Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, проанализируем изменение степеней окисления элементов.

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В оксиде фосфора $\text{P}_{2}^{+3}\text{O}_{3}^{-2}$ фосфор имеет степень окисления $+3$. В ортофосфорной кислоте $\text{H}_{3}^{+}\text{P}^{+5}\text{O}_{4}^{-2}$ фосфор переходит в степень окисления $+5$.
В хлорноватой кислоте $\text{H}^{+}\text{Cl}^{+5}\text{O}_{3}^{-2}$ хлор имеет степень окисления $+5$. В соляной кислоте $\text{H}^{+}\text{Cl}^{-}$ хлор переходит в степень окисления $-1$.

2. Составим электронный баланс:
Фосфор отдаёт электроны (окисляется):
$2\text{P}^{+3} - 4\bar{e} \rightarrow 2\text{P}^{+5}$ (учитываем два атома фосфора в исходной молекуле $\text{P}_{2}\text{O}_{3}$) | коэффициент 3
Хлор принимает электроны (восстанавливается):
$\text{Cl}^{+5} + 6\bar{e} \rightarrow \text{Cl}^{-1}$ | коэффициент 2

3. Находим наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов. Это число 12.
Для фосфора: $12 / 4 = 3$.
Для хлора: $12 / 6 = 2$.

4. Переносим коэффициенты в уравнение реакции:
Перед $\text{P}_{2}\text{O}_{3}$ ставим коэффициент 3. Тогда перед $\text{H}_{3}\text{PO}_{4}$ ставим $3 \cdot 2 = 6$.
Перед $\text{HClO}_{3}$ ставим коэффициент 2. Тогда перед $\text{HCl}$ ставим 2.
Уравнение принимает вид:
$3\text{P}_{2}\text{O}_{3} + 2\text{HClO}_{3} + \text{H}_{2}\text{O} \rightarrow 6\text{H}_{3}\text{PO}_{4} + 2\text{HCl}$

5. Уравняем водород и кислород:
В правой части $6 \cdot 3 = 18$ атомов водорода в кислоте и 2 в $\text{HCl}$, итого 20.
В левой части 2 атома в $\text{HClO}_{3}$. Нужно ещё 18 атомов, значит перед $\text{H}_{2}\text{O}$ ставим коэффициент 9.
Проверим кислород: слева $3 \cdot 3 + 2 \cdot 3 + 9 = 9 + 6 + 9 = 24$. Справа $6 \cdot 4 = 24$. Кислород сошёлся.

Итоговое уравнение:
$3\text{P}_{2}\text{O}_{3} + 2\text{HClO}_{3} + 9\text{H}_{2}\text{O} = 6\text{H}_{3}\text{PO}_{4} + 2\text{HCl}$

6. Укажем окислитель и восстановитель:
Фосфор в степени окисления $+3$ (в составе $\text{P}_{2}\text{O}_{3}$) является восстановителем.
Хлор в степени окисления $+5$ (в составе $\text{HClO}_{3}$) является окислителем.

Ответ:
$3\text{P}_{2}\text{O}_{3} + 2\text{HClO}_{3} + 9\text{H}_{2}\text{O} = 6\text{H}_{3}\text{PO}_{4} + 2\text{HCl}$
Восстановитель: $\text{P}_{2}\text{O}_{3}$ (или $\text{P}^{+3}$)
Окислитель: $\text{HClO}_{3}$ (или $\text{Cl}^{+5}$)

Источник: ФИПИ