Как правильно расставить коэффициенты в реакциях методом электронно-ионного баланса
Электронно-ионный баланс
Задача 389.
Методом электронно-ионного баланса расставить коэффициенты в реакциях:
CuS + HNO3 → Cu(NO3)2 + S + NO2 + H2O;
Br2 + KCrO2 + КOH → KBr + K2CrO4 + H2O;
NO + CrCl2 + HCl → N2 + CrCl3 + H2O;
Na2S2O3 + Cl2 + H2O → Н2SO4 + NaCl + HCl.
Решение:
а) CuS + HNO3 → Cu(NO3)2 + S + NO2 + H2O
Уравнения ионно-молекулярного баланса:
1|S2- - 2e = S0
2|NO3- + 1e + 2H+ = NO2 + H2O
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов 2. Разделив это число на 1, получаем коэффициент 1 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 2 на 1 получаем коэффициент 2 для восстановителя и продукта его окисления.
S2- + 2NO3- + 4H+ = S0 + 2NO2 + 2H2O (ионно-молекулярное уравнение);
CuS + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + S + 2NO2 + 2H2O (молекулярное уравнение).
б) Br2 + KCrO2 + КOH → KBr + K2CrO4 + H2O
Уравнения ионно-молекулярного баланса:
2|CrO2- - 3e + 4OH- = CrO42- + 2H2O
3|Br2 + 2e = 2Br-
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 3 получаем коэффициент 2 для восстановителя и продукта его окисления.
2CrO2- + 3Br2 + 8OH- = 2CrO42- + 6Br- + 4H2O (ионно-молекулярное уравнение);
3Br2 + 2KCrO2 + 8КOH = 6KBr + 2K2CrO4 + 4H2O (молекулярное уравнение).
в) NO + CrCl2 + HCl → N2 + CrCl3 + H2O
Уравнения ионно-молекулярного баланса:
4|Cr2+ - 1e = Cr3+
1|2NO + 4e + 4H+ = N2 + 2H2O.
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов 4. Разделив это число на 1, получаем коэффициент 4 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 4 на 4 получаем коэффициент 1 для восстановителя и продукта его окисления.
4Cr2+ + 2NO + 4H+ = 4Cr3+ + N2 + 2H2O (ионно-молекулярное уравнение);
2NO + 4CrCl2 + 4HCl = N2 + 4CrCl3 + 2H2O (молекулярное уравнение).
г) Na2S2O3 + Cl2 + H2O = Н2SO4 + NaCl + HCl
Так как оба числа отданных и принятых электронов четные, то сократив их на 2 получим 1 и 4, соответственно, для восстановителя и окислителя.
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов 4. Разделив это число на 4, получаем коэффициент 1 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 4 на 1 получаем коэффициент 4 для восстановителя и продукта его окисления.
Уравнения ионно-молекулярного баланса:
1|S2O32- - 8e + 5H2O = 2SO42- + 10H+
4|Cl2 + 2e = 2Cl-
S2O32- + 4Cl2 + 5H2O = 2SO42- + 2Cl- + 10H+ (ионно-молекулярное уравнение);
Na2S2O3 + 4Cl2 + 5H2O = 2Н2SO4 + 2NaCl + 6HCl (молекулярное уравнение).
Задача 390.
Методом электронного баланса расставить коэффициенты, определить окислитель и восстановитель.
Схема реакции: K2S + KMnO4 → K2MnO4 + S.
Решение:
Уравнения электронного баланса:
Восстановитель 1|S2- - 2e = S0 процесс окисления
Окислитель 2|MnO4- + 1e = MnO42- процесс восстановления
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов 2. Разделив это число на 1, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 2 на 2 получаем коэффициент 1 для восстановителя и продукта его окисления.
Уравнение в ионно-молекулярной форме:
S2- + 2MnO4- = S0 + 2MnO42-
Уравнение в молекулярной форме:
K2S + 2KMnO4 = 2K2MnO4 + S.
В данной реакции K2S является восстановителем, так как увеличивается степень окисления серы с -2 до 0, а KMnO4 - окислителем, потому что степень окисления марганца уменьшается с +7 до +6.
Задача 391.
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, определите окислитель и восстановитель:
H2S + HNO3 → H2SO4 + NO + H2O;
Решение:
H2S + HNO3 → H2SO4 + NO + H2O.
Уравнения электронного баланса:
Восстановитель 3|S2- - 8e + 4H2O = SO42- + 8H+
Окислитель 8|NO3- + 3e + 4H+ = NO + 2H2O
Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов 24. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 8 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 24 на 8 получаем коэффициент 3 для восстановителя и продукта его окисления.
Уравнение в ионно-молекулярной форме:
3S2- + 8NO3- + 12H2O + 32H+ = 3SO42- + 8NO + 24H+ + 16H2O.
После приведения членов в обеих частях равенства, получим:
3S2- + 8NO3- + 8H+ = 3SO42- + 8NO + 4H2O.
Уравнение в молекулярной форме:
3H2S + 8HNO3 = 3H2SO4 + 8NO + 4H2O.
В данной реакции Н2S является восстановителем, так как увеличивается степень окисления серы с -2 до +6, а HNO3 - окислителем, потому что степень окисления азота уменьшается с +5 до +3.
Реакция гидроксида бария и гидроксида магния
Задача 392.
Будет ли Ba(OH)2 реагировать с MgSO4 и если нет то почему?
Решение:
Ba(OH)2 и MgSO4 растворимы в воде, поэтому они диссоциируют в водных растворах:
Ba(OH)2 = Ba2+ + 2ОН-;
MgSO4 = Mg2+ + SO42-.
Таким образом, в смеси растворов Ba(OH)2 и MgSO4 будут находиться следующие ионы: Ba2+, ОН-, Mg2+ и SO42-. Ионы Ba2+, соединяясь с ионами SO42-, образуют нерастворимое соединение BaSO4 (ПР = 1,1 . 10-10), а ионы Mg2+ и ОН-, соединяясь друг с другом образуют нерастворимое основание Mg(OH)2 [ПР = 6 . 10-10 (свежеосажденное)].
Уравнение реакции имеет вид:
Ba(OH)2 + MgSO4 = Mg(OH)2↓ + BaSO4↓.
Расчет объема и массы газа, который можно закачать в газовый баллон
Задача 393.
Найти объем и массу закиси азота который можно закачать в газовый баллон, объемом 50 литров, при температуре 25 °С, если баллон выдержит давление 400 атм.
Решение:
Изотермический процесс, pV = const.
1. Рассчитаем объем закиси азота по формуле:
p1V1 = p2V2, где
p1 - атмосферное давление;
V1 - объем газа;
р2 - давление балона;
V2 - объем балона.
Тогда
V1 = p2V2/p1 = (400 атм . 50 л)/1 атм = 20000 л = 20 м3.
2. Рассчитаем массу закиси азота по уравнению Менделеева — Клапейрона:
pV = mRT/M, где
р - атмосферное давление, 101325 Па;
V - объем газа, м3;
m - масса газообразного вещества, кг;
М - молярная масса гаообразного вещества, кг;
R - азовая постоянная, 8,31 Дж/(моль . К);
Т - темпратура, 298 К.
Тогда
m(N2O) = pVM/RT = (101325 . 20 . 0,044)/(8,31 . 298) = 35,5 кг.
Ответ: m(N2O) = 35,5 кг.
