Номер 474, страница 72 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

474. Определите окислитель и восстановитель в следующих химических реакциях:

a) $2Cu(NO_3)_2 = 2CuO + 4NO_2 + O_2$;

б) $H_2S + 8HNO_3 = H_2SO_4 + 8NO_2 + 4H_2O$.

Для определения окислителя и восстановителя в химических реакциях необходимо определить степени окисления всех элементов до и после реакции. Окислительно-восстановительные реакции — это реакции, в ходе которых изменяются степени окисления одного или нескольких элементов.

• Окислитель — это вещество (атом, ион или молекула), которое принимает электроны. В ходе реакции степень окисления элемента в окислителе понижается.
• Восстановитель — это вещество (атом, ион или молекула), которое отдает электроны. В ходе реакции степень окисления элемента в восстановителе повышается.

Решение:

1. Сначала определим степени окисления каждого элемента в реагентах и продуктах. Для этого воспользуемся правилами определения степеней окисления.

$2\overset{+2}{Cu}(\overset{+5}{N}\overset{-2}{O_3})_2 = 2\overset{+2}{Cu}\overset{-2}{O} + 4\overset{+4}{N}\overset{-2}{O_2} + \overset{0}{O_2}$

• В нитрате меди(II) $Cu(NO_3)_2$: кислород $O$ имеет степень окисления $-2$, медь $Cu$ — $+2$. Сумма степеней окисления в молекуле равна нулю, отсюда находим степень окисления азота $N$: $+2 + 2 \cdot (x + 3 \cdot (-2)) = 0 \Rightarrow +2 + 2x - 12 = 0 \Rightarrow 2x = 10 \Rightarrow x = +5$.
• В продуктах: в оксиде меди(II) $CuO$ степени окисления $Cu^{+2}$ и $O^{-2}$. В диоксиде азота $NO_2$ степени окисления $N^{+4}$ и $O^{-2}$. В простом веществе кислороде $O_2$ степень окисления $O$ равна $0$.

2. Теперь проанализируем, какие элементы изменили свои степени окисления:

• Азот изменил степень окисления с $+5$ на $+4$: $N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$. Произошло понижение степени окисления, значит, азот $N^{+5}$ является окислителем.
• Кислород изменил степень окисления с $-2$ на $0$: $2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$. Произошло повышение степени окисления, значит, кислород $O^{-2}$ является восстановителем.
• Степень окисления меди $Cu^{+2}$ не изменилась.

В этой реакции атомы окислителя ($N^{+5}$) и восстановителя ($O^{-2}$) находятся в составе одного и того же исходного вещества — нитрата меди(II) $Cu(NO_3)_2$. Это пример внутримолекулярной окислительно-восстановительной реакции.

Ответ: Окислителем является нитрат меди(II) $Cu(NO_3)_2$ (за счёт атома азота в степени окисления $+5$), он же является и восстановителем (за счёт атомов кислорода в степени окисления $-2$).

Решение:

1. Определим степени окисления элементов в каждом веществе до и после реакции.

$\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{S} + 8\overset{+1}{H}\overset{+5}{N}\overset{-2}{O_3} = \overset{+1}{H_2}\overset{+6}{S}\overset{-2}{O_4} + 8\overset{+4}{N}\overset{-2}{O_2} + 4\overset{+1}{H_2}\overset{-2}{O}$

• В сероводороде $H_2S$: $H$ имеет степень окисления $+1$, значит, сера $S$ имеет $-2$.
• В азотной кислоте $HNO_3$: $H$ — $+1$, $O$ — $-2$, значит, азот $N$ имеет $+5$.
• В серной кислоте $H_2SO_4$: $H$ — $+1$, $O$ — $-2$, значит, сера $S$ имеет $+6$.
• В диоксиде азота $NO_2$: $O$ — $-2$, значит, азот $N$ имеет $+4$.
• В воде $H_2O$ степени окисления не изменяются.

2. Проанализируем изменение степеней окисления:

• Сера изменила степень окисления с $-2$ на $+6$: $S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6}$. Степень окисления повысилась, следовательно, сера $S^{-2}$ (в составе $H_2S$) является восстановителем.
• Азот изменил степень окисления с $+5$ на $+4$: $N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$. Степень окисления понизилась, следовательно, азот $N^{+5}$ (в составе $HNO_3$) является окислителем.

Таким образом, сероводород $H_2S$ отдает электроны и является восстановителем, а азотная кислота $HNO_3$ принимает электроны и является окислителем.

Ответ: Окислитель — азотная кислота $HNO_3$ (за счёт $N^{+5}$), восстановитель — сероводород $H_2S$ (за счёт $S^{-2}$).