Номер 790, страница 130 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

790. Укажите вещества, при взаимодействии с которыми водород выступает как окислитель:

а) $HNO_3$ + $Cu$;

б) $Fe$ + $H_3PO_4$;

в) $Al$ + $NaOH$ + $H_2O$;

г) $C$ + $H_2O$;

д) $H_2$ + $Na$;

е) $N_2$ + $H_2$;

ж) $Fe_3O_4$ + $H_2$;

з) $NaOH$ + $NaH_2PO_4$;

и) $CuOHCl$ + $HCl$;

к) $PH_3$ + $O_2$.

Водород ($H_2$) выступает в роли окислителя, когда он принимает электроны, понижая свою степень окисления. В виде простого вещества водород имеет степень окисления 0. В роли окислителя он переходит в степень окисления -1, образуя гидриды металлов. Это происходит при его взаимодействии с активными металлами (щелочными, щелочноземельными), которые являются сильными восстановителями. В большинстве других реакций водород является восстановителем, так как отдает электроны и повышает свою степень окисления до +1.

Рассмотрим предложенные варианты:

а) $HNO_3 + Cu$;

В данной реакции водород не участвует в виде простого вещества $H_2$. Азотная кислота является окислителем за счет атома азота в степени окисления +5. Например, при реакции с концентрированной кислотой: $4HNO_3 + Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 + 2H_2O$. Степень окисления водорода не изменяется (+1).

Ответ: не подходит.

б) $Fe + H_3PO_4$;

В этой реакции водород является продуктом, а не реагентом: $Fe + 2H_3PO_4 \rightarrow Fe(H_2PO_4)_2 + H_2 \uparrow$. Атомы водорода в составе фосфорной кислоты (степень окисления +1) принимают электроны и восстанавливаются до простого вещества $H_2$ (степень окисления 0). Таким образом, окислителем являются ионы водорода $H^+$.

Ответ: не подходит.

в) $Al + NaOH + H_2O$;

Здесь также водород является продуктом реакции: $2Al + 2NaOH + 6H_2O \rightarrow 2Na[Al(OH)_4] + 3H_2 \uparrow$. Водород в составе воды (степень окисления +1) восстанавливается до простого вещества $H_2$ (степень окисления 0). Окислителем выступает вода.

Ответ: не подходит.

г) $C + H_2O$;

При высоких температурах протекает реакция: $C + H_2O \xrightarrow{t} CO + H_2$. Водород является продуктом реакции. Водород в воде (+1) восстанавливается до $H_2$ (0). Окислителем является вода.

Ответ: не подходит.

д) $H_2 + Na$;

Протекает реакция образования гидрида натрия: $H_2 + 2Na \rightarrow 2NaH$.

Рассмотрим изменение степеней окисления:

$H_2^0 + 2e^- \rightarrow 2H^-$ (водород принимает электроны, степень окисления понижается с 0 до -1).

$Na^0 - 1e^- \rightarrow Na^+$ (натрий отдает электроны, степень окисления повышается с 0 до +1).

Поскольку водород принимает электроны, он является окислителем.

Ответ: подходит.

е) $N_2 + H_2$;

Реакция синтеза аммиака: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$.

В этой реакции водород ($H_2^0$) отдает электроны и переходит в степень окисления +1 в составе аммиака ($NH_3$). Азот ($N_2^0$) принимает электроны и переходит в степень окисления -3. Таким образом, водород является восстановителем, а азот — окислителем.

Ответ: не подходит.

ж) $Fe_3O_4 + H_2$;

Реакция восстановления железа из оксида: $Fe_3O_4 + 4H_2 \xrightarrow{t} 3Fe + 4H_2O$.

Водород ($H_2^0$) отдает электроны и переходит в степень окисления +1 в составе воды ($H_2O$). Железо восстанавливается. Следовательно, водород является восстановителем.

Ответ: не подходит.

з) $NaOH + NaH_2PO_4$;

Это реакция нейтрализации, не окислительно-восстановительная: $NaOH + NaH_2PO_4 \rightarrow Na_2HPO_4 + H_2O$. Степени окисления элементов не изменяются.

Ответ: не подходит.

и) $CuOHCl + HCl$;

Это реакция обмена (нейтрализация основной соли кислотой): $CuOHCl + HCl \rightarrow CuCl_2 + H_2O$. Реакция не является окислительно-восстановительной.

Ответ: не подходит.

к) $PH_3 + O_2$.

Реакция горения фосфина: $2PH_3 + 4O_2 \rightarrow P_2O_5 + 3H_2O$. Водород не участвует в реакции в виде простого вещества. Его степень окисления в $PH_3$ и в $H_2O$ равна +1.

Ответ: не подходит.