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 ходе реакции:
В дихромате натрия $\text{Na}_2\text{Cr}_2^{+6}\text{O}_7$ хром имеет степень окисления $+6$.
В оксиде хрома(III) $\text{Cr}_2^{+3}\text{O}_3$ хром имеет степень окисления $+3$.
Простое вещество углерод $\text{C}^0$ имеет степень окисления $0$.
В карбонате натрия $\text{Na}_2\text{C}^{+4}\text{O}_3$ и углекислом газе $\text{C}^{+4}\text{O}_2$ углерод имеет степень окисления $+4$.

2. Составим электронный баланс:
Хром понижает степень окисления (принимает электроны), а углерод повышает (отдаёт электроны).
$2\text{Cr}^{+6} + 6\bar{e} \rightarrow 2\text{Cr}^{+3}$ | коэффициент 2 (окислитель восстанавливается)
$\text{C}^0 - 4\bar{e} \rightarrow \text{C}^{+4}$ | коэффициент 3 (восстановитель окисляется)

3. Найдём наименьшее общее кратное для числа переданных электронов. Для 6 и 4 это 12.
Разделим 12 на количество электронов в каждом процессе:
Для хрома: $12 / 6 = 2$
Для углерода: $12 / 4 = 3$

4. Перенесём коэффициенты в уравнение реакции:
Перед $\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ ставим коэффициент 2.
Перед $\text{C}$ ставим коэффициент 3.
Перед $\text{Cr}_2\text{O}_3$ ставим коэффициент 2.
Теперь уравняем натрий: слева $2 \times 2 = 4$ атома натрия, значит, перед $\text{Na}_2\text{CO}_3$ ставим коэффициент 2.
Уравняем углерод: всего справа должно быть 3 атома углерода. 2 атома уже есть в составе $2\text{Na}_2\text{CO}_3$, значит, перед $\text{CO}_2$ коэффициент не нужен (единица).
Проверим кислород: слева $2 \times 7 = 14$. Справа $2 \times 3 + 2 \times 3 + 2 = 6 + 6 + 2 = 14$. Кислород сошёлся.

Итоговое уравнение:
$2\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 3\text{C} = 2\text{Cr}_2\text{O}_3 + 2\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2$

5. Укажем окислитель и восстановитель:
Углерод $\text{C}$ (или $\text{C}^0$) является восстановителем.
Дихромат натрия $\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ (или $\text{Cr}^{+6}$ в нём) является окислителем.

Ответ: $2\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + 3\text{C} = 2\text{Cr}_2\text{O}_3 + 2\text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{CO}_2$; восстановитель — $\text{C}$, окислитель — $\text{Na}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$.

Источник: ФИПИ