Готовимся к олимпиадам, страница 214 - гдз по химии 8 класс учебник Шиманович, Красицкий

Готовимся к олимпиадам

1. При смешивании растворов перманганата калия (марганцовки) и пероксида водорода $H_2O_2$ протекает окислительно-восстановительная реакция, продуктами которой являются кислород, оксид марганца(IV), гидроксид калия и вода. Составьте уравнение этой реакции, расставив в нем коэффициенты методом электронного баланса. Какое из исходных веществ является восстановителем, а какое — окислителем? Рассчитайте химическое количество восстановителя, если масса прореагировавшего с ним окислителя равна 31,6 г.

Составьте уравнение этой реакции, расставив в нем коэффициенты методом электронного баланса.

Исходные вещества: перманганат калия ($KMnO_4$) и пероксид водорода ($H_2O_2$). Продукты реакции: оксид марганца(IV) ($MnO_2$), кислород ($O_2$), гидроксид калия ($KOH$) и вода ($H_2O$).

Схема реакции: $KMnO_4 + H_2O_2 \rightarrow MnO_2 + O_2 + KOH + H_2O$

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

• Марганец в $K\overset{+7}{Mn}O_4$ переходит в $ \overset{+4}{Mn}O_2$.
• Кислород в $H_2\overset{-1}{O_2}$ переходит в $\overset{0}{O_2}$.

Составим электронный баланс:

$Mn^{+7} + 3e^- \rightarrow Mn^{+4}$ | 2 | процесс восстановления
$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^{0}$ | 3 | процесс окисления

Коэффициент 2 ставим перед соединениями марганца ($KMnO_4$ и $MnO_2$).
Коэффициент 3 ставим перед соединениями кислорода, изменившими степень окисления ($H_2O_2$ и $O_2$).
Получаем: $2KMnO_4 + 3H_2O_2 \rightarrow 2MnO_2 + 3O_2 + KOH + H_2O$

Теперь уравняем остальные элементы.
Слева 2 атома калия, значит перед $KOH$ справа ставим коэффициент 2.
$2KMnO_4 + 3H_2O_2 \rightarrow 2MnO_2 + 3O_2 + 2KOH + H_2O$

Подсчитаем атомы водорода. Слева в $3H_2O_2$ их $3 \times 2 = 6$. Справа в $2KOH$ их 2. Значит, в молекулах воды должно быть $6 - 2 = 4$ атома водорода. Для этого ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.
$2KMnO_4 + 3H_2O_2 \rightarrow 2MnO_2 + 3O_2 + 2KOH + 2H_2O$

Проверим баланс по кислороду:
Слева: $2 \times 4 + 3 \times 2 = 8 + 6 = 14$ атомов.
Справа: $2 \times 2 + 3 \times 2 + 2 \times 1 + 2 \times 1 = 4 + 6 + 2 + 2 = 14$ атомов.
Коэффициенты расставлены верно.

Ответ: $2KMnO_4 + 3H_2O_2 \rightarrow 2MnO_2 + 3O_2 + 2KOH + 2H_2O$.

Какое из исходных веществ является восстановителем, а какое — окислителем?

Окислитель — это вещество, которое принимает электроны, при этом степень окисления его атомов понижается. В данной реакции марганец в составе перманганата калия $KMnO_4$ понижает степень окисления с +7 до +4.
Восстановитель — это вещество, которое отдает электроны, при этом степень окисления его атомов повышается. В данной реакции кислород в составе пероксида водорода $H_2O_2$ повышает степень окисления с -1 до 0.

Ответ: Окислителем является перманганат калия ($KMnO_4$), а восстановителем — пероксид водорода ($H_2O_2$).

Рассчитайте химическое количество восстановителя, если масса прореагировавшего с ним окислителя равна 31,6 г.

Дано:
Окислитель - $KMnO_4$
Восстановитель - $H_2O_2$
$m(KMnO_4) = 31,6 \text{ г}$

Найти:
$n(H_2O_2) - ?$

Решение:

1. Найдем молярную массу окислителя, перманганата калия ($KMnO_4$):
$M(KMnO_4) = M(K) + M(Mn) + 4 \times M(O) = 39 + 55 + 4 \times 16 = 158 \text{ г/моль}$.

2. Рассчитаем химическое количество (число моль) окислителя ($KMnO_4$):
$n = \frac{m}{M}$
$n(KMnO_4) = \frac{31,6 \text{ г}}{158 \text{ г/моль}} = 0,2 \text{ моль}$.

3. По уравнению реакции найдем химическое количество восстановителя ($H_2O_2$):
$2KMnO_4 + 3H_2O_2 \rightarrow 2MnO_2 + 3O_2 + 2KOH + 2H_2O$
Из уравнения видно, что на 2 моль $KMnO_4$ приходится 3 моль $H_2O_2$. Составим пропорцию:
$\frac{n(KMnO_4)}{n(H_2O_2)} = \frac{2}{3}$
Выразим химическое количество $H_2O_2$:
$n(H_2O_2) = \frac{3}{2} \times n(KMnO_4) = \frac{3}{2} \times 0,2 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}$.

Ответ: химическое количество восстановителя ($H_2O_2$) равно $0,3$ моль.