Уравнения реакций, характеризующих свойства галогенов

 

 

 

Задача 831. 
Закончить уравнения реакций:

---

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:
H⁰ = 2 ^. 105 кДж/моль;  
 G⁰  = 2 ^. 122,3 кДж/моль.

При G⁰ > 0  реакция в обычных условиях самопроизвольно не протекает. Учитывая, что реакция протекает с уменьшением количества газообразных веществ, т.е. система стремится к упорядочению, S⁰ < 0. Исходя из уравнения: 

G = H - TS

При положительном значении H  и отрицательном значении  S, если даже повышать температуру, то член равенства (TS) всё равно будет иметь положительное значение [-T ^. -TS = TS], что указывает на то, что G  всегда будет иметь положительное значение, а при G > 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:
H⁰ = 50,2 кДж/моль; G_0 = 50,2 кДж/моль.
При G⁰ > 0 реакция в обычных условиях самопроизвольно не протекает. Учитывая, что реакция протекает с уменьшением количества газообразных веществ, т.е. система стремится к упорядочению, S⁰ < 0. Исходя из уравнения: 

G = H - TS

При положительном значении H  и отрицательном значении  S, если даже повышать температуру, то член равенства (TS) всё равно будет иметь положительное значение [-T ^. -TS = TS], что указывает на то, что G  всегда будет иметь положительное значение, а при G > 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

G⁰ (NO) = 80,6 кДж/моль;
G⁰ (HNO₃) = -80,9 кДж/моль;
G⁰ (H₂O) = -237,4 кДж/моль;
G⁰ (ClO₃^-) = -0,2 кДж/моль.
Рассчитаем G_0 реакции:                 

G⁰ = [6G⁰ (HClO₃) + 10G⁰ (NO) + G⁰ (H₂O)] - 10G (HNO₃) = 
= 6(-0,2) + 10(80,6) + 2(-237,4) -  10(-80,9) = 1139,0 кДж.

При G⁰ > 0  реакция в обычных условиях самопроизвольно не протекает. Учитывая, что реакция протекает с увеличение количества газообразных веществ, т.е. система стремится к беспорядку,  S⁰ < 0. Исходя из уравнения: 

G = H - TS

При положительном значении H⁰  и положительном значении  S⁰, член равенства (TS) будет иметь отрицательное значение [-T ^. -S = TS] только при очень высоких температурах G  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

G⁰ (NO) = 80,6 кДж/моль;
G⁰ (HNO₃) = -80,9 кДж/моль;
G⁰ (H₂O) = -237,4 кДж/моль;
G⁰ (IO₃^-) = -230,1 кДж/моль.   
Рассчитаем G_0 реакции:

G⁰ = [6G⁰(HIO₃) + 10G⁰ (NO) +G⁰(H₂O)] - 10G⁰(HNO₃) = 
= 6(-230,1) + 10(80,6) + 2(-237,4) -  10(-80,9) = -240,4 кДж.

Так как  G_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, S_0 > 0. Исходя из уравнения:

G = H - TS 

При отрицательном значении H  и положительном значении  S, член равенства (TS) будет иметь отрицательное значение [-T ^. S = -TS] при любых значениях температуры G⁰  реакции будет иметь отрицательное значение. Допустим, что G⁰  > 0, то при достаточно большой температуре G⁰  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:

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:

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:
 

Восстановитель 2|4|2Br^-1 - 2e = Br₂⁰ процесс окисления
       Окислитель        1|2|Cl⁺⁵ + 4e = Cl⁺¹ процесс восстановления

Ионная форма:

4Br^- + Cl⁺⁵ ↔ 2Br₂0 + Cl⁺ 

Молекулярная форма:

4НBr +  KClO₃ ↔ 2Br₂ + KClO + 2H₂O.

Ответ: а1; в4; д1,3; е4.

---