Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, выполним следующие шаги:

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В левой части уравнения:
- В молекуле брома $\text{Br}_{2}$ степень окисления брома равна $0$.
- В фосфиде кальция $\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$ степень окисления кальция $+2$, а фосфора $-3$.
В правой части уравнения:
- В фосфате кальция $\text{Ca}_{3}(\text{PO}_{4})_{2}$ степень окисления фосфора равна $+5$.
- В бромоводороде $\text{HBr}$ степень окисления брома равна $-1$.

2. Составим электронный баланс:
Выпишем процессы окисления и восстановления:
Восстановитель (фосфор) отдаёт электроны:
$2\text{P}^{-3} - 16\bar{e} \rightarrow 2\text{P}^{+5}$ (умножаем на $1$)
Окислитель (бром) принимает электроны:
$\text{Br}_{2}^{0} + 2\bar{e} \rightarrow 2\text{Br}^{-1}$ (умножаем на $8$)

Здесь мы учитываем, что в молекуле $\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$ уже содержится два атома фосфора, поэтому в балансе сразу пишем $2\text{P}$. Общее число отданных электронов фосфором: $2 \times (5 - (-3)) = 16$. Чтобы число принятых электронов было равно числу отданных, перед бромом нужно поставить коэффициент $8$, так как $8 \times 2 = 16$.

3. Расставим коэффициенты в уравнении:
Согласно балансу, перед $\text{Br}_{2}$ ставим коэффициент $8$. Тогда в правой части перед $\text{HBr}$ получится $16$ (так как $8 \times 2 = 16$).
Перед $\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$ и $\text{Ca}_{3}(\text{PO}_{4})_{2}$ коэффициенты остаются равными $1$.
Теперь уравняем водород и кислород. В правой части $16$ атомов водорода в $16\text{HBr}$. Значит, перед водой $\text{H}_{2}\text{O}$ в левой части ставим коэффициент $8$ ($8 \times 2 = 16$).
Проверим кислород: слева $8$ атомов в воде, справа $2 \times 4 = 8$ атомов в фосфате. Кислород сошёлся.

Итоговое уравнение:
$8\text{Br}_{2} + \text{Ca}_{3}\text{P}_{2} + 8\text{H}_{2}\text{O} = \text{Ca}_{3}(\text{PO}_{4})_{2} + 16\text{HBr}$

4. Укажем окислитель и восстановитель:
Окислитель: $\text{Br}_{2}$ (или $\text{Br}^{0}$) за счёт понижения степени окисления.
Восстановитель: $\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$ (или $\text{P}^{-3}$) за счёт повышения степени окисления.

Ответ:
$8\text{Br}_{2} + \text{Ca}_{3}\text{P}_{2} + 8\text{H}_{2}\text{O} = \text{Ca}_{3}(\text{PO}_{4})_{2} + 16\text{HBr}$
Окислитель: $\text{Br}_{2}$
Восстановитель: $\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$

Источник: ФИПИ