3.4. Контрольные вопросы

Вариант 1

1. Что называют раствором, растворителем и растворенным веществом?

2. Определите массовую долю соли в насыщенном растворе, если при 20 ⁰С коэффициент растворимости хлорида кальция составляет 74,5 г на 100 г воды.

3. Какие твердые вещества называются практически нерастворимыми?

4. Определите массу растворенного вещества в 200 мл 0,1М раствора серной кислоты.

5. Рассчитайте моляльность раствора, полученного при смешении 100 г NaOH и 300 г воды.

Вариант 2

1. Чем отличается раствор от механической смеси? От химического соединения?

2. В каком объеме воды следует растворить 50 г сульфата натрия с получением насыщенного раствора, если растворимость составляет 19,4 г на 100 г воды?

3. Какую воду называют кристаллизационной?

4. Определите эквивалентную концентрацию раствора, содержащего в 500 мл 2,8 г фосфорной кислоты.

5. Сколько граммов растворенного вещества содержится в 500мл раствора азотной кислоты с молярностью 0,2?

Вариант 3

1. Какие растворы называются насыщенными и ненасыщенными?

2. Массовая доля хлорида натрия в насыщенном растворе при 20 ⁰С составляет 26,6 %. Определите коэффициент растворимости хлорида натрия.

3. Выберите из приведенных соединений кристаллогидраты: KOH, CuSO₄·5H₂О, FeSO₄, C₆H₁₂O₆, Na₂SO₄·10H₂О.

4. Какой объем 0,5 н раствора серной кислоты можно приготовить из 20 г H₂SO₄?

5. Рассчитайте мольную долю йода в растворе, содержащем 20 г I₂ в 500 г тетрахлорида углерода ССl₄.

Вариант 4

1. По каким признакам растворы подразделяются на разбавленные и концентрированные?

2. Сколько граммов нитрата серебра необходимо растворить в 50 г воды, чтобы получить раствор с массовой долей AgNO₃, равной 10% ?

3. Что называется кристаллогидратом?

4. Определите массу CuSO₄, содержащуюся в 100 мл 0,01н раствора.

5. Рассчитайте мольную долю хлорида натрия в растворе, содержащем 50 г NaCl в 350 г воды.

Вариант 5

1. Какие факторы и как влияют на растворимость жидких и твердых веществ?

2. В 420 г воды растворено 180 г нитрата кальция. Определите массовую долю соли в растворе.

3. Что называется растворимостью и коэффициентом растворимости?

4. Определите молярную концентрацию раствора, содержащего 15 г хлорида натрия в 300 мл раствора.

5. Определите титр раствора КОН, содержащего 5 г КОН в 100 мл раствора.

3. Реакции с изменением степени окисления. Основы электрохимии

4.1. Окислительно – восстановительные реакции

Реакции, протекающие с изменением степени окисления, называются окислительно – восстановительными. Степень окисления (С.О.) – условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что оно состоит только из ионов. С.О. может иметь «+», «─» и «0» значения, которые выражаются арабскими цифрами и ставятся над элементом.

H⁺N⁺⁵O₃^─2, Cl₂ ⁰, Fe⁺³Cl₃^─

Для определения С.О. пользуются правилами:

1. С.О. атомов в простых веществах равна нулю: Н₂⁰, О₃⁰ и т.д.

2. Кислород имеет С.О. -2 во всех соединениях, кроме пероксидов (Н₂⁺¹О₂^-1, Ва⁺²О₂^-1) и фторида кислорода O⁺²F₂^-1.

3. С.О. +1 во всех соединениях имеет водород, за исключением гидридов активных металлов, в них водород имеет С.О. – 1 (Na⁺¹H^-1, Ca⁺²H₂ ^-1).

4. Атомы элементов I - III групп периодической системы, отдающие свои электроны, имеют постоянную положительную С.О., равную номеру группы.

За исключением: Cu (+1,+2), Au (+1,+2), Hg (+1,+2).

5. Атомы элементов IVА - VIIА групп могут проявлять несколько степеней окисления:

• Высшую положительную, равную номеру группы (VI А группа – S⁺⁶);

• Промежуточную, на 2 единицы меньше, чем высшая (S⁺⁴ );

• Низшую, равную разности между номером группы и число 8 (S^─2).

Исключение: N (+1,+2,+3,+4,+5, -3).

6. Атомы элементов VII А группы – галогены (кроме фтора) могут иметь в соединениях все нечетные С.О. от ─1 до +7 (─1, +1, +3,+5,+7)

7. Алгебраическая сумма С.О. всех частиц в молекуле равна нулю, а в ионе – заряду иона.

K₂⁺Cr₂⁺⁶O₇^-2, K⁺Mn⁺⁷O₄^-2

Окислением называется процесс отдачи электронов, степень окисления атома при этом повышается: Al⁰ - 3ē → Al⁺³ ;

Восстановлением называется процесс присоединения электронов, степень окисления при этом понижается: S⁰ + 2ē → S^―2;

Вещества, атомы которых присоединяют электроны, называются окислителями. В процессе реакции окислители восстанавливаются. Вещества, атомы которых отдают электроны, называются восстановителями. В реакции восстановители окисляются.

Окислителями могут быть: неметаллы в свободном состоянии (O₂⁰, N₂⁰, S⁰ и т.д.); неметаллы и металлы в высшей степени окисления (Н₂S⁺⁶О₄, HN⁺⁵O₃, K₂Cr₂⁺⁶O₇ и т.д.). Восстановителями могут быть: металлы и водород в свободном состоянии (Н₂⁰, Al⁰, Mg⁰ и т.д.); металлы и неметаллы в низшей степени окисления (N^—3H₃ , Sn⁺²Cl₂ , HCl^―1 и т.д.).

Вещества, в состав которых входит элемент в промежуточной степени окисления, проявляют окислительно-восстановительную двойственность: по отношению к окислителю они являются восстановителями, а по отношению к восстановителям – окислителями.

ОВР - это единство 2-х противоположных процессов – окисления и восстановления. Число электронов, которое отдает восстановитель, равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. На этом основан способ подбора коэффициентов в ОВР методом электронного баланса.

Различают три основных типа окислительно- восстановительных реакций:

1. Межмолекулярные ОВР – это реакции, которые протекают с изменением степени окисления атомов в молекулах разных веществ:

2Ca⁰ + O₂⁰ → 2Ca⁺²O^―2

2. Внутримолекулярные ОВР – это реакции, которые протекают с изменением степени окисления разных атомов в одной молекуле:

2Hg⁺²O^―2 → 2Hg⁰ + O₂⁰

3. Реакции диспропорционирования – это реакции, протекающие с изменением степени окисления одинаковых атомов в молекуле одного и того же вещества:

Cl₂⁰ + H₂O → HCl^― + HCl⁺¹O

Межмолекулярные ОВР уравниваются слева направо, а внутримолекулярные и диспропорционирования – справа налево.

Основные этапы составления уравнения методом электронного баланса рассмотрим на примере реакции

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

1. Определяем элементы, атомы которых изменяют степень окисления:

Na₂⁺¹S⁺⁴O₃^―2 + K⁺¹Mn⁺⁷O₄^―2 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^―2 →

→ Na₂⁺¹S⁺⁶O₄^―2 + Mn⁺²S⁺⁶O₄^―2 + K₂⁺¹S⁺⁶O₄^―2 + H₂⁺¹O^―2

2. Находим окислитель и восстановитель в данной реакции и записываем отдельно электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

S⁺⁴ – 2 ē → S⁺⁶ (окисление)

Mn⁺⁷ + 5 ē → Mn⁺² (восстановление)

Степень окисления серы повысилась от +4 до +6, следовательно, Na₂SO₃ – восстановитель и в процессе реакции окисляется. Степень окисления марганца понижается от +7 до +2, следовательно, KMnO₄ – окислитель и в процессе реакции восстанавливается.

3 . Для числа отданных и принятых электронов находим наименьшее общее кратное и определяем основные коэффициенты:

S⁺⁴ – 2 ē → S⁺⁶ 2 5 (окисление 10 ē)

10

Mn⁺⁷ + 5 ē → Mn⁺² 5 2 (восстановление 10 ē)

Наименьшее общее кратное – число 10. Разделив это число на 2, получаем коэффициент 5 при восстановителе Na₂SO₃, а разделив 10 на 5, получаем коэффициент 2 при окислителе KMnO₄.

4. Переносим основные коэффициенты в молекулярное уравнение ОВР:

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

5. Сопоставляя левые и правые части уравнения, находим коэффициенты для остальных участников реакции в следующем порядке: сначала уравниваем число атомов металлов, далее – число атомов неметаллов (кроме водорода); в последнюю очередь уравнивается число атомов водорода. Окончательно уравнение будет иметь вид:

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

Для проверки правильности подобранных коэффициентов подсчитываем баланс атомов кислорода в левой и правой частях уравнения.

Если число элементов, атомы которых изменяют степени окисления, больше двух, то определяют общее число электронов, отдаваемых восстановителем, и общее число электронов, принимаемых окислителем.

Рассмотрим реакцию:

FeS + O₂ → Fe₂O₃ + SO₂

1. Определяем элементы, атомы которых изменяют степень окисления:

Fe⁺²S^―2 + O₂⁰ → Fe₂⁺³O₃^―2 + S⁺⁴O₂^―2

2. Находим окислитель и восстановитель в данной реакции и записываем отдельно электронные уравнения процессов окисления и восстановления:

Fe⁺² – 1 ē → Fe⁺³ (окисление)

S^―2 – 6 ē → S⁺⁴ (окисление)

2O⁰ + 4 ē → 2O^―2 (восстановление)

Степень окисления серы повысилась от - 2 до +4, а железа от +2 до +3, следовательно, FeS – восстановитель и в процессе реакции окисляется. Степень окисления кислорода понижается от 0 до -2, следовательно, О₂ – окислитель и в процессе реакции восстанавливается.

3 . Для общего числа отданных атомами железа и серы электронов (7ē) и принятых кислородом электронов (4ē) находим наименьшее общее кратное (28) и определяем основные коэффициенты:

Fe⁺² – 1 ē → Fe⁺³ 7 4

S^―2 – 6 ē → S⁺⁴ 28

2O⁰ + 4 ē → 2O^―2 4 7

4. Окончательное уравнение ОВР будет иметь вид:

4FeS + 7O₂ → 2Fe₂O₃ + 4SO₂