Упражнение 5 к § 13

1. Разложение, ОВР (кислород \(-1\) и окисляется, и восстанавливается):

   \[\mathrm{2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow}\]
   \[\mathrm{2\overset{-1}{O}} - 2e^- \rightarrow \mathrm{\overset{0}{O}_2} \quad \times 1 \quad \text{окисление}\]
   \[\mathrm{\overset{-1}{O}} + e^- \rightarrow \mathrm{\overset{-2}{O}} \quad \times 2 \quad \text{восстановление}\]
   \(\mathrm{H_2O_2}\) — и окислитель, и восстановитель.

2. Соединение, ОВР:

   \[\mathrm{S + O_2 \xrightarrow{t} SO_2}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{S}} - 4e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+4}{S}} \quad \times 1 \quad \text{окисление, S — восстановитель}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{O}_2} + 4e^- \rightarrow 2\mathrm{\overset{-2}{O}} \quad \times 1 \quad \text{восстановление, } \mathrm{O_2} \text{ — окислитель}\]

3. Соединение, ОВР, обратимая, каталитическая:

   \[\mathrm{2SO_2 + O_2 \overset{t,\ V_2O_5}{\rightleftarrows} 2SO_3}\]
   \[\mathrm{\overset{+4}{S}} - 2e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+6}{S}} \quad \times 2 \quad \text{окисление, } \mathrm{SO_2} \text{ — восстановитель}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{O}_2} + 4e^- \rightarrow 2\mathrm{\overset{-2}{O}} \quad \times 1 \quad \text{восстановление, } \mathrm{O_2} \text{ — окислитель}\]

4. Соединение, не ОВР:

   \[\mathrm{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}\]

5. Обмен (основный оксид + кислота):

   \[\mathrm{MgO + H_2SO_4 \rightarrow MgSO_4 + H_2O}\]
   \[\mathrm{MgO + 2H^+ + SO_4^{2-} \rightarrow Mg^{2+} + SO_4^{2-} + H_2O}\]
   \[\mathrm{MgO + 2H^+ \rightarrow Mg^{2+} + H_2O}\]

1. Разложение при нагревании, ОВР:

   \[\mathrm{2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow}\]
   \[\mathrm{\overset{+7}{Mn}} + e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+6}{Mn}} \quad \text{восстановление}\]
   \[\mathrm{\overset{+7}{Mn}} + 3e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+4}{Mn}} \quad \text{восстановление}\]
   \[2\mathrm{\overset{-2}{O}} - 4e^- \rightarrow \mathrm{\overset{0}{O}_2} \quad \text{окисление}\]
   Два атома марганца принимают \(1 + 3 = 4\) электрона, два атома кислорода отдают 4. \(\mathrm{KMnO_4}\) — и окислитель (Mn⁺⁷), и восстановитель (O⁻²).

2. Соединение, ОВР:

   \[\mathrm{4Li + O_2 \rightarrow 2Li_2O}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{Li}} - e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+1}{Li}} \quad \times 4 \quad \text{окисление, Li — восстановитель}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{O}_2} + 4e^- \rightarrow 2\mathrm{\overset{-2}{O}} \quad \times 1 \quad \text{восстановление, } \mathrm{O_2} \text{ — окислитель}\]

3. Обмен (основный оксид + кислота), не ОВР:

   \[\mathrm{Li_2O + H_2S \rightarrow Li_2S + H_2O}\]
   Реакцию проводят, пропуская сероводород над оксидом, без раствора, поэтому ионное уравнение не пишут.

4. Окисление сульфида концентрированной серной кислотой — ОВР, не относится ни к одному из четырёх типов:

   \[\mathrm{Li_2S + 4H_2SO_4(\text{конц.}) \rightarrow Li_2SO_4 + 4SO_2\uparrow + 4H_2O}\]
   \[\mathrm{\overset{-2}{S}} - 6e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+4}{S}} \quad \times 1 \quad \text{окисление, } \mathrm{Li_2S} \text{ — восстановитель}\]
   \[\mathrm{\overset{+6}{S}} + 2e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+4}{S}} \quad \times 3 \quad \text{восстановление, } \mathrm{H_2SO_4} \text{ — окислитель}\]
   Ещё одна молекула \(\mathrm{H_2SO_4}\) идёт на образование соли. Проверка: S \(1 + 4 = 1 + 4\), O \(16 = 4 + 8 + 4\).

По аналогии с обжигом \(\mathrm{ZnS}\) часто пишут \(\mathrm{2Li_2S + 3O_2 \xrightarrow{t} 2Li_2O + 2SO_2}\). Атомы в этой записи уравнены, но для сульфидов щелочных металлов она не отражает опыт: основный оксид лития сразу связывает кислотный \(\mathrm{SO_2}\), и при окислении получаются сульфит и сульфат лития, а не свободный газ. Двухстадийный путь — через сероводород: \(\mathrm{Li_2S + 2HCl \rightarrow 2LiCl + H_2S\uparrow}\), затем \(\mathrm{2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O}\).

1. Соединение, ОВР:

   \[\mathrm{Zn + S \xrightarrow{t} ZnS}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{Zn}} - 2e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+2}{Zn}} \quad \text{окисление, Zn — восстановитель}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{S}} + 2e^- \rightarrow \mathrm{\overset{-2}{S}} \quad \text{восстановление, S — окислитель}\]

2. Обмен, не ОВР (\(\mathrm{ZnS}\) нерастворим в воде, но растворяется в соляной кислоте):

   \[\mathrm{ZnS + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2S\uparrow}\]
   \[\mathrm{ZnS + 2H^+ + 2Cl^- \rightarrow Zn^{2+} + 2Cl^- + H_2S\uparrow}\]
   \[\mathrm{ZnS + 2H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2S\uparrow}\]

3. Горение сероводорода в избытке кислорода, ОВР:

   \[\mathrm{2H_2S + 3O_2 \rightarrow 2SO_2 + 2H_2O}\]
   \[\mathrm{\overset{-2}{S}} - 6e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+4}{S}} \quad \times 2 \quad \text{окисление, } \mathrm{H_2S} \text{ — восстановитель}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{O}_2} + 4e^- \rightarrow 2\mathrm{\overset{-2}{O}} \quad \times 3 \quad \text{восстановление, } \mathrm{O_2} \text{ — окислитель}\]

4. Соединение, ОВР, обратимая, каталитическая:

   \[\mathrm{2SO_2 + O_2 \overset{t,\ V_2O_5}{\rightleftarrows} 2SO_3}\]
   (баланс — как в пункте а: \(\mathrm{\overset{+4}{S} - 2e^- \rightarrow \overset{+6}{S}}\), \(\times 2\); \(\mathrm{O_2} + 4e^- \rightarrow 2\mathrm{\overset{-2}{O}}\), \(\times 1\))

5. Соединение, не ОВР:

   \[\mathrm{SO_3 + H_2O \rightarrow H_2SO_4}\]

6. Замещение, ОВР (кислота разбавленная):

   \[\mathrm{Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow}\]
   \[\mathrm{\overset{0}{Fe}} - 2e^- \rightarrow \mathrm{\overset{+2}{Fe}} \quad \text{окисление, Fe — восстановитель}\]
   \[2\mathrm{\overset{+1}{H}} + 2e^- \rightarrow \mathrm{\overset{0}{H}_2} \quad \text{восстановление, } \mathrm{H^+} \text{ — окислитель}\]
   \[\mathrm{Fe + 2H^+ \rightarrow Fe^{2+} + H_2\uparrow}\]

7. Обмен, не ОВР:

   \[\mathrm{FeSO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaSO_4\downarrow + FeCl_2}\]
   \[\mathrm{Fe^{2+} + SO_4^{2-} + Ba^{2+} + 2Cl^- \rightarrow BaSO_4\downarrow + Fe^{2+} + 2Cl^-}\]
   \[\mathrm{Ba^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow BaSO_4\downarrow}\]