Образцы решения задач и упражнений

Пример 1. Рассчитайте количество йода (моль, г), образовавшегося по реакции между иодидом калия и бихроматом калия в присутствии серной кислоты, если израсходовано 0,2л 0,2н раствора восстановителя. Уравнение напишите методом ионно-электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель, тип ОВР.

Решение.

Напишем уравнение реакции, учитывая, что иодид-ион, являясь восстановителем, окислится до свободного йода, а бихромат-ион восстановится до катиона Cr³⁺ :

KI + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ → I₂ + Cr³⁺ + ……

Запишем полуреакции, просуммируем их, допишем недостающие ионы и составим окончательное уравнение:

3 2I^– –2е = I₂

1 Cr₂O₇^2– + 14Н⁺ +6е = 2 Cr³⁺ +7Н₂О

6 I^– + Cr₂O₇^2– + 14Н⁺ = 3I₂+ 2 Cr³⁺ +7Н₂О

6K⁺ 2K⁺ 7SO₄^2– 3SO₄^2– 8 K⁺ 4SO₄^2–

6KI + K₂Cr₂O₇ + 7H₂SO₄ = 3I₂ + Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄+7Н₂О

Тип ОВР – реакция межмолекулярного окисления – восстановления.

Согласно условию задачи израсходовано 0,2л 0,2н раствора восстановителя KI

Количество вещества n(KI) = (VC_н)_KI = 0,2·0,2 = 0,004 моль;

n(I₂ ) = ½ n(KI) = ½·0,004 = 0,002 моль;

Масса I₂= n(I₂) · M(I₂) = 0.02·254 = 5.08 г.

Ответ: 0,02 молей, 5,076 г.

Пример 2. Оксид хрома (VI) массой 5 г вступил в реакцию с аммиаком объемом 2,24 л (н. у.). Полученный твердый продукт сплавили с избытком гидроксида натрия, а затем подействовали на реакционную смесь избытком раствора серной кислоты. Какую массу кристаллогидрата Cr₂(SO₄)₃·18H₂O можно выделить из полученного раствора

Решение.

Записываем уравнение реакции между оксидом хрома (VI) и аммиаком:

2CrO₃ + 2NH₃ = Cr₂O₃ + N₂ + 3H₂O (a)

Находим количество вещества оксида хрома (VI) и аммиака, которые взяты для реакции:

моль;

моль.

Из расчета видно, что аммиак взят в избытке.

При сплавлении твердого продукта реакции Сr₂О₃ со щелочью протекает реакция:

Cr₂O₃ + 2NaOH = 2NaCrO₂ + H₂O (б)

При добавлении к полученному веществу избытка серной кислоты образуется сульфат хрома (III):

2NaCrO₂ + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + Na₂SO₄ + 4H₂O (в)

С учетом коэффициентов в уравнениях (а), (б), и (в) следует:

n(Cr₂O₃) = ½n(CrO₃) = ½·0,05 = 0,025 ( Следует из уравнения (a));

n(NaCrO₂) = 2n(Cr₂O₃); n(Cr₂(SO₄)₃) = ½ n(NaCrO₂) ( из (б) и (в));

Следовательно

n(Cr₂(SO₄)₃) = n(Cr₂O₃) = 0,025 моль.

Количество вещества кристаллогидрата сульфата хрома (III), который может быть выделен из раствора, равно количеству вещества полученного сульфата хрома, т.е.

n(Cr₂(SO₄)₃·18H₂O) = n(Cr₂(SO₄)₃ )= 0,025 моль.

Находим массу кристаллогидрата:

m(Cr₂(SO₄)₃·18H₂O) = n(Cr₂(SO₄)₃·18H₂O)·M(Cr₂(SO₄)₃·18H₂O);

m(Cr₂(SO₄)₃·18H₂O) = 0,025·716 = 17,9 г.

Ответ: 17,9 г.

Пример 3. Объясните, почему соединения хрома (III) обладают окислительно-восстановительной двойственностью. Напишите уравнения соответствующих реакций методом ионно-электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель, тип ОВР.

Решение.

Поскольку +3 для хрома является промежуточной степенью окисления, он мо­жет принимать электроны, понижая при этом свою степень окисления, до 0 или +2. С другой стороны, он может повышать свою степень окисления до +6 в щелочной среде с образованием хроматов. Для доказательства окислительных свойств необ-ходимо реакцию провести с типичным восстановителем, например, более актив-ным металлом. Для доказательства восстановительных свойств необходимо реак-цию провести с типичным окислителем, например, галогенами, кислородсодержащими ионами галогенов, нитрат – ионами, пероксидом водорода. Напишем уравнения реакций взаимодействия хлорида хрома (III) с алюминием, и с хлоратом калия в щелочной среде. В первой реакции CrCl₃ – окислитель, во второй – восстановитель.

1) 3CrCl₃ + Al = 3CrCl₂ + AlCl₃

2) KClO₃ + CrCl₃ + КОН = Cl^–+ CrO₄^2– + ......

Запишем полуреакции, просуммируем их, допишем недостающие ионы, сократим подобные члены и составим окончательное уравнение:

1 ClO₃ ^– +3 Н₂О +6е = Cl^– +6ОН^–

2 Cr³⁺ + 8ОН^– –3е = CrO₄^2– +4Н₂О

ClO₃ ^– + 2Cr³⁺ + 3 Н₂О + 16ОН^– = Cl^– + 6ОН^– +2 CrO₄^2– +8Н₂О

ClO₃ ^– + 2 Cr³⁺ + 10ОН^– = Cl^– + 2CrO₄^2– +5Н₂О

K⁺ 6Cl^– 10K⁺ K⁺ 4K⁺ 6K⁺ 6Cl^–

KClO₃ + 2CrCl₃+ 10КОН = 7КCl+ 2К₂ CrO₄+ 5Н₂О

Обе реакции относятся к типу межмолекулярного окисления восстановления.

Пример 4. Объясните, почему раствор сульфата хрома (III) имеет кислую реакцию среды. Напишите уравнения соответствующих реакций. Укажите способы смещения процесса.

Решение.

Соль образована сильной кислотой и слабым основанием. Происходит ступенчатый гидролиз, образуются основные соли и кислота.

_ 

_

_  

_  

_{Чтобы сместить равновесие влево необходимо раствор подкислить.}

Пример 5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: CrCl₃→ K₃CrO₃ → K ₂CrO₄→ K ₂Cr₂O₇

1. Чтобы перевести соединения хрома(III) катионного типа в соединения анионного типа необходимо добавить щелочь

Cr³⁺ + 6OH^–_ CrO₃^3– + 3H₂O

CrCl₃ + 6КОН = K₃CrO₃ + 3КCl +3H₂O

Раствор приобретает изумрудно-зеленую окраску.

2. Чтобы перевести соединения хрома(III) в соединения хрома(VI) необходимо добавить окислитель и для получения хромата реакцию нужно провести в щелочной среде. Например:

K₃CrO₃ + КОН + Н₂О₂ = K ₂CrO₄ + .......

Запишем полуреакции, просуммируем их, допишем недостающие ионы, сократим подобные члены и составим окончательное уравнение:

3 Н₂О₂ +2е = 2ОН^–

2 CrO₃ ^3– + 2ОН^– –3е = CrO₄^2– +Н₂О

3 Н₂О₂ + 2 CrO₃ ^3– + 4ОН^– = 6ОН^– +2 CrO₄^2– +2Н₂О

3 Н₂О₂ + 2 CrO₃ ^3– = 2CrO₄^2– +2ОН^– + 2Н₂О

6K⁺ 4K⁺ 2K⁺

3 Н₂О₂ + 2K₃CrO₃ = 2К₂ CrO₄+ 2КОН + 2Н₂О

Раствор приобретает желтую окраску.

4. Хроматы устойчивы в щелочной среде. Чтобы перевести их в бихроматы необходимо создать кислую среду:

2CrO₄^2– + 2H⁺ _ Cr₂O₇^2– + H₂O

2К₂ CrO₄+ H₂SO₄ =  K ₂Cr₂O₇ +  K ₂ SO₄ +H₂O

Раствор приобретает оранжевую окраску.