20.2. Приклади розвязування типових задач

Задача 1. Визначіть продукти реакції, підберіть коефіцієнти в рівнянні і визначте Е.Р.С. реакції

Розв’язок. У складі гексагідроксохроміту – Cr⁺³ у лужному середовищі буде виступати відновником, а бром – окисником, тоді, застосувавши іонно-електронний метод, слід записати:

[Cr(OH)₆ ]^3-+ 2OH^- - 3 CrO₄^2- + 4H₂O 2 E⁰= -0,13 B

+ 2 2 Br^- 3 E⁰= 1,065 B

2[Cr(OH)₆]^3- + 3Br₂ + 4OH^- = 2 Cr₄^2- + 8H₂O ₊ 6 Br^-

таким чином, у продуктах реакції: вода, бромід натрію, хромат натрію. Рівняння має молекулярний вид:

2 Na₃[Cr(OH)₆] + 3 Br₂ + 4NaOH  2 Na₂CrО₄ + 6 NaBr + 8 H₂O

ЕРС = Е_ок. – Е _відн. = 1,065 – (-0,13) = 1,195 В.

Задача 2. Допишіть рівняння реакцій, підберіть коефіцієнти і розрахуйте масу 10% розчину HCl, необхідну для виділення 44,8 л (н.у.) Cl₂ у реакціях, зазначених нижче:

а) KMnО₄ + HCl  Cl₂ ....

б) K₂Cr₂O₇ + HCl  Cl₂ ...

Розв’язок. Підберемо коефіцієнти в цих рівняннях, використовуючи іонно-електронний метод:

а) ;

MnO₄^- + 8H⁺ + 5Mn²⁺ + 4H₂O 2

2Cl^- - 2 5

2MnO₄^- + 16H⁺ + 10 Cl^- = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5Cl₂

б)

^2- +14H⁺ + 62Cr³⁺ + 7H₂O

2Cl^- -2  3

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6Cl^- = 2Cr³⁺ +7H₂O + 3Cl₂

З формули  .

У випадку а) знаходимо по рівнянню: 6,4 моль, відкіля.

У випадку б) знаходимо по рівнянню: 9,3 моль, відкіля.

Задача3. Здійсніть перетворення:

Cr₂O₃  K₂CrО₄  K₂Cr₂O₇  Cr₂(SO₄)₃K₃[Cr(OH)₆]

Розвязок.

1. 

Сr₂O₃ + 5H₂O - 6 2Cr₄^2- + 10H⁺ 5

MnO₄^- + 8H⁺ + 5 Mn²⁺ + 4H₂O 6

5Cr₂O₃ + H₂O+6MnO^- = 10CrO₄^- + 2H⁺ +6Mn²⁺

2. 

3)

Cr₂O₇^2- +14H⁺ +6  2Cr³⁺ +7H₂O

2I^- - 2 3

Cr₂O₇^2- + 14H⁺+2I^- = 2Cr³⁺ + 7H₂O + 7H₂O + 3I₂

4)

2Cr³⁺ + 12OH^-  2[Cr(OH)₆]^3-

20.3. Задачі для самостійного рішення: 1084, 1096, 1097

20.4. Лабораторна робота

Необхідні прилади, устаткування, реактиви: Розчини концентрованих і розведених кислот: HCl, H₂SO₄, HNO₃, розчини NaOH, бромної води, 3% розчин H₂O₂, розчини K₂Cr₂O₇, Na₂S, NH₄SCN, Na₂SO₃, AgNO₃, оксиди MnО₂, Cr₂O₃, сухі солі Mn₂O₄, (NH₄)₂S₂O₈.

Дослід 1. Одержання марганцю розкладанням його оксалату

У суху пробірку насипають приблизно 1 г оксалату марганцю MnС₂O₄ і нагрівають, зрідка струшуючи пробірку. Відзначають колір отриманого порошку марганцю. Складають рівняння реакції.

У висновку вкажіть: до якого типу відноситься дана реакція?

Дослід 2. Взаємодія хрому і марганцю з кислотами

У 6 пробірок наливають кислоти: HCl, H₂SO₄, HNO₃ концентровані і розведені. У кожну з них шпателем вносять необхідну кількість порошку марганцю. Спостерігають виділення газів. Складають рівняння реакцій. Аналогічний дослід проводять із хромом.

У висновках укажіть:

• Від чого залежить продукт відновлення кислоти?

• У якому випадку відбувається пасивація металу?

Дослід 3. Одержання гідроксидів Cr(OH)₃ і Mn(OH)₂ і вивчення їхніх властивостей

а) до 1 мл розчину солі хрому (3+) доливають ½ мл розчину лугу. Відзначають колір малорозчинного гідроксиду хрому. Записують рівняння реакції. Випробують відношення Cr(OH)₃ до кислоти, надлишку лугу, розчину аміаку. Відзначають забарвлення розчинів. Складають рівняння реакцій.

У висновку вкажіть:

• У якому випадку Cr(OH)₃ не розчинився?

• Який кислотно-основний характер гідроксиду хрому (3+)?

б) до 1 мл розчину солі марганцю (2+) доливають рівний обєм NaOH. До отриманого осаду гідроксиду марганцю (2+) додають 2 мл Br₂ -бромної води. Відзначають колір осаду, записують рівняння реакції окислювання-відновлення.

У висновку вкажіть: які властивості Mn(OH)₂ ілюструє дана окисно-відновна реакція ?

Дослід 4. Каталітичні властивості оксидів Cr₂O₃ і MnО₂

а) каталітичні властивості Cr₂O₃ (Дослід проводять під тягою!)

На керамічну чашку наносять декілька крапель нафти. Поверхню крапель засипають Cr₂O₃. Тліючою трісочкою доторкаються до каталізатора, що стикається з нафтою. Спостерігають горіння нафти без полумя.

б) каталітичні властивості MnО₂

У дві пробірки наливають Н₂О₂. В одну з них додають шпателем незначну кількість MnО₂. Потім у кожну з пробірок вносять тліючу трісочку. Записують рівняння реакції розкладання перекису водню.

У висновку вкажіть: яку роль відіграє MnО₂ у даній реакції ?

Дослід 5. Окисно-відновні властивості сполук Cr і Mn

а) відновні властивості солей хрому (3+)

До 1 мл солі хрому (3+) доливають надлишок КОН до розчинення випадаючого спочатку осаду й утворення K₃[Cr(OH)₆]. Потім додають декілька крапель 3% розчину Н₂О₂. Нагрівають суміш у склянці з гарячою водою до переходу зеленого кольору в жовтий, що вказує на утворення в розчині хромата калію K₂CrО₄.

б) окисні властивості хроматів

Розчин хромата калію наливають у 4 пробірки (по 1мл) підкислюють розчином 2н. H₂SO₄. У першу пробірку вносять по краплях розчин сульфіду натрію до зміни забарвлення суміші. Відзначають помутніння розчину. В другу пробірку додають йодид калію. Визначають за допомогою розчину крохмалю виділення вільного йоду. У третю додають розчин сульфату заліза (2+), а потім NH₄SCN. Відзначають характерне забарвлення. У четверту – Na₂SO₃ до зміни кольору розчину. Записують рівняння чотирьох реакцій, підбираючи коефіцієнти методом напівреакцій.

У висновку вкажіть:

- До якого ступеня окиснення відновлюється хром (6+) ?

- Чому напівреакція відновлення в чотирьох розглянутих вище випадках однакова ?

в) окиснення солі марганцю (2+) пероксодисульфатом амонію

У пробірку до 1/3 обєму наливають воду, додають 3-4 кристалика (NH₄)₂S₂O₈ і 3-4 краплі розчину каталізатора AgNO₃. Нагрівають суміш до кипіння і додають краплю розчину сульфату марганцю. Відзначають забарвлення розчину і записують рівняння реакції (утворюється марганцева кислота).

г) окисно-відновна подвійність MnО₂

У пробірку поміщають 1 мікрошпатель оксиду марганцю (4+) і 2-3 краплі концентрованої соляної кислоти. По запаху і кольору визначають, який газ виділяється? Записують рівняння реакції. У тигель кладуть невеликий шматочок NaOH (пінцетом) і кристалічний нітрат калію. Тигель обережно нагрівають до розплавлення суміші і додають мінімальну кількість MnО₂, продовжуючи нагрівання, поки маса не загустіє.

Записують рівняння реакцій, з урахуванням того, що MnО₂ окиснюється до Na₂MnО₄.

У висновках укажіть: у якому випадку MnО₂ -окисник, у якому – відновник і чому ?

Дослід 6. Одержання хромових покриттів (електролітичне хромування) (елементи НДРС)

Установка для гальванічного покриття складається з хімічної склянки (1), ебонітової покришки з трьома клемами (2), сталевого катода (3), активного металевого анода (4), рубильника (5), реостата (6), амперметра (7).

Рис. 5. Схема установки для гальванічного покриття

Мідну пластинку ретельно полірують крейдою і промивають струменем води. Закріплюють її в кришці електролізера і приєднують до негативного полюса джерела постійного струму (катоду), а до іншої клеми (+) приєднують свинцеву пластинку – анод. Наливають електроліт: у 200 мл – 50г CrО₃ і 10 крапель 96% H₂SO₄. Электролізер закривають, ставлять у гарячу воду (50⁰С). По досягненню необхідної температури встановлюють реостат (мал. 4) на повний опір R, досягаючи сили струму I=5A. Через 5 хвилин знижують I до 2,5А. Робоча напруга складає 6-8 В. Електроліз проводять протягом 15-20 хвилин, після чого розмикають ланцюг і розглядають шар хрому, що утворився.