Определение степени окисления в веществах: решение задачи

Вот решения задач, оформленные так, чтобы их было удобно переписать в тетрадь школьнику. 1. Определить степень окисления в веществах: AlCl₃, PBr₅, NaClO₄, LiBrO₃, ClF₅ Решение: * В AlCl₃: Хлор (Cl) обычно имеет степень окисления -1. Пусть степень окисления алюминия (Al) будет \(x\). Тогда \(x + 3 \cdot (-1) = 0\) \(x - 3 = 0\) \(x = +3\) Ответ: Al⁺³Cl^-1₃ * В PBr₅: Бром (Br) обычно имеет степень окисления -1. Пусть степень окисления фосфора (P) будет \(x\). Тогда \(x + 5 \cdot (-1) = 0\) \(x - 5 = 0\) \(x = +5\) Ответ: P⁺⁵Br^-1₅ * В NaClO₄: Натрий (Na) имеет степень окисления +1. Кислород (O) обычно имеет степень окисления -2. Пусть степень окисления хлора (Cl) будет \(x\). Тогда \(+1 + x + 4 \cdot (-2) = 0\) \(1 + x - 8 = 0\) \(x - 7 = 0\) \(x = +7\) Ответ: Na⁺¹Cl⁺⁷O^-2₄ * В LiBrO₃: Литий (Li) имеет степень окисления +1. Кислород (O) обычно имеет степень окисления -2. Пусть степень окисления брома (Br) будет \(x\). Тогда \(+1 + x + 3 \cdot (-2) = 0\) \(1 + x - 6 = 0\) \(x - 5 = 0\) \(x = +5\) Ответ: Li⁺¹Br⁺⁵O^-2₃ * В ClF₅: Фтор (F) всегда имеет степень окисления -1. Пусть степень окисления хлора (Cl) будет \(x\). Тогда \(x + 5 \cdot (-1) = 0\) \(x - 5 = 0\) \(x = +5\) Ответ: Cl⁺⁵F^-1₅ 2. Написать электронный баланс для следующих реакций: а) HI + Fe(OH)₃ → I₂ + FeI₂ + H₂O б) HCl + Al → Решение: а) HI + Fe(OH)₃ → I₂ + FeI₂ + H₂O Определим степени окисления: H⁺¹I^-1 + Fe⁺³(O^-2H⁺¹)₃ → I⁰₂ + Fe⁺²I^-1₂ + H⁺¹₂O^-2 Изменение степеней окисления: I^-1 → I⁰ (окисление) Fe⁺³ → Fe⁺² (восстановление) Составим электронный баланс: Окисление: \(2\text{I}^{-1} - 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{I}^{0}_{2}\) Восстановление: \(\text{Fe}^{+3} + 1\text{e}^{-} \rightarrow \text{Fe}^{+2}\) Наименьшее общее кратное для числа электронов (2 и 1) равно 2. Коэффициенты: Для I: \(2 / 2 = 1\) Для Fe: \(2 / 1 = 2\) Расставим коэффициенты в уравнении: \(2\text{HI} + 2\text{Fe(OH)}_{3} \rightarrow \text{I}_{2} + 2\text{FeI}_{2} + \text{H}_{2}\text{O}\) Проверим баланс атомов: H: \(2 + 2 \cdot 3 = 8\) слева, \(2 \cdot 1 = 2\) в FeI₂ (неправильно, H₂O) I: \(2\) слева, \(2 + 2 \cdot 2 = 6\) справа. Fe: \(2\) слева, \(2\) справа. O: \(2 \cdot 3 = 6\) слева, \(1\) справа. Уравнение не сбалансировано. Это окислительно-восстановительная реакция, где HI является восстановителем, а Fe(OH)₃ - окислителем. Давайте перепишем реакцию и сбалансируем её правильно. \(6\text{HI} + 2\text{Fe(OH)}_{3} \rightarrow \text{I}_{2} + 2\text{FeI}_{2} + 6\text{H}_{2}\text{O}\) Проверим баланс атомов: H: \(6 + 2 \cdot 3 = 12\) слева, \(6 \cdot 2 = 12\) справа. I: \(6\) слева, \(2 + 2 \cdot 2 = 6\) справа. Fe: \(2\) слева, \(2\) справа. O: \(2 \cdot 3 = 6\) слева, \(6\) справа. Теперь уравнение сбалансировано. Электронный баланс: Окисление: \(2\text{I}^{-1} - 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{I}^{0}_{2}\) | 1 Восстановление: \(\text{Fe}^{+3} + 1\text{e}^{-} \rightarrow \text{Fe}^{+2}\) | 2 б) HCl + Al → Это реакция металла с кислотой. Алюминий (Al) стоит в ряду активности металлов до водорода, поэтому он будет вытеснять водород из соляной кислоты. \(2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_{3} + 3\text{H}_{2}\) Определим степени окисления: Al⁰ + H⁺¹Cl^-1 → Al⁺³Cl^-1₃ + H⁰₂ Изменение степеней окисления: Al⁰ → Al⁺³ (окисление) H⁺¹ → H⁰ (восстановление) Составим электронный баланс: Окисление: \(\text{Al}^{0} - 3\text{e}^{-} \rightarrow \text{Al}^{+3}\) Восстановление: \(2\text{H}^{+1} + 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{H}^{0}_{2}\) Наименьшее общее кратное для числа электронов (3 и 2) равно 6. Коэффициенты: Для Al: \(6 / 3 = 2\) Для H: \(6 / 2 = 3\) Расставим коэффициенты в уравнении: \(2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_{3} + 3\text{H}_{2}\) Уравнение сбалансировано. 3. Написать полные и краткие ионные уравнения для следующих реакций: а) HCl + Fe(OH)₂ → б) HCl + Na₂SiO₃ → Решение: а) HCl + Fe(OH)₂ → Это реакция кислоты с нерастворимым основанием. Продуктами будут соль и вода. Полное молекулярное уравнение: \(2\text{HCl} + \text{Fe(OH)}_{2} \rightarrow \text{FeCl}_{2} + 2\text{H}_{2}\text{O}\) Полное ионное уравнение (Fe(OH)₂ - нерастворимое основание, H₂O - слабый электролит): \(2\text{H}^{+} + 2\text{Cl}^{-} + \text{Fe(OH)}_{2} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{Cl}^{-} + 2\text{H}_{2}\text{O}\) Краткое ионное уравнение (сокращаем одинаковые ионы с обеих сторон): \(2\text{H}^{+} + \text{Fe(OH)}_{2} \rightarrow \text{Fe}^{2+} + 2\text{H}_{2}\text{O}\) б) HCl + Na₂SiO₃ → Это реакция кислоты с солью. Продуктами будут новая кислота и новая соль. Кремниевая кислота (H₂SiO₃) - нерастворимая кислота, выпадает в осадок. Полное молекулярное уравнение: \(2\text{HCl} + \text{Na}_{2}\text{SiO}_{3} \rightarrow 2\text{NaCl} + \text{H}_{2}\text{SiO}_{3}\downarrow\) Полное ионное уравнение (H₂SiO₃ - нерастворимая кислота): \(2\text{H}^{+} + 2\text{Cl}^{-} + 2\text{Na}^{+} + \text{SiO}_{3}^{2-} \rightarrow 2\text{Na}^{+} + 2\text{Cl}^{-} + \text{H}_{2}\text{SiO}_{3}\downarrow\) Краткое ионное уравнение (сокращаем одинаковые ионы с обеих сторон): \(2\text{H}^{+} + \text{SiO}_{3}^{2-} \rightarrow \text{H}_{2}\text{SiO}_{3}\downarrow\) 4. Магниевая лента массой 10 г сгорела в 20 г кислорода. Какова масса получившегося оксида? Решение: Дано: Масса магния \(m(\text{Mg}) = 10\) г Масса кислорода \(m(\text{O}_{2}) = 20\) г Найти: Масса оксида магния \(m(\text{MgO})\) 1. Запишем уравнение реакции горения магния: \(2\text{Mg} + \text{O}_{2} \rightarrow 2\text{MgO}\) 2. Найдем молярные массы веществ: Молярная масса магния \(M(\text{Mg}) = 24\) г/моль Молярная масса кислорода \(M(\text{O}_{2}) = 2 \cdot 16 = 32\) г/моль Молярная масса оксида магния \(M(\text{MgO}) = 24 + 16 = 40\) г/моль 3. Найдем количество вещества магния и кислорода: Количество вещества магния: \(n(\text{Mg}) = \frac{m(\text{Mg})}{M(\text{Mg})} = \frac{10 \text{ г}}{24 \text{ г/моль}} \approx 0.417\) моль Количество вещества кислорода: \(n(\text{O}_{2}) = \frac{m(\text{O}_{2})}{M(\text{O}_{2})} = \frac{20 \text{ г}}{32 \text{ г/моль}} = 0.625\) моль 4. Определим, какое из веществ находится в избытке, а какое в недостатке. По уравнению реакции, 2 моль Mg реагируют с 1 моль O₂. Для 0.417 моль Mg потребуется: \(n(\text{O}_{2})_{\text{потр}} = \frac{1}{2} \cdot n(\text{Mg}) = \frac{1}{2} \cdot 0.417 \text{ моль} = 0.2085\) моль У нас есть 0.625 моль O₂, а требуется 0.2085 моль O₂. Значит, кислород находится в избытке, а магний - в недостатке. Расчеты будем вести по магнию. 5. Найдем количество вещества оксида магния, образовавшегося в реакции. По уравнению реакции, 2 моль Mg образуют 2 моль MgO. То есть, \(n(\text{MgO}) = n(\text{Mg})\). \(n(\text{MgO}) = 0.417\) моль 6. Найдем массу образовавшегося оксида магния: \(m(\text{MgO}) = n(\text{MgO}) \cdot M(\text{MgO}) = 0.417 \text{ моль} \cdot 40 \text{ г/моль} = 16.68\) г Ответ: Масса получившегося оксида магния составляет 16.68 г.