4. (Углубленный) Методом электронного баланса подберите коэффициенты в реакциях, укажите восстановитель, окислитель и тип окислительно-восстановительной реакции: а) KIO3 + Cl2 + KOH → K5IO6 + KCl + H2O; б) Na2SO3 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O; в) Pb + PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + H2O; г) Al + Fe2O3 → Al2O3 + Fe; д) Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O.
а) Рассмотрим реакцию:
KIO3 + Cl2 + KOH → K5IO6 + KCl + H2O
Окислитель и восстановитель определим по изменению степеней окисления элементов. Йод в KIO3 находится в степени окисления +5 и окисляется до степени +7 в K5IO6. Хлор в Cl2 находится в степени окисления 0 и восстанавливается до степени -1 в KCl. Уравнение электронного баланса:
2 I(+5) + 10 e^- → 2 I(+7) (йод восстанавливается) 5 Cl(0) - 10 e^- → 5 Cl(-1) (хлор окисляется)
Теперь уравняем стехиометрические коэффициенты:
6 KIO3 + 5 Cl2 + 6 KOH → 3 K5IO6 + 5 KCl + 3 H2O
б) Рассмотрим реакцию:
Na2SO3 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
Серу в Na2SO3 окисляют с +4 до +6 в Na2SO4, а хром из K2Cr2O7 восстанавливается с +6 до +3 в Cr2(SO4)3.
Уравнение электронного баланса:
Сера: S(+4) + 2 e^- → S(+6) (окисление) Хром: 2 Cr(+6) + 6 e^- → 2 Cr(+3) (восстановление)
Теперь уравняем количество электронов, потерянные и полученные:
3(2 e^-) = 3(S(+4) + 2 e^- → S(+6)) 2(6 e^-) = 6(2 Cr(+6) + 6 e^- → 2 Cr(+3))
Таким образом, уравнение имеет вид:
3 Na2SO3 + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 → 3 Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O
в) Рассмотрим реакцию:
Pb + PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + H2O
В этой реакции один атом свинца остаётся в степени окисления 0 (как в элементарном Pb), а другой атом свинца участвует в реакции восстановления с +4 до +2 в PbSO4.
Уравнение электронного баланса для свинца в PbO2:
Pb(+4) + 2 e^- → Pb(+2)
Для реакции:
Pb + Pb(+4) + 2 H2SO4 → 2 Pb(+2)SO4 + 2 H2O
г) Рассмотрим реакцию:
Al + Fe2O3 → Al2O3 + Fe
Здесь, алюминий окисляется с 0 до +3 в Al2O3, а железо с +3 до 0 в Fe.
Уравнение электронного баланса:
2 Al(0) - 6 e^- → 2 Al(+3) (окисление) 2 Fe(+3) + 6 e^- → 2 Fe(0) (восстановление)
Стехиометрические коэффициенты уравнены, поэтому полное уравнение:
2 Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2 Fe
д) Рассмотрим реакцию:
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
В этом случае медь окисляется с 0 до +2 в Cu(NO3)2, а азот в HNO3 восстанавливается с +5 до +2 в NO.
Уравнение электронного баланса:
Cu(0) - 2 e^- → Cu(+2) (окисление) N(+5) + 3 e^- → N(+2) (восстановление)
Теперь уравняем количество электронов:
3 Cu(0) - 6 e^- → 3 Cu(+2) 2 N(+5) + 6 e^- → 2 N(+2)
Объединим эти половины реакций, учтём H^+ и воду для баланса атомов водорода и кислорода:
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
Итак, в каждом приведенном примере мы определили восстановитель и окислитель по изменению степеней окисления и уравновесили реакцию, учитывая электронный баланс.
