Номер 480, страница 73 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

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

а) $Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O;$

б) $Zn + HNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O;$

в) $KMnO_4 + HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + KCl + H_2O;$

г) $Na_2S + Cl_2 + H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + HCl;$

д) $Cl_2 + KOH \rightarrow KCl + KClO_3 + H_2O;$

е) $K_2S + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow S + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O.$

В каждой из реакций укажите окислитель и восстановитель.

а) $Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO_2 + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Cu^0 \rightarrow Cu^{+2}$

$N^{+5} \rightarrow N^{+4}$

2. Составляем электронный баланс:

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

$N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}$ | 2 | окислитель, восстановление

3. Коэффициент 1 ставим перед $Cu$ и $Cu(NO_3)_2$. Коэффициент 2 ставим перед $NO_2$.

$Cu + HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$

4. Уравниваем количество атомов азота. Справа 2 атома $N$ в $Cu(NO_3)_2$ и 2 атома в $2NO_2$, итого 4 атома. Следовательно, перед $HNO_3$ ставим коэффициент 4.

$Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + H_2O$

5. Уравниваем количество атомов водорода. Слева 4 атома $H$, значит, справа перед $H_2O$ ставим коэффициент 2.

$Cu + 4HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$

6. Проверяем количество атомов кислорода: слева $4 \cdot 3 = 12$, справа $3 \cdot 2 + 2 \cdot 2 + 2 = 6 + 4 + 2 = 12$. Уравнение сбалансировано.

Восстановитель - $Cu$ (медь). Окислитель - $HNO_3$ (азотная кислота за счет азота в степени окисления +5).

Ответ: $Cu + 4HNO_3 = Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$. Восстановитель - $Cu$, окислитель - $HNO_3$.

б) $Zn + HNO_3 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Zn^0 \rightarrow Zn^{+2}$

$N^{+5} \rightarrow N^{-3}$ (в ионе аммония $NH_4^+$)

2. Составляем электронный баланс:

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

$N^{+5} + 8e^- \rightarrow N^{-3}$ | 1 | окислитель, восстановление

3. Коэффициент 4 ставим перед $Zn$ и $Zn(NO_3)_2$. Коэффициент 1 ставим перед $NH_4NO_3$.

$4Zn + HNO_3 \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O$

4. Уравниваем количество атомов азота. Справа $4 \cdot 2 = 8$ атомов $N$ в $4Zn(NO_3)_2$ и 2 атома $N$ в $NH_4NO_3$, итого 10 атомов. Следовательно, перед $HNO_3$ ставим коэффициент 10.

$4Zn + 10HNO_3 \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + H_2O$

5. Уравниваем количество атомов водорода. Слева 10 атомов $H$. Справа 4 атома $H$ в $NH_4NO_3$, значит, в $H_2O$ должно быть $10 - 4 = 6$ атомов, ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.

$4Zn + 10HNO_3 \rightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$

6. Проверяем кислород: слева $10 \cdot 3 = 30$, справа $4 \cdot 3 \cdot 2 + 3 + 3 = 24 + 3 + 3 = 30$. Уравнение сбалансировано.

Восстановитель - $Zn$ (цинк). Окислитель - $HNO_3$ (азотная кислота за счет азота в степени окисления +5).

Ответ: $4Zn + 10HNO_3 = 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$. Восстановитель - $Zn$, окислитель - $HNO_3$.

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

Решение

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$

$Cl^{-1} \rightarrow Cl^0$

2. Составляем электронный баланс:

$2Cl^{-1} - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ | 5 | восстановитель, окисление

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 | окислитель, восстановление

3. Коэффициент 2 ставим перед $KMnO_4$ и $MnCl_2$. Коэффициент 5 ставим перед $Cl_2$.

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

4. Уравниваем калий. Слева 2 атома $K$, ставим коэффициент 2 перед $KCl$.

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

5. Уравниваем хлор. Справа $2 \cdot 2 + 5 \cdot 2 + 2 = 4 + 10 + 2 = 16$ атомов. Ставим коэффициент 16 перед $HCl$.

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

6. Уравниваем водород. Слева 16 атомов $H$, ставим коэффициент 8 перед $H_2O$.

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

7. Проверяем кислород: слева $2 \cdot 4 = 8$, справа 8. Уравнение сбалансировано.

Восстановитель - $HCl$ (соляная кислота за счет хлора в степени окисления -1). Окислитель - $KMnO_4$ (перманганат калия за счет марганца в степени окисления +7).

Ответ: $2KMnO_4 + 16HCl = 2MnCl_2 + 5Cl_2 + 2KCl + 8H_2O$. Восстановитель - $HCl$, окислитель - $KMnO_4$.

г) $Na_2S + Cl_2 + H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + HCl$

Решение

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$S^{-2} \rightarrow S^{+6}$

$Cl_2^0 \rightarrow 2Cl^{-1}$

2. Составляем электронный баланс:

$S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6}$ | 1 | восстановитель, окисление

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1}$ | 4 | окислитель, восстановление

3. Коэффициент 1 ставим перед $Na_2S$ и $Na_2SO_4$. Коэффициент 4 ставим перед $Cl_2$. Из баланса следует, что образуется $4 \cdot 2 = 8$ атомов $Cl^{-1}$, поэтому ставим коэффициент 8 перед $HCl$.

$Na_2S + 4Cl_2 + H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + 8HCl$

4. Уравниваем водород и кислород. Справа 8 атомов $H$ и 4 атома $O$. Ставим коэффициент 4 перед $H_2O$ слева, что дает 8 $H$ и 4 $O$.

$Na_2S + 4Cl_2 + 4H_2O \rightarrow Na_2SO_4 + 8HCl$

5. Проверяем остальные элементы: $Na$ - 2/2, $S$ - 1/1, $Cl$ - 8/8. Уравнение сбалансировано.

Восстановитель - $Na_2S$ (сульфид натрия за счет серы в степени окисления -2). Окислитель - $Cl_2$ (хлор).

Ответ: $Na_2S + 4Cl_2 + 4H_2O = Na_2SO_4 + 8HCl$. Восстановитель - $Na_2S$, окислитель - $Cl_2$.

д) $Cl_2 + KOH \rightarrow KCl + KClO_3 + H_2O$

Решение

Это реакция диспропорционирования, где один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем.

1. Определяем степени окисления хлора:

$Cl^0 \rightarrow Cl^{-1}$ (восстановление)

$Cl^0 \rightarrow Cl^{+5}$ (окисление)

2. Составляем электронный баланс:

$Cl^0 - 5e^- \rightarrow Cl^{+5}$ | 1 | окисление

$Cl^0 + 1e^- \rightarrow Cl^{-1}$ | 5 | восстановление

3. Суммарно в реакции участвует 6 атомов хлора ($1+5$), что соответствует 3 молекулам $Cl_2$. На выходе получаем 5 атомов $Cl^{-1}$ (т.е. 5$KCl$) и 1 атом $Cl^{+5}$ (т.е. 1$KClO_3$). Ставим эти коэффициенты.

$3Cl_2 + KOH \rightarrow 5KCl + KClO_3 + H_2O$

4. Уравниваем калий. Справа $5+1=6$ атомов $K$. Ставим коэффициент 6 перед $KOH$.

$3Cl_2 + 6KOH \rightarrow 5KCl + KClO_3 + H_2O$

5. Уравниваем водород. Слева 6 атомов $H$. Ставим коэффициент 3 перед $H_2O$.

$3Cl_2 + 6KOH \rightarrow 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$

6. Проверяем кислород: слева 6, справа $3 + 3 = 6$. Уравнение сбалансировано.

Окислитель и восстановитель - $Cl_2$ (хлор).

Ответ: $3Cl_2 + 6KOH = 5KCl + KClO_3 + 3H_2O$. $Cl_2$ является и окислителем, и восстановителем.

е) $K_2S + KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow S + MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

Решение

1. Определяем степени окисления элементов, которые их изменяют:

$S^{-2} \rightarrow S^0$

$Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$

2. Составляем электронный баланс:

$S^{-2} - 2e^- \rightarrow S^0$ | 5 | восстановитель, окисление

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2 | окислитель, восстановление

3. Коэффициент 5 ставим перед $K_2S$ и $S$. Коэффициент 2 ставим перед $KMnO_4$ и $MnSO_4$.

$5K_2S + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 5S + 2MnSO_4 + K_2SO_4 + H_2O$

4. Уравниваем калий. Слева $5 \cdot 2 + 2 = 12$ атомов $K$. Справа в $K_2SO_4$ уже есть 2, поэтому ставим коэффициент 6.

$5K_2S + 2KMnO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 5S + 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + H_2O$

5. Уравниваем сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$). Справа 2 в $MnSO_4$ и 6 в $K_2SO_4$, итого 8 сульфат-ионов. Ставим коэффициент 8 перед $H_2SO_4$.

$5K_2S + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 5S + 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + H_2O$

6. Уравниваем водород. Слева $8 \cdot 2 = 16$ атомов $H$. Ставим коэффициент 8 перед $H_2O$.

$5K_2S + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 5S + 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + 8H_2O$

7. Проверяем кислород: слева $2 \cdot 4 + 8 \cdot 4 = 8 + 32 = 40$. Справа $2 \cdot 4 + 6 \cdot 4 + 8 = 8 + 24 + 8 = 40$. Уравнение сбалансировано.

Восстановитель - $K_2S$ (сульфид калия за счет серы -2). Окислитель - $KMnO_4$ (перманганат калия за счет марганца +7).

Ответ: $5K_2S + 2KMnO_4 + 8H_2SO_4 = 5S + 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + 8H_2O$. Восстановитель - $K_2S$, окислитель - $KMnO_4$.