Номер 868, страница 154 - гдз по химии 9 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

868. При попадании водного раствора «марганцовки» на одежду на ней остаются бурые пятна, состоящие из оксида марганца(IV). Для их удаления, т. е. в качестве «пятновыводителя» можно использовать подкисленный раствор пероксида водорода. При обработке пятен протекает химическая реакция, в результате которой выделяется кислород, а марганец(IV)-оксид превращается в растворимую соль марганца(II). Последнюю с одежды можно удалить промыванием водопроводной водой (стиркой).

а) Какую химическую формулу имеет «марганцовка» и какое систематическое название имеет это вещество по международной номенклатуре?

б) Приведите уравнение химической реакции, которая протекает при удалении пятна с помощью раствора пероксида водорода, подкисленного серной кислотой.

в) Укажите в приведённой реакции окислитель, восстановитель, а также процессы окисления и восстановления.

Решение

а) «Марганцовка» — это тривиальное (бытовое) название химического соединения, которое в химии известно как перманганат калия. Его химическая формула — $KMnO_4$. Согласно международной номенклатуре ИЮПАК (IUPAC), систематическое название этого вещества — перманганат калия (VII).

Ответ: Химическая формула «марганцовки» — $KMnO_4$, систематическое название — перманганат калия.

б) В условии задачи описана химическая реакция между оксидом марганца(IV) ($MnO_2$), который образует бурые пятна, и подкисленным раствором пероксида водорода ($H_2O_2$). В качестве кислоты используется серная кислота ($H_2SO_4$). В результате реакции образуются растворимый сульфат марганца(II) ($MnSO_4$), газообразный кислород ($O_2$) и вода ($H_2O$). Для составления уравнения реакции воспользуемся методом электронного баланса, определив степени окисления элементов, участвующих в окислительно-восстановительном процессе:

$Mn^{+4}O_2 + H_2O_2^{-1} + H_2SO_4 \rightarrow Mn^{+2}SO_4 + O_2^0 + H_2O$

Составим полуреакции:

$Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 1 (процесс восстановления, $MnO_2$ - окислитель)

$2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$ | 1 (процесс окисления, $H_2O_2$ - восстановитель)

Коэффициенты перед окислителем и восстановителем равны 1. Уравняем остальные вещества. Справа один сульфат-ион, значит, перед серной кислотой ставим коэффициент 1. Затем уравниваем водород: слева 4 атома ($H_2O_2 + H_2SO_4$), значит, справа перед водой ставим коэффициент 2. Проверка по кислороду ($2+2+4 = 4+2+2$) подтверждает правильность расстановки коэффициентов.

Ответ: Уравнение химической реакции: $MnO_2 + H_2O_2 + H_2SO_4 \rightarrow MnSO_4 + O_2 + 2H_2O$.

в) В данной окислительно-восстановительной реакции:

• Оксид марганца(IV) ($MnO_2$) является окислителем, так как марганец понижает свою степень окисления с $+4$ до $+2$, принимая электроны.
• Пероксид водорода ($H_2O_2$) является восстановителем, так как кислород повышает свою степень окисления с $-1$ до $0$, отдавая электроны.

Процессы окисления и восстановления:

• Процесс восстановления: $Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$
• Процесс окисления: $2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$

Ответ: Окислитель — $MnO_2$ (за счет $Mn^{+4}$), восстановитель — $H_2O_2$ (за счет $O^{-1}$). Процесс восстановления: $Mn^{+4} + 2e^- \rightarrow Mn^{+2}$. Процесс окисления: $2O^{-1} - 2e^- \rightarrow O_2^0$.