2. Задание №29
Бромид кальция, оксид фосфора (III), пероксид водорода, нитрит калия, гидрофосфат калия, хлорная кислота. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня веществ выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми приводит к образованию двух кислот в растворе. 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:
CaBr₂, P₂O₃, H₂O₂, KNO₂, K₂HPO₄, HClO₄
Фраза "Допустимо использование водных растворов веществ" позволяет нам использовать в качестве среды H₂O, поэтому дополним наш список:
CaBr₂, P₂O₃, H₂O₂, KNO₂, K₂HPO₄, HClO₄, H₂O
2) Определим роли каждого вещества (кто из них окислитель, восстановитель и т.д.)
✔️CaBr₂ -восстановитель за счет Br⁻¹
✔️P₂O₃ - восстановитель за счет Р⁺³
✔️H₂O₂ - окислитель и восстановитель за счет О⁻¹
✔️KNO₂ - окислитель и восстановитель за счет N⁺³
✔️K₂HPO₄ - не обладает выраженными ок-восст. свойствами, это вещество можем не рассматривать при решении задания
✔️HClO₄ - окислитель за счет Cl⁺⁷
✔️H₂O - среда
3) Уберем лишние вещества и определим список, из которого будем уже выбирать, и сортируем их по типу окислитель, восстановитель, среда:
Окислители:
✔️H₂O₂ -окислитель
✔️KNO₂ - окислитель
✔️HClO₄ - окислитель
Восстановители:
✔️CaBr₂ - восстановитель
✔️P₂O₃ - восстановитель
✔️H₂O₂ - восстановитель
✔️KNO₂ - восстановитель
Среда:
✔️H₂O -среда
4) Посмотрим теперь еще раз на текст задания и выделим признак, по которому будем искать реакцию:
реакция между которыми приводит к образованию двух кислот в растворе.
Если в задании говорят про образование кислот, то нам надо будет выбирать среду либо кислую, либо нейтральную, в щелочной среде образование кислот не происходит!
Значит в качестве среды мы будем использовать точно H₂O.
И еще, т.к. нам сказали, что в растворе должны быть только две кислоты, и следовательно больше ничего нет, то мы не будем брать соединения в которых есть металлы, не образующие кислот.
Тогда, у нас остаются следующие вещества:
Окислители:
✔️H₂O₂ -окислитель
✔️HClO₄ - окислитель
Восстановители:
✔️P₂O₃ - восстановитель
✔️H₂O₂ - восстановитель
Среда:✔️H₂O -среда
5) Начинаем перебор реакций.
Мы будем перебирать наши реакции следующим образом, берем один окислитель и напишем все реакции с ним, которые возможны, для этого будем менять восстановители (если их несколько) и среду (если их несколько).
1. Возьмем первый окислитель H₂O₂. Восстановитель в этом случае у нас будет один - это P₂O₃ и еще у нас есть среда H₂O , поэтому напишем два уравнения со средой и без:
1) H₂O₂ + P₂O₃ →
2) H₂O₂ + P₂O₃ + H₂O →
Теперь пишем продукты по первому уравнению H₂O₂ + P₂O₃:
1) фосфор из любой степени окисления переходит в P⁺⁵ в виде фосфат иона PO₄³⁻ и в этом случае запишем кислоту H₃PO₄:
H₂O₂ + P₂O₃ → H₃PO₄+...
2) H₂O₂ как окислитель переходит в -2, и мы можем написать либо H₂O, и если не уравняется, то можно ее убрать:
H₂O₂ + P₂O₃ → H₃PO₄ + H₂O / H₂O₂ + P₂O₃ → H₃PO₄
Эта реакция в любом виде нам не подходит, т.к. получается только одна кислота.
2. Возьмем второй окислитель HClO₄. Восстановителями в этом случае у нас будут P₂O₃ и H₂O₂, так же можно записать реакции с водой и без (зависит от уравнивания):
1) HClO₄ + P₂O₃ →
2) HClO₄ + P₂O₃ + H₂O →
3) HClO₄ + H₂O₂ →
4) HClO₄ + H₂O₂ + H₂O →
Напишем продукты:
HClO₄ как окислитель переходит в HCl, H₂O₂ как восстановитель переходит в O₂:
1) HClO₄ + P₂O₃ → HCl +H₃PO₄ + (H₂O)
2) HClO₄ + P₂O₃ + H₂O → HCl +H₃PO₄
3) HClO₄ + H₂O₂ → HCl +O₂ + (H₂O)
4) HClO₄ + H₂O₂ + H₂O → HCl +O₂
Реакции с пероксидом водорода нам не подходят, т.к. выделяется газ, поэтому берем реакции с HClO₄ + P₂O₃.
6) Мы будем делать задание с 1)/2) уравнениями и по уравниванию поймем где нужна будет вода. 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) :
Сl⁺⁷ +8ē → Cl⁻¹ | x1
2Р⁺³ -4ē → 2Р⁺⁵ |x2
и второй вариант:
Сl⁺⁷ +8ē → Cl⁻¹ | x1
Р⁺³ - 2ē → Р⁺⁵ |x4
7) Расставим коэффициенты из баланса в уравнении:
HClO₄ + 2P₂O₃ → HCl +4H₃PO₄
слева получается 1 Н, а справа уже 13 Н, поэтому нам нужна H₂O с левой стороны!
HClO₄ + 2P₂O₃ +6H₂O→ HCl +4H₃PO₄
8) укажем окислитель и восстановитель:
окислитель Сl⁺⁷
восстановитель Р⁺³
9) итого как должен выглядеть в бланке наш ответ на 29 задание:
HClO₄ + 2P₂O₃ +6H₂O→ HCl +4H₃PO₄
Сl⁺⁷ +8ē → Cl⁻¹ | x1
2Р⁺³ -4ē → 2Р⁺⁵ |x2
окислитель Сl⁺⁷
восстановитель Р⁺³