Задача n 114

Произведите необходимые вычисления и найдите недостающие ве­личины, обозначенные знаком "?" в строке табл.6, соответствующей номеру Вашей задачи (все растворы – водные).

Номер задачи	Растворенное вещество	Масса растворенного вещества, г	Масса рас- творителя, г	Объем раствора, мл	Плотность раствора, г/см3	Массовая доля, %	Мольная доля, %	Молярная концентрация, моль/л
114	NH4NO3	?	61,3	?	1,23	50	?	?

Масса раствора (m) представляет собой сумму масс растворителя (m₁) и растворенного вещества (m₂): m = m₁ + m₂

Плотность раствора (ρ) есть отношение массы раствора (m) к его объему (V):

.

Массовая доля  – отношение массы растворенного вещества к массе раствора – может быть вычислена по формуле:

,

где m₁ – масса растворителя (кг), m₂ – масса растворенного вещества (кг), m – масса раствора (m = m₁ + m₂) (кг).

Молярная (мольная) доля Х – это отношение количества растворенного вещества к общему количеству вещества в растворе:

,

где n₁ – количество растворителя (моль), n₂ – количество растворенного вещества (моль), n – общее количество вещества в растворе (n = n₁ + n₂) (моль).

Массовая и мольная доли – безразмерные величины. Их можно выразить в процентах (x100%).

Молярная концентрация С_M – это количество растворенного вещества в единице объема раствора:

,

где п₂ – количество растворенного вещества (моль), m₂ – масса растворенного вещества (кг), М₂ – молярная масса растворенного вещества (кг/моль), V – объем раствора (м³).

В соответствии с требованиями СИ молярная концентрация выражается в моль/м³.

Произведем необходимые расчеты:

1. 

2. 

3. 

4. 

Запишем полученные результаты в исходную таблицу:

Номер задачи	Растворенное вещество	Масса растворенного вещества, г	Масса рас- творителя, г	Объем раствора, мл	Плотность раствора, г/см3	Массовая доля, %	Мольная доля, %	Молярная концентрация, моль/л
114	NH4NO3	61.3	61,3	100	1,23	50	16	6.3

Задача n 132

Для реакций:

Na₂SeO₃ + Cl₂ + NaOH → Na₂SeO₄ + NaCl + H₂O

H₂MnO₄ →HMnO₄ +MnO₂+H₂O

Составьте уравнения методом электронного баланса. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, а какое – восстановителем и за счет каких атомов. Определите типы данных окислительно-восстановительных реакций.

Решение

Окислительно-восстановительные реакции характеризуются переходом электронов от одного вещества (восстановителя) к другому (окислителю).

Для ответов на вопросы задачи вычислим степени окисления атомов, входящих в состав приведенных в уравнении реакции веществ, руководствуясь следующими правилами:

• - степени окисления атомов в простых веществах (построенных из атомов одного и того же элемента) принимаются равными нулю;

• - степень окисления атома водорода в соединениях с неметаллами равна +1;

• - степень окисления атома кислорода в большинстве его соединениях равна -2 (к исключениям из правила относятся, например, пероксиды типа H₂O₂, в которых степень окисления атома О равна -1);

• - степени окисления типичных металлов (I,II,III группы главные подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева, кроме бора) в их соединениях постоянны и численно равны номеру группы, т.е. +1, +2, +3, соответственно;

• - алгебраическая сумма степеней окисления атомов в молекуле равна нулю, в сложном ионе - заряду иона.

Запишем вычисленные степени окисления над символами элементов в уравнении реакции:

Na₂Se⁺⁴O₃ + Cl₂ ⁰+ NaOH → Na₂Se⁺⁶O₄ + NaCl^- + H₂O

H₂Mn⁶⁺O₄ → HMn⁷⁺O₄ + Mn⁴⁺O₂+ H₂ O

Для составления электронных уравнений выпишем атомы элементов, изменившие свои степени окисления, и укажем число электронов, отдаваемое или принимаемое атомами для осуществления такого изменения степеней окисления:

первая реакция:

Se⁺⁴ - 2 е = Se⁺⁶

Cl₂ ⁰+ 2е = 2 Cl^-

вторая реакция:

Mn⁶⁺ + 2 е = Mn⁴⁺

Mn⁶⁺ - е = Mn⁷⁺

Атомы элементов Se.в первой реакции и Mn во второй реакции (а также и вещества, в состав которых они входят Na₂SeO₃ в первой реакции и H₂MnO₄ во второй реакции) являются восстановителями (отдают электроны) и участвуют в процессе окисления (процессе отдачи электронов).

Атомы элементов Cl в первой реакции и Mn во второй реакции (а также вещества, в состав которых они входят Cl₂.в первой реакции и H₂MnO₄ во второй реакции) являются окислителями (принимают электроны) и участвуют в процессах восстановления (процессе присоединения электронов):

Суммарное число электронов, отдаваемых в ходе реакции частицами-восстановителями, и суммарное число электронов, принимаемых в ходе реакции частицами-окислителями должны быть равны друг другу. На этом основан один из методов расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, называемый методом электронного баланса.

Для обеспечения указанного электронного равенства подберем множители к электронным уравнениям процессов окисления и восстановления, найдя наименьшее общее кратное для числа отданных и присоединенных электронов и поделив его на каждое из чисел.

Запишем полученные множители справа за чертой у каждого из уравнений:

Первая реакция:

Se⁺⁴ - 2 е = Se^{+6 1}

Cl₂ ⁰+ 2е = 2 Cl^{- 1}

Вторая реакция:

Mn⁶⁺ + 2 е = Mn^{4+ 1}

Mn⁶⁺ - е = Mn^{7+ 2}

Расстановку коэффициентов проведем в следующей последовательности:

1. перенесем полученные в электронном балансе множители в левую и правую части уравнения реакции к формулам соответствующих веществ;

2. уравняем атомы металлов;

3. уравняем кислотные остатки;

4. уравняем атомы водорода.

Итоговые коэффициенты в уравнениях данных реакций таковы:

Na₂SeO₃ + Cl₂ + 2NaOH → Na₂SeO₄ + 2NaCl + H₂O

3H₂MnO₄ → 2HMnO₄ + MnO₂+2 H₂O

Для проверки их правильности просуммируем число атомов кислорода в левой и правой части уравнения:

5 = 5

12 = 12

Значит коэффициенты расставлены верно.

Для определения типа рассматриваемой окислительно-восстановительной реакции воспользуемся следующей классификацией:

• - межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции (атом-окислитель и атом-восстановитель входят в состав разных веществ);

• - внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции (атом-окислитель и атом-восстановитель входят в состав одного и того же вещества, являясь атомами разных элементов);

• - реакции диспропорционирования (атом-окислитель и атом-восстановитель являются атомами одного и того же элемента в промежуточной степени окисления).

Рассматриваемые в задаче окислительно-восстановительные реакции относятся к типам:

Первая - межмолекулярная, вторая - диспропорционирования.