Номер 7, страница 160 - гдз по химии 9 класс учебник Шиманович, Василевская

7. Расставьте коэффициенты в схемах следующих окислительно-восстановительных реакций:

а) $P + H_{2}SO_{4 \text{(конц.)}} \rightarrow H_{3}PO_{4} + SO_{2} + H_{2}O;$

б) $P + HNO_{3} + H_{2}O \rightarrow H_{3}PO_{4} + NO;$

в) $P + Cl_{2} \rightarrow PCl_{3};$

Укажите окислитель и восстановитель.

а) $P + H_2SO_4 \text{ (конц.)} \rightarrow H_3PO_4 + SO_2 + H_2O$

Решение:

1. Определим степени окисления элементов, которые их изменяют:

$P^0 + H_2S^{+6}O_4 \rightarrow H_3P^{+5}O_4 + S^{+4}O_2 + H_2O$

2. Фосфор (P) повышает свою степень окисления с 0 до +5, следовательно, он является восстановителем (подвергается окислению). Сера (S) в серной кислоте понижает свою степень окисления с +6 до +4, следовательно, серная кислота ($H_2SO_4$) является окислителем (подвергается восстановлению).

3. Составим уравнения полуреакций (электронный баланс):

$P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5} \quad | \times 2$ (процесс окисления)

$S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4} \quad | \times 5$ (процесс восстановления)

Наименьшее общее кратное для отданных и принятых электронов (5 и 2) равно 10. Отсюда находим коэффициенты: 2 для фосфора и 5 для серы.

4. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:

$2P + 5H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 5SO_2 + H_2O$

5. Уравняем количество атомов водорода и кислорода. Слева 10 атомов водорода ($5 \times 2$). Справа 6 атомов водорода в $2H_3PO_4$ ($2 \times 3$). Следовательно, для уравнивания водорода необходимо 4 атома, что соответствует 2 молекулам $H_2O$. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.

$2P + 5H_2SO_4 \rightarrow 2H_3PO_4 + 5SO_2 + 2H_2O$

6. Проверим баланс атомов кислорода: слева $5 \times 4 = 20$. Справа $2 \times 4 + 5 \times 2 + 2 \times 1 = 8 + 10 + 2 = 20$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2P + 5H_2SO_4 \text{ (конц.)} \rightarrow 2H_3PO_4 + 5SO_2 + 2H_2O$. Фосфор (P) – восстановитель, серная кислота ($H_2SO_4$) – окислитель (за счет $S^{+6}$).

б) $P + HNO_3 + H_2O \rightarrow H_3PO_4 + NO$

Решение:

1. Определим степени окисления:

$P^0 + HN^{+5}O_3 + H_2O \rightarrow H_3P^{+5}O_4 + N^{+2}O$

2. Фосфор (P) повышает степень окисления с 0 до +5, являясь восстановителем. Азот (N) в азотной кислоте понижает степень окисления с +5 до +2, поэтому азотная кислота ($HNO_3$) является окислителем.

3. Составим электронный баланс:

$P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5} \quad | \times 3$ (окисление)

$N^{+5} + 3e^- \rightarrow N^{+2} \quad | \times 5$ (восстановление)

Наименьшее общее кратное для 5 и 3 равно 15. Находим коэффициенты: 3 для фосфора и 5 для азота.

4. Подставим коэффициенты в уравнение:

$3P + 5HNO_3 + H_2O \rightarrow 3H_3PO_4 + 5NO$

5. Уравняем водород. Справа $3 \times 3 = 9$ атомов водорода. Слева 5 атомов в $5HNO_3$. Недостающие $9 - 5 = 4$ атома водорода должны быть в молекулах воды. Ставим коэффициент 2 перед $H_2O$.

$3P + 5HNO_3 + 2H_2O \rightarrow 3H_3PO_4 + 5NO$

6. Проверим баланс кислорода: слева $5 \times 3 + 2 \times 1 = 15 + 2 = 17$. Справа $3 \times 4 + 5 \times 1 = 12 + 5 = 17$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $3P + 5HNO_3 + 2H_2O \rightarrow 3H_3PO_4 + 5NO$. Фосфор (P) – восстановитель, азотная кислота ($HNO_3$) – окислитель (за счет $N^{+5}$).

в) $P + Cl_2 \rightarrow PCl_3$

Решение:

1. Определим степени окисления:

$P^0 + Cl_2^0 \rightarrow P^{+3}Cl_3^{-1}$

2. Фосфор (P) окисляется с 0 до +3, он — восстановитель. Хлор ($Cl_2$) восстанавливается с 0 до -1, он — окислитель.

3. Составим электронный баланс:

$P^0 - 3e^- \rightarrow P^{+3} \quad | \times 2$ (окисление)

$Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^{-1} \quad | \times 3$ (восстановление)

Наименьшее общее кратное для 3 и 2 равно 6. Находим коэффициенты: 2 для фосфора и 3 для молекулярного хлора.

4. Подставим коэффициенты в уравнение:

$2P + 3Cl_2 \rightarrow PCl_3$

5. Уравняем количество атомов в продукте. Так как слева 2 атома фосфора, ставим коэффициент 2 перед $PCl_3$.

$2P + 3Cl_2 \rightarrow 2PCl_3$

6. Проверим баланс атомов хлора: слева $3 \times 2 = 6$. Справа $2 \times 3 = 6$. Уравнение сбалансировано.

Ответ: $2P + 3Cl_2 \rightarrow 2PCl_3$. Фосфор (P) – восстановитель, хлор ($Cl_2$) – окислитель.