Составление уравнений реакций, расстановка коэфициентов в уравнениях

Реакция самоокисления-самовосстановления (реакция диспропорционирования)

Задача 486.
Расставить коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях:
а) I₂ + NaOH = NaIO₃ + NaI + H₂O;
б) NaIO₃ + NaI + H₂SO₄ = I2 + Na₂SO₄ + H₂O.
Решение:
а) I₂ + NaOH = NaIO₃ + NaI + H₂O

Определяем атомы элементов, в которых произошло измениение степени окисления при реакции. Здесь у иода произошло уменьшение степени окисления с 0 в I₂ до -1 в NaI (I⁰ = I^-), а также степень окисления иода увеличилась с 0 в I₂ до +5 в NaIO₃ (I⁰ = I⁺⁵). Так как изменение степени окисления элемента произошло у одного и того же вещества, то данная реакция относится к реакции самоокисления-самовосстановления (реакция диспропорционирования).

Определяем окислитель и восстановитель в реакции. 
В данной реакции окислителем является иод (I₂), который в процессе реакции принимает электроны, восстанавливается от I⁽⁰⁾ до I^(-1). Так же йодид (I₂) является восстановителем, который в процессе реакции отдает электроны, окисляетя от I⁽⁰⁾ до I⁽⁺⁵⁾. Таким образом, в данной реакции иод (I₂) является одновременно и окислителем, и восстановителем.

Составим уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

5|I⁰ + 1ē → I^-1 
1|I⁰ - 5ē + 6OH^- → IO^3- + 3H₂O.

Складывая эти полуреакции, получаем полное онно-молекулярное уравнение: 

6I⁰ + 6OH^- → 5I-1 + IO₃^- + 3H₂O.

На основании этого ионного уравнения составляем молекулярное, получим:

3I₂ + 6NaOH → NaIO₃ + 5NaI + 3H₂O.

Проверяем, чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения было одинаковым. В данном случае это так. 

б) NaIO₃ + NaI + H₂SO₄ = I₂ + Na₂SO₄ + H₂O.

Определяем атомы элементов, в которых произошло измениение степени окисления при реакции. Здесь у иода произошло уменьшение степени окисления с +5 в NaIO₃ до 0 в I₂ (I⁺⁵ = I⁰), а также степень окисления иода увеличилась с -1 в NaI до 0 в I₂ (I^-1 = I⁰). Так как изменение степени окисления элемента произошло у одного и того же вещества (I₂), то данная реакция относится к реакции самоокисления-самовосстановления (реакция диспропорционирования).
Определяем окислитель и восстановитель в реакции. 
В данной реакции окислителем является иод (NaIO₃), который в процессе реакции принимает электроны, восстанавливается от I⁽⁺⁾ до I⁽⁰⁾. Так же йодид (NaI) является восстановителем, который в процессе реакции отдает электроны, окисляетя от I^(-1) до I⁽⁰⁾. Таким образом, в данной реакции иод (I₂) является одновременно и окислителем, и восстановителем.

Составим уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

1|I0₃^- + 5ē + 6Н⁺ → 5I⁰ + 3Н₂О
5|I^- -1ē  → IO.

Складывая эти полуреакции, получаем полное онно-молекулярное уравнение: 

I0₃^- + 5I^- + 6H⁺ → 6I⁰ + 3H₂O.

На основании этого ионного уравнения составляем молекулярное, получим:

NaIO₃ + 5NaI + 3H₂SO₄ →3I₂ + 3Na₂SO₄ + 3H₂O.

Проверяем, чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения было одинаковым. В данном случае это так. 
 

Задача 487.
Расставить коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции:
(NH₄)₂Cr₂O₇  = N₂ + Cr₂O₃ + H₂O.
Решение:
Определяем атомы элементов, в которых произошло измениение степени окисления при реакции. Здесь у хрома произошло уменьшение степени окисления с +6 в (NH₄)₂Cr₂O₇ до +3 в Cr₂O₃ (Cr⁺⁶ = Cr³⁺), а также степень окисления азота увеличилась с -3 в (NH₄)₂Cr₂O₇ до 0 в N₂ (N^-3 = N⁰). Так как изменение степени окисления элементов произошло у одного и того же вещества, то данная реакция относится к реакции самоокисления-самовосстановления (реакция диспропорционирования).
Определяем окислитель и восстановитель в реакции. 

В данной реакции окислителем является (NH₄)₂Cr₂O₇, в котором атом хрома принимает электроны, восстанавливается от Cr⁽⁺⁶⁾ до Cr⁽⁺³⁾. Так же (NH₄)₂Cr₂O₇ является восстановителем, в котором в процессе реакции азот отдает электроны, окисляетя от N^(-3) до N⁽⁰⁾. Таким образом, в данной реакции (NH₄)₂Cr₂O₇ является одновременно и окислителем, и восстановителем.

Составим уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

|Cr₂O₇^2- + 6ē + 8H⁺ → Cr₂O₃ + 4H₂O; 
|2N^-3 - 6ē → N₂.

Складывая эти полуреакции, получаем полное онно-молекулярное уравнение: 

Cr₂O₇^2- + 2N^-3 + 8H⁺ → Cr₂O₃ + 4H₂O.

На основании этого ионно-молекулярного уравнения составляем молекулярное, получим:

(NH4)₂Cr₂O₇  = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O.

Проверяем, чтобы количество атомов каждого элемента в левой и правой частях уравнения было одинаковым. В данном случае это так.

Задача 488.
Вычислить окислительно-восстановительный потенциал в растворе, содержащем 0,2 моль/л К₂Сг₂O₇, 0,3 моль/л Сг₂(SO₄)₃ и 0,5 моль/л HNO₃.
Решение:
Уравнения диссоциации:

К₂Сг₂О₇ = 2К⁺ + Сг₂О₇^2-;
Сг₂(SO₄)₃ = 2Сг³⁺ + 3SO₄^2-;
HNO₃ = Н⁺ + NO₃^-.

Из уравнений вытекает:

[Сг₂О₇^2-] = n(К₂Сг₂О₇) = 0,2 моль/л;
[Сг³⁺] = 2n[Сг₂(SO₄)₃] = (2 ^/ 0,3) = 0,6 моль/л; 
[H⁺] = n(HNO₃) = 0,5 моль/л.

Ионы Сг₂O₇^2-, Н⁺ и Сг³⁺ входят в окислительно-восстановительную систему:

Сг₂O₇^2- + 14Н⁺ + 6ē = 2Сг³⁺ + 7Н₂О, Е° = 1,35 В.

Окислительно-восстановительный потенциал в растворе рассчитаем из уравнения:

Е = Е° + (0,059/n)lg[Ox]/[Red], где

E – окислительно-восстановительный потенциал раствора;
E°- стандартный потенциал системы;
n – количество отдаваемых или получаемых электронов в окислительно-восстановительном процессе;
[Ox] - концентрация ионов окисленной (Ох) формы системы;
[Red] - концентрация ионов восстановленной (Red) формы системы.

Тогда

Е = Е° + (0,059/6)lg([Сг₂O₇^2-][Н⁺]¹⁴)/[Сг³⁺] =
= 1,35 + (0,059/6)lg[0,2(0,5)¹⁴]/14)/0,6 ≈ 1,3 B.

Ответ: 1,3 B.
 

Составление уравнений реакций
 

Задача 489. 
1. Составьте уравнения (в молекулярном и ионном виде) возможных реакций раствора гидроксида калия со следующими веществами: хлоридом магния, оксидом серы (VI), сульфатом натрия, азотной кислотой. 
2. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: 
барий → оксид бария → гидроксид бария → сульфат бария. 
Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронный баланс. Укажите окислитель, восстановитель, процессы окисления и восстановления. 
3. Закончите молекулярные уравнения реакций, протекающих в растворе. И запишите соответствующие ионные уравнения. 
А. AlCl₃ + AgNO₃ → ? 
Б. Al + H₂SO₄ → ? 
4. Сколько граммов соли образуется при взаимодействии 4 г гидроксида натрия с азотной кислотой? 
Решение:
1.
а) MgCl₂ + 2KOH = Mg(OH)₂↓ + 2KCl (молекулярное уравнение);
Mg⁽²⁺⁾ + 2Cl^(-) + 2K⁽⁺⁾ + 2OH^(-) = Mg(OH)₂↓ + 2K⁽⁺⁾ + 2Cl^(-) (полное ионно-молекулярное уравнение);
Mg⁽²⁺⁾ + 2OH^(-) =  Mg(OH)₂↓ (сокращенное ионно-молекулярное уравнение).

б) SO₃ + 2KOH = K₂SO₄ + H₂O (молекулярное уравнение);
SO₃ + 2K⁽⁺⁾ + 2OH^(-) = 2K⁽⁺⁾ + SO₄^(2-) + H₂O (полное ионно-молекулярное уравнение);
SO₃ + 2OH^(-) = SO₄^(2-) + H₂O (сокращенное ионно-молекулярное уравнение).

в) KOH + HNO₃ = KNO₃ + H₂O (молекулярное уравнение);
K⁽⁺⁾ + OH^(-) + H⁽⁺⁾ + NO₃^(-) = K⁽⁺⁾ + NO₃^(-) + H₂O (полное ионно-молекулярное уравнение);
OH^(-) + H⁽⁺⁾ = H₂O (сокращенное ионно-молекулярное уравнение).

2.
а) 2Ba⁽⁰⁾ + O₂⁽⁰⁾ = 2Ba⁽⁺²⁾O^(-2);
Ba - 2e = Ba⁽²⁺⁾ | 2 восстановитель, окисление;
2О + 4e = 2O^(2-) | 1 окислитель, восстановление.

б) BaO + H₂O = Ba(OH)₂;

в) Ba(OH)₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2H₂O.
 
3.
А) AlCl₃ + 3AgNO₃ = Al(NO₃)₃ + 3AgCl↓ (молекулярное уравнение);
Al⁽³⁺⁾ + 3Cl^(-) + 3Ag⁽⁺⁾ + 3NO₃^(-) = Al⁽³⁺⁾ + 3NO₃^(-) + 3AgCl↓ (полное ионно-молекулярное уравнение);
3C^l(-) + 3A^g(+) = 3AgCl↓ (сокращенное ионно-молекулярное уравнение).

Б) 3H₂SO_4(разб) + 2Al = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑ (молекулярное уравнение); 
6H⁽⁺⁾ +  3SO₄^(2-) + 2Al =  2Al⁽³⁺⁾ + 3SO₄^(2-) + 3H₂↑ (полное ионно-молекулярное уравнение);
6H⁽⁺⁾ + 2Al = 2Al⁽³⁺⁾  + 3H₂↑ (сокращенное ионно-молекулярное уравнение).

4.
Напишем уравнение реакции: 

NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O. 

Из уравнения вытекает, что количество вещества гидроксида равно количеству вещества соли - n(NaOH) = n(NaNO3). 
Следовательно: 

n(NaOH) = m(NaOH)/M(NaOH) = 4/40 = 0,1 моль; 
n(NaOH) = n(NaNO3) = 0,1 моль; 
m(NaNO₃) = n(NaNO₃) ^. M(NaNO₃) = 0,1 моль ^/ 85 г/моль = 8,5 г. 

Ответ : 8,5 г.
 

Задача 490.
1. Составьте 2 уравнения реакций, в результате которых можно получить соль хлорид алюминия. 
2. Какой объём водорода (н.у.) образуется при взаимодействии 2,7 г  алюминия, содержащего 10% примесей, с необходимым количеством соляной кислоты?
Решение:

1.  Реакции получения хлорид алюминия:

1) Взаимодействие металлов с галогенами:

2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃

2) Взаимодействие металлов с кислотами-неокислителями:

2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑.

2.
Уравнение реакции имеет вид:

Al + 3HСl = AlCl₃ + 3H₂↑.

Из уравнения вытекает, что при взаимодействии 1 моль алюминия образуется 3 моль водорода, т.е. n(Al) = 3n(H₂).

1. Рассчитаем количество алюминия, взятого для реакции с учетом содержания примесей, получим:

n(Al) = m(Al)/М(Al) = (2,7 ^. 0,9)/27 = 0,09 моль.

2. Рассчитаем объем водорода, получим:

n(H₂) = 3n(Al) = 3 ^. 0,09 = 0,27 моль;
V(H₂) = 0,27 ^. 22,4 = 6,048 л.

Ответ: V(H₂) = 6,048 л.