Название: СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ ПО ХИМИИ С РЕШЕНИЕМ ТИПОВЫХ И УСЛОЖНЕННЫХ ЗАДАЧ - Лебедева М.И.

Жанр: Химия

Просмотров: 280


6   окислительно-восстановительные реакции (овр)

6.1  Степень  окисления (окислительное число).

Окисление и восстановление

Степень окисления  (о.ч.) элемента в соединении – это  электрический заряд  данного атома,

вызванный смещением валентных электронов к более электроотрицательному атому.

Для вычисления степени окисления элемента в соединении следует исходить из следующих положений: 1) степени окисления элемента в простых веществах принимаются равными нулю; 2) алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в состав молекулы , равна нулю; 3) постоянную степень окисления в соединениях проявляют щелочные металлы (+1), металлы главной подгруппы II группы, цинк и кадмий (+2); 4) водород проявляет степень окисления +1 во всех соединениях, кроме гидридов металлов (NaH, CaH2  и т.п.), где его степень окисления равна -1; 5) степень окисления кислорода в соединениях равна -2, за исключением пероксидов (-1) и фторида кислорода OF2 (+2).

Исходя из сказанного, легко, например, установить, что в соединениях NH3, N2H4, NH2OH, N2O,

NO, HNO2, NO2 и HNO3 степень окисления азота соответственно равна -3, -2, -1, +1, +2, +3, +4, +5.

Окислительно-восстановительные реакции – это реакции связанные с передачей электронов, в

результате этого  изменяется степень окисления  одного или нескольких участвующих  в реакции элементов. Отдача атомом электронов, сопровождающаяся повышением его степени окисления, называется окислением; присоединение атомом электронов, приводящее к понижению его степени окисления, называется восстановлением.

Вещество,  в  состав  которого,  входит  окисляющийся  элемент,  называется  восстановителем;

вещество, содержащее восстанавливающий элемент, называется окислителем.

2Al +3CuSO4 = Al2(SO4)3 + 3Cu.

В рассмотренной реакции взаимодействуют два вещества, одно из которых служит окислителем (CuSO4), а другое восстановителем (алюминий). Такие реакции относятся к реакциям межмолекулярного окисления-восстановления. Реакция

3S + 6KOH = K2SO3 + 2K2S +3H2O

служит примером реакции самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования),  в которых функции окислителя и восстановителя выполняет один и тот же элемент. В последней реакции свободная сера (степень окисления 0) выступает одновременно в роли окислителя, восстанавливаясь до степени окисления -2 (K2S), и в роли восстановителя, окисляясь до степени окисления +4 (K2SO3). Подобные реакции возможны, если соответствующий элемент находится в исходном соединении в промежуточной степени окисления; так, в рассмотренном примере степень окисления свободной серы (0) имеет промежуточное значение между возможными максимальной (+6) и минимальной (-2) степенями окисления этого элемента.

В реакции

(NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4Н2O

восстанавливается хром, понижающий степень окисления от +6 до +3, а окисляется азот, повышающий степень окисления от -3 до 0. Оба эти элемента входят в состав одного и того же исходного вещества. Реакции такого типа называются реакциями внутримолекулярного  окисления-восстановления. К ним относятся, в частности, многие реакции термического разложения сложных веществ.

П р и м е р  113   0пределите степень окисления хлора в KClO3.

Решение         Неизвестная степень окисления атома хлора в KClO3  может быть определена путем

следующего рассуждения: в молекулу входит один атом калия со степенью окисления +1 и три атома

кислорода, каждый из которых имеет степень окисления -2, а общий заряд всех атомов кислорода -6.

Для сохранения электронейтральности молекулы атом хлора должен иметь степень окисления +5.

П р и м е р  114   Определите степень окисления хрома в K2Cr2O7.

Решение   Используя выше приведенные рассуждения, находим, что на два атома хрома в молекуле

K2Cr2O7 приходится 12 положительных зарядов, а на один + 6. Следовательно, окислительное число хрома +6.

П р и м е р   115         Какие окислительно-восстановительные свойства могут проявлять следующие соединения Na2S, S, SO2, H2SO4?

Решение      В Na2S окислительное число серы -2, т.е. сера имеет законченную электронную конфигурацию и не способна к присоединению, а способна только к потере электронов. Следовательно, Na2S в окислительно-восстановительных реакциях проявляет только восстановительные свойства.

В S и SO2 сера имеет незаконченную конфигурацию внешнего энергетического уровня (6 e y So и 2 e

у S+4). Она способна к присоединению и к потере электронов, т.е. эти соединения могут проявлять окислительные и восстановительные свойства, а также участвовать в реакции диспропорционирования. В H2SO4 сера имеет высшую положительную степень окисления (+6) и не способна отдавать электроны. Следовательно, H2SO4 может проявлять только окислительные свойства.

6.2   Методика  составления уравнений ОВР

Используют два метода: электронного баланса и полуреакций (электронно-ионный).

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций с использованием метода электронного баланса следует:

1   В левой части записать формулы исходных веществ, а в правой продуктов реакции.

Для удобства и единообразия принято сначала в исходных веществах записать восстановитель, затем окислитель и среду (если это необходимо); в продуктах реакции сначала продукт окисления восстановителя, продукт восстановления окислителя, а затем другие вещества.

Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 → Na2SO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O.

2   Определить окислительные числа элементов до и после реакции:

2

 
Na 1S

4O −2  

K 1Mn

7O −2  

H 1S

6O −2 →

3

 

2

 

O

 

4

 
→        Na 1S6    −2

 Mn

O

 

S

 
2  6    −2

4

2

 

O

 

4

 
 K 1S6    −2

4

 

2

 

4

 

2

 
 H 1O −2 .

3          Определить окислитель и восстановитель. Сера в Na2SO3 повышает свою степень окисления, т.е.

теряет электроны, в процессе реакции окисляется, значит Na2SO3 восстановитель.

Марганец в KMnO4  понижает свою степень окисления, т.е. присоединяет электроны, в процессе реакции восстанавливается, значит KMnO4  окислитель.

4          Составить электронный баланс, для этого записать в левой части начальное состояние серы и марганца, а в правой конечное и определить число потерянных S+4 и принятых Mn+7 электронов

S+4 2 e = S+6

Mn+7 + 5 e = Mn+2

Общее число электронов, отданных всеми атомами восстановителя, должно быть равно общему числу электронов, принятых всеми атомами окислителя.

Определить общее число потерянных и принятых электронов (общее наименьшее кратное). Оно равно 10. 10 электронов теряют 5 атомов серы и присоединяют 2 атома марганца.

S+4 2 e = S+6           5

10

Mn+7 + 5 e = Mn+2   2

5          Перенести эти коэффициенты в уравнение реакции к окисленным и восстановленным формам восстановителя и окислителя:

5Na2SO3 + 2KMnO4 + H2SO4 → 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + H2O.

6          Подобрать  и  расставить  коэффициенты  для  молекул  других  соединений,  участвующих  в реакции.

Определив количество кислотных остатков SO 2− , пошедших на солеобразование MnSO

и K SO

4

(оно равно 3), поставить коэффициент к H2SO4

4          2          4

5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + H2O

и по количеству моль-атомов водорода в H2SO4 определить количество моль H2O

5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O.

Правильность расстановки коэффициентов проверить по равенству числа атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

При составлении уравнений ОВР с применением метода полуреакций следует:

1   Составить схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции, найти окислитель и восстановитель.

2       Составить схемы полуреакций окисления и восстановления с указанием исходных и образующихся реально существующих в условиях реакции ионов или молекул.

3     Уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций; при этом следует помнить, что в водных растворах в реакциях могут участвовать молекулы H2O, ионы Н+  или ОН-.

4   Уравнять суммарное число зарядов в обеих частях каждой полуреакции; для этого прибавить к левой или правой части полуреакции необходимое число электронов.

5   Подобрать множители (основные коэффициенты) для полуреакций так, чтобы число электронов,

отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении.

6   Сложить уравнения полуреакций с учетом найденных основных коэффициентов.

7   Расставить коэффициенты в уравнении реакции.

Метод полуреакций (электронно-ионный)

Следует иметь в виду, что в водных растворах связывание избыточного кислорода и присоединение кислорода  восстановителем  происходят  по-разному  в  кислой,  нейтральной  и  щелочной  средах.  В кислых растворах избыток кислорода связывается ионами водорода с образованием молекул воды, а в нейтральных и щелочных молекулами воды с образованием гидроксид-ионов, например:

4

 
Мn O −

+ 8Н+ + 5 e  = Мn2+ + 4Н2O (кислая среда)

N  −     -

O3 + 6Н2О + 8 e = NН3 + 9OН

(нейтральная или щелочная среда)

Присоединение кислорода восстановителем осуществляется в кислой и нейтральной средах за счет молекул воды с образованием ионов водорода, а в щелочной среде за счет гидроксид-ионов с образованием молекул воды, например:

3

 
I2 + 6Н2О 10 e = 2I O −

+ 12Н+ (кислая или нейтральная среда)

Сг O −

+ 4OН3 e = Сг O 2− + 2Н О (щелочная среда)

2          4          2

П  р  и  м  е  р             116      Закончите  уравнение  реакций  окисления  сероводорода  хлорной  водой,

протекающей по схеме:

H2S + Cl2 + H2O → H2SO4 + HC1

Решение   В ходе реакции степень окисления хлора понижается от 0 до -1 (Cl2 восстанавливается), а серы повышается от -2 до +6 (S-2 окисляется).

Уравнение полуреакции восстановления хлора:

Cl2 + 2 e  = 2Cl − .

4

 
При составлении уравнения полуреакции окисления S-2  исходим из схемы: H2S →  SO 2 − . В ходе этого процесса атом серы связывается с четырьмя атомами кислорода, источником которых служат

четыре            молекулы   воды.   При   этом         образуется      восемь   ионов   Н+;   кроме            того,   два            иона   Н+

высвобождаются из молекулы H2S. Следовательно, всего образуется десять ионов водорода:

4

 
H2S + 4Н2О → SO 2 −

+ 10H+.

Левая часть схемы содержит только незаряженные частицы, а суммарный заряд ионов в правой части схемы равен +8. Следовательно, имеет место равенство:

4

 
H2S + 4H2O 8 e = SO 2−

+ 10Н+.

Так  как  общее  число  принятых  электронов  окислителем  должно  быть  равно  общему  числу отданных электронов восстановителем, надо первое уравнение умножить на 4, а второе на 1:

Cl2 + 2 e = 2Cl −        4

4

 
H2S + 4H2O 8 e = SO 2−

+ 10H+            1

4

 
4Сl2 + Н2S + 4Н2O = 8Сl −  + SО 2−

+ 10Н+

В молекулярной форме полученное уравнение имеет следующий вид:

4Сl2 + H2S + 4Н2O = 8НСl + Н2SO4.

П р и м е р  117*    Закончите уравнение реакции, протекающей по схеме: As2S3 + HNO3 → H3AsO4 + H2SO4 + NO.

4

 
Решение         В  ходе  реакции  окисляются  ионы  мышьяка  и  серы:  степень  окисления  мышьяка повышается от +3 до +5, а серы от -2 до +6. При этом одна молекула As2S3 превращается в два иона

4

 
AsO 3−

и три иона SO 2 − :

3−

 
As2S3  → 2AsO 4

4

 
+ 3SO 2 − .

Источником  кислорода,  необходимого для  протекания  этого  процесса,  служат  в  кислой  среде

3−

молекулы воды. Для образования двух ионов AsO 4

требуется восемь молекул воды, а для образования

4

 
трех ионов SO 2 −

еще двенадцать. Следовательно, всего в полуреакции окисления примут участие

двадцать молекул воды, причем образуются сорок ионов водорода:

4

 
As2S3 + 20Н2О → 2АsО 3−

+ 3SO 2 −

+ 40Н+.

4

 
В левой части схемы заряженных частиц нет, а суммарный заряд частиц правой части равен +28; таким образом, при окислении одной молекулы As2S3 отдается 28 электронов. Окончательно получаем уравнение полуреакции окисления в следующем виде:

4

 
As2S3 + 20Н2О 28 e  = 2АsО 3−

+ 3SO 2 −

+ 40Н+.

4

 

3

 
При составлении уравнения полуреакции восстановления NO −

исходим из схемы: NO − → NO. В

3

 
ходе этого  процесса высвобождаются два  атома кислорода, которые в  кислой среде образуют две молекулы воды

3

 
NO −

+ 4H+

= NO + 2H2O

Суммарный заряд ионов в левой части схемы равен +3, а правая часть заряженных частиц не содержит. Следовательно, в процессе восстановления принимают участие три электрона:

3

 
NO −

+ 4Н+

+ 3 e  = NO + 2H2O.

Отношение чисел электронов, участвующих в процессах окисления и восстановления, равно 28 : 3.

2 −

 
Поэтому, суммируя уравнения полуреакций, первое из них умножаем на 3, а второе— на 28:

3−

 
As2S3 + 20 H2O – 28 e = 2AsO 4

+ 3SO 4

+ 40H+.           3

 
NO 3

+ 4H+

+ 3 e  = NO + 2H2O   28

3

 
3As2S3+60H2O+28NO − +112H+

=6AsO 3− +9SO 2− +120H++28NO+56H Î

4          4          2

4

 

4

 
После приведения подобных членов в обоих частях уравнения получаем

3

 
3As2S3 + 28 NO −

или в молекулярной форме:

+ 4H2O = 6AsO 3−

+ 9SO 2 −

+ 28NO + 8H+

3As2S3 + 28 HNO3 + 4H2O = 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO.

П  р  и  м  е  р             118      Используя метод  полуреакций, составьте  полные  уравнения следующих окислительно-восстановительных реакций:

а) FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 →

б) KClO3 + HCl →

в) Si + NaOH + H2O →

Решение

−          2+        2+

а) MnO 4 окислитель, восстанавливается в кислой среде до Mn

до Fe3+.

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O

; Fe

восстановитель, окисляется

4

 
MnO −

+ 8H+

+ 5 e  = Mn2+

+ 4H2O           2

2Fe2+ 2 e  = Fe3+    5

4

 
2MnO −

+ 16H+

+ 10Fe2+

= 2Mn2+

+ 8H2O + 10Fe3+

10 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O.

3

 
б) ClO −

окислитель, восстанавливается до Cl −

; Cl −

восстановитель, окисляется до Cl2:

KClO3 + HCl → KCl + Cl2 + H2O

−          +          −

ClO 3 +  6H

3H2O

+  6 e   =  Cl    +          1

2Cl −  2 e   = Cl2      3

−          +          −          −

ClO 3 +6H + 6Cl

→ Cl

+ 3H2O+3Cl2

KClO3 + 6HCl = KCl + 3Cl2↑ + 3H2O.

в) H2O окислитель, восстанавливается до H2; Si восстановитель, окисляется в щелочной среде до

3

 
SiO 2− :

Si + NaOH + H2O → Na2SiO3 + H2

2H2O + 2 e  = H2 + 2OH −   2

3

 
Si  +  6OH −    -  4 e    =  SiO 2 −    +            1

3H2O

3

 
4H2O+Si+6OH − = 2H2+4OH − + SiO 2 −  + 3H2O Si + 2NaOH +H2O = Na2SiO3 + 2H2↑.

П  р  и  м  е р    119     Рассчитайте содержание KMnO4  (,\%) в техническом продукте, если при действии на него раствором соляной кислоты массой 25 г образуется такое количество хлора, которое способно вытеснить весь иод из раствора, содержащего KI массой 83 г.

Решение

1) 2KМnO4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O

2) 2KI + Cl2 = 2KCl + I2

M(KMnO4) = 158 г/моль; M(KI) = 166 г/моль.

Из уравнений реакций (1,2) следует, что 2 моль KMnO4→  5 моль Cl2 → 10 моль KI, т.е. 1 моль

KMnO4 → 5 моль KI.

(KI) = 83/166 = 0,5 моль. С данным количеством KI вступит в реакцию 0,1 моль KMnO 4  или

0,1•158 = 15,8 г.

Откуда  = 15,8•100/25 = 63,2\%.

П р и м е р  120   При нагревании смеси нитратов натрия и свинца образовался PbO массой 22,3 г и выделился газ объемом 6,72 дм3 (н.у.). Рассчитайте массу смеси исходных веществ.

Решение

t

1) 2NaNO3   2NaNO2 + O2 ↑

t

2)  2Pb(NO3)2   2PbO + 4NO2 ↑ + O2 ↑

M(NaNO3) = 85 г/моль; M(PbO) = 223 г/моль;

M(Pb(NO3)2) = 331 г/моль.

Количество оксида свинца(II) равно  = 22,3/223 = 0,1 моль. Из уравнения реакции (2) следует, что

2 моль Pb(NO3)2 → 2 моль PbO, поэтому (Pb(NO3)2) = = 0,1 моль или 0,1•331 = 33,1 г.

Объем газов NO2  и O2, выделяющихся по реакции (2) составит 0,25 моль или 0,25•22,4 = 5,6 дм3.

Следовательно, по  реакции (1)  выделится кислород объемом 6,72 -5,60 = 1,12 дм3, что составляет

1,12/22,4 = 0,05 моль. В состав смеси входит NaNO3 в количестве 0,05•2 =  0,10 моль или 0,1•85 = 8,5 г.

Тогда масса смеси исходных веществ составит 33,1 + 8,5 = 41,6 г.

П  р  и м  е р   121   К раствору иодида калия в кислой среде добавлено 200 см3  0,6 н раствора дихромата калия. Какая масса иода выделилась?

Решение

6KI + K2Cr2O7 + 7H2SO4 = 3I2 + 4K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O M(K2Cr2O7) = 294 г/моль; Mэ(K2Cr2O7) = 294/6 = 49 г/моль.

Масса K2Cr2O7 в 200 см3 0,6 н раствора равна 0,649•200/1000 =  5,88 г или 5,88/294 = 0,02 моль. Из

уравнения реакции следует, что 1 моль K2Cr2O7  → → 3 моль I2, тогда из 0,02 моль K2Cr2O7 выделится

0,06 моль I2 или 0,06•254 = = 15,24 г.

П р и м е р  122*  * Какую массу KClO3 следует взять для получения кислорода необходимого для реакции  каталитического  окисления  аммиака,  образующегося  при  нагревании  раствора  (NH4)2SO4 массой 500 г ( = 13,2 \%) и Ca(OH)2 массой 100 г, содержащий примесь карбоната кальция ( = 3,5 \%).

Решение

1) 2KClO3 = 2KCl + 3O2↑

2) 4NH3 + 5O2 = 4NO↑ + 6H2O

3) (NH4)2SO4 + Ca(OH)2 = CaSO4 + 2NH3↑ + 2H2O M(KClO3) =122,5 г/моль; M((NH4)2SO4) =132 г/моль;

M(Ca(OH)2) =74 г/моль.

Из условия задачи следует, что масса сульфата аммония в растворе составит 500•13,2/100 = 66 г или

66/132 = 0,5 моль. Масса гидроксида кальция составит 96,5•100/100 = 96,5 г или 96,5/74 = 1,3 моль.

Из  уравнения реакции (3)  следует, что  1  моль (NH4)2SO4   →  2  моль NH3,  поэтому образуется аммиака 2•0,5 = 1 моль. Из уравнения реакции (2) следует: 1 моль NH3 → 5/4 моль О2; а из уравнения реакции (1) 2 моль KClO3 → 3 моль О2. Тогда для получения 5/4 моль О2 потребуется KClO3 5/6 моль или

5•122,5/6 = = 103 г.

П р и м е р   123   Объем газа, образовавшегося при полном разложении озона, больше объема, занимаемого чистым озоном на 4,48 дм3. Полученный после полного разложения озона газ смешали с H2S объемом 8,96 дм3  и сожгли. Продукты реакции растворили в 28,6 см3  раствора NaOH с массовой долей  40 \%  (  = 1,40 г/cм3). Рассчитайте количество и  состав  полученной  соли.  Определите объем разложившегося озона.

Решение

1) 2О3 = 3О2

2) 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

3) NaOH + SO2 = NaHSO3

4) 2NaOH + SO2 = Na2SO3 + H2O M(NaOH) = 40 г/моль; M(NaHSO3) = 104 г/моль.

Из уравнения реакции (1) следует: 2 моль O3 → 3 моль O2, то есть объем смеси увеличивается на 1

моль или  22,4 дм3. Отсюда объем разложившегося озона равен 2•4,48/22,4 = 8,96 дм3 или 8,96/22,4 = 0,4

моль. Из 0,4 моль O3 образуется 0,6 моль O2 или 0,6•22,4 = 13,44 дм3.

По реакции (2) 3 моль O2 → 2 моль SO2, т.е. 13,44•2/3 = 8,96 дм3 или 0,4 моль SO2.

По условию задачи масса NaOH в растворе составит 28,6•1,4•40/100 = 16 г или 16/40 = 0,4 моль. Из

данных задачи и уравнений (3,4) следует, что образуется NaHSO3 в количестве 0,4 моль или 0,4•104 =

41,6 г.

П р и м е р  124  * Через озонатор пропустили кислород, полученный при разложении бертолетовой соли массой 24,5 г, при этом 5 \% кислорода превратилось в озон. Определите состав озонированного кислорода.

Решение

1) 2KClO3 = 2KCl + 3O2 ↑

2)  3O2 = 2O3

M(КClO3) = 122,5 г/моль.

Количество KClO3 равно 24,5/122,5= 0,2 моль. Из уравнения реакции (1) следует, что 2 моль KClO3

→ 3 моль O2, т.е. 0,2•3/2 = 0,3 моль или 0,3•22,4 = = 6,72 дм3 O2.

Из уравнения реакции (2) следует, что  3 моль O2 → 2 моль O3, то есть 2•0,3/3 = 0,2 моль. С учетом условия задачи образуется озона в количестве 0,2•5/100 = 0,01 моль или 0,01•22,4 = 0,224 дм3. На получение 0,01 моль озона по уравнению реакции (2) расходуется 3/2 моль кислорода или 3•0.01 =

= 0,015 моль или 0,015•22,4 = 0,336 дм3.

Объем  озонированного  воздуха  составит           6,720  -  0,336  +  0,224  =  = 6,608 дм3.  Тогда  (O3)  =

0,224•100/6,608 = 3,39 \%, (O2) = 100 3,39 = 96,61 \%.

П  р  и  м  е  р    125*    * Смесь оксидов азота(II) и  (IV)  объемом 5,6  дм3  (н.у.)  была смешана с кислородом объемом 2,016 дм3 (н.у.) и после реакции пропущена через раствор, содержащий гидроксид калия массой 30 г. Определите состав исходной смеси газов в объемных процентах и вычислите массовые доли веществ в растворе, приняв, что конечная масса раствора составила 1 кг и что после пропускания газов через раствор образовался остаток газов объемом 0,56 дм3  (н.у.), не вступивших в реакцию.

Решение

1) 2NO + O2 = 2NO2

2) 2NO2 + 2KOH = KNO3 + KNO2 + H2O M(KOH) = 56 г/моль; M(KNO3) = 101 г/моль;

M(KNO2) = 85 г/моль.

Количество исходной смеси газов составит 5,6/22,4 = 0,25  моль. Объем NO в смеси с учетом

реакции (1) и условия задачи составит: 2 V    + V

= = 2•2,016 + 0,560 = 4,592 дм3  или 4,592/22,4 =

0,205 моль.

O2       NO( ост )

Объем NO2 в смеси составит 5,600 4,592 = 1,008 дм3 или 1,008/22,4 = = 0,045 моль. Тогда ϕ(NO) =

4,592•100/5,600 = 82\% и ϕ(NO2) = 100 82 = 18 \%.

Общее количество NO2  составит 0,045 + 2•2,016/22,4 = 0,045 + 0,180 = = 0,225 моль. Количество

KOH равно 30/56 = 0,536 моль (избыток).

По  уравнению  реакции  (2)  получим:  (KNO2)  =  (KNO3)  =  1/2(NO2)           =  = 0,1125  моль.

Следовательно, масса нитрита калия равна 0,1125•85 = 9,56 г и  = 0,00956, масса нитрата калия равна

0,1125•101 = 11,36 г и  = 0,01136. Избыток KOH составит 0,536 0,225 = 0,311 моль или 0,311•56 =

17,40 г и  = = 0,0174.

Эквивалентная  масса   окислителя  равна   мольной   массе   окислителя,   делённой   на   число электронов, принимаемых одним молем окислителя.

Эквивалентная масса  восстановителя равна мольной массе восстановителя, деленной на число электронов, потерянных одним молем восстановителя.

П р и м е р  126   Сколько граммов FeSO4 можно окислить в присутствии H2SO4 с помощью 0,25 н раствора K2Cr2O7 объемом 100 см3?

Решение

1) 6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O Mэ(FeSO4) = M/1 = 152 г/моль.

Пусть объем раствора FeSO4 равен 100 см3, тогда н(FeSO4) = =100•0,25/100 = 0,25 моль/дм3.

Содержание FeSO4 в этом растворе составит 0,25•152•100/1000 = 3,8 г.

П р и м е р  127   Навеску руды массой 0,2133 г растворили в серной кислоте без доступа воздуха. Образующийся сульфат железа(II) оттитровали 0,1117 н раствором KMnO4  объемом 17,20 см3. Определите содержание железа в руде (, \%).

Решение

1) Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2↑

2) 10FeSO4 + 2KÌnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O Mэ(Fe) = 55,85/1 = 55,85 г/моль.

Массу железа определим      по        формуле      m(Fe)   =          =н(KMnO4)•Mэ(Fe)•V(KMnO4)/1000         =

0,1117•55,85•17,20/1000 = 107,30 мг или  = (0,10730/0,2133)•100 \% = 50,31 \%.

П р и м е р  128*   К 2,50 см3 раствора KClO3 ( = 1,02 г/см3) прибавили 25,00 см3 0,12 н раствора FeSO4,  избыток  которого  оттитровали  0,11 н  раствором  KMnO4    объемом  5,00  см3.   Рассчитайте содержание KClO3 (, \%) в исходном растворе.

Решение

1) 6FeSO4 + KClO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + KCl + 3H2O

2) 10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 2MnSO4 + 8H2O

По формуле V1•н1 = V2•н2, определяем объем 0,12 н раствора FeSO4, который прореагировал с 5,00

см3 0,11 н раствора KMnO4

V1•0,12 = 5,0•0,11; V1 = 4,58 см3.

На реакцию (1) израсходовано (25 – 4,58) = 20,42 см3 0,12 н раствора FeSO4. Тогда 2,5•н1 = 20,42•0,12. н1

= н(KClO3) = 0,98 моль/дм3. Так как Мэ(KClO3) = = М/6 = 20,4 г/моль, то содержание KClO3  в 2,5 см3

раствора составит 0,98•20,41•25/1000 = 0,05 г или  = (0,05•100/2,5•1,02)100 \% = 1,96 \%.

Задачи

505   Укажите, какие из указанных веществ могут проявлять только окислительные свойства, только восстановительные свойства, проявляют окислительно-восстановительную двойственность: а)  MnO2, KMnO4,   P2O5,   Na2S;   б) K2SO3,   HNO3,   H2S,   NO2;   в) Cr,   Na2CrO4,   KCrO2,   K2Cr2O7;   г)   NH3, KClO2, N2, KNO3, K2MnO4.

506   Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс окисления или восстановления происходит при следующих превращениях:

а) NH3 → N0, NO −

→ NH , S2→ S0, SO 2−

→ S0;

3

4

 
б) Mn+2 → MnO 2−

3

4

 
→ MnO −

4

→ Mn0 → MnO2;

в) Cr2O 2− → Cr+3 → Cr 0; ClO −

→ ClO − → Cl − → Cl0.

7          4

507   Реакции выражаются схемами:

а) Na2SO3 + KIO3 + H2SO4 → Na2SO4 + I2 + K2SO4 + H2O;

б) CrCl3 + H2O2 + NaOH → Na2CrO4 + NaCl + H2O;

в) MnSO4 + PbO2 + HNO3 → HMnO4 + PbSO4 + Pb(NO3)2 + H2O;

г) K2Cr2O7 + K2S + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + S + H2O.

Расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях. Укажите окислитель и восстановитель. Какое вещество окисляется, какое восстанавливается?

508      Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить превращения: а)

углерод →  карбид кальция →  гидроксид кальция →  хлорная известь →  хлор  →  хлорат калия →

кислород; б) сероводород → сера → диоксид серы → сернистая кислота → сульфит натрия → сульфат натрия.

509      Какие  сложные  вещества  можно  получить,  имея  в  распоряжении: а) кремний,  водород,

кислород, натрий; б)  азот, кислород, серебро и  водород. Напишите уравнения реакций и  назовите полученные продукты.

510      Напишите химические реакции, которые могут происходить между веществами: алюминием,

диоксидом серы, дихроматом калия, щелочью и серной кислотой.

511   Какие химические соединения можно получить, осуществляя реакции между железом, серой и кислородом, а также с продуктами этих реакций. Напишите уравнения и условия протекания реакций.

512      Какую массу твердого дихромата калия надо взять, чтобы приготовить 600 cм3 0,4 н раствора

для реакций: а) обмена; б) окисления-восста-новления?

513   Какую массу кристаллического перманганата калия надо взять для приготовления 500 см3 0,04

н раствора, предназначенного для окислительно-восстановительного титрования в кислой среде.

514     При растворении в горячей концентрационной серной кислоте металла, предварительно полученного восстановлением оксида металла(II) массой 48 г водородом, образовался сульфат металла и выделился газ объемом 13,44 дм3 (н.у.). Назовите металл?

515    Определите массу дихромата калия и объем раствора HCl c массовой долей 37 \% ( = 1,19 г/cм3), необходимые для получения хлора, способного вытеснить весь бром из 266,4 cм3 раствора бромида калия с массовой долей 40 \% ( = 1,34 г/cм3).

516     К 400 cм3 0,8 н раствора сульфата железа(II) приготовленного из расчета его обменного эквивалента, добавлено 1600 cм3 воды. Определите эквивалентную концентрацию сульфата железа(II), как восстановителя, в полученном растворе.

517      На титрование 40 см3  раствора нитрита калия в кислой среде израсходовано 32 см3  0,5 н раствора перманганата калия. Вычислите эквивалентную концентрацию и титр раствора нитрита калия.

518      Какая  масса  сульфата  железа(II)  содержится  в   растворе,  если  при   его  окислении перманганатом калия в кислой среде получено 100 см3 0,5 н раствора сульфата железа(III)?

519      При окислении в кислой среде 20 см3 раствора сульфита натрия потребовалось 16,8 см3 0,5 н раствора перманганата калия. Определите массу сульфита натрия в исходном растворе.

520   Смесь оксидов железа(II и III) массой 8,0 г растворили в избытке серной кислоты. Для реакции

с полученным раствором затратили KMnO4 ( = = 5 \%) массой 31,6 г. Определите состав смеси (, \%).

521*    Закончите уравнения окислительно-восстановительных реакций и расставьте коэффициенты.

Укажите окислитель и восстановитель.

1   KI + H2O2 + HCl → I2 + ...

2   Na2FeO4 + HCl →

3   H2O2 + K2Cr2O7 + H2SO4 → O2 + ...

4   KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → O2 + ...

5  MnO2 + H2C2O4 + H2SO4 → CO2 ...

6   FeSO4 + Pb3O4 + H2SO4 → PbSO4 + ...

7   K2S2O8 + Cr2(SO4)3 + H2O → K2Cr2O7 + ...

8   PbO2 + NaCrO2 + NaOH →

t

9   Mn3O4 + KClO3 + K 2CO3  →  K2MnO4 + ...

10   FeCl2 + KMnO4 + ... → MnSO4 + ...

11   Fe(OH)2 + Cl2 + KOH → K2FeO4 + ...

12   Cr2O 3 + KClO3 + KOH → K2CrO4 + ...

13   NaClO + KI + H2SO4 → NaCl + ...

14   Cl2 + PH3 + H2O → H3PO4 + ...

15   Cl2 + KOH →

t

16   Cl2 + KOH →

17   FeS + H2O2 + H2SO4 →

18   O3 + MnO2 + NaOH → Na2MnO4 + ...

19   O3 + NO2 → N2O5 + ...

20   O3 + CrCl3 + KOH →

t

21   Zn(NO3)2 →

22   KIO3 + Cl2 + KOH →

t

23   K2Cr2O7 + Cизб  →

24   Na2CrO4 + H2O2 + H2SO4 →

25   H2O2 + As2S3 + NH3 → (NH4)3AsO4 + ...

26   CuFeS2 + HNO3 → Cu(HSO4)2 + ...

27   Cr2(SO4)3 + NaBrO3 + H2SO4 →

28   K2Cr2O7 + KI + H2SO4 →

29   Cr2(SO4)3 + Br2 + KOH →

30  Cr2(SO4)3 + K2S2O8 + H2O

31   AlPO4 + Cизб →

32   PBr3 + KMnO4 + H2O →

33   H3AsO4 + KI + H2SO4 →

Ag 

34   KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 →

35   AsH3 + AgNO3 + H2O →

36   P2S3 + KMnO4 + H2O →

37   CuI + KMnO4 + H2SO4 →

38   CuBr2 + KMnO4 + H2SO4 →

39   KH2CrO3 + Cl2 + KOH →

40   K2Cr2O7 + N2O4+ H2O → K[Cr(OH)4(H2O)2] + ...

41   Fe2O3 + O2 + KOH → K2FeO4 + ...

42   Zn + K2Cr2O7 + KOH →

43   Cu2S + HNO3(конц.) → H2SO4 + ...

44   K2Cr2O7 + H2SO4(конц.) → CrO3 +

45   PbS + HNO3(разб.) → S + ...

46   Cu2O + HNO3(разб.) →

47   KClO3 + Na2SO3 →

48   H3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 →

49   FeSO4 + KClO3 + H2SO4 →

50   FeCO3 + KMnO4 + H2SO4 → CO2 + ...

51   Fe(OH)2 + NaBrO + H2O →

52   Zn + KClO3 + KOH + H2O →

53   KNO3 + Al + KOH + H2O →

54   MnO2 + O2 + KOH →

55   MnO2 + KBr + H2SO4 →

56   KMnO4 + SO2 + H2O →

t

57   Fe(CrO2)2(тв) + K2CO3(тв) + O2  →

58   KI(тв) + H2SO4(конц.) →

59   FeSO4 + Br2 + H2SO4 →

60   FeSO4 + KClO3 + H2SO4 →

61   HIO3 + H2S →

62   (NH4)2S + K2CrO4 + KOH + H2O →

63   Na3[Cr(OH)6] + Cl2 + NaOH →

64   Na2Cr2O7 + NaNO2 + H2SO4 →

65   K2Cr2O7 + K2S + H2SO4 →

66   CrCl3 + NaClO + NaOH →

67   Fe2(SO4)3 + KI →

68   NaNO2 + Cl2 + NaOH →

69   NH3 + Cl2 →

70   PH3 + KMnO4 +H2SO4 → H3PO4 +

522   При нагревании KClO3 часть ее разлагается с выделением кислорода, а часть с образованием перхлората и хлорида  калия. Определите массу и состав остатка, если при нагревании KClO3  массой

44,1 г выделился кислород массой 9,6 г.

523   Колба с хлорной водой массой 250 г выставлена на солнечный свет. Выделившийся газ собран, его объем оказался равным 0,112 дм3 (н.у.) Определите массовую долю (, \%) исхо