Окислительно-восстановительные реакции органических веществ

Окислительно-восстановительные реакции органических веществ

Контрольная работа по общей химии

12. Органическое вещество в виде летучей жидкости массой 0,1437 г при 25⁰С и Р=99,2 кПа превращено в пар, занимающий объем 22,9 мл. Найдите молярную массу этого вещества.

Решение:

Уравнение состояния идеального газа (принимаем, что наш пар подчиняется этому уравнению) Клапейрона-Менделеева:

где  – давление газа, Па;  – объем газа, м³;  – число молей газа;  – универсальная газовая постоянная;  – абсолютная температура.

При этом

где  – масса газа, г;  – его молярная масса.

 или это 298,15 K.

Тогда .

Ответ:.

39. Сколько м³ пропена С₃Н₆ сгорело, если в результате образовалось 50 кг паров воды, если t = 30⁰С, Р = 1,1атм?

Решение:

Уравнение реакции:

в уравнении .

Тогда использовав уравнение Клапейрона-Менделеева

 и ;

;

Получим

;  или это 303,15 K; ;

Ответ: .

62. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Какие электроны этих атомов являются валентными?

Решение:

Элемент с порядковым номером 14 – кремний. Его электронная формула имеет вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p²

Так как последний электрон находится на p-подуровне, то кремний относится к электронному p-семейству. Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома кремния в нормальном состоянии:

Валентные электроны для кремния – s- и p-электроны внешнего электронного уровня.

Элемент с порядковым номером 40 – цирконий. Его электронная формула имеет вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d². Так как последний электрон находится на d-подуровне, то цирконий относится к электронному d-семейству. Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома циркония в нормальном состоянии:

Валентные электроны для циркония – d-электроны предвнешнего и s-электроны внешнего электронного уровней.

Электронные и электронно-графические формулы элементов составлялись с учетом принципа Паули, правила Хунда и правила Клечковского.

87. Чем объясняется последовательное изменение окислительной способности свободных галогенов и восстановительной способности галогенид-ионов от фтора к йоду? Приведите примеры иллюстрирующих реакций.

Решение:

В ряду галогенов F₂ - Cl₂ - Br₂ - I₂ химическая активность и окислительная способность галогенов уменьшается, в связи с увеличением радиуса и уменьшением первого потенциала ионизации. Это можно проследить на примере реакции взаимодействия галогенов с водородом. Фтор взаимодействует с водородом с взрывом, выделяя при этом большое количество энергии. Хлор при обычных условиях очень медленно взаимодействует с водородом, но на прямом солнечном свету или при нагревании реакция идет также с взрывом. Реакция водорода и хлора протекает по цепному механизму, поэтому для нее необходимо инициирование (нагревание или освещение). Взаимодействие брома и йода с водородом происходит лишь при нагревании. Йод с водородом реагирует не полностью, т.к. йодоводород, образующийся при этом легко разлагается и равновесие сильно смещено в сторону исходных продуктов: Н₂ + I₂ <=> 2НI

Химическая активность галогенов от фтора к йоду уменьшается. Поэтому более активный галоген (имеющий наиболее высокое значение элетроотрицательности) вытесняет менее активный галоген из его соединений с металлами. Так, фтор вытесняет все другие галогены из их галогенидов, хлор – бром и иод, а бром – только иод:

2NаBr + С1₂ = 2NаС1 + Br₂

2NаI + С1₂ = 2NаС1 + I₂

2КI + Br₂ = 2КBr + I₂

2КBr + I₂ ≠

Галогеноводородные кислоты (кроме HF) могут проявлять восстановительные свойства. Так как сродство к электрону (СЭ) в ряду галогенид-ионов уменьшается от Cl₂ к I₂, то восстановительные свойства в ряду HCl ‒ HBr – HI увеличиваются:

HCl + H2SO4 (конц. ) ≠

8НI + H₂SO₄(конц.) = 4I₂ + H₂S + 4H₂O

В связи с усилением восстановительных свойств галогеноводородов от НС1 к HI падает устойчивость водных растворов галогеноводородных кислот к воздействию кислорода воздуха. При хранении на воздухе концентрированных растворов иодоводорода происходит его окисление:

4HI + О₂ = I₂ + 2Н₂О

При этом раствор иодоводородной кислоты постепенно буреет:

HI + I₂ = Н[I₃]

Более медленно протекает аналогичный процесс и водном растворе НBr

Задания

Подберите коэффициенты в схемах окислительно-восстановительных реакций. Укажите окислитель и восстановитель.

112. Реакции № 12, 37, 62

Решение:

№12:

2Mn(NO₃)₂ + 5NaBiO₃ + 16HNO₃ = 2HMnO₄ + 5Bi(NO₃)₃+ 5NaNO₃ + 7H₂O

Восстановитель: Mn(NO₃)₂

Окислитель: NaBiO₃

№37:

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O

Восстановитель: HNO₂

Окислитель: HNO₂

Данная окислительно-восстановительная реакция относится к реакциям диспропорционирования, т.к. молекулы одного и того же вещества (HNO₂) способны окислять и восстанавливать друг друга. Это происходит потому, что вещество HNO₂ содержит в своем составе атомы азота в промежуточной степени окисления (3+). Следовательно, степень окисления способна как понижаться, так и повышаться.

№62:

NH₃ + KMnO₄ + KOH = KCl + K₂MnO₄ + H₂O

Некорректное условие – ошибка в реагентах (NH₃) и продуктах реакции (KCl). Возможное правильное условие:

KCl + 8KMnO₄ + 8KOH = KClO₄ + 8K₂MnO₄ + 4H₂O

Восстановитель: KCl

Окислитель: KMnO₄

143. При сгорании 1 л бутана С₄Н₁₀ выделилось 119,1 кДж теплоты. Вычислить энтальпию образования бутана. Условия нормальные.

Решение:

Уравнение реакции:

 ;

При сгорании   выделяется  теплоты, а при сгорании   –  теплоты, тогда

119,2/2=x/0,0446;

x=2,65 (кДж).

Ответ: выделится .

162. Возможно ли при 200⁰С протекание следующей реакции:

СО + 0,5О₂ = СО₂?

Решение:

Возможно ли при 200⁰С протекание следующей реакции: СО + 0,5О₂ = СО₂?

О принципиальной возможности и направлении процесса позволяют судить величина и знак ΔG (энергия Гиббса).

ΔG = ΔH – TΔS,

где ΔH – изменение энтальпии реакции; ΔS – изменение энтропии реакции; Т – температура.

 - стандартная энтальпия образования вещества

         - стандартная энтропия образования вещества

п - количество вещества

При ΔG<0 реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.

Ответ: возможно, так как  – отрицательная величина.

189. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 140 до 170⁰?

Ответ: Скорость реакции увеличится в 27 раз.

222. Как повлияет на выход хлора в системе :

4 HCl_(г) + О_2(г) « 2 Cl_2(г) + 2 Н₂О_(ж), Q = 202,4 кДж,

а) повышение температуры в системе,

б) уменьшение общего объема смеси,

в) уменьшение концентрации кислорода,

г) увеличение общего объема реактора,

д) введение катализатора?

Решение:

4HCl_(г) + О_2(г) « 2Cl_2(г) + 2Н₂О_(ж), Q = 202,4 кДж

Прямая реакция происходит с выделением тепла, т.е. является экзотермической (Q > 0), следовательно, обратная реакция будет протекать с поглощением тепла, т.е. является эндотермической (Q < 0). Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий (температура, давление, концентрация), то равновесие смещается таким образом, чтобы компенсировать изменение.

а) повышение температуры в системе будет способствовать сдвигу равновесия в сторону реакции, протекающей с поглощением тепла (эндотермической), т.е. в сторону реакции образования исходных веществ – выход хлора при этом уменьшится.

б) уменьшение общего объема смеси приведет к смещению равновесия в сторону реакции, протекающей с образованием меньшего числа молей газообразных веществ, т.е. в сторону прямой реакции – выход хлора при этом увеличится.

в) при уменьшении концентрации кислорода равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ – выход хлора при этом уменьшится.

г) при увеличении общего объема реактора давление в системе уменьшится, потому равновесие сдвинется в сторону увеличения числа газовых молей, т.е. в сторону обратной реакции – выход хлора при этом уменьшится.

д) катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакции и поэтому на смещение равновесия влияния не оказывает, а только способствует более быстрому его достижению, поэтому введение катализатора на выход хлора не повлияет.

237. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов гальванического элемента, у которого один электрод цинковый с концентрацией ионов цинка 10^-2 моль/л, а второй – водородный с концентрацией ионов водорода 10^-2 моль/л. Рассчитайте э.д.с. этого элемента.

Решение:

Схема химической цепи:

поток электронов

Электрод восстановитель (донор электронов)          Электрод окислитель (акцептор электронов

где  и  – соответственно потенциалы положительного и отрицательного электродов.

Ответ: Э.Д.С. равно .

262. Напишите уравнения реакций процессов, протекающих на электродах при электрохимической защите стальных труб.

Решение:

Одним из вариантов электрохимической защиты стальных труб есть протекторная защита. Если в качестве протектора взять цинк, то уравнения реакций процессов, протекающих на электродах будут следующие:

анодный процесс:

Zn – 2e^- = Zn²⁺;

катодный процесс: в кислой среде –

2Н⁺ + 2е^- = Н₂↑;

в нейтральной среде –

1/2О₂ + Н₂О + 2е^- = 2ОН^-.

286. Вычислить рН 0,001 М раствора фтористоводородной кислоты и 0,00001 М раствора гидроксида натрия.

Решение:

Электролиты HF и NaOH есть сильными и потому в растворе диссоциируют полностью.

Для указанных растворов имеем:

Ответ: 3 и 9.

Решение:

Уравнение реакции:

в уравнении .

Теперь рассчитаем какой реагент в избытке:

=

– находится в избытке, расчеты ведем по

; так как , то

Ответ: .

337. В 70 г бензола С₆Н₆ растворено 2,09 г некоторого вещества. Раствор кристаллизуется при 4,25⁰С. Установить молекулярную массу растворенного вещества. t_{крист.бензола}= 5,5⁰С.

Решение:

Криоскопическая константа выражается формулой

где К_кр – криоскопическая константа;  – величина, получаемая опытным путем – понижение точки замерзания раствора, состоящего из т кг растворенного неэлектролита и L кг растворителя; М – масса 1 моль неэлектролита, кг. Криоскопическая константа бензола К_кр = 5,1°.

Отсюда

Ответ: .