Условие задачи

Укажите схемы уравнений окислительно-восстановительных реакций. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления для выбранных вами уравнений.а) K2O + H2O ⟶ KOH;б) K + H2O ⟶ KOH + H2;в) FeCl3 + KOH ⟶ Fe(OH)3 + KCl;г) Cu + AgNO3 ⟶ Cu(NO3)2 + Ag.

Решение

Ниже приводится подробное решение задачи по химии (в разделе окислительно-восстановительных реакциях) с использованием метода электронного баланса. В задачах (а) и (в) реакции на первый взгляд записаны, однако только реакции (б) и (г) действительно относятся к окислительно-восстановительным. Разберём каждую по порядку.

─────────────────────────────
Задача (а):
K₂O + H₂O ⟶ KOH

1. Сначала запишем корректное уравнение реакции с соблюдением атомного баланса.
K₂O + H₂O ⟶ 2 KOH

2. Определим степени окисления:
– В K₂O: K имеет степень +1, O –2.
– В H₂O: H +1, O –2.
– В KOH: K +1, O –2, H +1.

3. Так как степени окисления всех элементов не изменяются, данная реакция является реакцией гидратации/нейтрализации, а не окислительно-восстановительной.

Ответ по (а): Это не ОВР; коэффициенты: 1 K₂O + 1 H₂O ⟶ 2 KOH.

─────────────────────────────
Задача (б):
K + H₂O ⟶ KOH + H₂

Анализируем степени окисления:
– Калий (K) переходит из 0 в +1, значит происходит его окисление.
– В воде H имеет степень +1, а в водороде H₂ степень 0 – происходит восстановление.

Чтобы правильно расставить коэффициенты, запишем уравнение с балансом атомов:
2 K + 2 H₂O ⟶ 2 KOH + H₂

Теперь проведём электронный баланс с разбиением на полуреакции.

● Окислительная полуреакция (окисление калия):
K⁰ ⟶ K⁺ + e⁻
Умножим на 2:
2 K⁰ ⟶ 2 K⁺ + 2 e⁻

● Восстановительная полуреакция (восстановление водорода из воды):
В водном щелочном растворе можно записать:
2 H₂O + 2 e⁻ ⟶ H₂ + 2 OH⁻

Соединяя эти полуреакции, получаем общий вид:
2 K + 2 H₂O ⟶ 2 K⁺ + 2 OH⁻ + H₂

Далее, объединяя ион K⁺ и гидроксид OH⁻ образуется KOH, что даёт:
2 K + 2 H₂O ⟶ 2 KOH + H₂

Определим участники:
– Окислитель – H₂O (в части, где происходит восстановление водорода, т.е. атом H восстанавливается с +1 до 0).
– Восстанавливающееся вещество – калий, так как K переходит из 0 в +1 (теряет электрон).
– Процесс окисления: K⁰ ⟶ K⁺ + e⁻
– Процесс восстановления: 2 H₂O + 2 e⁻ ⟶ H₂ + 2 OH⁻

Ответ по (б):
Общее уравнение:
2 K + 2 H₂O ⟶ 2 KOH + H₂
Полуреакции:
Окисление: 2 K ⟶ 2 K⁺ + 2 e⁻
Восстановление: 2 H₂O + 2 e⁻ ⟶ H₂ + 2 OH⁻
Калий – восстановитель, H₂O (точнее, атомы водорода в H₂O) – окислитель.

─────────────────────────────
Задача (в):
FeCl₃ + KOH ⟶ Fe(OH)₃ + KCl

Сначала балансируем уравнение:
FeCl₃ + 3 KOH ⟶ Fe(OH)₃ + 3 KCl

Определим степени окисления:
– Fe в FeCl₃: +3;
– Fe в Fe(OH)₃: +3;
– Cl остаётся −1, K остаётся +1, OH – те же.

Таким образом, изменений степеней окисления нет – это реакция обмена (нейтрализации), а не окислительно-восстановительная.

Ответ по (в):
Уравнение:
FeCl₃ + 3 KOH ⟶ Fe(OH)₃ + 3 KCl
Реакция ОВР отсутствует.

─────────────────────────────
Задача (г):
Cu + AgNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + Ag

Определим степени окисления:
– Cu: в элементарном состоянии 0, в Cu(NO₃)₂ – так как два NO₃⁻ (каждый с зарядом −1) компенсируются, медь принимает степень +2.
– Ag: в AgNO₃ – +1, а в металлическом Ag – 0.

Таким образом,
– Медь окисляется (0 ⟶ +2);
– Аг – восстанавливается (+1 ⟶ 0).

Сначала сбалансируем состав: для образования Cu(NO₃)₂ требуется два NO₃⁻, поэтому нужно два молекулы AgNO₃, дающих два иона Ag⁺:

Общее уравнение с балансом атомов:
Cu + 2 AgNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + 2 Ag

Теперь запишем полуреакции методом электронного баланса.

● Окислительная полуреакция (окисление меди):
Cu⁰ ⟶ Cu²⁺ + 2 e⁻

● Восстановительная полуреакция (восстановление серебра):
Ag⁺ + e⁻ ⟶ Ag
Умножим вторую полуреакцию на 2, чтобы число электронов совпало:
2 Ag⁺ + 2 e⁻ ⟶ 2 Ag

Складываем:
Cu⁰ + 2 Ag⁺ ⟶ Cu²⁺ + 2 Ag
При учёте ионов NO₃⁻ получаем итоговое уравнение:
Cu + 2 AgNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + 2 Ag

Определим участников:
– Окислитель – AgNO₃ (точнее, ионы Ag⁺, так как они принимают электроны, восстанавливаясь до Ag⁰).
– Восстановитель – меди, поскольку она отдает электроны (Cu⁰ ⟶ Cu²⁺).
– Процесс окисления: Cu⁰ ⟶ Cu²⁺ + 2 e⁻
– Процесс восстановления: 2 Ag⁺ + 2 e⁻ ⟶ 2 Ag

Ответ по (г):
Общее уравнение:
Cu + 2 AgNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + 2 Ag
Полуреакции:
Окисление: Cu ⁰ ⟶ Cu²⁺ + 2 e⁻
Восстановление: 2 Ag⁺ + 2 e⁻ ⟶ 2 Ag
Медь – восстановитель, Ag⁺ – окислитель.

─────────────────────────────
Итоговый ответ:

(а) K₂O + H₂O ⟶ 2 KOH
Данная реакция представляет нейтрализацию; окислительно-восстановительного процесса нет.

(б) 2 K + 2 H₂O ⟶ 2 KOH + H₂
Полуреакции:
Окисление: 2 K ⟶ 2 K⁺ + 2 e⁻
Восстановление: 2 H₂O + 2 e⁻ ⟶ H₂ + 2 OH⁻
Калий (K) является восстановителем, вода (точнее, атомы H в H₂O) – окислителем.

(в) FeCl₃ + 3 KOH ⟶ Fe(OH)₃ + 3 KCl
Реакция – обменная (нейтрализации), ОВР не происходит.

(г) Cu + 2 AgNO₃ ⟶ Cu(NO₃)₂ + 2 Ag
Полуреакции:
Окисление: Cu⁰ ⟶ Cu²⁺ + 2 e⁻
Восстановление: 2 Ag⁺ + 2 e⁻ ⟶ 2 Ag
Медь является восстановителем, ионы Ag⁺ – окислителем.

Таким образом, используя метод электронного баланса, расставили коэффициенты и определили окислители и восстановители в реакциях (б) и (г).