Номер 5, страница 16 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Осуществите превращения:

Данная цепочка превращений выглядит так: $Cu \rightarrow X \rightarrow Cu(OH)_2 \rightarrow CuO \rightarrow X \rightarrow Cu$.
Анализируя химические свойства меди и ее соединений, а также возможные реакции, можно определить, что веществом X является нитрат меди(II), $Cu(NO_3)_2$.

Реакции превращения:

1. Превращение Cu → X (то есть $Cu \rightarrow Cu(NO_3)_2$)

Медь реагирует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат меди(II), оксид азота(II) и воду.
Уравнение реакции: $3Cu + 8HNO_3 (разб.) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$

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

1. Определяем степени окисления элементов, изменяющих их в ходе реакции:
Медь: $Cu^0 \rightarrow Cu^{+2}$
Азот: $N^{+5}$ (в $HNO_3$) $\rightarrow N^{+2}$ (в $NO$)
2. Составляем полуреакции окисления и восстановления:
Окисление: $Cu^0 - 2e^- \rightarrow Cu^{+2}$
Восстановление: $N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2}$
3. Находим наименьшее общее кратное для числа отданных (2) и принятых (3) электронов. НОК(2, 3) = 6.
4. Определяем коэффициенты для полуреакций, деля НОК на количество электронов в каждой полуреакции:
Для $Cu$: $6 / 2 = 3$. Этот коэффициент ставим перед $Cu$ и $Cu(NO_3)_2$.
Для $N$: $6 / 3 = 2$. Этот коэффициент ставим перед $NO$.
5. Подставляем найденные коэффициенты в уравнение и дорасставляем остальные коэффициенты по балансу атомов:
$3Cu + xHNO_3 \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + yH_2O$
Балансируем атомы азота: справа $3 \times 2$ (в $Cu(NO_3)_2$) + $2$ (в $NO$) = $6 + 2 = 8$ атомов азота. Следовательно, коэффициент $x$ перед $HNO_3$ равен 8.
Балансируем атомы водорода: слева $8H$ (в $8HNO_3$). Справа должно быть $8H$, значит, коэффициент $y$ перед $H_2O$ равен 4 (так как $4 \times 2 = 8$).
Проверяем баланс по кислороду: слева $8 \times 3 = 24$ атома кислорода. Справа $3 \times 2 \times 3$ (в $Cu(NO_3)_2$) + $2$ (в $NO$) + $4$ (в $H_2O$) = $18 + 2 + 4 = 24$ атома кислорода. Баланс по всем элементам соблюден.
Окончательное уравнение: $3Cu + 8HNO_3 (разб.) \rightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO + 4H_2O$
Окислитель: Вещество, которое принимает электроны и при этом его элементы понижают степень окисления. В данной реакции это $HNO_3$ (азотная кислота), поскольку атом азота в ней меняет степень окисления с $+5$ на $+2$.
Восстановитель: Вещество, которое отдает электроны и при этом его элементы повышают степень окисления. В данной реакции это $Cu$ (медь), поскольку атом меди меняет степень окисления с $0$ на $+2$.

Ответ:

2. Превращение X → Cu(OH)$_2$ (то есть $Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu(OH)_2$)

Нитрат меди(II) реагирует со щелочью, например, гидроксидом натрия, с образованием нерастворимого гидроксида меди(II) в виде осадка.
$Cu(NO_3)_2 + 2NaOH \rightarrow Cu(OH)_2 \downarrow + 2NaNO_3$

Ответ:

3. Превращение Cu(OH)$_2$ → CuO

Гидроксид меди(II) при нагревании разлагается на черный оксид меди(II) и воду.
$Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CuO + H_2O$

Ответ:

4. Превращение CuO → X (то есть $CuO \rightarrow Cu(NO_3)_2$)

Оксид меди(II) реагирует с азотной кислотой с образованием нитрата меди(II) и воды.
$CuO + 2HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O$

Ответ:

5. Превращение X → Cu (то есть $Cu(NO_3)_2 \rightarrow Cu$)

Нитрат меди(II) может быть восстановлен до чистой меди более активным металлом, например, железом, вытесняющим медь из раствора соли.
$Cu(NO_3)_2 + Fe \rightarrow Cu \downarrow + Fe(NO_3)_2$