Образцы решения задач

Пример 1. Рассчитайте количество вещества и массу йода (моль, г), образовавшегося по реакции между иодидом калия и перманганатом калия в присутствии серной кислоты, если израсходовано 0,2л 0,2н раствора восстановителя. Уравнение напишите методом ионно-электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель, тип ОВР.

Решение. Напишем уравнение реакции, учитывая, что иодид-ион, являясь восстановителем, окислится до свободного йода, а перманганат-ион восстановится до катиона Mn²⁺:

KI + KMnO₄ + H₂SO₄ → I₂ + Mn²⁺ + ……

Запишем полуреакции, просуммируем их, допишем недостающие ионы и составим окончательное уравнение:

5 2I^– –2е = I₂

2 MnO₄^– + 8Н⁺ +5е = Mn²⁺ +4Н₂О

10 I^– + 2MnO₄^– + 16Н⁺ = 5 I₂+ 2Mn²⁺ +8Н₂О

10K⁺ 2K⁺ 8SO₄^2– 2SO₄^2– 12 K⁺ 6 SO₄^2–

10KI + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 5I₂ + 2MnSO₄+ 6 K₂SO₄+8Н₂О

Тип ОВР – реакция межмолекулярного окисления – восстановления.

Согласно условию задачи израсходовано 0,2л 0,2н раствора восстановителя (KI). Учитывая, что , и дляKI С_м = С_н,

находим n(KI) = С_н·V = 0,2моль/л · 0,2л = 0,04моль,

С учетом коэффициентов из уравнения реакции следует:

m(I₂) = n·М(I2) = 0,02·253,8 = 5,076 г

Ответ: 0,02 молей, 5,076 г.

Пример 2. Марганец получают электролизом водного раствора сульфата марганца(II) с инертными электродами. Определите массу марганца, который будет получен. если на аноде выделится кислород объемом 56 л (н.у.).Следует учесть, что массовая доля выхода кислорода составляет 100%, а металла – 80%.

Решение.

1.Вычисляем количество вещества кислорода, полученного при электролизе:

n(O₂) = моль.

2. Составляем уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора сульфата марганца(II) с инертными электродами. На катоде восстанавливаются ионы марганца (II) (восстановлением воды можно пртнебречь), на аноде окисляются молекулы воды:

(–) КMn²⁺ +2ē = Mn 2

(+) А 2H₂O –4ē = 4H⁺ + O₂ 1

2Mn²⁺ + 2H₂O 2Mn + 4H⁺ + O₂

или 2MnSO₄ + 2H₂O 2Mn + 2H₂SO₄ + O₂

3. Из уравнения реакции следует, что

n(Mn) = 2n(O₂) = 2·2,5 = 5 моль.

4. Рассчитаем массу марганца (m_теор.),при количественном (100%-ном ) выходе металла:

m(Mn) = n(Mn)· M(Mn) = 5·55 = 275 г.

5. Учитывая массовую долю выхода металла, находим массу реально полученного марганца (m_p):

m_p(Mn) = г.

Пример 3. Объясните, почему диоксид марганца обладает окислительно-восстановительной двойственностью. Напишите уравнения соответствующих реакций методом ионно-электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель, тип ОВР.

Решение.

Поскольку марганец в диоксиде имеет промежуточную степень окисления +4, он может принимать электроны, понижая при этом свою степень окисления, чаще всего реакции протекают в кислой среде и марганец при этом приобретает степень окисления +2. С другой стороны, марганец в диоксиде может повышать свою степень окисления до +6 в щелочной среде с образованием манганатов. Для доказательства окислительных свойств необходимо реакцию провести с типичным восстановителем, например, галогенид- или халькогенид - ионами. Для доказательства восстановительных свойств необходимо реакцию провести с типичным окислителем, например, галогенами, кислородсодержащими ионами галогенов, нитрат - ионами. Напишем уравнения реакций взаимодействия диоксида марганца с бромидом натрия в кислой среде, и с хлоратом калия в щелочной среде. В первой реакции MnO₂ – окислитель, во второй – восстановитель.

1) NaBr + MnO₂ + H₂SO₄ → Br₂ + Mn²⁺ + ……

1 2Br^– –2е = Br₂

1 MnO₂ + 4Н⁺ +2е = Mn²⁺ +2Н₂О

2Br^–+ MnO₂ + 4Н⁺ = Br₂ + Mn²⁺ +2Н₂О

2K⁺ 2SO₄^2– SO₄^2– 2K⁺ SO₄^2–

2KBr + MnO₂ + 2H₂SO₄ = Br ₂ + MnSO₄+ K₂SO₄+2Н₂О

2) KClO₃ + MnO₂ + КОН = Cl^–+ MnO₄^2– + ......

Запишем полуреакции, просуммируем их, допишем недостающие ионы, сократим подобные члены и составим окончательное уравнение:

1 ClO₃ ^– +3 Н₂О +6е = Cl^– +6ОН^–

3 MnO₂ + 4 ОН^– –2е = MnO₄^2– +2Н₂О

ClO₃ ^– + 3 MnO₂+ 3 Н₂О + 12ОН^– = Cl^– + 6ОН^– + 3MnO₄^2– +6Н₂О

ClO₃ ^– + 3 MnO₂ + 6ОН^– = Cl^– + 3MnO₄^2– +3Н₂О

K⁺ 6K⁺ K⁺ 6K⁺

KClO₃ + MnO₂ + 6КОН = КCl+ 3К₂MnO₄^2– + 3Н₂О