- •Учебно-методический комплекс,
- •1 Применение основных газовых законов для расчета характеристик веществ
- •1.1 Законы идеального газа
- •1.1.1 Закон Бойля-Мариотта
- •1.1.2 Законы Гей-Люссака и Шарля
- •1.1.3 Закон Авогадро
- •1.1.4 Уравнение Менделеева — Клапейрона
- •1.1.5 Закон Дальтона
- •1.1.6 Закон объемных отношений Гей-Люссака
- •1.1.7 Определение молекулярных масс газообразных веществ
- •2 Расчеты по эквивалентам, законам эквивалентов и атомной теплоемкости
- •2.1 Общие положения
- •2.2 Определение эквивалентов сложных веществ
- •2.3 Определение эквивалентов простых веществ
- •2.4 Расчет количества реагирующих веществ по эквивалентам
- •2.5 Расчеты по закону эквивалентов совместно с законом атомной теплоемкости
- •3 Вывод химических формул по весовому составу вещества
- •4 Расчеты по химическим формулам
- •5 Составление структурных формул
- •6 Расчеты по химическим уравнениям
- •6.1 Общие сведения
- •6.2 Расчет по данным стехиометрии
- •58,5 Г NaCl реагирует с 170 г AgNo3
- •143,5 Г AgCl выпадает из 170 г AgNо3
- •2 Валентных электрона
- •7 Валентных электронов
- •8 Химическая связь
- •Гибридизация орбиталей и пространственная конфигурация молекул представлены в таблице.
- •9 Термохимия. Кинетика
- •Растворы
- •10.1 Общие свойства растворов
- •10.2 Свойства растворов электролитов
- •11 Окислительно-восстановительные процессы
- •Решение. Определяем степени окисления n и s в уксусных соединениях
- •Решение. На катоде из двух возможных процессов
- •Решение. На катоде будет восстанавливаться медь, т.К. Потенциал процесса
11 Окислительно-восстановительные процессы
Пример 79. Определить степень окисления Si, Mn, Cr в соединениях H2SiO3, Mn(OH)4 , K2Cr2O7.
Решение. Проставляем известные степени окисления, обозначив неизвестные как x,y, z соответственно: H2+1 SiX O3-2, MnY (O-2H+1)4, K2+1Cr2Z O7-2.
Поскольку сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна быть равна нулю, то неизвестные величины находим из уравнений
21+x+3(-2)=0 y+4(-2)+41=0 21+2z+7(-2)=0
x=4 y=4 z=6
Таким образом, Si+4, Mn+4, Cr+6.
Пример 80. Исходя из степеней окисления азота и серы, определить, какие соединения могут быть только восстановителями, только окислителями и какие могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства:
NH3, N2H4 , N2, NO, HNO2, HNO3, H2S, H2S2, S2, SO, SO2, H2SO4.
Решение. Определяем степени окисления n и s в уксусных соединениях
N-3H3, N2-2H4, N20, N+2O, HN+3O2, H2S-2, H2S2-1, S20, S+2O, S+4O2, H2S+6O4.
Азот находится в V группе, сера в VI. Следовательно, максимальная степень окисления азота +5, минимальная -3, для серы соответственно +6 и -2. Любые другие степени окисления для этих элементов являются промежуточными.
В максимальной степени окисления элемент проявляет только окислительные свойства, в минимальной- только восстановительные, в промежуточной – как окислительные, так и восстановительные. Поэтому:
NH3 и H2S- восстановители, HNO3 и H2SO4- окислители, остальные вещества могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.
Пример 81. Могут ли протекать ОВР между веществами: а) MnO2 и HI; б) K2Cr2O7 и NaNO2; в) FeCl2 и H2S; г) KMnO4 и H2O2
Решение. а) Степень окисления Mn=4 – промежуточная, I = -1 - минимальная. Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем MnO2 - окислитель, HI - восстановитель; б) степень окисления Сr=+6 - максимальная, N=+3- промежуточная. Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем K2Cr2O7 -окислитель, NaNO2- восстановитель; в) степень окисления Fe=+2 - минимальная , S=--2 - минимальная. Оба элемента в данных соединениях могут проявлять только восстановительные свойства. Следовательно, взаимодействие этих веществ невозможно. г) степень окисления Mn=+7, кислород в составе пероксидов имеет степень окисления -1, которая для него является промежуточной. Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем KMnO4- окислитель, H2O2- восстановитель.
Пример 82. Определить коэффициенты в ОВР методом электронного баланса
Zn+H2SO4 ZnSO4+H2S +H2O
Zn0+H2S +6 O4 Zn+2 S +6 O4+H2S -2 +H2O
Zn0- 2e = Zn+2 8 4 4Zn0-8 e=4 Zn+2 (окисление, Zn0 восстановитель)
S+6 +8e = S-2 2 1 S+6+8 e= S-2 (восстановление, S+6 окислитель)
4Zn+H2SO4 4ZnSO4+H2S +H2O
Особенность данной реакции в том, что S+6 выполняет роль как окислителя (один атом восстанавливается до S-2), так и солеобразователя (в составе иона SO-24 без изменения степени окисления идет на связывание четырех ионов Zn2+). Поэтому перед H2SO4 должен стоять коэффициент 5, а не 1. Коэффициент перед H2O определяется однозначно из соображений материального баланса.
4 Zn+5H2SO4 4 ZnSO4+H2S +4 H2O
слева и справа по 20 атомов кислорода и по 10 атомов водорода.
Пример 83. Определить коэффициенты в ОВР методом электронного баланса
A+3s2 S-23 +HNO+53 H3A+5sO4 + H2 SO4+N+2O
Особенность данной реакции в том, что два элемента - мышьяк и сера повышают свои степени окисления, т.е. являются восстановителями.
При составлении электронных уравнений учтем, что соотношение атомов As и S два к трем:
2As+3 - 4e 2As+5 6As+3-12e 6As+5
28 e 3 84 e
3S-2 - 24e 3S+6 9S-2 – 72e 9S+6
N+5 +3e N+2 28 28 N+5+84e 28 N+2
3As2 S3 +28HNO3 6H3AsO4 + 9H2 SO4+28 NO
Слева и справа по 84 атома кислорода и по 28 атомов водорода.
Пример 84. Вычислить стандартную Э.Д.С. гальванического элемента с медным и кадмиевым электродами. Составить уравнения электродных реакций, суммарное уравнение реакции.
Решение. Используем значения Е0 из ряда напряжений металлов. Кадмий имеет меньший потенциал (-0,4 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Cd-2 e = Cd2+
Медь, потенциал который 0,34 В, - катод, т.е. электрод, на котором протекает восстановительный процесс:
Cu2+ + Cd0=Cu0+Cd2+
Значение стандартной Э.Д.С. равно разности стандартных электродных потенциалов окислителя и восстановителя:
E0=Е0ок - Е0 в = 0,34 -(-0,4)=0,74 В
Пример 85. Вычислить электродный потенциал цинка в растворе ZnCl2, в котором концентрация ионов Zn2+ составляет 710-2 моль/л.
Решение. Поскольку концентрация ионов металла отлична от 1 моль/л, то для определения электродного потенциала используем уравнения Нернста
Е = Е0 + (0,059/n) lg[Zn2+]
Здесь n=2 (Zn0-2e=Zn2+), [Zn2+]=710-2 моль/л, Е0 = -0,76 В
Е = -0,76+(0,059/2)lg 710-2= -0,79 В
Пример 86. Гальванический элемент состоит из металлического цинка, погруженного в 0,1 м раствор нитрата цинка, и металлического свинца, погруженного в 0,02 м раствор нитрата свинца. Вычислить Э.Д.С., написать уравнения электродных процессов, суммарное уравнение, составить схему элемента и указать направление тока.
Решение. Рассчитываем значение по уравнению Нернста:
Е0Zn= -0,76 В; Е0Рв = -0,13В
ЕZn = -0,76+(0,059/2)lg0,1 = -0,76+0,030(-1) = -0,79 В
ЕРb = -0,13+ (0,059/2)lg0,02 = -0,13+0,030(-1,7) = -0,18 В
Находим Э.Д.С. элемента :
Е = ЕРb- ЕZn = -0,18 - (-0,79) = 0,61 В
Поскольку ЕРbЕZn, то на свинцовом электроде будет происходить восстановление, т.е. он будет служить катодом:
Рb2++2 е=Рb0,
на цинковом электроде будет протекать процесс окисления:
Zn0-2e=Zn2+,
т.е. он будет служить анодом.
Суммарное уравнение реакции:
Рb2+ + Zn0 = Рb0 +Zn2+
Cхема гальванического элемента имеет вид:
- Zn Zn (No3)2 (0,1 м)Рb (NO3)2 (0,02 м)Рb +
Двойная черта обозначает границу раздела двух жидких фаз, две одиночные черты- поверхности раздела между металлом и раствором.
Ток идет от цинковой пластинки к свинцовой.
Пример 87. Составить уравнения электродных реакций и суммарное уравнение электролиза расплава ZnCl2 .
Решение.
ZnCl2 Zn2+ +2Cl-
На катоде идет восстановление катионов:
Zn2+ + 2 e= Zn0 ,
на аноде - окисление анионов:
2Cl- - 2 e =Cl2
Суммарное уравнение:
Zn2+ + 2Cl- = Zn+Cl2
Пример 88. Составить уравнения электродных реакций и суммарное уравнение электролиза водного раствора NaI с инертным анодом. Рассчитать, сколько иода выделится при пропускании тока силой 5 А в течении 10 ч.