Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты методом электронного баланса, сначала определим степени окисления элементов, которые их меняют в ходе реакции.

1) Запишем схему реакции и укажем степени окисления:
$\text{Cl}_{2}^{0} + \text{Ca}_{3}\text{P}_{2}^{-3} + \text{H}_{2}\text{O} \rightarrow \text{Ca}_{3}(\text{P}^{+5}\text{O}_{4})_{2} + \text{H}\text{Cl}^{-1}$

Мы видим, что хлор ($\text{Cl}$) понижает свою степень окисления с $0$ до $-1$, а фосфор ($\text{P}$) повышает её с $-3$ до $+5$.

2) Составим электронный баланс:
Восстановитель: $2\text{P}^{-3} - 16\bar{e} \rightarrow 2\text{P}^{+5}$ | коэффициент $1$
Окислитель: $\text{Cl}_{2}^{0} + 2\bar{e} \rightarrow 2\text{Cl}^{-1}$ | коэффициент $8$

Пояснение: так как в формуле фосфида кальция ($\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$) и фосфата кальция ($\text{Ca}_{3}(\text{PO}_{4})_{2}$) содержится по два атома фосфора, для удобства расчётов в балансе мы учитываем сразу два атома. Фосфор отдаёт электроны, хлор — принимает.

3) Переносим коэффициенты из баланса в уравнение реакции:
Перед $\text{Cl}_{2}$ ставим коэффициент $8$.
Перед $\text{HCl}$ ставим коэффициент $16$ (так как $8 \times 2 = 16$).
Перед $\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$ и $\text{Ca}_{3}(\text{PO}_{4})_{2}$ коэффициенты остаются равными $1$ (согласно балансу для двух атомов фосфора).

4) Уравняем остальные элементы (кислород и водород):
В правой части уравнения $8$ атомов кислорода в составе фосфата. Значит, перед водой ($\text{H}_{2}\text{O}$) в левой части ставим коэффициент $8$.
Проверим водород: слева $8 \times 2 = 16$, справа в $\text{HCl}$ также $16$. Уравнение составлено верно.

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

5) Укажем окислитель и восстановитель:
$\text{Cl}_{2}$ (или $\text{Cl}^{0}$) — окислитель.
$\text{Ca}_{3}\text{P}_{2}$ (или $\text{P}^{-3}$) — восстановитель.

Ответ: 8Cl₂ + Ca₃P₂ + 8H₂O = Ca₃(PO₄)₂ + 16HCl; хлор Cl₂ является окислителем, фосфид кальция Ca₃P₂ — восстановителем.

Источник: ФИПИ