для фосфора и 5 для серы. Расставляем коэффициенты: 2 перед P и $H_3PO_4$, 5 перед $H_2SO_4$ и $SO_2$.

$2P + 5H_{2}SO_{4} \rightarrow 2H_{3}PO_{4} + 5SO_{2} + H_2O$

Уравняем водород и кислород. Слева атомов водорода $5 \times 2 = 10$. Справа в $2H_3PO_4$ их $2 \times 3 = 6$, значит, из воды нужно еще 4 атома водорода. Для этого берем 2 молекулы $H_2O$. Проверим кислород: слева $5 \times 4 = 20$; справа $2 \times 4 + 5 \times 2 + 2 \times 1 = 8 + 10 + 2 = 20$. Баланс достигнут.

Ответ: $2P + 5H_{2}SO_{4} \rightarrow 2H_{3}PO_{4} + 5SO_{2} + 2H_{2}O$.