Zadachi_po_khimii

42

Равновесная концентрация [OH−] вычисляется по формуле: [OH− ] = KГ1C , а рН раствора соли заданной концентрации pH = pKW + lg K Г1C = 14 − 3 = 11.

Задачи

161.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионными уравнениями:

162.Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, протекающих в растворах между следующими веществами:

163.К каждому из веществ: KCl, H2SO4, Sn(OH)2, NaHCO3 при-

бавили раствор NaOH. Выразите происходящие реакции молекулярными и ионными уравнениями.

164.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионными уравнениями:

165.Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, протекающих в растворах между следующими веществами:

166.К каждому из веществ: Fe2(SO4)3, Mg(OH)2, Cr2(SO4)3 прибавили избыток раствора KOH. Выразите происходящие реакции молекулярными и ионными уравнениями.

167.К каждому из веществ: Ca(HCO3)2, NaHCO3, H2S, Cu(NO3)2

прибавили раствор Ca(OH)2. Выразите происходящие реакции молекулярными и ионными уравнениями.

168.Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, про-

текающих в растворах между следующими веществами:

43

169.Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионными уравнениями:

170.К каждому из веществ: Na2SiO3, Ba(OH)2, MgCO3, Cu(OH)2

прибавили раствор H2SO4. Выразите происходящие реакции молекулярными и ионными уравнениями.

171.Какие из этих солей подвергаются гидролизу: KCl, Na2S, CuSO4, NaBr, ZnCl2? Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей. Определите константу гидролиза Na2S по первой ступени

172.Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза

следующих солей: NiCl2, ZnSO4, K2S. Какое значение pH (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей? Определить константу гидролиза К2S по первой ступени

173.Какие из этих солей подвергаются гидролизу: Fe2(SO4)3, K2SO4, Zn(NO3)2, NaNO3, K2CO3? Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей. Определить константу гидролиза K2CO3 по первой ступени.

174.Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза:

а) в результате которого образуется кислая соль; б) в результате которого образуется основная соль.

175.Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза

следующих солей: NiSO4, Na2S, AlCl3. Какое значение pH (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?

176.Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза соли, раствор которой имеет:

177.Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза

следующих солей: CrCl3, CH3COONa, Fe2(SO4)3. Больше или меньше 7 значение pH растворов этих солей? Определить

константу гидролиза CH3COONa и рН 0,001 М раствора этой соли.

44

178.Какие из этих солей подвергаются гидролизу: NaCl,

HCOOK, K2SO3, NaNO3, Rb2S? Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей. Определить рН 0,1 М раствора формиата (муравьинокислого) калия.

179.Какие из этих солей подвергаются гидролизу: AlBr3, BaCl2, Mg(NO3)2, Na2SiO3, KNO3? Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.

180.При смешивании раствора Cr(NO3)3 c раствором Na2CO3 получается осадок тригидроксида хрома Cr(OH)3 и выделяется CO2. Составьте молекулярное и ионное уравнения совместного гидролиза указанных солей.

Тема 10. Окислительно-восстановительные реакции и редокс-потенциалы

Пример 1. Окислительно-восстановительная реакция выражается следующей схемой:

SnCl2+KMnO4+H2SO4→SnCl4+Sn(SO4)2+KCl+MnSO4+H2O;

Для данной реакции:

а) определите для всех элементов степени окисления; б) выберите окислитель и восстановитель; в) составьте уравнения окисления и восстановления;

г) найдите наименьшее общее кратное для количества электронов и запишите стехиометрическое уравнение реакции в молекулярной форме.

Решение. а) Степень окисления элемента в соединении определяется, исходя из того, что сумма степеней окисления всех атомов равна 0, так как молекула нейтральна. Высшая степень окисления элемента обычно равна номеру группы и имеет знак «+», низшая определяется из уравнения: № группы – 8 и имеет знак «–». Таким образом, схема реакции будет выглядеть так:

б) Окислитель выбирается как элемент, уменьшающий свою степень окисления в ходе реакции, то есть захватывающий один или

45

несколько электронов. Восстановитель понижает степень окисления за счет отдачи электрона. В нашем случае окислитель – Mn+7 в ионе МnO4–, а восстановитель – ион Sn2+.

в) Уравнения окисления и восстановления запишем в электронноионном виде:

Наименьшее общее кратное равно 10, первое уравнение умножаем на 2, второе на 5 и при сложении получаем итоговое стехиометрическое уравнение:

5SnCl2+2KMnO4+8H2SO4= =2SnCl4+3Sn(SO4)2+2KCl+2MnSO4+8H2O.

Пример 2. Из перечисленных ниже соединений выберите окислитель и восстановитель, которые будут реагировать между собой в первую очередь: Na2SO3; MnO2; FeCl3; Cl2; HNO3. Запишите возможное уравнение реакции. Ответ обоснуйте, используя значения окислительно-восстановительных (редокс-) потенциалов соответствующих реакций.

Решение. Окислителем может быть элемент, имеющий высшую или промежуточную степень окисления. Такими явля-

+4 +4 +3 0 +5

ются: Na2 S O3, Mn O2 , FeCl3, Cl2, H N O3. Наиболее сильным из

них будет являться соединение, для перехода которого в восстановленную форму редокс-потенциал имеет наибольшее значение:

Cl2+2ē -=2Cl–; ECl0 2 Cl− = 1,36 В. Восстановителем может быть

элемент, имеющий низшую или промежуточную степень окисле-

+4 +4 +3 0

ния: Na2 S O3, Mn O2 , FeCl3, Cl2 . Наиболее сильным будет являться тот, для окисления которого потенциал имеет наименьшее

Уравнение реакции складывается из двух вышеуказанных

процессов восстановления и окисления:

Cl2 + 2ē -= 2Cl–

SO32– + H2O – 2ē = SO42– + 2H+,

46

суммарно:

Cl2 + H2SO3 + H2O = H2SO4 + 2HCl.

Данная реакция будет протекать самопроизвольно, так как э.д.с. процесса больше нуля.

Задачи

181.Какие из нижеприведённых реакций являются окислитель- но-восстановительными? Составьте для них: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

Fe2O3+HCl→FeCl3+H2O; K2S+NaClO+H2SO4→S+K2SO4+NaCl+H2O; FeCl3+KI→FeCl2+I2+KCl; Na2SO3+H2SO4→Na2SO4+SO2+H2O.

182.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

KClO3→KCl+KClO4; Cl2+NaOH→NaClO+NaCl+H2O; KMnO4+K2SO3+H2O→MnO2+K2SO4+KOH.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

183.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

KMnO4+K2SO3+H2SO4→MnSO4+K2SO4+H2O; KClO→KClO3+KCl; I2+Cl2+H2O→HIO3+HCl.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

184.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

KI+K2Cr2O7+H2SO4→I2+Cr2(SO4)3+K2SO4+H2O; I2+HNO3→HIO3+NO+H2O; KMnO4+K2SO3+KOH→K2MnO4+K2SO4+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

47

185.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

HClO3+H2SO3→HCl+H2SO4; FeSO4+HIO3+H2SO4→Fe2(SO4)3+I2+H2O; Br2+KOH→KBrO+KBr+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

186.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

NaCrO2+Cl2+NaOH→Na2CrO4+NaCl+H2O; FeSO4+HNO3+H2SO4→Fe2(SO4)3+NO+H2O; Ni(OH)2+NaOCl+H2O→Ni(OH)3+NaCl.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

187.Какие из нижеприведённых реакций являются окислитель- но-восстановительными? Составьте для них: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

AsH3+O2→As2O3+H2O; KClO3+S→KCl+SO2; HF+SiO2→SiF4+H2O; KI+KNO2+H2SO4→I2+NO+K2SO4+H2O.

188.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

KNO3+Cr2(SO4)3+Na2CO3→KNO2+Na2CrO4+Na2SO4+CO2; HClO4+H2SO3→HCl+H2SO4; K2Cr2O7+HI+H2SO4→Cr2(SO4)3+I2+K2SO4+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

189.Какие из нижеприведённых реакций являются окислитель- но-восстановительными? Составьте для них: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

H2S+SO2→S+H2O; HNO3+P+H2O→H3PO4+NO; KOH+HNO3→KNO3+H2O; H2SO4+Zn+HNO3→ZnSO4+N2O+H2O.

48

190.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

KClO3→KCl+O2; Br2+H2O+SO2→H2SO4+HBr; HNO3+HCl+HgS→HgCl2+NO+S+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

191.Какие из нижеприведённых реакций являются окислитель- но-восстановительными? Составьте для них: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

HNO3+H2S→NO2+S+H2O; FeCl3+KOH→Fe(OH)3+KCl; Cr2O3+NaOH+NaNO3→Na2CrO4+NaNO2+H2O; UCl4+O2+H2O→UO2Cl2+HCl.

192.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

H2SO4+H2O2+NaI→Na2SO4+I2+H2O; H2S+CoCl3→CoCl2+S+HCl; HNO3+As2S3→H3AsO4+H2SO4+NO2+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

193.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

H2SO4+C→SO2+CO2+H2O; MnO2+H2SO4+NaBr→MnSO4+Na2SO4+Br2+H2O; HNO2+HI→NO+I2+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

194.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

Pb+HNO3→Pb(NO3)2+NO+H2O; KMnO4+H2SO4+H2S→MnSO4+K2SO4+S+H2O; Cu2S+HNO3→Cu(NO3)2+NO+H2SO4+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

49

195.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

F2+H2O→HF+O2; PbO2+HNO3+Mn(NO3)2→HMnO4+Pb(NO3)2+H2O; K2Cr2O7+H2SO4+Al→Al2(SO4)3+K2SO4+Cr2(SO4)3+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

196.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

KMnO4+H2SO4+FeSO4→Fe2(SO4)3+MnSO4+K2SO4+H2O; K2Cr2O7+HCl→CrCl3+KCl+Cl2+H2O; NiS+H2O2+H2SO4→NiSO4+S+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

197.Какие из нижеприведённых реакций являются окислитель- но-восстановительными? Составьте для них: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

KClO3+KOH+MnO2→K2MnO4+KCl+H2O; (NH4)2SO4+KOH→K2SO4+NH3+H2O; KMnO4+Zn+H2SO4→MnSO4+ZnSO4+K2SO4+H2O; Cd+NaVO3+HCl→CdCl2+NaCl+VCl2+H2O.

198.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

MnO2+HCl→MnCl2+Cl2+H2O; FeSO4+Ag2SO4→Fe2(SO4)3+Ag; KNO3+C+S→K2S+CO2+N2.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций. Для каждой реакции укажите окислитель и восстановитель.

199.Какие из нижеприведенных реакций являются окислитель- но-восстановительными? Составьте для них: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

AlCl3+KOH→Al(OH)3+KCl; N2+H2→NH3; Zn+H2SO4→ZnSO4+SO2+H2O; Al(OH)3+NaOH→NaAlO2+H2O.

50

200.Окислительно-восстановительные реакции выражаются следующими схемами:

KNO2+K2Cr2O7+H2SO4→KNO3+Cr2(SO4)3+K2SO4+H2O; Cu+HNO3→Cu(NO3)2+NO+H2O; HBr+KMnO4→Br2+MnBr2+KBr+H2O.

Составьте: а) электронные уравнения; б) уравнения реакций.

Тема 11. Электродный потенциал и теория гальванического элемента

Пример 1. Никелевая и серебряная пластины погружены соответственно в растворы Ni(NO3)2 и AgNO3 с концентрациями ионов никеля 0,01 моль/л и ионов серебра 0,1 моль/л. Составьте электрохимическую схему, вычислите э.д.с. и изменение изобар- но-изотермического потенциала для реакции, протекающей при работе гальванического элемента.

Решение. Для вычисления значений электродных потенциалов никеля и серебра используем уравнение Нернста:

E = E0 + 0,059 lg aMn+ n ,

где aMn+ – активность ионов металла; n – зарядовое число иона;

E0 – стандартный электродный потенциал металла.

Для разбавленных растворов E = E0 + 0,059n lgC, где С – кон-

центрация катионов металла. Тогда (по данным табл. 7):

ENi2+ Ni = −0,25 + 0,059 lg10−2 = −0,309 В и n

EAg+ Ag = 0,80 + 0,059 lg10−1 = 0,74 В и n

Анодом в данном элементе является никель, так как

ENi2+ / Ni < EAg + / Ag.

Электрохимическая схема гальванического элемента записывается так:

51

∆E = EK–EA=0,74–(–0,309)= 1,049 В.

Работа гальванического элемента обусловлена реакцией: Ni + 2Ag+ = Ni2+ + 2Ag.

Изменение изобарно-изотермического потенциала окисли- тельно-восстановительной реакции и э.д.с. элемента связаны математической зависимостью:

–∆G=nF ∆E,

где ∆E – э.д.с.; F – число Фарадея; n – зарядовое число катиона. Правая часть уравнения определяет величину максимальной полезной работы, совершаемой гальваническим элементом по переносу заряда против электрических сил Aмакс:

–∆G = Aмакс = 2 96485 1,049 = 202425 Дж =202,425 кДж.

Отрицательное значение ∆G свидетельствует о самопроизвольном протекании в гальваническом элементе окислительновосстановительной реакции.

Пример 2. Гальванический элемент составлен из медной пластины в насыщенном растворе CuS и медной пластины в 0,1 М

растворе CuSO4. Рассчитайте э.д.с. элемента. ПРCuS = 3,2 10−38. Решение. Для концентрационного элемента

∆E = 0,059 lg C1 (здесь С1>С2). n C2

ПРCuS = [Cu2+] [S2–], но [Cu2+] = [S2–] и ПРCuS = [Cu2+]2,

откуда [Cu2+] = ПР ;

Задачи

201.Медная и никелевая пластины погружены в соответствующие растворы их солей с концентрацией ионов меди и никеля, равной 0,1 моль/л. Составьте схему гальванического элемента, вычислите э.д.с. и изменение изобарно-изотерми- ческого потенциала реакции, протекающей при работе гальванического элемента.

202.В каком направлении самопроизвольно пойдёт реакция в гальваническом элементе, составленном из двух электродов: