Номер 5, страница 17 - гдз по химии 9 класс сборник контрольных и самостоятельных работ Сеген, Алексеева

Дано

Цепочка превращений: $Zn \rightarrow Y \rightarrow Zn(OH)_2 \rightarrow ZnO \rightarrow Y \rightarrow Zn$.

Дополнительное условие: Расставить коэффициенты в уравнении первой реакции методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель.

Найти

1. Формулу вещества $Y$.

2. Уравнения всех превращений в цепочке.

3. Коэффициенты в уравнении первой реакции ($Zn \rightarrow Y$) методом электронного баланса.

4. Окислитель и восстановитель в первой реакции.

Решение

1. Определение вещества Y

Исходя из заданной цепочки превращений, вещество $Y$ образуется из цинка ($Zn$) и из оксида цинка ($ZnO$), а также способно превращаться в гидроксид цинка ($Zn(OH)_2$) и обратно в металлический цинк ($Zn$). Это указывает на то, что $Y$ является растворимой солью цинка. Наиболее распространенной и подходящей для всех указанных превращений является сульфат цинка ($ZnSO_4$).

Ответ: $Y = ZnSO_4$

2. Осуществление превращений

Представим каждое превращение в виде сбалансированного химического уравнения:

1. Превращение $Zn \rightarrow Y$ (т.е. $Zn \rightarrow ZnSO_4$):

$Zn + H_2SO_4 (\text{разб.}) \rightarrow ZnSO_4 + H_2$

2. Превращение $Y \rightarrow Zn(OH)_2$ (т.е. $ZnSO_4 \rightarrow Zn(OH)_2$):

$ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

3. Превращение $Zn(OH)_2 \rightarrow ZnO$:

$Zn(OH)_2 \xrightarrow{t} ZnO + H_2O$

4. Превращение $ZnO \rightarrow Y$ (т.е. $ZnO \rightarrow ZnSO_4$):

$ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$

5. Превращение $Y \rightarrow Zn$ (т.е. $ZnSO_4 \rightarrow Zn$):

$ZnSO_4 + Fe \rightarrow FeSO_4 + Zn \downarrow$

Ответ: Превращения осуществлены выше.

3. Уравнение первой реакции с расстановкой коэффициентов методом электронного баланса

Первая реакция в цепочке: $Zn + H_2SO_4 (\text{разб.}) \rightarrow ZnSO_4 + H_2$.

Определим степени окисления элементов, которые меняют их в ходе реакции:

$Zn^0$ изменяет степень окисления на $Zn^{+2}$ в $ZnSO_4$.

$H^{+1}$ в $H_2SO_4$ изменяет степень окисления на $H^0$ в $H_2$.

Составим полуреакции электронного баланса:

Процесс окисления (отдача электронов): $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$

Процесс восстановления (прием электронов): $2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$

Наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов (2 и 2) равно 2. Отсюда следует, что коэффициент для обеих полуреакций равен $2/2 = 1$.

Схема электронного баланса:

$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{+2}$ | $2$ | $1$ (восстановитель)

$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2^0$ | $2$ | $1$ (окислитель)

Итоговое сбалансированное уравнение:

$Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2$

Все коэффициенты в уравнении равны единице, то есть оно уже было сбалансировано.

Ответ: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2$

4. Указание окислителя и восстановителя в первой реакции

На основе электронного баланса определяем окислитель и восстановитель:

Восстановитель: Вещество, которое отдает электроны и при этом окисляется. В данной реакции это цинк ($Zn$), так как его степень окисления увеличивается от $0$ до $+2$.

Окислитель: Вещество, которое принимает электроны и при этом восстанавливается. В данной реакции это серная кислота ($H_2SO_4$), а точнее ионы водорода ($H^+$) в ее составе, так как их степень окисления уменьшается от $+1$ до $0$.

Ответ: Окислитель: $H_2SO_4$ (серная кислота), восстановитель: $Zn$ (цинк).