Химия. Решебник

Значению константы равновесия 3) Кр Cl2 2 H2O 2 соответствует реак-

HCl4 O2

цияА) 4HClг O2 г 2Cl2 г 2H2O г .

Решение

Экзотермическими называют реакции, протекающие с выделением теплоты. Такими являются реакции, в которых Q>0, то есть:

А) С + O2 = СO2 + Q и Г) H2 + Cl2 = 2HCl + Q.

Задание 16. Термохимическое уравнение реакции имеет следующий вид: CO (г) + 1/2О2 (г) ↔CO2 (г) + 282 кДж

Найти количество выделившейся теплоты в кДж (записать число с точностью до целых), если в реакцию вступило 56 л О2 (н.у.).

Ответ: 1410 кДж.

Решение

Согласно уравнению реакции, при взаимодействии 0,5 моль О2 выделяется 282 кДж теплоты. По условию задачи имеем 56 л О2, т. е. можем посчитать ко-

личество вещества: ν 2256,4 2,5 моль кислорода.

Очевидно, что привступлении 56 л кислорода в реакцию выделится

Q 2,5 282 1410 кДж.

0,5

21

III.ЭЛЕКТРОЛИЗ

ИОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Задание 1. Продуктами электролиза водного раствора сульфата ртути (II) на инертных электродах являются:

Решение

Сульфат ртути (II) – HgSO4. Необходимо вспомнить, каким образом проходит электролиз соли, образованной металлом, стоящим в ряду активности после водорода и кислородсодержащим кислотным остатком на инертных электродах.

Ряд активности металлов имеет следующий вид:

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi,Cu,Hg, Ag,Pd,Pt.

Катодный процесс К(–): Hg2+ + 2е– →Hg; анодный процесс A(+): 2H2O – 4 е– →O2 + 4Н+.

Остающиеся в растворе ионы водорода и сульфат-ионы дают H2SO4, суммарно процесс электролиза записываем:

2HgSO4 + 2H2O(электролиз) → 2Hg + 2H2SO4 +O2.

Задание 2. При электролизе раствора йодида натрия у катода окраска лакмуса в растворе ________.

Ответ: синяя.

Решение

Катодный процесс К(–) будет иметь вид: 2H+ + 2е– → Н2; анодный процесс A(+) будет иметь вид: 2I– – 2е– →I2.

Возле катода будет избыток гидроксид-ионов (ОН–), следовательно, среда будет основная, в которой окраска лакмуса будет синей.

Задание 3. Какой объем газа выделится (при н.у.) на аноде при электролизе расплава хлорида калия, если на катоде выделяется 11,7 г металла?

1) 11,2; 2) 3,36; 3) 16,8; 4) 22,4.

Ответ: 2) 3,36.

Решение

Электролиз расплава хлорида калия:

2KCl → 2K + Cl2↑.

М(К) = 39 г/моль.

22

ν(K) = 11,7/39 = 0,3 моль; ν(Cl2) = ν/2(K) = 0,3/2 = 0,15 моль. V(Cl2) = 22,4·0,15 = 3,36 л.

Задание 4. Сумма коэффициентов в левой части уравнения реакции

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O равна __________.

Ответ: 11.

Решение

Расставим степени окисления и коэффициенты в уравнении, составив электронный баланс:

Cuо +HN+5O3 →Cu+2(N+5O3)2 +N+2O +H2O. Cuо – 6e– → 3Cu+2 (Cuо – восстановитель окисляется);

2N+5 +6e- → 2N+2 (N+5 – окислитель восстанавливается).

Каждые три атома меди отдают шесть электронов, которые принимаются двумя атомами азота в степени окисления +5. Кроме этого, имеются нитратионы, в которых степени окисления азота не меняются. С учетом изложенного уравнение будет иметь вид:

3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

Сумма коэффициентов в левой части уравнения реакции равна 11.

Задание 5. Масса дихромата калия (в присутствии серной кислоты), необходимая для окисления 14 г железа равна ____ г. Запишите число с точностью до сотых.

Ответ: 36,75.

Решение

Приняв во внимание, что хром в кислых средах с Cr+6 переходит в Cr+3, расставим степени окисления, и расставим коэффициенты в уравнении, составив электронный баланс.

Feо + K2Cr+62O7 + H2SO4 → Fe+32(SO4)3 + K2SO4 + Cr+32(SO4)3 + H2O. 2Cr+6 + 6e- → 2 Cr+3 (Cr+6 – окислитель, процесс восстановления); 2Feо – 6e– → 2Fe+3 (Feо – восстановитель, процесс окисления).

Каждые два атома железа отдают 6 электронов, которые будут приниматься двумя атомамихрома в степени окисления +6.

Поэтому расставим коэффициенты:

2Feо +K2Cr2O7 + 7H2SO4 →Fe2(SO4)3 +K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O.

Число молей железа равно:

ν = 14/56 = 0,25 моль.

23

По уравнению реакции на каждые 2 моля Fe в реакцию вступает 1 моль K2Cr2O7, то есть

Молярная масса дихромата калия равна 294 г/моль, тогда масса будет равна 294·0,125 = 36,75 г.

Задание 6. При проведении электролиза расплава хлорида неизвестного металла, дающего трехзарядный катион, на аноде выделилось 1,344 л газа (н.у.), а на катоде 1,08 г металла. Определить неизвестный металл (в ответе

Ответ: 3) 133,5.

Решение

Электролиз расплава хлорида трехвалентного металла имеет вид: 2МеCl3 → 2Ме + 3Cl2↑;

ν(Cl2) = 1,344/22,4 = 0,06 моль; ν(Ме) = 2/3 ν(Cl2) = 2·0,06/3 = 0,04 моль; М(Ме) = 1,08/0,04 = 27 г/моль.

Трехвалентный металл – алюминий, значит молярная масса хлорида трехвалентного металла (AlCl3) будет равнаМ(AlCl3) = 133,5 г/моль.

Задание 7. 400 мл раствора с массовой долей КOH 12 % (ρ = 1,11 г/мл) подвергли электролизу, в результате которого на аноде выделилось 26,88 л газа (н.у.). Какова массовая доля (%) вещества, находящегося в растворе после электролиза. (Массовую долю в ответе указать с точностью до десятых).

1) 13,3; 2) 15,6; 3) 18,4; 4) 14,1.

Ответ: 1) 13,3.

Решение

m(раствора КOH) = 400 · 1,11 = 444 г; m(КOH) = 444 · 12/100 = 53,28 г.

Электролизводногораствора гидроксида калия синертными электродами: катодный процесс К(–): 2Н+ + 2е- → Н2;

анодный процесс A(+): 2H2O - 4е- →O2↑+ 4Н+. Процесс электролиза сводится к разложению воды:

2H2O(электролиз) → 2H2↑ +O2↑; ν(O2) =26,88/22,4 = 1,2 моль;

24

М(O2) = 32 г/моль; m(O2) = 32 ·1,2 = 38,4 г;

ν(H2) = 2 ν(O2) = 2 ·1,2 = 2,4 моль; М(H2) = 2 г/моль;

m(H2) = 2 · 2,4 = 4,8 г;

m(раствора КOH после электролиза) = 444 – (38,4 + 4,8) = 400,8 г; ω(раствора КOH после электролиза) = 53,28 · 100/400,8 = 13,3 %.

Задание 8. Сколько граммов перманганата калия потребуется для реакции с хлористоводородной кислотой, если полученный хлор, при пропускании че-

Решение

2KMnO4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O; Cl2 + 2NaBr = 2NaCl +Br2;

М(Br2) = 160 г/моль; (Br2) = 40/160 = 0,25 моль; ν(Cl2) =ν(Br2) = 0,25 моль; М(KMnO4) = 158 г/моль;

ν(KMnO4) = 2/5 ν(Cl2) = 2 · 0,25/5 = 0,1 моль; m(KMnO4) = 158·0,1 = 15,8 г.

Задание 9. В разбавленной азотной кислоте растворили 3 моля магния. Какова масса азотной кислоты, которая была израсходована только на процесс окисления магния, если одним из продуктов реакции является азот?

1) 40,8; 2) 22,6; 3) 31,5; 4) 75,6.

Ответ: 4) 75,6.

Решение

12HN+5O3 + 5Mg0 = 5Mg2+(N+5O3)2 +N20↑ + 6H2O; 2N+5 + 10e– = 2N0;

5Mg0 – 2e– = 5Mg2+.

Из уравнения реакции и электронного баланса видно, что 5 атомов магния (восстановитель) отдают 10 электронов, которые принимаются двумя атомами азота в азотной кислоте в степени окисления +5. При этом из каждых двух молей

25

азотной кислоты, участвующих в окислении, образуется одна моль газообразного азота, остальные 10 молей HNO3 участвуют в реакции обмена.

Для процесса окисления-восстановления можно написать: 2HN+5O3 + 5Mg0 → 5Mg2+ +N20↑ + 2H+.

Тогда количество молей HNO3, взаимодействующих с тремя молями магния, будет:

ν(HNO3) = 2 · 3/5 = 1,2 моль; М(HNO3) = 63 г/моль; m(HNO3) = 1,2 ·63 = 75,6 г.

Задание 10. При электролизе водных растворов, содержащих смесь катионов Fe2+, Ag+, Cо2+ и К+, раньше восстанавливаются на катоде катионы

_______. Запишите название металла в родительном падеже.

Ответ: серебра.

Решение

Металлыврядуактивностирасположенывпорядкеубыванияихактивности: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi,

Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Чем правее расположен металл в этом ряду, тем он менее активен и легче восстанавливается на катоде. Следовательно, при электролизе водных растворов, содержащих смесь катионов Fe2+, Ag+, Cо2+ и К+ раньше других восстанавливаются на катоде катионы серебра, которые находятся правее остальных.

Задание 11. Вычислить объём в литрах газа, выделяющегося на аноде при электролизе водного раствора гидроксида кальция с инертными электродами, если накатоде выделился газ объемом 67,2 л (при н.у.).

1) 16,8; 2) 11,2; 3) 33,6; 4) 5,6.

Ответ: 3) 33,6.

Решение

Электролизводногорастворагидроксидакальциясинертнымиэлектродами: катодный процесс К(–): 2Н+ + 2е– → Н2;

анодный процесс A(+): 2H2O – 4 е– →O2 + 4Н+. Процесс электролиза сводится к разложению воды:

2H2O(электролиз) → 2H2↑ +O2↑; ν(H2) = 67,2/22,4 = 3 моль; ν(O2) =ν(H2)/2 = 3/2 = 1,5 моль; V(O2) = 22,4 ·1,5 = 33,6 л.

26

Задание 12. Какая масса (в граммах) гидроксида лития образуется в растворе при электролизе водного раствора хлорида лития с инертными электродами, если на аноде выделяется 10,08 л газа (н.у.)?

1) 24; 2) 46; 3) 19; 4) 21,6.

Ответ: 4) 21,6.

Решение

Электролиз водного раствора хлорида лития с инертными электродами: катодный процесс К(–): 2Н+ + 2е– → Н2;

анодный процесс A(+): 2Cl– – 2е– →Cl2. Cуммарный процесс электролиза:

2LiCl + 2H2O (электролиз) →H2↑ +Cl2↑ + 2LiOH; ν(Cl2) = 10,08/22,4 = 0,45 моль;

ν(LiOH) = 2ν(Cl2) = 0,45·0,45 = 0,9 моль; М(LiOH) = 24 г/моль; m(LiOH) = 24·0,9 = 21,6 г.

Задание 13. Определить массу (в граммах) азотной кислоты, образующейся в растворе при электролизе водного раствора нитрата меди с инертными элек-

Ответ: 3) 15,75.

Решение

Электролиз водного раствора нитрата меди с инертными электродами: катодный процесс К(–): Cu 2+ + 2е– →Cu.

анодный процесс A(+): 2H2O – 4 е– →O2 + 4Н+. Суммарный процесс электролиза:

2Cu(NO3)2 + 2H2O (электролиз) → 2Cu +O2↑ + 4HNO3; М(Cu) = 64 г/моль;

ν(Cu) = 8/64 = 0,125 моль; ν(HΝO3) = 2ν(Cu) = 0,125·2 = 0,25 моль;

М(HNO3) = 63 г/моль; m(HNO3) = 0,25·63 = 15,75 г.

Задание 14. Какая масса газа выделится на аноде (в граммах) при полном электролизе 320 г 10 %-ного водного раствора сульфата меди?

1) 3,2; 2) 12,8; 3) 19,2; 4) 25,6.

Ответ: 1) 3,2.

27

Решение

Электролиз водного раствора сульфата меди с инертными электродами: катодный процесс К(–): Cu2+ + 2е– →Cu;

анодный процесс A(+): 2H2O – 4 е– →O2 + 4Н+. Cуммарный процесс электролиза:

2CuSO4 + 2H2O (электролиз) → 2Cu +O2↑ + 2H2SO4; m(CuSO4) = 320 ·10/100 = 32 г;

М(CuSO4) = 160 г/моль; ν(CuSO4) = 32/160 = 0,2 моль; ν(O2) =ν(CuSO4)/2 = 0,1 моль;

М(O2) = 32 г/моль; m(O2) = 0,1·32 = 3,2 г.

Задание 15. При погружении в раствор нитрата серебра медной пластинки массой 120 г произошло полное вытеснение серебра. При этом масса пластин-

Ответ: 2) 6,48.

Решение

2AgNO3 +Cu → 2Cu(NO3)2 + 2Ag↓.

Масса медной пластинки после выделения серебра будет: m(Cu) = 120 ·103,8/100 = 124,56 г;

М(Cu) = 64 г/моль; М(Ag) = 108 г/моль.

Из уравнения реакции видно, что при растворении 1 моля Cu (64 г), выделяется 2 моля серебра (216 г). При этом масса пластинки увеличивается на:

Δm = 216 – 64 = 152 г.

По условию задачи Δm = 124,56 – 120 = 4,56 г. Тогда можно составить пропорцию:

216 г Ag увеличивают массу пластинки на 152 г; х г Ag увеличивают массу пластинки на 4,56 г;

x 216 4,56 6,48 г .

152

28

IV. ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Задание 1. Через избыток раствора йодида натрия пропущено 100 мл газовой смеси, используемой для получения хлороводорода. При этом выделилось 0,762 г йода. Какую массу хлороводорода можно было бы получить из

Ответ: 2) 0,219 г.

Решение

Протекающие реакции:

2NаI +Cl2 = 2NaCl +I2,; H2 +Cl2 = 2HCl; M(I2) = 254 г/моль;

ν((I2) = 0,762/254 = 0,003 моль; M(НCl) = 36,5 г/моль; ν((I2) =ν(Cl2) = 0,003 моль; ν(HCl) = 2ν(Cl2) = 0,006 моль; m(HCl) = 36,5·0,006 = 0,219 г.

Решение

Азот превращается в аммиак по реакции N2 + 3H2 ↔ 2NH3. Далее протекает реакция

NH3 +HNO3 →NH4NO3.

Задание 3. Какая соль и какой массы образуется при пропускании 0,0896 л (н.у.) оксида углерода (IV) через раствор, содержащий 1,48 г гидроксида кальция? (ответ округлите до сотых).

Решение

ν(СО2) = 0,0896/22,4 = 0,04 моль; M(Са(ОН)2) = 74 г/моль; ν(Са(ОН)2) = 1,48/74 = 0,02 моль.

29

Протекающая реакция:

Са(ОН)2 + H2O + 2СО2 = Са(НСО3)2. Из стехиометрии реакции видно, что:

ν(Са(НСО3)2) =ν(Са(ОН)2) = 0,02 моль; M(Са(НСО3)2) = 162 г/моль; m(Са(НСО3)2) = 0,02·162 = 3,24 г.

Задание 4. Количество вещества оксида меди, образовавшегося при нагревании осадка, полученного сливанием растворов, содержащих 0,5 моль

Ответ: 1) 0,5 моль.

Решение

Протекающие реакции:

CuSO4 + 2КОН = Cu(ОН)2↓ + К2SO4;

Cu(ОН)2 =CuО + Н2О;

M(CuSO4) = 160 г/моль;

M(КОН) = 56 г/моль;

M(CuO) = 80 г/моль.

Найдем избыток и недостаток реагирующих веществ в первой реакции с учетом стехиометрических коэффициентов, и расчет поведем по веществу, находящемуся в недостатке.

Сульфат меди находится в недостатке, расчет ведем по нему. ν(CuSO4) =ν(Cu(ОН)2) =ν(CuО) = 0,5 моль.

Задание 5. 200 г раствора, содержащего равные массы фторида и хлорида одного и того же металла, обработали избытком раствора нитрата серебра. Образовавшийся осадок выделили, промыли и взвесили. Его масса оказалась равной 28,7 г. Вычислить массовые доли солей в исходном растворе, если извест-

Ответ: 1) 5,85.

Решение

В фиолетовый цвет пламя окрашивают соли калия.

30