1. Задание №29
Дихромат калия, гидрокарбонат аммония, фторид меди (II), оксид железа (II), ацетат натрия, серная кислота. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня веществ выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми сопровождается изменением цвета раствора. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс (запишите уравнения процессов окисления и восстановления), укажите окислитель и восстановитель.
Решение:
1) Сначала переведем список веществ из названий в химические формулы:
K₂Cr₂O₇, NH₄HCO₃, CuF₂, FeO, CH₃COONa, H₂SO₄
Фраза "Допустимо использование водных растворов веществ" позволяет нам использовать в качестве среды H₂O, поэтому дополним наш список:
K₂Cr₂O₇, NH₄HCO₃, CuF₂, FeO, CH₃COONa, H₂SO₄, H₂O
2) Определим роли каждого вещества (кто из них окислитель, восстановитель и т.д.)
✔️K₂Cr₂O₇ -окислитель, хром стоит в степени окисления +6
✔️NH₄HCO₃ -не обладает выраженными ок-восст. свойствами, это вещество можем не рассматривать при решении задания
✔️CuF₂ - окислитель за счет Сu⁺²
✔️FeO - восстановитель за счет Fe⁺²
✔️CH₃COONa - не обладает выраженными ок-восст. свойствами, это вещество можем не рассматривать при решении задания
✔️H₂SO₄ - окислитель, а так же может быть отдельной средой
✔️H₂O - среда
3) Уберем лишние вещества и определим список, из которого будем уже выбирать, и сортируем их по типу окислитель, восстановитель, среда:
Окислители:
✔️K₂Cr₂O₇ -окислитель
✔️H₂SO₄ - окислитель
✔️CuF₂ - окислитель
Восстановители:
✔️FeO - восстановитель
Среда:
✔️H₂SO₄ - среда
✔️H₂O -среда
4) Посмотрим теперь еще раз на текст задания и выделим признак, по которому будем искать реакцию:
окислительно-восстановительная реакция между которыми сопровождается изменением цвета раствора.
Если в задании говорят про изменение цвета именно раствора, то оно решается проще, чем все остальные, т.к. изменение цвета раствора будут давать соединения только четырех элементов:
-марганца
-хрома
-железа
-меди
Значит нам точно подойдут соединения K₂Cr₂O₇, FeO, CuF₂ они будут в любом случае давать изменение цвета раствора.
5) Начинаем перебор реакций. Обычно этот процесс все делают устно и не последовательно, что дает очень много ошибок, и как результат ребята не могут найти реакцию в этом задании. Поэтому я предлагаю оформить мысленный перебор в письменную форму и сделать его более последовательным.
Мы будем перебирать реакции следующим образом, возьмем один окислитель и напишем все реакции с ним, которые возможны, для этого будем менять восстановители (если их несколько) и среду (если их несколько).
Возьмем окислитель K₂Cr₂O₇, т.к. он будет давать изменение цвета раствора. Восстановитель у нас один это FeO и еще у нас 2 среды, поэтому напишем два уравнения с двумя различными средами:
1) K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂SO₄
2) K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂O
Теперь пишем продукты по первому уравнению K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂SO₄:
1) т.к. у нас кислая среда, то хром в кислой среде переходит в Cr⁺³, анион к нему мы возьмем по нашей среде SO₄²⁻, и запишем соединение Cr₂(SO₄)₃:
K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂SO₄→ Cr₂(SO₄)₃ +...
2) FeO как восстановитель переходит в свою следующую степень окисления +3, и мы тоже соединим Fe⁺³ c анионом среды SO₄²⁻ и запишем соединение Fe₂(SO₄)₃:
K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂SO₄→ Cr₂(SO₄)₃ +Fe₂(SO₄)₃ + ...
3) теперь нам необходимо перенести остальные атомы из левой части, которые не поменяли свою степень окисления. Это K⁺¹ и Н⁺¹. Они тоже будут соединяться с ионами среды. Это будут К₂SO₄ и H₂O:
K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂SO₄→ Cr₂(SO₄)₃ +Fe₂(SO₄)₃ +К₂SO₄ +H₂O
Эта реакция нам вполне подходит, т.к. есть изменение окраски раствора с оранжевой на грязно-зеленую.
Что удивительно, но в этом задании была не одна подходящая реакция! Давайте напишем все реакции, которые здесь подошли под условие нашего задания:
1) K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂SO₄→ Cr₂(SO₄)₃ +Fe₂(SO₄)₃ +К₂SO₄ +H₂O
2) K₂Cr₂O₇ + FeO + H₂O → Сr(OH)₃ +KOH + Fe(OH)₃
3) FeO + H₂SO₄→ Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O
В таком случае засчитают любую правильно уравненную реакцию.
6) Мы будем делать задание с 1) уравнением, составим полуреакции электронного баланса в двух вариантах, которые оба равноценно засчитывают, обращаю внимание, что в этих полуреакциях мы записываем у элементов степени окисления, поэтому значок +/- ставим перед цифрой, и так же в новой редакции оформления 29 задания если у элемента единичная степень окисления, то цифру 1 тоже надо указывать (K⁺¹, Н⁺¹) :
2Fe⁺² -2ē → 2Fe⁺³ | x3
2Cr⁺⁶ +6ē → 2Cr⁺³ |x1
и второй вариант:
Fe⁺² -1ē → Fe⁺³ | x3
Cr⁺⁶ +3ē → Cr⁺³ |x1
7) Расставим коэффициенты в уравнении:
K₂Cr₂O₇ + 6FeO + 13H₂SO₄→ Cr₂(SO₄)₃ +3Fe₂(SO₄)₃ +К₂SO₄ +13H₂O
8) укажем окислитель и восстановитель:
окислитель Cr⁺⁶
восстановитель Fe⁺²
9) итого как должен выглядеть в бланке наш ответ на 29 задание:
K₂Cr₂O₇ + 6FeO + 13H₂SO₄→ Cr₂(SO₄)₃ +3Fe₂(SO₄)₃ +К₂SO₄ +13H₂O
2Fe⁺² -2ē → 2Fe⁺³ | x3
2Cr⁺⁶ +6ē → 2Cr⁺³ |x1
окислитель Cr⁺⁶ восстановитель Fe⁺²