Контрольная работа. Вариант 4. 1. Составить уравнения химических реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: Cu → CuO → CuCl₂ → Cu(OH)₂ → CuO

Краткий ответ

Цепочка: \[ \mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{CuO} \rightarrow \mathrm{CuCl_2} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2} \rightarrow \mathrm{CuO} \]

1. \(2\mathrm{Cu} + \mathrm{O_2} \xrightarrow{t^\circ} 2\mathrm{CuO}\)
2. \(\mathrm{CuO} + 2\mathrm{HCl} \rightarrow \mathrm{CuCl_2} + \mathrm{H_2O}\)
3. \(\mathrm{CuCl_2} + 2\mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow + 2\mathrm{NaCl}\)
4. \(\mathrm{Cu(OH)_2} \xrightarrow{t^\circ} \mathrm{CuO} + \mathrm{H_2O}\)

Ионные уравнения (для шагов 2 и 3): \[ \mathrm{CuO} + 2\mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} + \mathrm{H_2O} \] \[ \mathrm{Cu^{2+}} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow \]

Шаги 1 и 4 в ионном виде не записывают: в первом реагируют твёрдая медь и кислород, в четвёртом разлагается твёрдое основание — ионов в растворе нет.

Электронный баланс для шага 1: \[ \mathrm{Cu^{0}} - 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} \qquad | \cdot 2 \] \[ \mathrm{O_2^{0}} + 4e^- \rightarrow 2\mathrm{O^{2-}} \qquad | \cdot 1 \]

\(\mathrm{Cu^{0}}\) — восстановитель, процесс окисления; \(\mathrm{O_2^{0}}\) — окислитель, процесс восстановления.

Как рассуждать

1. Подбираем реакции по классам веществ.

   • \(\mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{CuO}\): медь — малоактивный металл, с кислородом реагирует при нагревании.
   • \(\mathrm{CuO} \rightarrow \mathrm{CuCl_2}\): основный оксид + кислота (соляная) → соль + вода.
   • \(\mathrm{CuCl_2} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\): растворимая соль + щёлочь → нерастворимое основание + соль. Осадок \(\mathrm{Cu(OH)_2}\) голубой.
   • \(\mathrm{Cu(OH)_2} \rightarrow \mathrm{CuO}\): нерастворимое основание при нагревании разлагается на оксид и воду; осадок чернеет.

2. Записываем ионные уравнения.

   • Сильные электролиты (растворимые соли, \(\mathrm{HCl}\), \(\mathrm{NaOH}\)) записываем ионами.
   • \(\mathrm{CuO}\), \(\mathrm{Cu(OH)_2}\), \(\mathrm{H_2O}\) — молекулами.
   • Сначала полное ионное, потом сокращаем одинаковые ионы.

   Для шага 2: \[ \mathrm{CuO} + 2\mathrm{H^+} + 2\mathrm{Cl^-} \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} + 2\mathrm{Cl^-} + \mathrm{H_2O} \] сокращаем \(2\mathrm{Cl^-}\): \[ \mathrm{CuO} + 2\mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} + \mathrm{H_2O} \]

   Для шага 3: \[ \mathrm{Cu^{2+}} + 2\mathrm{Cl^-} + 2\mathrm{Na^+} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow + 2\mathrm{Na^+} + 2\mathrm{Cl^-} \] сокращаем \(\mathrm{Na^+}\) и \(\mathrm{Cl^-}\): \[ \mathrm{Cu^{2+}} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\downarrow \]

3. Составляем электронный баланс.

   • Определяем степени окисления элементов, которые меняются: \(\mathrm{Cu^{0}}\), \(\mathrm{O_2^{0}}\) → \(\mathrm{Cu^{2+}}\), \(\mathrm{O^{2-}}\).
   • Записываем полуреакции: медь отдаёт 2 электрона, молекула кислорода принимает 4.
   • Уравниваем число электронов (НОК = 4): множитель 2 перед медью, 1 перед кислородом.
   • Переносим коэффициенты: \(2\mathrm{Cu} + \mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{CuO}\).

Проверка

• Атомы: в каждом уравнении число атомов каждого элемента слева и справа одинаково.
• Заряды: \(\mathrm{CuO} + 2\mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} + \mathrm{H_2O}\) — слева \(+2\), справа \(+2\); \(\mathrm{Cu^{2+}} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Cu(OH)_2}\) — \(0 = 0\).
• Электроны: отдано \(2 \cdot 2 = 4\), принято \(1 \cdot 4 = 4\).

Про задание 3

На фото виден только заголовок задания 3, а перечень реакций обрезан. Я составил баланс для единственной окислительно-восстановительной реакции цепочки — первого превращения. Если в задании 3 был свой список реакций, пришли более чёткий кадр — разберу его.