13. Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой Cl2 + H2O + C→ HCl + CO2. Определите окислитель и восстановитель.

Решение:

1. Запишем степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции:
• \( Cl_2 \): \( Cl^0 \)
• \( H_2O \): \( H^{+1}, O^{-2} \)
• \( C \): \( C^0 \)
• \( HCl \): \( H^{+1}, Cl^{-1} \)
• \( CO_2 \): \( C^{+4}, O^{-2} \)
2. Определим элементы, меняющие степень окисления:
• Хлор \( Cl^0 \) → \( Cl^{-1} \) (принимает электроны, степень окисления понизилась)
• Углерод \( C^0 \) → \( C^{+4} \) (отдаёт электроны, степень окисления повысилась)
3. Составим электронный баланс:
• \( Cl_2^0 + 2e^- \rightarrow 2Cl^- \) (Принято 2 электрона)
• \( C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4} \) (Отдано 4 электрона)
4. Уравняем число отданных и принятых электронов:
• Наименьшее общее кратное для 2 и 4 равно 4.
• Первое полуреакцию умножим на 2: \( 2Cl_2^0 + 4e^- \rightarrow 4Cl^- \)
• Второе полуреакцию умножим на 1: \( C^0 - 4e^- \rightarrow C^{+4} \)
5. Расставим коэффициенты в уравнении реакции:
• Перед \( Cl_2 \) ставим коэффициент 2, перед \( HCl \) — 4.
• Перед \( C \) ставим коэффициент 1.
6. Проверим баланс по остальным элементам:
• \( 2Cl_2 + H_2O + C \rightarrow 4HCl + CO_2 \)
• Атомы хлора: слева 4, справа 4 (равно).
• Атомы углерода: слева 1, справа 1 (равно).
• Атомы кислорода: слева 1, справа 2. Необходимо поставить коэффициент 1/2 перед \( CO_2 \) или 2 перед \( H_2O \) и 2 перед \( CO_2 \). Умножим всё уравнение на 2, чтобы избавиться от дробных коэффициентов:
• \( 4Cl_2 + 2H_2O + 2C \rightarrow 8HCl + 2CO_2 \)
• Теперь проверим баланс.
• Атомы хлора: слева \( 4 \times 2 = 8 \), справа 8 (равно).
• Атомы углерода: слева 2, справа 2 (равно).
• Атомы водорода: слева \( 2 \times 2 = 4 \), справа 8. Здесь не совпадает.
7. Вернёмся к уравнению \( 2Cl_2 + H_2O + C \rightarrow 4HCl + CO_2 \) и уравняем водород:
• Слева 2 атома водорода, справа 4 атома. Чтобы уравнять, поставим коэффициент 2 перед \( H_2O \).
• \( 2Cl_2 + 2H_2O + C \rightarrow 4HCl + CO_2 \)
• Проверим кислород: слева \( 2 \times 1 = 2 \), справа 2 (равно).
• Проверим углерод: слева 1, справа 1 (равно).
• Проверим хлор: слева \( 2 \times 2 = 4 \), справа 4 (равно).
8. Итоговое уравнение реакции: \( 2Cl_2 + 2H_2O + C \rightarrow 4HCl + CO_2 \)
9. Определим окислитель и восстановитель:
• Окислитель — вещество, принимающее электроны (степень окисления понижается). В данном случае это \( Cl_2 \) (Cl⁰ → Cl⁻¹).
• Восстановитель — вещество, отдающее электроны (степень окисления повышается). В данном случае это \( C \) (C⁰ → C⁺⁴).

Ответ: Окислитель — \( Cl_2 \), восстановитель — \( C \). Уравнение реакции: \( 2Cl_2 + 2H_2O + C \rightarrow 4HCl + CO_2 \)