Примеры решения задач

Задача 1. В сосуде, имеется смесь водорода и хлора. Как изменится давление в сосуде при пропускании через смесь электрической искры?

Решение. При пропускании искры газы реагируют по уравнению:

Н₂ + Сl₂ = 2НСl.

В результате этой реакции общее количество молекул в газовой фазе не изменяется, поэтому давление в сосуде также остается неизменным.

Задача 2. Газ, выделившийся при действии 2,0 г цинка на 18,7 мл 14,6%-ной соляной кислоты (плотность раствора 1,07 г/мл), пропустили при нагревании над 4,0 г оксида меди (II). Чему равна масса полученной твердой смеси?

Решение. При действии цинка на соляную кислоту выделяется водород:

Zn + 2НСl = ZnСl₂ + Н₂↑,

который при нагревании восстанавливает оксид меди (II) до меди:

СuО + Н₂ = Си + Н₂О.

Найдем количества веществ в первой реакции: m(р-ра НСl) = 18,7^.1,07 = 20,0 г. m(НСl) = 20,0^.0,146 = 2,92 г. v(НСl) = 2,92/36,5 = 0,08 моль. v(Zn) = 2,0/65 = 0,031 моль. Цинк находится в недостатке, поэтому количество выделившегося водорода равно: v(Н₂) = v(Zn) = 0,031 моль.

Во второй реакции в недостатке находится водород, поскольку v(СuО) = 4,0/80 = 0,05 моль. В результате реакции 0,031 моль СuО превратится в 0,031 моль Сu, и потеря массы составит:

m(СuО) — m(Сu) = 0,031^.80 — 0,031^.64 = 0,50 г.

Масса твердой смеси СuО с Сu после пропускания водорода со­ставит 4,0-0,5 = 3,5 г.

Ответ. 3,5 г.

Задача 3. Напишите уравнения реакций, которые могут про­исходить при действии концентрированной серной кислоты на все твердые галогениды калия. Возможны ли эти реакции в вод­ном растворе?

Решение. При действии концентрированной серной кислоты на фторид и хлорид калия при нагревании выделяются, соответ­ственно, фтороводород и хлороводород:

КF + Н₂SО_4(конц) = НF↑ + КНSО₄,

КСl + Н₂SО_4(конц) = НCl↑ + КНSО₄.

Это — лабораторный способ получения данных галогеноводородов.

Бромоводород и иодоводород — сильные восстановители и легко окисляются серной кислотой до свободных галогенов, при этом НBr восстанавливает серную кислоту до SО₂, а НI (как бо­лее сильный восстановитель) — до Н₂S:

2КВr + 2Н₂SО_4(конц) = Вr₂ + SO₂↑ + К₂SО₄ + 2Н₂О,

8КI + 5Н₂SО_4(конц) = 4I₂ + Н₂S↑ + 4К₂SО₄ + 4Н₂О.

В водном растворе серная кислота уже не является сильным окислителем. Кроме того, все галогеноводородные кислоты — сильные (за исключением плавиковой кислоты), и серная кислота не может вытеснять их из солей. В водном растворе возможна единственная обменная реакция:

2КF + Н₂SО₄ = 2НF + К₂SО₄.

Признак реакции — образование малодиссоциирующего вещества (слабой плавиковой кислоты).

Задача 4. Составьте уравнения следующих реакций:

1) FеSО₄ + КClO₃ + Н₂SО₄ → …

2) FеSО₄ + КClO₃ + КОН → …

3) I₂ + Ва(ОН)₂ → …

4) КВr + КВrО₃ + Н₂SО₄ → …

Решение.

1) СlO₃^— — сильный окислитель, восстанавливается до Сl^—; Fе²⁺ — восстановитель, окисляется до Fе³⁺ (Fе₂(SО₄)₃):

6FеSО₄ + КClO₃ + 3Н₂SО₄ = 3Fе₂(SО₄)₃ + КСl + 3Н₂О.

2) СlO₃^— — окислитель, восстанавливается до Сl^—, Fе²⁺ — восстано­витель, окисляется в до Fе³⁺ (Fе(ОН)₃):

6FеSО₄ + КClO₃ + 12КОН + 3Н₂О = 6Fе(ОН)₃↓ + КСl + 6К₂SO₄.

3) Как и все галогены (кроме фтора), иод в щелочной среде диспропорционирует:

6I₂ + 6Ва(ОН)₂ = 5ВаI₂ + Ва(IO₃)₂ + 6Н₂О.

4) Бромид-ион — сильный восстановитель и окисляется бромат-ионом в кислой среде до брома:

5КВr + КВrО₃ + 3Н₂SО₄ = 3Вr₂ + 3К₂SО₄ + 3Н₂О.

Эта реакция обратна реакции диспропорционирования галогенов в щелочной среде.

Задача 5. После нагревания 22,12 г перманганата калия образовалось 21,16 г твердой смеси. Какой максимальный объем хлора (н.у.) можно получить при действии на образовавшуюся смесь 36,5%-ной соляной кислоты (плотность 1,18 г/мл). Какой объем кислоты при этом расходуется?

Решение. При нагревании перманганат калия разлагается:

Масса смеси уменьшается за счет выделившегося кислорода: v(О₂) = m/ М = (22,12-21,16) / 32 = 0,03 моль. В результате реакции также образовались 0,03 моль К₂МnО₄, 0,03 моль МnО₂ и израсходовано 0,06 моль КМnО₄. Перманганат калия разложился не весь. После реакции он остался в смеси в количестве v(КMnО₄) = 22,12/158 — 0,06 = 0,08 моль.

Все три вещества, находящиеся в конечной смеси (КМnО₄, К₂МnО₄, МnО₂), — сильные окислители и при нагревании окисляют соляную кислоту до хлора:

Общее количество хлора, который выделился в этих трех реакциях, равно: v(Сl₂) = (0,08^.5/2) + (0,03^.2) + 0,03 = 0,29 моль, а объем составляет V(Сl₂) = 0,29^.22,4 = 6,50 л.

Количество израсходованного хлороводорода равно: v(НСl) = (0,08^.16/2) + (0,03^.8) + (0,03^.4) = 0,96 моль,

m(НСl) = v^.M = 0,96^.36,5 = 35,04 г,

m(р-ра НСl) = m(НСl)/ω(НСl) = 35,04/0,365 = 96,0 г,

V(р-ра НСl) = т/ρ= 96,0/1,18 = 81,4 мл.

Ответ. V(Сl₂) = 6,50 л, V(р-ра НСl) = 81,4 мл.