Номер 827, страница 135 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

827. *Расставьте коэффициенты в уравнениях химических реакций:

а) $H_2O_2 + Ba(MnO_4)_2 + HNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + Mn(NO_3)_2 + O_2 + H_2O;$

б) $HI + H_2O_2 \rightarrow I_2 + H_2O;$

в) $H_2O_2 + H_2S + KOH \rightarrow K_2SO_4 + H_2O;$

г) $BaO_2 + Na_2S + H_2O \rightarrow BaSO_4 + Ba(OH)_2 + NaOH;$

д) $Na_2O_2 + HCl \rightarrow NaCl + Cl_2 + H_2O;$

е) $Mn_2O_7 + H_2O_2 \rightarrow MnO_2 + H_2O + O_2.$

а)Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция. Расставим коэффициенты методом электронного баланса. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• Марганец в перманганате бария $Ba(MnO_4)_2$ имеет степень окисления $+7$, а в нитрате марганца(II) $Mn(NO_3)_2$ — $+2$. Марганец является окислителем, он принимает электроны.
• Кислород в пероксиде водорода $H_2O_2$ имеет степень окисления $-1$, а в свободном виде $O_2$ — $0$. Кислород является восстановителем, он отдает электроны.

Составим полуреакции:

$Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$

$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$

Чтобы уравнять число отданных и принятых электронов, найдем наименьшее общее кратное для 5 и 2, которое равно 10. Первую полуреакцию умножим на 2, а вторую на 5:

$2 | Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ (процесс восстановления)

$5 | 2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$ (процесс окисления)

Из баланса следует, что на 2 атома марганца должно приходиться 5 молекул пероксида водорода. В молекуле $Ba(MnO_4)_2$ уже есть 2 атома марганца, поэтому перед ней ставим коэффициент 1. Перед $H_2O_2$ ставим 5. В правой части уравнения перед $Mn(NO_3)_2$ ставим 2, а перед $O_2$ — 5.

$5H_2O_2 + Ba(MnO_4)_2 + HNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2Mn(NO_3)_2 + 5O_2 + H_2O$

Теперь уравняем остальные элементы. Атом бария $Ba$ слева 1, справа 1 (в $Ba(NO_3)_2$), поэтому перед $Ba(NO_3)_2$ ставим коэффициент 1. Теперь посчитаем атомы азота $N$ в правой части: в $Ba(NO_3)_2$ их 2, в $2Mn(NO_3)_2$ их $2 \times 2 = 4$. Всего $2 + 4 = 6$. Значит, слева нужно 6 молекул $HNO_3$. Наконец, уравняем водород $H$. Слева в $5H_2O_2$ их $5 \times 2 = 10$, в $6HNO_3$ их 6. Всего $10 + 6 = 16$. Чтобы в правой части было 16 атомов водорода, перед $H_2O$ нужно поставить коэффициент 8 ($8 \times 2 = 16$). Проверим баланс по кислороду: Слева: $5 \times 2 + (4 \times 2) + 6 \times 3 = 10 + 8 + 18 = 36$. Справа: $(3 \times 2) + 2 \times (3 \times 2) + 5 \times 2 + 8 = 6 + 12 + 10 + 8 = 36$. Баланс соблюден.

Ответ: $5H_2O_2 + Ba(MnO_4)_2 + 6HNO_3 \rightarrow Ba(NO_3)_2 + 2Mn(NO_3)_2 + 5O_2 + 8H_2O$

б)Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция. Определим степени окисления:

• Йод в иодоводороде $HI$ имеет степень окисления $-1$, а в свободном виде $I_2$ — $0$. Йод является восстановителем.
• Кислород в пероксиде водорода $H_2O_2$ имеет степень окисления $-1$, а в воде $H_2O$ — $-2$. Кислород является окислителем.

Составим полуреакции:

$2I^{-1} - 2e^- \rightarrow I_2^0$

$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$ (в составе $H_2O$)

Число отданных и принятых электронов равно 2, поэтому коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны. На 2 атома йода приходится 1 молекула $H_2O_2$. Ставим коэффициент 2 перед $HI$ и 1 (не пишется) перед $H_2O_2$. В правой части образуется 1 молекула $I_2$. $2HI + H_2O_2 \rightarrow I_2 + H_2O$ Теперь уравняем водород и кислород. Слева $2 \times 1 + 2 = 4$ атома $H$ и 2 атома $O$. Справа нужно 2 молекулы $H_2O$, чтобы получить 4 атома $H$ и 2 атома $O$. Проверяем баланс: слева 2 H, 2 I, 2 O; справа 2 I, 4 H, 2 O. Нет, слева $2H + 2H = 4H$. Баланс соблюден.

Ответ: $2HI + H_2O_2 \rightarrow I_2 + 2H_2O$

в)Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция в щелочной среде. Определим степени окисления:

• Сера в сероводороде $H_2S$ имеет степень окисления $-2$, а в сульфате калия $K_2SO_4$ — $+6$. Сера является восстановителем.
• Кислород в пероксиде водорода $H_2O_2$ имеет степень окисления $-1$, а в воде $H_2O$ — $-2$. Кислород является окислителем.

Составим полуреакции:

$S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6}$

$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$

Наименьшее общее кратное для 8 и 2 равно 8. Умножаем вторую полуреакцию на 4.

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

$4 | 2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$

Ставим коэффициент 1 перед $H_2S$ и 4 перед $H_2O_2$. В правой части перед $K_2SO_4$ ставим 1. $4H_2O_2 + H_2S + KOH \rightarrow K_2SO_4 + H_2O$ Уравняем калий $K$: справа 2 атома, значит слева нужно 2 молекулы $KOH$. $4H_2O_2 + H_2S + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + H_2O$ Уравняем водород $H$: слева $4 \times 2 + 2 + 2 \times 1 = 12$. Справа нужно 6 молекул $H_2O$. Проверим кислород $O$: слева $4 \times 2 + 2 = 10$. Справа $4 + 6 = 10$. Баланс соблюден.

Ответ: $4H_2O_2 + H_2S + 2KOH \rightarrow K_2SO_4 + 6H_2O$

г)Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция. Определим степени окисления:

• Сера в сульфиде натрия $Na_2S$ имеет степень окисления $-2$, а в сульфате бария $BaSO_4$ — $+6$. Сера является восстановителем.
• Кислород в пероксиде бария $BaO_2$ имеет степень окисления $-1$, а в продуктах ($BaSO_4, Ba(OH)_2, NaOH$) — $-2$. Кислород является окислителем.

Составим полуреакции:

$S^{-2} - 8e^- \rightarrow S^{+6}$

$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$

Наименьшее общее кратное 8. Умножаем вторую полуреакцию на 4.

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

$4 | 2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$

Ставим коэффициент 1 перед $Na_2S$ и 4 перед $BaO_2$. В правой части 1 атом серы, значит 1 $BaSO_4$. $4BaO_2 + Na_2S + H_2O \rightarrow BaSO_4 + Ba(OH)_2 + NaOH$ Уравняем металлы. Слева 4 атома $Ba$, справа 1 в $BaSO_4$, значит нужно 3 $Ba(OH)_2$. Слева 2 атома $Na$, справа нужно 2 $NaOH$. $4BaO_2 + Na_2S + H_2O \rightarrow BaSO_4 + 3Ba(OH)_2 + 2NaOH$ Уравняем водород $H$: справа $3 \times 2 + 2 \times 1 = 8$. Слева нужно 4 молекулы $H_2O$. Проверим кислород $O$: слева $4 \times 2 + 4 = 12$. Справа $4 + 3 \times 2 + 2 \times 1 = 4 + 6 + 2 = 12$. Баланс соблюден.

Ответ: $4BaO_2 + Na_2S + 4H_2O \rightarrow BaSO_4 + 3Ba(OH)_2 + 2NaOH$

д)Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция, в которой соляная кислота выступает и как восстановитель, и как среда. Определим степени окисления:

• Хлор в соляной кислоте $HCl$ имеет степень окисления $-1$, а в свободном виде $Cl_2$ — $0$. Хлор является восстановителем.
• Кислород в пероксиде натрия $Na_2O_2$ имеет степень окисления $-1$, а в воде $H_2O$ — $-2$. Кислород является окислителем.

Составим полуреакции:

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

$2O^{-1} + 2e^- \rightarrow 2O^{-2}$

Число отданных и принятых электронов равно 2. Коэффициенты перед окислителем и восстановителем 1:1. Значит, на 1 молекулу $Na_2O_2$ требуется 2 иона $Cl^-$, которые окисляются. Эти ионы поступают из $HCl$. $Na_2O_2 + HCl \rightarrow NaCl + Cl_2 + H_2O$ Продуктами окисления и восстановления являются $Cl_2$ и $H_2O$. На 1 $Na_2O_2$ образуется 2 $NaCl$ (из-за 2-х атомов Na) и 1 $Cl_2$. Для образования $2NaCl$ нужно еще 2 иона $Cl^-$, которые не окисляются. Всего требуется $2+2=4$ иона $Cl^-$, т.е. 4 молекулы $HCl$. $Na_2O_2 + 4HCl \rightarrow 2NaCl + Cl_2 + H_2O$ Уравняем водород: слева 4 атома, справа нужно 2 молекулы $H_2O$. Проверим все элементы: Слева: 2 Na, 2 O, 4 H, 4 Cl. Справа: 2 Na, 2 Cl (в NaCl) + 2 Cl (в $Cl_2$) = 4 Cl, 4 H, 2 O. Баланс соблюден.

Ответ: $Na_2O_2 + 4HCl \rightarrow 2NaCl + Cl_2 + 2H_2O$

е)Решение:

Это окислительно-восстановительная реакция. Определим степени окисления:

• Марганец в оксиде марганца(VII) $Mn_2O_7$ имеет степень окисления $+7$, а в оксиде марганца(IV) $MnO_2$ — $+4$. Марганец является окислителем.
• Кислород в пероксиде водорода $H_2O_2$ имеет степень окисления $-1$, а в свободном виде $O_2$ — $0$. Кислород является восстановителем.

Составим полуреакции, учитывая, что в $Mn_2O_7$ 2 атома марганца:

$2Mn^{+7} + 6e^- \rightarrow 2Mn^{+4}$

$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$

Наименьшее общее кратное для 6 и 2 равно 6. Умножаем вторую полуреакцию на 3.

$1 | 2Mn^{+7} + 6e^- \rightarrow 2Mn^{+4}$

$3 | 2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$

Ставим коэффициент 1 перед $Mn_2O_7$ и 3 перед $H_2O_2$. В правой части ставим 2 перед $MnO_2$ и 3 перед $O_2$. $Mn_2O_7 + 3H_2O_2 \rightarrow 2MnO_2 + 3O_2 + H_2O$ Уравняем водород: слева $3 \times 2 = 6$. Справа нужно 3 молекулы $H_2O$. Проверим кислород: слева $7 + 3 \times 2 = 13$. Справа $2 \times 2 + 3 \times 2 + 3 = 4 + 6 + 3 = 13$. Баланс соблюден.

Ответ: $Mn_2O_7 + 3H_2O_2 \rightarrow 2MnO_2 + 3O_2 + 3H_2O$