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.

Для балансировки реакций методом электронного баланса, начнём с определения степеней окисления элементов, которые изменяются, затем мы определим восстановитель и окислитель, и после этого мы сбалансируем изменения числа электронов для окислительных и восстановительных изменений.

а) Для реакции KIO3 + Cl2 + KOH → K5IO6 + KCl + H2O:

IO3^- (степень окисления Iодина +5) превращается в IO6^5- (степень окисления иодина +7), значит, иод окисляется. Cl2 (степень окисления хлора 0) превращается в Cl^- (степень окисления хлора -1), значит, хлор восстанавливается.

Так как эта реакция происходит в щелочной среде, балансируем изменения электронов с помощью OH^- и H2O:

6 e^- + 6 H2O + IO3^- → IO6^5- + 12 OH^- (окисление I, поглощение электронов) 3 Cl2 + 6 e^- → 6 Cl^- (восстановление Cl, отдача электронов)

Эта реакция требует балансировки с учетом соотношения 6:6 электронов для иод и хлор, чтобы их количество совпадало:

2 KIO3 + 1 Cl2 + 12 KOH → 2 K5IO6 + 2 KCl + 6 H2O

Тип реакции - окислительно-восстановительная.

б) Для реакции Na2SO3 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O:

SO3^2- (степень окисления серы +4) → SO4^2- (степень окисления серы +6), окисление серы. Cr2O7^2- (степень окисления хрома +6) → Cr^3+ (степень окисления хрома +3), восстановление хрома.

3 e^- + SO3^2- + 4 H^+ → SO4^2- + H2O (окисление S, поглощение электронов) Cr2O7^2- + 14 H^+ + 6 e^- → 2 Cr^3+ + 7 H2O (восстановление Cr, отдача электронов)

Теперь балансируем количество электронов для серы и хрома. Соотношение 3:6 (упростим до 1:2):

1 Na2SO3 + 1 K2Cr2O7 + 4 H2SO4 → 1 Na2SO4 + 1 Cr2(SO4)3 + 1 K2SO4 + 7 H2O

Тип реакции - окислительно-восстановительная.

в) Для реакции Pb + PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + H2O:

Тут мы имеем реакцию диспропорционирования. Свинец в элементарном виде (степень окисления 0) преобразуется в Pb^2+ (в составе PbSO4), а PbO2 (Pb в состепени окисления +4) также преобразуется в Pb^2+.

PbO2 + 4 H^+ + SO4^2- → PbSO4 + 2 H2O (переход Pb с +4 к +2, восстановление) Pb → Pb^2+ + 2 e^- (переход Pb с 0 к +2, окисление)

Балансируем количество электронов:

1 Pb + 1 PbO2 + 2 H2SO4 → 2 PbSO4 + 2 H2O

Тип реакции - окислительно-восстановительная, диспропорционирование.

г) Для реакции Al + Fe2O3 → Al2O3 + Fe:

Здесь мы видим реакцию термитной смеси, где алюминий (степень окисления 0) окисляется до Al^3+, а железо (степень окисления +3 в Fe2O3) восстанавливается до элементарного железа (степень окисления 0).

2 Al → 2 Al^3+ + 6 e^- (окисление Al, отдача электронов) 2 Fe^3+ + 6 e^- → 2 Fe (восстановление Fe, поглощение электронов)

Балансируем количество атомов и электронов:

2 Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2 Fe

Тип реакции - окислительно-восстановительная.

д) Для реакции Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O:

Медь (степень окисления 0) окисляется до Cu^2+ (в составе Cu(NO3)2), а азот в HNO3 (степень окисления +5) восстанавливается до NO (степень окисления +2).

Cu → Cu^2+ + 2 e^- (окисление Cu, отдача электронов) N^5+ + 3 e^- → N^2+ (восстановление N, поглощение электронов)

Балансируем количество электронов, а также балансируем количество атомов водорода и кислорода, используя информацию о образовании воды:

3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

Тип реакции - окислительно-восстановительная.