Номер 4, страница 15 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Дано: Цепочка превращений: $\text{P} \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5 \rightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 \rightarrow \text{Na}_3\text{PO}_4 \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2$.

Перевод в СИ: Не применимо.

Найти:

• Уравнения всех превращений.

• Расставить коэффициенты в уравнении первой реакции ($\text{P} \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5$) методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель.

• Записать уравнение последней реакции ($\text{Na}_3\text{PO}_4 \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2$) в полной и сокращенной ионной формах.

Решение:

Осуществите превращения:

1. Превращение из фосфора в оксид фосфора(V) (горение фосфора в избытке кислорода): $4\text{P} + 5\text{O}_2 \rightarrow 2\text{P}_2\text{O}_5$

2. Превращение из оксида фосфора(V) в фосфорную кислоту (взаимодействие с водой): $\text{P}_2\text{O}_5 + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_3\text{PO}_4$

3. Превращение из фосфорной кислоты в фосфат натрия (нейтрализация фосфорной кислоты гидроксидом натрия): $\text{H}_3\text{PO}_4 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O}$

4. Превращение из фосфата натрия в фосфат кальция (реакция обмена с солью кальция, например, хлоридом кальция): $2\text{Na}_3\text{PO}_4 + 3\text{CaCl}_2 \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 + 6\text{NaCl}$

Ответ: Превращения успешно осуществлены и представлены выше.

В уравнении первой реакции расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

Уравнение первой реакции: $\text{P} + \text{O}_2 \rightarrow \text{P}_2\text{O}_5$.

Определим степени окисления элементов в реагентах и продуктах:

В элементарном фосфоре $\text{P}$ степень окисления $\text{P}^0$.

В молекулярном кислороде $\text{O}_2$ степень окисления $\text{O}^0$.

В оксиде фосфора(V) $\text{P}_2\text{O}_5$: степень окисления кислорода $\text{O}^{-2}$, тогда для фосфора $2 \times (+X) + 5 \times (-2) = 0 \implies 2X = 10 \implies X = +5$, то есть $\text{P}^{+5}$.

Составим полуреакции окисления и восстановления:

Окисление (фосфор отдает электроны): $\text{P}^0 - 5\text{e}^- \rightarrow \text{P}^{+5}$

Восстановление (кислород принимает электроны): $\text{O}_2^0 + 4\text{e}^- \rightarrow 2\text{O}^{-2}$

Находим наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов (5 и 4). НОК равно 20.

Коэффициент для полуреакции окисления: $\frac{20}{5} = 4$.

Коэффициент для полуреакции восстановления: $\frac{20}{4} = 5$.

Умножаем полуреакции на соответствующие коэффициенты:

$4\text{P}^0 - 20\text{e}^- \rightarrow 4\text{P}^{+5}$

$5\text{O}_2^0 + 20\text{e}^- \rightarrow 10\text{O}^{-2}$

Складываем полуреакции и записываем полное уравнение, учитывая, что 4 атома фосфора ($\text{P}$) и 10 атомов кислорода ($\text{O}$) на правой стороне уравнения входят в состав $2\text{P}_2\text{O}_5$ ($2 \times 2 = 4\text{P}$ и $2 \times 5 = 10\text{O}$):

$4\text{P} + 5\text{O}_2 \rightarrow 2\text{P}_2\text{O}_5$

Окислитель: Кислород ($\text{O}_2$), так как он принимает электроны и его степень окисления понижается.

Восстановитель: Фосфор ($\text{P}$), так как он отдает электроны и его степень окисления повышается.

Ответ: Сбалансированное уравнение: $4\text{P} + 5\text{O}_2 \rightarrow 2\text{P}_2\text{O}_5$. Окислитель: $\text{O}_2$, восстановитель: $\text{P}$.

Уравнение последней реакции запишите в полной и сокращенной ионной формах.

Последняя реакция: $2\text{Na}_3\text{PO}_4 + 3\text{CaCl}_2 \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 + 6\text{NaCl}$.

Фосфат натрия ($\text{Na}_3\text{PO}_4$), хлорид кальция ($\text{CaCl}_2$) и хлорид натрия ($\text{NaCl}$) являются растворимыми электролитами и диссоциируют в водном растворе. Фосфат кальция ($\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2$) является нерастворимым соединением (выпадает в осадок).

Полное ионное уравнение:

Ионы, образующиеся при диссоциации: $\text{Na}_3\text{PO}_4 \rightarrow 3\text{Na}^+ + \text{PO}_4^{3-}$; $\text{CaCl}_2 \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2\text{Cl}^-$; $\text{NaCl} \rightarrow \text{Na}^+ + \text{Cl}^-$.

С учетом стехиометрических коэффициентов:

$6\text{Na}^+(\text{aq}) + 2\text{PO}_4^{3-}(\text{aq}) + 3\text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + 6\text{Cl}^-(\text{aq}) \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2(\text{s}) + 6\text{Na}^+(\text{aq}) + 6\text{Cl}^-(\text{aq})$

Сокращенное ионное уравнение:

Для получения сокращенного ионного уравнения необходимо исключить из полного ионного уравнения ионы-зрители (ионы, которые не участвуют в образовании осадка, газа или воды, то есть остаются в растворе в неизменном виде). В данном случае это ионы $\text{Na}^+(\text{aq})$ и $\text{Cl}^-(\text{aq})$.

$3\text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{PO}_4^{3-}(\text{aq}) \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2(\text{s})$

Ответ: Полное ионное уравнение: $6\text{Na}^+(\text{aq}) + 2\text{PO}_4^{3-}(\text{aq}) + 3\text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + 6\text{Cl}^-(\text{aq}) \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2(\text{s}) + 6\text{Na}^+(\text{aq}) + 6\text{Cl}^-(\text{aq})$. Сокращенное ионное уравнение: $3\text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{PO}_4^{3-}(\text{aq}) \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2(\text{s})$.