Уравнения реакций, характеризующих свойства галогенов

Задача 831. 
Закончить уравнения реакций:

хлораты


Задача 832.
Какие из перечисленных реакций могут быть осуществлены с целью получения кислородных соединений галогенов?
а) Cl2 + 2O2 = 2ClO2;
б) F2 + 1/2O2 = F2O;
в) 3Cl2 + 10HNO3 = 6HClO3 + 10NO + 2H2О;
г) 3I2 + 10HNO3 = 6HIO3 + 10NO + 2H2O.
Решение:
Уравнение реакция имеет вид:

Cl2 + 2O2 = 2ClO2

По табличным данным находим:
дельтаH0 = 2 . 105 кДж/моль;   дельтаG0  = 2 . 122,3 кДж/моль.

При дельтаG0 > 0  реакция в обычных условиях самопроизвольно не протекает. Учитывая, что реакция протекает с уменьшением количества газообразных веществ, т.е. система стремится к упорядочению, дельтаS0 < 0. Исходя из уравнения: 

дельтаG = дельтаH - TдельтаS

При положительном значении дельтаH  и отрицательном значении  дельтаS, если даже повышать температуру, то член равенства (TдельтаS) всё равно будет иметь положительное значение [-T . -TдельтаS = TдельтаS], что указывает на то, что дельтаG  всегда будет иметь положительное значение, а при дельтаG > 0 процесс не протекает самопроизвольно. Таким образом, данная реакция не может быть использована для получения ClO2.

б) Уравнение реакция имеет вид:

F2 + 1/2O2 = F2O

По табличным данным находим:
дельтаH0 = 50,2 кДж/моль; дельтаG_0 = 50,2 кДж/моль.
При дельтаG0 > 0 реакция в обычных условиях самопроизвольно не протекает. Учитывая, что реакция протекает с уменьшением количества газообразных веществ, т.е. система стремится к упорядочению, дельтаS0 < 0. Исходя из уравнения: 

дельтаG = дельтаH - TдельтаS

При положительном значении дельтаH  и отрицательном значении  дельтаS, если даже повышать температуру, то член равенства (TдельтаS) всё равно будет иметь положительное значение [-T . -TдельтаS = TдельтаS], что указывает на то, что дельтаG  всегда будет иметь положительное значение, а при дельтаG > 0 процесс не протекает самопроизвольно. Таким образом, данная реакция не может быть использована для получения OF2.

в) Уравнение реакция имеет вид:

3Cl2 + 10HNO3 = 6HClO3 + 10NO + 2H2О

дельтаG0 (NO) = 80,6 кДж/моль;
дельтаG0 (HNO3) = -80,9 кДж/моль;
дельтаG0 (H2O) = -237,4 кДж/моль;
дельтаG0 (ClO3-) = -0,2 кДж/моль.
Рассчитаем дельтаG_0 реакции:
                 

дельтаG0 = [6дельтаG0 (HClO3) + 10дельтаG0 (NO) + дельтаG0 (H2O)] - 10дельтаG (HNO3) = 
= 6(-0,2) + 10(80,6) + 2(-237,4) -  10(-80,9) = 1139,0 кДж.

При дельтаG0 > 0  реакция в обычных условиях самопроизвольно не протекает. Учитывая, что реакция протекает с увеличение количества газообразных веществ, т.е. система стремится к беспорядку,  дельтаS0 < 0. Исходя из уравнения: 

дельтаG = дельтаH - TдельтаS

При положительном значении Дельта_(((((_H_0  и положительном значении  дельтаS_0, член равенства (TдельтаS) будет иметь отрицательное значение [-T . -дельтаS = TдельтаS] только при очень высоких температурах дельтаG  реакции будет иметь отрицательное значение. Таким образом, данная реакция не может быть использована для получения хлорной кислоты.

г) Уравнение реакция имеет вид:

3I2 + 10HNO3 = 6HIO3 + 10NO + 2H2O

дельтаG0 (NO) = 80,6 кДж/моль;
дельтаG0 (HNO3) = -80,9 кДж/моль;
дельтаG0 (H2O) = -237,4 кДж/моль;
дельтаG0 (IO3-) = -230,1 кДж/моль.   
Рассчитаем дельтаG_0 реакции:

дельтаG0 = [6дельтаG0(HIO3) + 10дельтаG0 (NO) +дельтаG0(H2O)] - 10дельтаG0(HNO3) = 
= 6(-230,1) + 10(80,6) + 2(-237,4) -  10(-80,9) = -240,4 кДж.

Так как  дельтаG_0 < 0, то реакция при обычных условиях может самопроизвольно протекать, учитывая, что реакция протекает с увеличением количества газообразных веществ, т.е система стремится к беспорядку, дельтаS_0 > 0. Исходя из уравнения:

дельтаG = дельтаH - Tдельта

При отрицательном значении дельтаH  и положительном значении  дельтаS, член равенства (TдельтаS) будет иметь отрицательное значение [-T . дельтаS = -TдельтаS ] при любых значениях температуры дельтаG_0  реакции будет иметь отрицательное значение. Допустим, что дельтаG_0  > 0, то при достаточно большой температуре дельтаG_0  реакции тоже будет иметь отрицательное значение. Значит, данная реакция может быть использована для получения  HIO3.

Ответ: г).             


Задача 833. 
С какими из перечисленных веществ взаимодействует НВг:
а) Са(ОН)2; б) РСI3; в) H2SO4 (конц.); г) КI; д) Мg; е) КСIО3?
При этом НВг проявляет свойства: 1) кислоты; 2) основания; З) окислителя; 4) восстановителя.
Решение:
Взаимодействие бромоводорода со следующими веществами:

а) Ca(OH)2 + HBr   ↔ CaBr2 + 2H2O

HBr – кислота, которая со щелочами вступает в реакцию нейтрализации.

б) Трихлористый фосфор представляет собой хлористый ангидрид фосфористой кислоты, поэтому в реакцию с HBr как с кислотой не вступает.

в) В HBr атом брома находится в своей низшей степени окисления, поэтому с сильными окислителями, такими как H2SO4 он будет играть роль восстановителя.

Электронные уравнения реакции:

хлораты

Ионная форма:

2Br- + S+6   Br20 + S+4 

Молекулярная форма:

2НBr +  H2SO4 ↔ Br2 + SO2 + 2H2O

г) Иодид калия и бромид водорода являются сильными электролитами и в водных растворах полностью диссоциируют на ионы:

KI ↔ K+ + I-;  HBr ↔ H+ + Br-

Связывание ионов не происходит, поэтому реакция не протекает, так как не образуется ни осадка, ни газа, ни малодиссоциируемого вещества (слабого электролита)

д) Магний – металл, стоящий в ряду напряжений металлов до водорода, поэтому из растворов кислот будет вытеснять водород из бромоводорода, При этом магний будет яаляться восстановителем, а бромоводород – окислителем:

Электронные уравнения процессов:

хлораты

Ионная форма:

Mg0 + 2H+  Mg2+ + H2О 

Молекулярная форма:

2НBr + Mg ↔ MgBr2  + H2

е) В хлорате калия атом хлора находится в своей степени окисления раной +5 (промежуточная степень окисления), поэтому с восстановителем, например, бромоводородом будет играть роль окислителя:

Электронные уравнения процессов:

Ионная форма:

4Br- + Cl+5  2Br20 + Cl

Молекулярная форма:

4НBr +  KClO3 ↔ 2Br2 + KClO + 2H2O.

Ответ: а1; в4; д1,3; е4.