Задача № 131

Константа скорости реакции разложения N₂O, протекающей по уравнению 2N₂O = 2N₂ + О₂, равна 5 * 10^-4. Начальная концентрация N₂O = 6,0 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда разложится 50% N₂O.

Решение. Согласно закону действия масс скорость данной реакции равна

Подставляя известные значения, получим

После того как разложилось 50%  N₂O,  его  концентрация стала 6,0 * 0,5 = 3,0 моль/л. Отсюда скорость реакции равна

Задача № 148

Какой объем 20,01%-ного раствора HCl (пл. 1,100 г/см³) требуется для приготовления 1 л 10,17%-ного раствора (пл. 1,050 г/см³).

Решение. Для приготовления 1000 см³ (1 л = 1000 см³) 10,17%-ного раствора требуется  г HCl.

Масса 1 см³ 20,01%-ной кислоты 1,100 г. В этом растворе содержится г HCl.

Следовательно, для приготовления 1 л 10,17%-ного раствора нужно взять  см³ этой кислоты.

Задача № 191

Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) CaCO₃ + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O + CO₂

б) Al(OH)₃ + OH^- = AlO₂^- + 2H₂O

в) Pb²⁺ + 2I^- = PbI₂

Решение. В данных ионно-молекулярных уранений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, следовательно, при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов. Например:

а) CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + H₂O + CO₂

б) Al(OH)₃ + KOH = KAlO₂ + 2H₂O

в) Pb(NO₃)₂ + 2KI = PbI₂ + 2KNO₃

Задача № 201

 Составьте ионно-молекулярное и молекулярное уравнения совместного гидролиза, происходящего при смешивании растворов K₂S и CrCl₃. Каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты.

Решение. Соль K₂S гидролизуется по аниону, а CrCl₃ – по катиону:

S^2- + Н₂О = НS^- + ОН^-

Cr³⁺ + Н₂О = CrОН²⁺ + Н⁺

Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы Н⁺ и ОН^- образуют молекулу слабого электролита Н₂О. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием Н₂S и Cr(ОН)₃. Ионно-молекулярное уравнение:

2Cr³⁺ + 3S^2- + 3Н₂О = 2Cr(ОН)₃ + 3Н₂S

молекулярное уравнение:

2CrCl₃ + 3K₂S + 3Н₂О = 2Cr(ОН)₃ + 3Н₂S + 6KCl

Задача № 221

Исходя из степени окисления хлора в соединениях HCl, HClO₃, HClO₄, определите, какое из них является только окислителем, только восстановителем и какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

KBr + KBrO₃ + H₂SO₄ → Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

Решение. Атом того или иного элемента в своей высшей степени окисления не может ее повысить (отдать электроны) и проявляет только окислительные свойства, а в своей низшей степени окисления не может ее понизить (принять электроны) и проявляет только восстановительные свойства. Атом же элемента, имеющий промежуточную степень окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Степень окисления n (Cl) в указанных соединениях соответственно равна: -1 (низшая), +5 (промежуточная), +7 (высшая). Отсюда: HCl – только восстановитель; HClO₄ – только окислитель; HClO₃ – окислитель и восстановитель.

        -                 +5                                                 0

KBr + KBrO₃ + H₂SO₄ → Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

Коэффициенты в уравнении определим методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычислим, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отразим это в электронных уравнениях:

восстановитель       5    Вr^- - 1ē = Br⁰    процесс окисления

окислитель              1    Br⁵⁺ + 5ē = Br⁰   процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов пять. Разделив это число на 1, получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления, а при делении 5 на 5 получаем коэффициент 1 для окислителя и продукта его восстановления. Коэффициенты перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид

5KBr + KBrO₃ + 3H₂SO₄ → 3Br₂ + 3K₂SO₄ + 3H₂O

Задача № 250

Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый в 0,01 н., а второй в 0,1 н. растворы AgNO₃.

Решение. Устройство, в котором химическая энергия самопроизвольно превращается в электрическую, называется химическим источником тока (ХИТ) или гальваническим элементом. Гальванический эле­мент состоит из двух или нескольких соприкасающихся друг с другом растворов электролитов, в которые погружены металличе­ские пластинки — электроды, соединенные между собой внешним проводником. Электрод, на котором протекает реакция восстанов­ления, называется катодом, а электрод, на котором протекает реак­ция окисления, — анодом.

Гальванические элементы бывают химическими и концентрационными. В концентрационных цепях электроды и раствор имеют одинаковый качественный химический состав и отличаются тем, что активности окисленной или восстановленной формы одного и того же вещества (или той и другой формы) на электродах неодинаковы. На обоих электродах протекает одна и та же реакция, но в различных направлениях:

катодная реакция

Ох + zē                      Red

анодная реакция

Протекающий процесс заключается в переносе вещества с одного электрода на другой. Движущей силой процесса является выравнивание концентраций вещества в системе, которое осуществляется не диффузией, а электрохимическим путем.

Схема данного гальванического элемента

Ag‌│AgNO₃ ││AgNO₃ │Ag

                  0,01 н.                      0,1 н.

При их работе концентрации электролитов выравниваются. На электроде справа притекает анодная реакция, а слева – катодная.

Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:

,

где: Е⁰ – стандартный электродный потенциал; n – число электронов, принимающих участие в процессе; С – концентрация гидратированных ионов металла в растворе. Е⁰ для серебра составляет +0,80 В. Определим электродные потенциалы металла при данных в условии концентрациях:

В

В

Для определения ЭДС гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. В нашем случае ЭДС равна

В

Задача № 275

Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе раствора CuCl₂. Вычислите массу меди, выделившейся на катоде, если на аноде выделилось 560 мл газа (н.у.).

Решение. В растворе CuCl₂ находятся гидратированные ионы Cu²⁺ и Cl^-, а также молекулы воды. Если в этот раствор погрузить инертные (угольные) электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам: катионы Cu²⁺ - к катоду, анионы Cl^- - к аноду. На катоде будут восстанавливаться катионы меди:

Cu²⁺ + 2ē = Cu⁰

а на аноде окисляются хлорид-ионы:

2Cl ^- - 2ē = Cl₂

Общее уравнение электролиза водного раствора CuCl₂ в ионной форме имеет вид

электролиз

 Cu²⁺ + 2Cl ^-                 Cu + Cl ₂

или в молекулярной форме:

электролиз

 CuCl₂                 Cu + Cl₂

Количество вещества выделившегося на аноде газа моль (0,560 л = 560 мл). По уравнению реакции количество вещества меди равно также 0,025 моль. Следовательно, масса выделившейся на катоде меди равно г (63,54 г/моль – мольная масса меди).

Задача № 301

Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях [Cu(NH₃)₄]SO₄, K₂[PtCl₆], K[Ag(CN)₂]. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.

Решение. Заряд комплексного иона равен заряду внешней сферы, но противоположен ему по знаку. Координационное число комплексообразователя равно числу лигандов, координированных вокруг него. Степень окисления комплексообразователя определяется так же, как степень окисления атома в любом соединении, исходя из того, что сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю.

Данные комплексные соли являются сильными электролитами, в водном растворе они необратимо диссоциируют на ионы внешней и внутренней сфер

[Cu(NH₃)₄]SO₄ = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + SO₄^2-;

K₂[PtCl₆] = 2K⁺ + [PtCl₆]^2-;

K[Ag(CN)₂] = K⁺ + [Ag(CN)₂]^-,

комплексные же ионы диссоциируют обратимо и в незначительной степени на составляющие их частицы:

[Cu(NH₃)₄]²⁺ ↔ Cu²⁺ + 4 NH₃;

[PtCl₆]^2- ↔ Pt⁴⁺ + 6Cl^-;

[Ag(CN)₂]^- ↔ Ag⁺ + 2CN^-

Задача № 341

Какую массу Na₃PO₄ надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 ммоль/л.

Решение. В 500 л воды содержится мэкв солей, обусловливающих жесткость воды. Для устранения жесткости следует прибавить мг = 136,67 г Na₃PO₄ (54,67 г/моль – эквивалентная масса Na₃PO₄).

Задача № 392

Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

Cu → Cu(NO₃)₂ → Cu(OH)₂ → CuCl₂ → [Cu(NH₃)₄]Cl₂

Решение.

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ +2NO + 4H₂O

восстановитель       3     Cu⁰ - 2ē = Cu²⁺    процесс окисления

окислитель              2     N⁵⁺ + 3ē = N²⁺   процесс восстановления

Cu(NO₃)₂ + Ba(OH)₂ = Cu(OH)₂ + Ba(NO₃)₂

Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O

CuCl₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₆]Cl₂