Контрольная работа № 2

238, 256, 280, 296, 301, 321, 356, 386, 406, 416, 436

238. Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

1) H₂ S⁺⁴O₃ + НC1⁺⁵O₃ = H₂S⁺⁶O₄ + НC1^-1

3*	S+4	-2ê	→	S+6	S+4 -восстановитель			процесс окисления
	C1+5	+6ê	→	C1-1	C1+5 - окислитель			процесс восстановления
3 S+4	+ C1+5	=	3 S+6	C1-1

3 H₂SO₃ + НC1O₃ = 3 H₂SO₄ + НC1

2) Fe⁺²SO₄ + K₂Cr⁺⁶₂O₇ + H₂SO₄ → Fe⁺³₂ (SO₄)₃ + Cr⁺³ ₂ (SO₄)₃ + K ₂SO₄ + H₂O

3*	2Fe+2	-2ê	→	2Fe+3	Fe+2-восстановитель			процесс окисления
	2Cr+6	+6ê	→	2Cr+3	Cr+6- окислитель			процесс восстановления
6 Fe+2+ 2Cr+6=2Fe+3 + 2Cr+3

6FeSO₄ + K₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ → 3Fe₂ (SO₄)₃ + Cr ₂ (SO₄)₃ + K ₂SO₄ + 7H₂O

256. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и катоде. Какой концентрации надо бы было взять ионы Fe²⁺, чтобы ЭДС элемента стала равной нулю, если [Zn²⁺] = 0,001 моль/л?

Решение:

Е⁰(Fe²⁺/ Fe⁰) = - 0,44 В

Е⁰(Zn ²⁺/ Zn ⁰) = - 0,763 В

По уравнению Нернста:

Е⁰(Zn ²⁺/ Zn ⁰) = - 0,763 В + 0,059/2* lg10^-3 = - 0,763 – 0,0885 = - 0,8515 В

ЭДС = Е⁰(Fe²⁺/ Fe⁰) - Е⁰(Zn ²⁺/ Zn ⁰) = 0 В

0 = х – (- 0,8515) → х = - 0,8515 В

Тогда:

Е⁰(Fe²⁺/ Fe⁰) = - 0,44 В + 0,059/2* lg у = - 0,8515 В

0,059/2* lg у = - 0,8515 + 0,44 = - 0,4115

lg у = -13,95

[Fe²⁺] = 10^-14

Zn имеет меньший потенциал – он анод, Fe – катод.

На аноде: Zn ⁰ - 2ê = Zn ²⁺

На катоде: Fe²⁺ + 2ê = Fe⁰

Уравнение окислительно-восстановительной реакции:

Zn ⁰ + Fe²⁺ = Zn ²⁺ + Fe⁰

(-) Zn ⁰ |Zn ²⁺ || Fe²⁺ | Fe⁰ (+)

280. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора KOH. Чему равна сила тока, если в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г газа? Сколько л газа (н.у.) выделилось при этом на катоде?

Решение:

KOH ↔ K⁺ + OH^-

H₂O ↔ H ⁺ + OH^-

На катоде:			На аноде:
K++ ê = К0	Е(K+/К0) = -2,924 В		4OH- - 4ê =О2 +2 H2O
2 H + +2 ê = Н2	Е(Н+/Н0) = 0,00 В

Поэтому на катоде:

2 H ⁺ +2 ê = Н₂

Суммарно:

2H₂O ↔ 2 Н₂ + О₂

По закону Фарадея:

m =	Э*I*t	→ I =	m * F	=	6,4 г* 96500 А*с	= 17,08 А
	F		Э * t		8 г * 4520 с

t = 1 ч 15 мин 20 с = 3600 + 900 +20 = 4520 с

Эквивалентный объем 11,2 л

V = (Э _V * I*t)/ F

Объем водорода на катоде:

V (Н₂) = (11,2 л *17,08 А * 4520 с)/ 96500 А*с = 8,96 л

296. Цинковую и железную пластинку опустили в раствор сульфата меди. Составьте электронные и ионно-молекулярные уравнения реакций, происходящих на каждой из этих пластин. Какие процессы будут происходить на пластинках, если наружные концы их соединены проводником.

Решение:

Электродные потенциалы:

Е⁰(Fe²⁺/ Fe⁰) = - 0,44 В

Е⁰(Zn ²⁺/ Zn ⁰) = - 0,763 В

Следовательно, коррозии сначала будет подвергаться более активный цинк – он анод.

Zn ⁰ - 2ê = Zn ²⁺

На катоде (Fe):

Cu²⁺ + 2ê = Cu⁰ Е⁰ = + 0,34 В

О₂ + 2 H₂O + 4ê = 4 OH^- Е⁰ = + 0,40 В

На катоде будет протекать процесс с большим электродным потенциалом:

О₂ + 2 H₂O + 4ê = 4 OH^-

Тогда:

2 Zn ⁰ + О₂ + 2 H₂O = 2 Zn(OH)₂

При соединении пластин проводником – гальванический элемент:

(-) Zn ⁰ |Zn ²⁺ || Fe²⁺ | Fe⁰ (+)

На катоде:

Раствор сульфата меди имеет кислую реакцию среды

2 H ⁺ +2 ê = Н₂ Е⁰ = - 0,412 В

Zn ⁰ - 2ê = Zn ²⁺ Е⁰ = - 0,76 В

Тогда, на катоде выделяется водород: 2 H ⁺ +2 ê = Н₂

На аноде будет оседать медь:

Cu²⁺ + 2ê = Cu⁰

301. Определите заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях:

[Cu(NH₃) ₄]SO₄; К₂[PtCl₆]; К[Ag(CN)₂]

1) [Cu(NH₃) ₄]SO₄ ↔ [Cu(NH₃) ₄]²⁺ + SO₄^2-

Заряд комплексного иона [Cu(NH₃) ₄]²⁺ - 2+

Комплексообразователь - Cu²⁺, степень окисления равна +2

Лиганды - NH₃

Координационное число равно числу лигандов. В данном случае Лиганды – ионы хлора Cl^-:

К.ч.( Cu²⁺) = 4

2) К₂[PtCl₆] ↔ 2К⁺ + [PtCl₆]^2-

Заряд комплексного иона [PtCl₆]^2-

Комплексообразователь – Pt⁴⁺, степень окисления равна +4

Координационное число К.ч.( Pt⁴⁺) = 6

3) К[Ag(CN)₂] ↔ К⁺ + [Ag(CN)₂]^-

Заряд комплексного иона [Ag(CN)₂]^- = 1-

Комплексообразователь – Ag ⁺, степень окисления равна +1

Координационное число К.ч.( Ag ⁺) = 2

321. Какую степень окисления может проявлять водород в своих соединениях? Приведите примеры реакций, в которых газообразный водород окислитель, и в которых – восстановитель.

Решение:

Водород в своих соединениях может проявлять следующие степени окисления:

1) -1 (Na⁺H^-1)

2) 0 (H₂⁰)

3) +1 (Н⁺Cl; H₂⁺O^-2)

2 H₂⁰ + O₂⁰ = 2 H₂⁺O^-2

2*	H20	-2ê	→	2 H+	H20 -восстановитель			процесс окисления
	O20	+4ê	→	2O-2	O20- окислитель			процесс восстановления
2 H20 + O20 = 2 H2+O-2

H₂⁰ + 2 Na⁰ = 2 Na ⁺Н^-

	H20	+2ê	→	2 H-1	H20 - окислитель			процесс восстановления
2*	Na0	+1ê	→	Na+	Na0 - восстановитель			процесс окисления
2 H20 + O20 = 2 Na +Н-1

356. Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением, каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.

Какую массу Ca(OH)₂ надо прибавить к 2,5 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 4,43 ммоль/л?

Решение:

Временная жесткость определяется наличием в воде Ca(HСO₃)₂ и Mg(HСO₃)₂, которые при кипячении выпадают в осадок в виде карбонатов:

Ca(HСO₃)₂ → CaСO₃ + СO₂ + H₂O

Mg(HСO₃)₂ → MgСO₃ + СO₂ + H₂O

Постоянная жесткость определяется наличием ионов Ca²⁺; Mg²⁺; а так же ионов Fe³⁺; Cl^-; SO₄^2-; РO₄^3-. Кипячением их не устранить.

В этом случае смягчают воду содой Na₂СO₃ или гашеной известью Ca(OH)₂.

Ca²⁺ + СO₃^2- → CaСO₃

Mg²⁺ + 2ОН^- → Mg (OH)₂

Уравнения:

Mg(HСO₃)₂ + 2 Ca(OH)₂ = 2 CaСO₃ + Mg (OH)₂ + 2 H₂O

Ca(HСO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2 CaСO₃ + 2 H₂O

Молярная масса эквивалента Ca(OH)₂ равна 74/2 = 37 г/моль

В 2,5 л воды содержится:

2,5 л * 4,43 ммоль/л = 11,075 моль солей, обусловливающих жесткость воды.

Для устранения жесткости следует прибавить:

11,075 * 37 = 409 мг извести

Ответ: 0,409 г Ca(OH)₂

386. Какие реакции нужно провести, имея азот и воду, чтобы получить нитрат аммония?

Составьте уравнения соответствующих реакций.

Решение:

Нитрат аммония: NН₄ NО₃

1) Электролиз: 2 Н₂О → 2Н₂ + О₂

2) давление (≈ 300 атм.), температура, катализатор (Pt):

N₂ + 3Н₂ ↔ 2 NН₃

3) катализатор, температура

4 NН₃ + 5 О₂ → 4 NО + 6Н₂О

4) 2NО + О₂ → 2NО₂

5) 2NО₂ + Н₂О → НNО₂ + НNО₃

Или:

4NО₂ + О₂ + 2Н₂О → 4 НNО₃

6) NН₃ + НNО₃ → NН₄ NО₃

406. Кусок латуни обработали азотной кислотой. Раствор разделили на две части. К одной из них прибавили избыток раствора аммиака, к другой – избыток раствора щелочи. Какие соединения цинка и меди образуются при этом?

Составьте уравнения соответствующих реакций.

Решение:

Латунь представляет собой сплав меди и цинка.

Цинк является активным металлом

Е⁰(Zn ²⁺/ Zn ⁰) = - 0,763 В

Медь в ряду напряжений стоит после водорода:

Е⁰(Cu²⁺/ Cu ⁰) = + 0,34 В

Нормальный окислительный потенциал азотной кислоты:

NО3-1 + 3 Н+	+ 2 е =	НNО2 + Н2О	Е0 = + 0,94
NО3-1 + 2 Н+	+ 1 е =	NО2 + Н2О	Е0 = + 0,80
NО3-1 + 4 Н+	+ 3 е =	NО + 2 Н2О	Е0 = + 0,96
2NО3-1 + 12 Н+	+ 10 е =	N2 + 6 Н2О	Е0 = + 1,24
NО3-1 + 10 Н+	+ 8 е =	NН4+ + 3 Н2О	Е0 = + 0,87

Если кислота – концентрированная, то:

Zn + 4 НNО₃ = Zn (NО₃)₂ + 2 NО₂ + 2 Н₂О

Cu + 4 НNО₃ = Cu (NО₃)₂ + 2 NО₂ + 2 Н₂О

Если кислота – разбавленная, то:

Цинк активный металл:

5 Zn + 12 НNО₃ = 5 Zn (NО₃)₂ + N₂ + 6 Н₂О

3 Cu + 8 НNО₃ = 3 Cu (NО₃)₂ + 2 NО + 4 Н₂О

Полученные растворы нитрата цинка и нитрата меди разделили на две части:

1) добавили аммиак - получаются аммиачные комплексы

Zn (NО₃)₂ + 4 NН₃ = [Zn(NН₃)₂] (NО₃)₂

Cu (NО₃)₂ + 4 NН₃ = [Cu (NН₃)₂] (NО₃)₂

2) во вторую пробирку добавили избыток раствора щелочи:

Cu (NО₃)₂ + 2 КОН = Cu (ОН)₂ ↓ + 2 КNО₃

Выпадает осадок синего цвета Cu (ОН)₂ и студенистый осадок белого цвета Zn (ОН)₂:

Zn (NО₃)₂ + 2 КОН = Zn (ОН)₂ ↓ + 2 КNО₃

но Zn (ОН)₂ - амфотерный гидроксид, поэтому он в избытке щелочи будет растворяться:

Zn (ОН)₂ + 2 КОН = К₂ [Zn (ОН)₄]

416. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления превращений:

Na₂Cr₂O₇ → Na₂CrO₄ → Na₂Cr₂O₇ → CrCl₃ →Cr (OH) ₃

Решение:

Na₂Cr₂O₇ + 2 NaOH = 2 Na₂CrO₄ + Н₂О

Na₂CrO₄ + 2 НCl = Na₂Cr₂O₇ + 2 NaCl + Н₂О

Na₂Cr₂O₇ + 14 НCl = 2 CrCl₃ + 3 Cl₂↑ + 2 NaCl + 7 Н₂О

CrCl₃ + 3 NaOH = Cr (OH) ₃↓ + 3 NaCl

436. Напишите уравнения реакций получения ацетилена и превращения его в ароматический углеводород. При взаимодействии, какого вещества с ацетиленом образуется акрилонитрил?

Решение:

Ацетилен СН≡СН

Получение ацетилена:

1) из карбида кальция

СаС₂ + 2 Н₂О → С₂ Н₂↑ + Cа(OH)₂↓

2) из дигалогенпроизводных, действием спиртового раствора щелочи:

СН₂Cl - СН₂Cl + 2 КОН → С₂ Н₂↑ + 2 КCl + 2 Н₂О

3) из природного газа при их термическом или электрокрекинге:

t = 1500⁰С

2 СН₄ → С₂ Н₂↑ + 3 Н₂

4) производные ацетилена - алкилированием металлических производных ацетилена:

СН₃ – I + Na – С ≡СН → СН₃ – С ≡СН + Na I

Реакция полимеризации трех молекул ацетилена при 450⁰С и катализаторе (активированный уголь) дает по реакции Н.Д. Зеленского ароматический бензол.

3 СН≡СН → С₆ Н₆

бензол

Присоединение синильной кислоты к ацетилену в присутствии (CuCI₂ + NH₃)

дает акрилонитрил:

СН≡СН + Н – СN → СН₂ = СН – СN (акрилонитрил)