Примеры решения задач

Задача 1. Какой объем (при н.у.) занимает кислород, выде­лившийся из одного моля каждого из веществ: KClO₃, КMnО₄, КNО₃, HgО?

Решение. Все реакции разложения данных веществ протекают при нагревании:

2KClO₃ = 2КСl + ЗО₂↑,

2КMnО₄ = К₂MnО₄ + MnО₂ + О₂↑,

2КNO₃ = 2КNО₂ + О₂↑,

2HgO = 2Нg + О₂↑.

Согласно этим уравнениям, из одного моля КClO₃ выделяется 1,5 моль О₂, из одного моля остальных трех веществ — по 0,5 моль О₂.

Задача 2. Докажите, что оксид серы (IV) является веществом с двойственной окислительно—восстановительной функцией.

Решение. Сера в SО₂ находится в промежуточной степени окисления +4, и может как повышать степень окисления (быть восстановителем), так и понижать ее (быть окислителем).

Восстановительные свойства SО₂ проявляет в реакциях с сильными окислителями, например, с перманганатом калия:

5SО₂ + 2КМnО₄ + 2Н₂О = 2Н₂SО₄ + К₂SО₄ + 2МnSО₄ .

Окислительные свойства SО₂ проявляет, например, в реакции с сероводородом:

SО₂ + 2Н₂S = 3S↓ + 2Н₂О.

Задача 3. Напишите уравнения реакций, характеризующих, следующие превращения:

SО₂ → Na₂SО₃ → NаНSО₃ → Nа₂SО₃ → Nа₂SО₄.

Решение. При пропускании SО₂ через избыток раствора гидроксида натрия образуется сульфит натрия:

SО₂ + 2NаОН = Na₂SО₃ + Н₂О.

При пропускании избытка SО₂ через раствор сульфита натрия образуется гидросульфит натрия:

SО₂ + Na₂SО₃ + Н₂О = 2NаНSО₃.

Гидросульфит натрия при нагревании разлагается:

2NаНSО₃ = Nа₂SО₃ + SО₂↑ + Н₂О.

Серная кислота вытесняет сернистую кислоту из сульфитов:

Nа₂SО₃ + Н₂SО₄ = Nа₂SО₄ + SО₂↑ + Н₂О.

Задача 4. Какую массу оксида серы (VI) надо растворить в 100 г 91%-ного раствора серной кислоты для того, чтобы полу­чить 30%-ный олеум?

Решение. Олеум — это раствор SО₃ в 100%-ной Н₂SО₄. Про­цесс получения олеума разобьем на две стадии. Сначала найдем, сколько надо добавить SО₃, чтобы 91%-ная серная кислота пре­вратилась в 100%-ную.

SО₃ + Н₂О = Н₂SО₄.

В исходной серной кислоте содержалось 100^.0,09 = 9 г Н₂О, что составляет 9/18 = 0,5 моль. Для реакции с таким количеством воды необходимо 0,5 моль SО₃ (массой 0,5∙80 = 40 г); при этом образуется 0,5 моль Н₂SО₄ (массой 0,5^.98 = 49 г). Общая масса 100%-ной серной кислоты после добавления 40 г SО₃ станет рав­на 91 + 49 = 140 г.

Для получения 30%-ного раствора SО₃ в серной кислоте к 140 г Н₂SО₄ надо добавить х г SО₃, тогда масса олеума станет равна 140+х, а массовая доля SО₃ составит

ω(SO₃) = x/(140 + x) = 0,3,

откуда х = 60 г. Общая масса добавленного SО₃ равна 40 + 60 = 100 г.

Ответ. 100 г SО₃.

Задача 5. В процессе синтеза оксида серы (VI) из оксида се­ры (IV) и кислорода в замкнутом сосуде давление в реакционной смеси упало на 20,0% (при постоянной температуре). Определите состав образовавшейся газовой смеси (в % по объему), если в ис­ходной смеси содержалось 50% оксида серы (IV) по объему.

Решение. По условию, в исходной смеси содержалось равное количество SО₂ и О₂: v(SО₂) = v(О₂) = х, общее число молей v₁ = 2х.

Реакция образования SО₃ из SО₂ и О₂ — обратимая:

2SО₂ + О₂ 2SO₃.

Пусть в реакцию вступило у моль О₂, тогда израсходовано 2у моль SО₂, и образовалось 2у моль SО₃. В полученной смеси содержатся: v(SО₂) = х-2у, v(О₂) = х—у, v(SО₃) = 2у, общее число молей v₂ = (х-2у) + (х—у) + 2у = 2х—у.

Реакция проводится в замкнутом сосуде, поэтому давление в сосуде при постоянной температуре прямо пропорционально общему количеству газов:

р₂/р₁= 0,8 (по усл.) = v₂/v₁ = (2х-у) / 2х,

откуда у = 0,4x. Объемные доли газов в конечной смеси равны их мольным долям:

ω(SО₂) = v(SО₂) / v₂ • 100% = 0,2x / 1,6x • 100% = 12,5%,

 ω(О₂) = v(О₂) / v₂ • 100% = 0,6x / 1,6x • 100% = 37,5%,

ω(SО₃) = v(SО₃) / v₂ • 100% = 0,8x / 1,6x • 100% = 50,0%.

Ответ. 12,5% SО₂, 37,5% О₂, 50,0% SО₃.