Условие задачи
Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения платины в царской водке; б) взаимодействия осмия с фтором. Платина окисляется до степени окисления +4, а осмий – до +8.
Решение
Ниже приведём подробное решение задачи, где необходимо составить как молекулярные уравнения реакций, так и схематичные уравнения с электронами (полуреакции) для двух реакций.
─────────────────────────────
1. Растворение платины в царской водке
Царская водка (aqua regia) представляет собой смесь концентрированных соляной и азотной кислот. При растворении платины происходит её окисление до степени +4 с образованием комплекса гексахлорплатины(IV) (в виде соли, например, H₂PtCl₆). Основной момент – платина (Pt⁰) отдает 4 электрона при превращении в Pt⁴⁺, который тут стабилизируется шестью хлоридами, образуя комплекс [PtCl₆]²⁻.
Для составления уравнений удобно выделить две полуреакции.
А) Полуреакция окисления платины
Мы рассматриваем, что платина реагирует с хлорид-ионами (Cl⁻, поступающими из HCl) согласно схеме:
Pt + 6 Cl⁻ → [PtCl₆]²⁻ + 4 e⁻ (1)
Здесь платина отдаёт 4 электрона (Pt⁰ → Pt⁴⁺).
Б) Полуреакция восстановления азнокислого аниона
В кислой среде азотная кислота (HNO₃) превращается в NO₂ (в виде газа) по схеме, при этом происходит принятие одного электрона на каждую NO₃⁻ по уравнению:
NO₃⁻ + 2 H⁺ + e⁻ → NO₂ + H₂O (2)
Так как требуется принять 4 электрона (с учётом (1)), умножаем (2) на 4:
4 NO₃⁻ + 8 H⁺ + 4 e⁻ → 4 NO₂ + 4 H₂O (3)
Теперь складываем (1) и (3):
Pt + 6 Cl⁻ + 4 NO₃⁻ + 8 H⁺ → [PtCl₆]²⁻ + 4 NO₂ + 4 H₂O
Преобразуем и выпишем молекулярное уравнение с учётом источников ионов. Хлорид-ионы поступают из 6 молекул HCl, а NO₃⁻ и H⁺ – из 4 молекул HNO₃. При этом надо помнить, что в смешанной кислоте общее число H⁺ должно быть согласовано. Запишем итоговое молекулярное уравнение:
Pt + 4 HNO₃ + 6 HCl → H₂PtCl₆ + 4 NO₂ + 4 H₂O
Проверим баланс по атомам:
– Pt: 1 с обеих сторон.
– N: 4 (из 4 HNO₃) → 4 (в 4 NO₂).
– Cl: 6 (из 6 HCl) → 6 (в H₂PtCl₆).
– H: 4 (из HNO₃) + 6 (из HCl) = 10; на правой стороне – 2 (в H₂PtCl₆) + 4×2 (в 4 H₂O) = 10.
– O: 4×3 = 12 с левой стороны; справа – 4×2 (в NO₂) + 4 (в H₂O) = 8 + 4 = 12.
Таким образом, уравнение составлено правильно.
─────────────────────────────
2. Взаимодействие осмия с фтором
Здесь осмий (Os) при прямой реакции с фтором (F₂) окисляется до степени +8, и образуется осмия октафторид – OsF₈, где осмий находится в степени +8 (каждый фтор представляет F⁻, сумма зарядов восьми фторид-ионов равна –8).
Молекулярное уравнение выглядит очень просто:
Os + 4 F₂ → OsF₈
Проверка:
– F: 4 × 2 = 8 атомов фтора, что соответствует составу OsF₈;
– Заряд: Os переходит из 0 в +8, отдавая 8 электронов.
Для записи электронного уравнения выделим полуреакции.
А) Полуреакция окисления осмия
Os → Os⁸⁺ + 8 e⁻
Б) Полуреакция восстановления фтора
Фтор в виде молекулы F₂ принимает электроны по уравнению:
F₂ + 2 e⁻ → 2 F⁻
Чтобы принять 8 электронов, умножаем вторую полуреакцию на 4:
4 F₂ + 8 e⁻ → 8 F⁻
Складывая оба уравнения, получаем:
Os + 4 F₂ → Os⁸⁺ + 8 F⁻
Далее, соединяя осмий в виде Os⁸⁺ и восемь фторид-ионов, получаем нейтральное соединение OsF₈.
─────────────────────────────
Итоговый ответ
А) Растворение платины в царской водке
1. Электронное (ионное) уравнение (с полуреакциями):
Oxidation: Pt + 6 Cl⁻ → [PtCl₆]²⁻ + 4 e⁻
Reduction: 4 NO₃⁻ + 8 H⁺ + 4 e⁻ → 4 NO₂ + 4 H₂O
Общая ионная реакция:
Pt + 6 Cl⁻ + 4 NO₃⁻ + 8 H⁺ → [PtCl₆]²⁻ + 4 NO₂ + 4 H₂O
2. Молекулярное уравнение:
Pt + 4 HNO₃ + 6 HCl → H₂PtCl₆ + 4 NO₂ + 4 H₂O
Б) Взаимодействие осмия с фтором
1. Электронное (ионное) уравнение (полуреакции):
Oxidation: Os → Os⁸⁺ + 8 e⁻
Reduction: F₂ + 2 e⁻ → 2 F⁻ (×4: 4 F₂ + 8 e⁻ → 8 F⁻)
Общая ионная реакция:
Os + 4 F₂ → Os⁸⁺ + 8 F⁻ → OsF₈
2. Молекулярное уравнение:
Os + 4 F₂ → OsF₈
─────────────────────────────
Таким образом, мы получили искомые уравнения с учётом изменения степени окисления: для платины – до +4, для осмия – до +8.