Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, воспользуемся методом электронного баланса.

Шаг 1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют.
В левой части уравнения:
Углерод $\text{C}$ — простое вещество, его степень окисления равна $0$.
В дихромате калия $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ степень окисления калия $+1$, кислорода $-2$. Вычислим степень окисления хрома: $2 \cdot (+1) + 2x + 7 \cdot (-2) = 0$, откуда $2x = 12$, значит $x = +6$.
В правой части уравнения:
В оксиде хрома(III) $\text{Cr}_2\text{O}_3$ степень окисления хрома равна $+3$.
В карбонате калия $\text{K}_2\text{CO}_3$ и углекислом газе $\text{CO}_2$ степень окисления углерода равна $+4$.

Шаг 2. Составим электронный баланс.
Выпишем изменения степеней окисления и определим количество отданных и принятых электронов:
Восстановитель: $\text{C}^0 - 4\bar{e} \rightarrow \text{C}^{+4}$ (процесс окисления)
Окислитель: $2\text{Cr}^{+6} + 6\bar{e} \rightarrow 2\text{Cr}^{+3}$ (процесс восстановления)

Находим наименьшее общее кратное для числа электронов ($4$ и $6$), оно равно $12$.
Коэффициент для углерода: $12 : 4 = 3$.
Коэффициент для хрома: $12 : 6 = 2$.

Шаг 3. Расставим коэффициенты в уравнении.
Согласно балансу, перед углеродом ставим коэффициент $3$, а перед соединениями хрома — коэффициент $2$ (учитывая, что в молекулах уже по два атома хрома).
$3\text{C} + 2\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 \rightarrow 2\text{Cr}_2\text{O}_3 + 2\text{K}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2$
Проверим количество атомов калия: слева $2 \cdot 2 = 4$, справа в $2\text{K}_2\text{CO}_3$ тоже $4$.
Проверим углерод: слева $3$, справа $2$ (в карбонате) + $1$ (в газе) = $3$.
Проверим кислород: слева $2 \cdot 7 = 14$, справа $2 \cdot 3 + 2 \cdot 3 + 2 = 6 + 6 + 2 = 14$. Уравнение верно.

Шаг 4. Укажем окислитель и восстановитель.
Углерод в степени окисления $0$ ($\text{C}$) является восстановителем.
Хром в степени окисления $+6$ (или вещество $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) является окислителем.

Ответ:
$3\text{C} + 2\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 = 2\text{Cr}_2\text{O}_3 + 2\text{K}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2$
$\text{C}$ (или $\text{C}^0$) — восстановитель;
$\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ (или $\text{Cr}^{+6}$) — окислитель.

Источник: ФИПИ