Примеры решения задач

Задача 1. Запишите уравнения окислительно-восстановительных реакций с участием неметаллов, укажите окислитель и восстановитель:

а) Cl₂ + H₂O 

б) C + 2H₂SO₄ (конц.) 

Решение:

А) При взаимодействии хлора с водой образуются хлороводородная и хлорноватистая кислоты:

Cl₂⁰ + H₂O = HCl^- + HCl⁺O.

Эта реакции является реакцией диспропорционирования, где хлор одновременно является окислителем и восстановителем. Запишем полуреакции:

Cl₂ + 22Cl^- (Cl₂ – окислитель),

Cl₂ + 2H₂O - 22ClO^- + 4H⁺ (Cl₂ – восстановитель).

Б) При взаимодействии углерода с концентрированной серной кислотой образуются оксид углерода (IV), оксид серы (IV) и вода:

C⁰ + 2H₂S⁺⁶O₄ = C⁺⁴O₂ + 2S⁺⁴O₂ + 2H₂O.

Углерод изменяет степень окисления от 0 до +4, а сера – от +6 до +4, полуреакции имеют вид:

SO₄^2- + 4H⁺ + 2 SO₂ + 2H₂O (S⁺⁶ – окислитель),

C⁰ + 2H₂O - 4CO₂ + 4H⁺ (C⁰ – восстановитель).

Задача 2. При взаимодействии серы с концентрированной азотной кислотой (w (HNO₃) = 60 %, плотность раствора 1,27 г/мл) образовались серная кислота и оксид азота (II) объемом 67,2 л (н. у.). Вычислите массу серы и объем раствора азотной кислоты, вступивших во взаимодействие.

Дано:

ω (HNO₃) = 60 %

ρ (р-ра) = 1,27 г/мл

V (NO) = 67,2 л (н. у.)

М (S) = 32 г/моль

М (HNO₃) = 63 г/моль

Найти:

m (S)

V (р-ра HNO₃)

Решение:

Запишем уравнение реакции взаимодействия серы с концентрированной азотной кислотой; по условию задачи образуется оксид азота (II) и серная кислота:

S + 2HNO₃ = 2NO + H₂SO₄.

Для определения массы серы и объема азотной кислоты, взятой для окисления серы, необходимо знать количество вещества (в моль) образовавшегося оксида азота (II). Для расчета количества газа используем понятие молярный объем: при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,4 л. Тогда:

,

где n – количество вещества, моль; V – объем газа при нормальных условия, л; V_m – молярный объем газа, равный при нормальных условиях 22,4 л.

 моль.

Вычислим массу серы, необходимую для взаимодействия. По уравнению химической реакции из 1 моль серы образуется 2 моль оксида азота (II), то есть соотношение n(S) : n(NO) = 1 : 2. тогда для образования 3 моль оксида азота (II) необходимо 1,5 моль серы. Количество вещества связано с массой вещества соотношением:

,

где n – количество вещества, моль; m – масса вещества, г; М – молярная масса вещества, г/моль.

Тогда масса серы равна:

m (S) = n (S) · M (S) = 1,5 · 32 = 48 (г).

Для расчета объема азотной кислоты необходимо знать её количество. По уравнению реакции для образования 2 моль оксида азота (II) необходимо 2 моль азотной кислоты, то есть соотношениеn(NO) : n(HNO₃) = 1 : 1. По условию задачи образовалось 3 моль оксида азота (II), следовательно, азотной кислоты прореагировало 3 моль. Определим массу азотной кислоты:

m (HNO₃) = n · M = 3 · 63 = 189 (г).

Вычислим массу раствора азотной кислоты, зная массовую долю HNO₃ в растворе. По определению:

, тогда

(г).

Определим объем раствора 60 %-ной азотной кислоты, необходимый для взаимодействия:

(мл).

Ответ: V(р-ра HNO₃) = 229,9 мл; m(S) = 48 г.

Задачи для самостоятельного решения

1. Запишите уравнения окислительно-восстановительных реакций с участием неметаллов, укажите окислитель и восстановитель:

а) Cl₂ + NaOH

б) S + NaOH

в) C + HNO₃

г) O₂ + F₂

2. Запишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

С → СО → СО₂ → NaHCO₃ → Na₂CO₃ → CO₂.

3. При взаимодействии фосфора с концентрированной азотной кислотой (ω = 60 %, плотность раствора 1,37 г/мл) образовались ортофосфорная кислота и оксид азота (II) объемом 11,2 л (н.у.). Вычислите массу фосфора и объем раствора азотной кислоты, вступивших во взаимодействие. Ответ: V(р-ра) = 38,3 мл; m(Р) = 9,3 г.