Номер 506, страница 78 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

506. *Между бромом и нагретым водным раствором гидроксида калия протекает реакция:

$Br_2 + KOH \rightarrow KBrO_3 + KBr + H_2O$.

a) Определите степени окисления атомов всех элементов в реагентах и продуктах.

б) Укажите окислитель и восстановитель.

в) Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты.

г) Составьте полное и сокращённое ионные уравнения.

Решение

а) Определим степени окисления атомов всех элементов в реагентах и продуктах.

Степени окисления элементов в данном уравнении реакции:

$$ \stackrel{0}{Br_2} + \stackrel{+1}{K}\stackrel{-2}{O}\stackrel{+1}{H} \rightarrow \stackrel{+1}{K}\stackrel{+5}{Br}\stackrel{-2}{O_3} + \stackrel{+1}{K}\stackrel{-1}{Br} + \stackrel{+1}{H_2}\stackrel{-2}{O} $$

В реагентах: у брома в простом веществе $Br_2$ степень окисления равна 0. В гидроксиде калия $KOH$ у калия ($K$) +1, у кислорода ($O$) -2, у водорода ($H$) +1.

В продуктах: в бромате калия $KBrO_3$ у калия ($K$) +1, у кислорода ($O$) -2, а у брома ($Br$) +5 (рассчитано из условия электронейтральности молекулы: $+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0$). В бромиде калия $KBr$ у калия ($K$) +1, у брома ($Br$) -1. В воде $H_2O$ у водорода ($H$) +1, у кислорода ($O$) -2.

Ответ: В $Br_2$ степень окисления $Br$ равна 0. В $KOH$: $K^{+1}, O^{-2}, H^{+1}$. В $KBrO_3$: $K^{+1}, Br^{+5}, O^{-2}$. В $KBr$: $K^{+1}, Br^{-1}$. В $H_2O$: $H^{+1}, O^{-2}$.

б) Укажите окислитель и восстановитель.

В ходе реакции атом брома изменяет свою степень окисления с 0 на +5 и на -1.

1. Процесс окисления: $ \stackrel{0}{Br} \rightarrow \stackrel{+5}{Br} $. Степень окисления повышается, бром отдает электроны. Вещество, отдающее электроны, является восстановителем. Таким образом, $Br_2$ — восстановитель.

2. Процесс восстановления: $ \stackrel{0}{Br} \rightarrow \stackrel{-1}{Br} $. Степень окисления понижается, бром принимает электроны. Вещество, принимающее электроны, является окислителем. Таким образом, $Br_2$ — окислитель.

Так как один и тот же элемент ($Br_2$) является и окислителем, и восстановителем, данная реакция является реакцией диспропорционирования.

Ответ: Окислитель — $Br_2$, восстановитель — $Br_2$.

в) Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты.

Составим схемы полуреакций окисления и восстановления, учитывая, что молекула брома двухатомна:

$ \stackrel{0}{Br_2} - 10e^- \rightarrow 2\stackrel{+5}{Br} $ (процесс окисления)

$ \stackrel{0}{Br_2} + 2e^- \rightarrow 2\stackrel{-1}{Br} $ (процесс восстановления)

Находим наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных (10) и принятых (2) электронов. НОК(10, 2) = 10. Находим множители для каждой полуреакции:

$ \begin{array}{r|c|l} \stackrel{0}{Br_2} - 10e^- \rightarrow 2\stackrel{+5}{Br} & 1 & \text{восстановитель} \\ \stackrel{0}{Br_2} + 2e^- \rightarrow 2\stackrel{-1}{Br} & 5 & \text{окислитель} \end{array} $

Коэффициенты 1 и 5 относятся к продуктам: перед веществом с $Br^{+5}$ ($KBrO_3$) ставим 1, а перед веществом с $Br^{-1}$ ($KBr$) — 5.

$ Br_2 + KOH \rightarrow 1KBrO_3 + 5KBr + H_2O $

Теперь уравняем остальные атомы. Сначала бром: справа $1+5=6$ атомов $Br$. Значит, слева нужно $6/2 = 3$ молекулы $Br_2$.

$ 3Br_2 + KOH \rightarrow KBrO_3 + 5KBr + H_2O $

Далее калий: справа $1+5=6$ атомов $K$. Значит, слева нужно 6 молекул $KOH$.

$ 3Br_2 + 6KOH \rightarrow KBrO_3 + 5KBr + H_2O $

Наконец, уравняем водород и кислород, расставляя коэффициент перед водой. Слева 6 атомов $H$ и 6 атомов $O$. Чтобы уравнять их справа, необходимо 3 молекулы $H_2O$.

Проверяем баланс по кислороду: слева 6 атомов ($6KOH$), справа $3$ ($KBrO_3$) + $3$ ($3H_2O$) = 6. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $3Br_2 + 6KOH \rightarrow KBrO_3 + 5KBr + 3H_2O$.

г) Составьте полное и сокращённое ионные уравнения.

На основе сбалансированного молекулярного уравнения составим ионные. $KOH$, $KBrO_3$ и $KBr$ — сильные электролиты и в водном растворе диссоциируют на ионы. $Br_2$ и $H_2O$ — слабые электролиты или неэлектролиты, их записываем в молекулярной форме.

Полное ионное уравнение:

$ 3Br_2 + 6K^+ + 6OH^- \rightarrow K^+ + BrO_3^- + 5K^+ + 5Br^- + 3H_2O $

Для получения сокращённого ионного уравнения исключаем ионы-наблюдатели ($K^+$), которые присутствуют в обеих частях уравнения в одинаковом количестве ($6K^+$ слева и $1K^+ + 5K^+ = 6K^+$ справа).

Сокращённое ионное уравнение:

$ 3Br_2 + 6OH^- \rightarrow BrO_3^- + 5Br^- + 3H_2O $

Ответ:

Полное ионное уравнение: $3Br_2 + 6K^+ + 6OH^- \rightarrow K^+ + BrO_3^- + 5K^+ + 5Br^- + 3H_2O$.

Сокращённое ионное уравнение: $3Br_2 + 6OH^- \rightarrow BrO_3^- + 5Br^- + 3H_2O$.