10.2. Приклади рішення типових задач

Задача 1. Складіть рівняння розчинення дисульфіду заліза (2+) у концентрованій нітратній (азотній) кислоті, використовуючи метод електронного балансу.

Розв’язок.

• Нітроген, що має максимальний ступінь окиснення в нітратній кислоті +5, є окисником. Приєднуючи електрон, він зменшує ступінь окиснення до +4 (NO₂).

• Залізо (2+) і сірка (формальна ступінь окиснення -1), знаходячись у проміжних ступенях окиснення, є відновниками. Віддаючи електрони, вони підвищують ступені окиснення до +3 і +6 відповідно, утворюючи іон заліза (3+) і сульфатну (сірчану) кислоту.

• З огляду на те, що вся молекула FeS₂ віддає електрони, необхідно в електронній схемі враховувати молярне співвідношення заліза і сірки, тобто Fe :S = 1:2.

  Складаємо електронні рівняння процесів відновлення й окислення:

  + e  15 - e  2- 14 e 2

• При складанні молекулярного рівняння враховуємо, що азотна кислота, крім окислюючих властивостей, виявляє властивості кислоти, утворюючи сіль Fe(NO₃)₃:

FeS₂ + 18 HNO₃  Fe(NO₃)₃ + 2 H₂SO₄ + 15 NO₂ + 7 H₂O.

• Зрівнюючи число атомів нітрогену, необхідно пам'ятати, що в правій частині рівняння нітроген міститься в двох речовинах: Fe(NO₃)₃ і NO₂. Коефіцієнт 15 ставимо перед NO₂, тому що саме NO₂ – продукт відновлення нітратної кислоти. Перед формулою HNO₃ у лівій частині ставимо коефіцієнт 18 (з урахуванням трьох атомів нітрогену у формулі Fe(NO₃)₃).

Задача 2. Запишіть рівняння реакції взаємодії ферум(2+) сульфату з калій біхроматом в сірчанокислому середовищі, використовуючи метод напівреакцій, і обчисліть ЕРС реакції.

Розв’язок. Виконуємо послідовно наступні дії. Встановлюємо, що в наведеній реакції К₂Сr₂O₇ – окисник; FeSO₄ – відновник; Н₂SO₄ – середовище. Записуємо рівняння відновлення в іонно-молекулярному виді: Сr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e  2Cr³⁺ + 7H₂O, з огляду на те, що у водному розчині можуть брати участь у реакції Н⁺,ОН^-, Н₂О.

У даній реакції для зв'язування семи атомів оксигену, що входять до складу Сr₂O₇^2-, необхідні 14 іонів H⁺, і тоді утворяться сім молекул H₂O. Перевіряємо матеріальний баланс по оксигену і, нарешті, додаємо шість електронів, щоб сумарний заряд вихідних речовин і продуктів був однаковий.

Записуємо рівняння окиснення: Fe²⁺ -e  Fe³⁺.

Множимо кожен член рівняння окиснення на шість (кількість відданих і прийнятих електронів повинна бути однаковою) і підсумовуємо обидва рівняння:

Сr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e  2Cr³⁺ + 7H₂O |1

Fe²⁺ -e  Fe³⁺ |6

Сr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6 Fe²⁺ = 2Cr³⁺ + 7H₂O +6 Fe³⁺

У результаті одержуємо іонно-молекулярне рівняння ОВР.

Записуємо молекулярне рівняння, з огляду на те, що для зв'язування катіонів варто використовувати аніон сульфатної кислоти:

К₂Сr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄  Сr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O.

Розраховуємо Е.Р.С.: = Е⁰_ок - Е⁰_відн = 1,333 – 0,771 = 0,562 (В).

Задача 3.Запишіть реакції окиснення фосфіну до фосфат-аніона в кислому, нейтральному і лужному середовищах.

Розв’язок.

• нейтральне і кисле середовище: РН₃ + 4Н₂О – 8е  Н₃РО₄ + 8Н⁺

• лужне середовище: РН₃ + 11ОН^- -8е  РО₄^3- + 7Н₂О.