Решение задачи по химии: FeO + HNO3 методом электронного баланса

Вот решения заданий по химии, оформленные так, чтобы было удобно переписать в тетрадь. 1. Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Определите окислитель и восстановитель. А) \( \text{FeO} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \) Определяем степени окисления элементов, которые их меняют: Железо в \( \text{FeO} \) имеет степень окисления \( +2 \). Железо в \( \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 \) имеет степень окисления \( +3 \). Азот в \( \text{HNO}_3 \) имеет степень окисления \( +5 \). Азот в \( \text{NO}_2 \) имеет степень окисления \( +4 \). Составляем полуреакции: Восстановление: \( \text{N}^{+5} + 1\text{e}^- \rightarrow \text{N}^{+4} \) Окисление: \( \text{Fe}^{+2} - 1\text{e}^- \rightarrow \text{Fe}^{+3} \) Находим наименьшее общее кратное для числа электронов (в данном случае 1). Коэффициенты перед полуреакциями будут 1. Расставляем коэффициенты в уравнении: \( \text{FeO} + \text{HNO}_3 \rightarrow \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \) Считаем атомы азота в правой части: 3 в \( \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 \) и 1 в \( \text{NO}_2 \), итого 4 атома азота. Значит, перед \( \text{HNO}_3 \) ставим коэффициент 4. \( \text{FeO} + 4\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \) Считаем атомы водорода в левой части: 4 атома. Значит, перед \( \text{H}_2\text{O} \) ставим коэффициент 2. \( \text{FeO} + 4\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Fe}(\text{NO}_3)_3 + \text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \) Проверяем атомы кислорода: Слева: \( 1 (\text{FeO}) + 4 \times 3 (\text{HNO}_3) = 1 + 12 = 13 \) Справа: \( 3 \times 3 (\text{Fe}(\text{NO}_3)_3) + 2 (\text{NO}_2) + 2 (\text{H}_2\text{O}) = 9 + 2 + 2 = 13 \) Уравнение сбалансировано. Окислитель: \( \text{HNO}_3 \) (азот в степени окисления \( +5 \) принимает электроны). Восстановитель: \( \text{FeO} \) (железо в степени окисления \( +2 \) отдает электроны). Б) \( \text{Ag} + \text{HClO}_3 \rightarrow \text{AgCl} + \text{AgClO}_3 + \text{H}_2\text{O} \) Определяем степени окисления элементов, которые их меняют: Серебро в \( \text{Ag} \) имеет степень окисления \( 0 \). Серебро в \( \text{AgCl} \) имеет степень окисления \( +1 \). Серебро в \( \text{AgClO}_3 \) имеет степень окисления \( +1 \). Хлор в \( \text{HClO}_3 \) имеет степень окисления \( +5 \). Хлор в \( \text{AgCl} \) имеет степень окисления \( -1 \). Хлор в \( \text{AgClO}_3 \) имеет степень окисления \( +5 \) (не меняется). Составляем полуреакции: Восстановление: \( \text{Cl}^{+5} + 6\text{e}^- \rightarrow \text{Cl}^{-1} \) Окисление: \( \text{Ag}^{0} - 1\text{e}^- \rightarrow \text{Ag}^{+1} \) Находим наименьшее общее кратное для числа электронов (6). Коэффициент для восстановления: 1. Коэффициент для окисления: 6. Расставляем коэффициенты в уравнении: \( 6\text{Ag} + \text{HClO}_3 \rightarrow \text{AgCl} + \text{AgClO}_3 + \text{H}_2\text{O} \) В правой части у нас 1 атом серебра в \( \text{AgCl} \) и 1 атом серебра в \( \text{AgClO}_3 \). Но по балансу должно быть 6 атомов серебра, которые окислились. Значит, перед \( \text{AgCl} \) и \( \text{AgClO}_3 \) нужно поставить коэффициенты так, чтобы суммарно было 6 атомов серебра, и при этом учесть, что хлор из \( \text{HClO}_3 \) восстановился до \( \text{Cl}^{-1} \) (то есть 1 атом хлора из \( \text{HClO}_3 \) пошел на образование \( \text{AgCl} \)). Это означает, что 1 молекула \( \text{HClO}_3 \) дала \( \text{Cl}^{-1} \). Тогда 1 атом серебра пошел на образование \( \text{AgCl} \). Остальные 5 атомов серебра должны образовать \( \text{AgClO}_3 \). Но это не совсем так. В данном случае \( \text{HClO}_3 \) является и окислителем, и источником хлорат-ионов. Давайте перепишем полуреакции с учетом молекул: \( \text{HClO}_3 + 6\text{e}^- \rightarrow \text{Cl}^- \) (для образования \( \text{AgCl} \)) \( \text{Ag} - 1\text{e}^- \rightarrow \text{Ag}^+ \) (для образования \( \text{AgCl} \) и \( \text{AgClO}_3 \)) У нас 1 атом хлора из \( \text{HClO}_3 \) восстанавливается до \( \text{Cl}^{-1} \). Значит, 1 молекула \( \text{HClO}_3 \) участвует как окислитель. Для образования \( \text{AgCl} \) нужен 1 атом \( \text{Ag} \). Для образования \( \text{AgClO}_3 \) нужен 1 атом \( \text{Ag} \) и 1 ион \( \text{ClO}_3^- \). Ионы \( \text{ClO}_3^- \) берутся из \( \text{HClO}_3 \), которая не восстанавливается. Давайте попробуем так: \( \text{Ag}^{0} - 1\text{e}^- \rightarrow \text{Ag}^{+1} \) | 6 \( \text{Cl}^{+5} + 6\text{e}^- \rightarrow \text{Cl}^{-1} \) | 1 Значит, 6 атомов серебра окисляются. 1 атом хлора восстанавливается. \( 6\text{Ag} + \text{HClO}_3 \rightarrow \text{AgCl} + \text{AgClO}_3 + \text{H}_2\text{O} \) 1 атом хлора из \( \text{HClO}_3 \) переходит в \( \text{AgCl} \). Остальные \( \text{ClO}_3^- \) ионы из \( \text{HClO}_3 \) образуют \( \text{AgClO}_3 \). Нам нужно 6 атомов серебра. Один пойдет на \( \text{AgCl} \). Остальные 5 на \( \text{AgClO}_3 \). Значит, нужно 5 молекул \( \text{HClO}_3 \) для образования \( \text{AgClO}_3 \) (как источник \( \text{ClO}_3^- \)) и 1 молекула \( \text{HClO}_3 \) как окислитель. Итого 6 молекул \( \text{HClO}_3 \). \( 6\text{Ag} + 6\text{HClO}_3 \rightarrow \text{AgCl} + 5\text{AgClO}_3 + \text{H}_2\text{O} \) Проверяем атомы: Ag: Слева 6, Справа \( 1 + 5 = 6 \). Cl: Слева 6, Справа \( 1 + 5 = 6 \). H: Слева 6, Справа 2. Значит, перед \( \text{H}_2\text{O} \) нужно поставить 3. \( 6\text{Ag} + 6\text{HClO}_3 \rightarrow \text{AgCl} + 5\text{AgClO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} \) Проверяем атомы кислорода: Слева: \( 6 \times 3 = 18 \) Справа: \( 5 \times 3 (\text{AgClO}_3) + 3 (\text{H}_2\text{O}) = 15 + 3 = 18 \) Уравнение сбалансировано. Окислитель: \( \text{HClO}_3 \) (хлор в степени окисления \( +5 \) принимает электроны). Восстановитель: \( \text{Ag} \) (серебро в степени окисления \( 0 \) отдает электроны). 2. Составить реакции ионного обмена (записать молекулярное, полное ионное, сокращенное ионное уравнение) а) гидроксид бария + соляная кислота Молекулярное уравнение: \( \text{Ba}(\text{OH})_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{BaCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \) Полное ионное уравнение: \( \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^- + 2\text{H}^+ + 2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Ba}^{2+} + 2\text{Cl}^- + 2\text{H}_2\text{O} \) Сокращенное ионное уравнение: \( 2\text{OH}^- + 2\text{H}^+ \rightarrow 2\text{H}_2\text{O} \) или, разделив на 2: \( \text{OH}^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O} \) б) карбонат калия + азотная кислота Молекулярное уравнение: \( \text{K}_2\text{CO}_3 + 2\text{HNO}_3 \rightarrow 2\text{KNO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow \) Полное ионное уравнение: \( 2\text{K}^+ + \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ + 2\text{NO}_3^- \rightarrow 2\text{K}^+ + 2\text{NO}_3^- + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow \) Сокращенное ионное уравнение: \( \text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2\uparrow \) 3. По краткому ионному уравнению составьте полное ионное и молекулярное уравнение реакций: \( 3\text{Ca}^{2+} + 2\text{PO}_4^{3-} \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 \) Полное ионное уравнение: Для образования \( \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2 \) (фосфат кальция, нерастворимое соединение) нужны ионы \( \text{Ca}^{2+} \) и \( \text{PO}_4^{3-} \). Эти ионы должны быть получены из растворимых солей. Например, \( \text{Ca}^{2+} \) может быть из \( \text{CaCl}_2 \) (хлорид кальция) или \( \text{Ca}(\text{NO}_3)_2 \) (нитрат кальция). А \( \text{PO}_4^{3-} \) может быть из \( \text{Na}_3\text{PO}_4 \) (фосфат натрия) или \( \text{K}_3\text{PO}_4 \) (фосфат калия). Возьмем \( \text{CaCl}_2 \) и \( \text{Na}_3\text{PO}_4 \). \( 3\text{Ca}^{2+} + 6\text{Cl}^- + 6\text{Na}^+ + 2\text{PO}_4^{3-} \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2\downarrow + 6\text{Na}^+ + 6\text{Cl}^- \) Молекулярное уравнение: \( 3\text{CaCl}_2 + 2\text{Na}_3\text{PO}_4 \rightarrow \text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2\downarrow + 6\text{NaCl} \)