Решение задач (Шиманович)
Подождите немного. Документ загружается.
№342. Какие соли обуславливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют
карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную
жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чему равна жесткость воды,
в 100 л которой содержится 14,632 г гидрокарбоната магния?
Решение.
Жесткость природной воды обуславливают соли двухвалентных металлов, в
основном кальция и магния.
Карбонатной жесткостью называют жесткость, обусловленную бикарбонатами
кальция и магния. Некарбонатная жесткость представляет собой разность между общей и
карбонатной жесткостью.
Для уменьшения карбонатной жесткости применяется метод известкования, при
котором в обрабатываемую воду вводят известь. В результате электролитической
диссоциации извести возрастает рН воды, что приводит к смещению углекислотного
равновесия в сторону образования карбонат ионов. В результате этого карбонат кальция
выпадает в осадок.
Ca(HCO
3
)
2
+ Ca(OH)
2
= 2CaCO
3
↓ + H
2
O
Для уменьшения некарбонатной жесткости обычно вводят хорошо растворимую
соль, содержащую карбонат ионы. Обычно для этого используют соду Na
2
CO
3
.
Ca
2+
+ CO
3
2–
= CaCO
3
↓
Молярная масса гидрокарбоната магния Mg(HCO
3
)
2
М = 24,305 + 2 + 2 · 12 + 6 · 16 = 146,32 г/моль.
Жесткость воды 2 · m / (M · V) = 2 · 14,642 / (146,32 · 100) = 2 · 10
–3
моль/л = 2 ммоль/л.
№348. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?
Решение.
Молярная масса сульфата магния MgSO
4
М = 24,305 + 32,066 + 4 · 16 = 120,37 г/моль
Тогда жесткость воды
2 · 11 / (120,37 · 220) = 8,3·10
–4
моль/л = 0,83 ммоль/л
351. Вода, содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 ммоль/л. Какая
масса гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?
Решение
Найдем молярную массу гидрокарбоната магния Mg(HCO
3
)
2
M = 24,305 + 2 ( 1 + 12,011 + 3 · 16 ) = 146,33 г/моль.
Соответственно ее эквивалентная масса
m
Э
= М / 2 = 146,33 / 2 = 73,165 г/моль
Масса гидрокарбоната магния которая содержится в 200 л этой воды
m = m
Э
· V · Ж = 73,165 · 200 · 0,0035 = 51,1 г.
№357
Какую массу карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м
3
воды, чтобы устранить ее
жесткость, равную 4 мэкв?
Решение.
В 0,1 м
3
= 100 л воды содержится 100 · 4 = 400 мэкв солей обуславливающих жесткость
воды. Для устранения жесткости воды следует прибавить 400 · 53 = 21200 мг = 21,2 г соды
(53 г/моль – эквивалентная масса Na
2
CO
3
)
№360. Какую массу гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды, чтобы устранить ее
карбонатную жесткость, равную 5,5 ммоль/л?
Решение.
Са(НСО
3
)
2
+ Са(ОН)
2
= 2СаСО
3
+ 2Н
2
О
Эквивалентная масса гидроксида кальция
m
Э
= ( 40 + 2 · 16 + 2 ) / 2 = 37 г/моль.
Необходимая масса гидроксида кальция
m = 37 · 275 · 0,0055 = 55,96 г.
№363. Какой процесс называют алюминотермией? Составьте электронные и
молекулярные уравнения реакции, на которой основано применение термита (смесь Al и
Fe
3
O
4
).
Решение.
Алюминотермия (алюмотермия, от лат. алюминий и греч. therme — тепло, жар) — способ
получения металлов, неметаллов (а также сплавов) восстановлением их оксидов
металлическим алюминием:
Реакция открыта в 1859г. русским химиком Н.Н.Бекетовым. При этой реакции выделяется
большое количество теплоты, смесь нагревается до 1900—2400°С. Алюминотермия
применяется для получения хрома, ванадия, марганца, вольфрама и других металлов и
сплавов. Термит (смесь порошка алюминия с железной окалиной) используют при сварке
рельсов, стальных труб, металлических конструкций.
Уравнение реакции
8 Al – 3e– = Al
3+
3 3Fe
8/3+
+ 8e
–
= 3Fe
0
8Аl + 3Fe
3
О
4
= 4Аl
2
О
3
+ 9Fe
№366. Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и
окислительные свинца (IV)? На основании электронных уравнений составьте уравнения
реакций: а) SnCl
2
c HgCl
2
; б) PbO
2
c HCl конц.
Решение.
Характерные для олова и свинца положительные валентности 4 и 2. Поэтому
известны два ряда производных рассматриваемых элементов. При обычных условиях
производные четырехвалентного Sn более устойчивы. Напротив для свинца значительно
более типичны соединения, в которых он двухвалентен.
В связи с этим производные двухвалентного Sn являются восстановителями
(притом очень сильными), а соединения четырехвалентного Pb – окислителями (также
очень сильными).
a) для первой реакции
Электронные уравнения
Sn
2+
– 2е
–
= Sn
4+
Hg
2+
+ 2e
–
= Hg
0
Уравнение реакции
SnCl
2
+ HgCl
2
= SnCl
4
+ Hg
0
б) для второй реакции
Электронные уравнения
Pb
4+
+ 2е
–
= Pb
2+
Cl
–
– e
–
= Cl
0
Уравнение реакции
PbO
2
+ 4HCl = PbCl
2
+ 2H
2
O +Cl
2
№369. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции фосфора с
азотной кислотой, учитывая, что фосфор приобретает высшую, а азот степень окисления
+4.
Решение.
Электронные уравнения
5 N
5+
+ e
–
= N
4+
1
P
0
– 5e
–
= N
5+
Молекулярное уравнение
P + 5HNO
3
= H
3
PO
4
+ 5NO
2
+ H
2
O.
№372. Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях?
Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия
раствора сероводорода: а) с хлором; б) с кислородом.
Решение.
Сероводород в окислительно-восстановительных реакциях является только
восстановителем, так как сера в нем имеет низшую степень окисления –2.
Составим электронные и молекулярные уравнения реакций сероводорода:
с хлором
S
2–
– 8 e
–
= S
6+
Cl
0
+ e
–
= Cl
–
H
2
S + 4Cl
2
+ 4H
2
O = 8HCl + H
2
SO
4
с кислородом
S
2–
– 2 e
–
= S
0
O
0
+ 2 e
–
= O
2–
2H
2
S + O
2
= 2H
2
O + 2S
№375. Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная
кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с
магнием и концентрированной – с медью. Укажите окислитель и восстановитель.
Решение.
Серная кислота в окислительно-восстановительных реакциях проявляет только
окислительные свойства.
Уравнения реакций
Н
2
SO
4
+ Mg = MgSO
4
+ H
2
Окислитель Н
2
SO
4,
восстановитль Mg.
2H
2
SO
4
+ Cu = CuSO
4
+ SO
2
+ 2H
2
O
Окислитель Н
2
SO
4,
восстановитль Cu.
№378 В каком газообразном соединении фосфор проявляет свою низшую степень
окисления? Напишите уравнения реакций: а) получения этого соединения при
взаимодействии фосфида кальция с хлороводородной (соляной) кислотой; б) горения его в
кислороде.
Решение
Фосфор проявляет низшую степень окисления в газе «фосфин» РН
3
a) Реакция получения фосфина
Са
3
Р
2
+ 6HCl = 2PH
3
+ 3CaCl
2
б) Реакция горения фосфина
PH
3
+ 2О
2
= Н
3
РО
4
№379 Какую степень окисления проявляют мышьяк, сурьма и висмут? Какая степень
окисления является более характерной для каждого из них? Составьте электронные и
молекулярные уравнения реакций: а) мышьяка с концентрированной азотной кислотой; б)
висмута с концентрированной серной кислотой.
Решение
Мышьяк проявляет степени окисления +5, +3, –3, наиболее характерные +3, +5.
Сурьма проявляет степени окисления +5, +3, –3 наиболее характерная +3.
Висмут проявляет степени окисления +5, +3, –3 наиболее характерная +3
a) Реакция мышьяка с концентрированной азотной кислотой
As
0
– 5e
–
= As
5+
N
5+
+ 3e
–
= N
2+
3As + 5HNO
3
+ 2H
2
O = 3H
3
AsO
4
+ 5NO
б) Реакция висмута с концентрированной серной кислотой
Bi
0
– 3e
–
= Bi
3+
S
6+
+ 2e
–
= S
4+
2Bi + 6H
2
S
2
O
4
= Bi
2
(SO
4
)
3
+ 3SO
2
↑ + 6H
2
O
№380. Как изменяются окислительные свойства галогенов при переходе от фтора к йоду и
восстановительные свойства их отрицательно заряженных ионов? Почему? Составьте
электронные и молекулярные уравнения реакций: а) Cl
2
+ I
2
+ H
2
O = ; б) KI + Br
2
= .
Укажите окислитель и восстановитель.
Решение.
Окислительные свойства галогенов при переходе от фтора к йоду уменьшаются.
Восстановительные свойства отрицательно заряженных ионов при переходе от фтора к
йоду усиливаются.
а)
Электронные уравнения
5 Cl
0
+ e
–
= Cl
–
1
I
0
– 5e
–
= I
5+
Молекулярное уравнение
5Cl
2
+ I
2
+ 6H
2
O = 2HIO
3
+ 10HCl
Окислитель Cl
2
.
Восстановитель I
2
.
б)
Электронные уравнения
0 Br
0
+ e
–
= Br
–
1
I
–
– e
–
= I
0
Молекулярное уравнение
2KI + Br
2
= 2KBr + I
2
Окислитель Br
2
.
Восстановитель KI.
№381. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции, происходящей при
пропускании хлора через горячий раствор гидроксида калия. К какому типу
окислительно-восстановительных процессов относится данная реакция?
Решение
Электронные уравнения
5 Cl
0
+ e
–
= Cl
–
1 Cl
0
– 5e
–
= Cl
5+
Молекулярное уравнение
6КОН + 3Cl
2
= 5KCl + KClO
3
+ 3H
2
O
Окислительно-восстановительная реакция относится к реакциям диспропорционирования.
№384. Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы
от действия хлороводородной (соляной) и разбавленной серной кислот? Что является
окислителем в первом случае, что – в двух других? Приведите примеры.
Решение.
При действии на металлы азотной кислоты выделяются окислы азота, окислителем
является азот. При действии на металлы соляной и разбавленной серной кислот в ходе
реакции будет выделятся водород, окислителем будут ионы водорода.
Приведем примеры
Fe + 4HNO
3
(25%) = Fe(NO
3
)
3
+ NO + 2H
2
O
Fe + 2HCl = FeCl
2
+ H
2
Fe + H
2
SO
4
= FeSO
3
+ H
2
№ 387. Какую степень окисления может проявлять кремний в своих соединениях?
Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих
превращений:
Mg
2
Si → SiH
4
→ SiO
2
→ K
2
SiO
3
→ H
2
SiO
3
При каком превращении происходит окислительно-восстановительная реакция?
Решение.
Кремний проявляет степени окисления –4;0;+4
Уравнения реакций
Mg
2
Si + 4HCl = SiH
4
+ 2MgCl
2
SiH
4
+ 2Н
2
О = SiO
2
+ 4H
2
– окислительно-восстановительная реакция
SiO
2
+ 2КОН
= K
2
SiO
3
+ Н
2
О
K
2
SiO
3
+ H
2
CO
3
= H
2
SiO
3
+ K
2
CO
3
– в водном растворе
№390
Какие из солей угольной кислоты имеют наибольшее промышленное применение? Как
получить соду, исходя из металлического натрия, хлороводородной (соляной) кислоты,
мрамора и воды? Почему в растворе соды лакмус приобретает синий цвет? Ответ
подтвердите составлением уравнений соответствующих реакций.
Решение.
Наибольшее промышленное применение имеет сода.
Если накидать мрамор в соляную кислоту то будет выделятся углекислый газ.
СаСО
3
+ 2 HCl = CaCl
2
+ H
2
CO
3
= CaCl
2
+ H
2
O + CO
2
↑
При взаимодействии металлического натрия с водой получим щелочь.
Na + H
2
O = NaOH + ½ H
2
Пропуская углекислый газ полученный в первой реакции в раствор щелочи полученный
во второй реакции получим раствор соды.
2NaOH + CO
2
= Na
2
CO
3
+ H
2
O
Упарив последний раствор получим соду.
Сода является солью сильного основания и слабой кислоты поэтому в результате
гидролиза раствор соды приобретает щелочную реакцию, поэтому лакмус в этом растворе
приобретает синий цвет.
№396. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления
следующих превращений:
Cd → Cd(NO
3
)
2
→ Cd(OH)
2
→ [Cd(NH
3
)
6
](OH)
2
→ CdSO
4
Решение.
3Cd + 8Н NO
3
= 3Cd(NO
3
)
2
+ 2NO + 4H
2
O
Cd(NO
3
)
2
+ 2КОН = Cd(ОН)
2
+ 2КNO
3
Cd(ОН)
2
+ 6NН
3
= [Cd(NH
3
)
6
](OH)
2
[Cd(NH
3
)
6
](OH)
2
+ 4Н
2
SO
4
= CdSO
4
+ 2Н
2
O + 3(NH
4
)
2
SO
4
399 При действии на титан концентрированной хлороводородной (соляной) кислоты
образуется трихлорид титана, а при действии азотной – осадок метатитановой кислоты.
Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
Решение
Электронные уравнения
Тi
0
– 3e
–
= Ti
3+
2H
+
+ 2e
–
= H
2
Молекулярное уравнение
2Тi + 6HCl = 2TiCl
3
+ 3H
2
Электронные уравнения
Тi
0
– 4e
–
= Ti
4+
N
5+
+ 2e
–
= N
3+
Молекулярное уравнение
3Тi + 4HNO
3
+ H
2
O = 3H
2
TiO
3
+ 4NO
№402. Диоксиды титана и циркония при сплавлении взаимодействуют со щелочами. О
каких свойствах оксидов говорят эти реакции? Напишите уравнения реакций между: a)
TiO
2
и ВаО; б) ZrO
2
и NaOH. В первой реакции образуется метатитанат, а во второй —
ортоцирконат соответствующих металлов.
Решение.
Так как диоксиды титана и циркония взаимодействуют со щелочами это говорит о том,
что они кроме основных проявляют также кислотные свойства.
Уравнения реакций
а) TiO
2
+ ВаО = ВаTiO
3
б) ZrO
2
+ 4NaOH = Na
4
ZrO
4
+ 2H
2
O
№405. В присутствии влаги и диоксида углерода медь покрывается зеленым налетом. Как
называется и каков состав образующегося соединения? Что произойдет, если на него
подействовать хлороводородной (соляной) кислотой? Напишите уравнения
соответствующих реакций. Окислительно-восстановительную реакцию составьте на
основании электронных уравнений.
Решение.
В присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается зеленоватым
налётом гидpоксокаpбоната меди
Электронные уравнения
1 Cu
0
– 2e
–
= Cu
2+
1 O
0
+ 2e
–
= O
2–
Молекулярное уравнение
2Сu + O
2
+ H
2
O + CO
2
= (CuOH)
2
CO
3
Если на гидpоксокаpбонат меди подействовать соляной кислотой то получим хлорид меди
и углекислый газ
(CuOH)
2
CO
3
+ 4НСl = 2CuCl
2
+ 3H
2
O + CO
2
.
№411 Хромит калия окисляется бромом в щелочной среде. Зеленая окраска раствора
переходит в желтую. Составьте электронные и молекулярное уравнение реакции. Какие
ионы обуславливают начальную и конечную окраску раствора?
Решение
Электронные уравнения
Br
0
+ e
–
= Br
–
Cr
3+
– 3e
–
= Cr
6+
Молекулярное ураввнение
2KCrO
2
+ 3Br
2
+ 8KOH = 2K
2
CrO
4
+ 6KBr + 4H
2
O
Начальную окраску раствора обуславливает ион [CrO
2
]
–
, а конечную [CrO
4
]
2–
№417. Марганец окисляется азотной кислотой до низшей степени окисления, а рений
приобретает высшую степень окисления. Какие соединения при этом получаются?
Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
Решение.
Первая реакция
Электронные уравнения
1 Mn
0
– 2e
–
= Mn
2–
2 N
5+
+ e
–
= N
4+
Молекулярное уравнение
Mn + 4HNO
3
= Mn(NO
3
)
2
+ 2NO
2
+ 2H
2
O
В первом случае в результате реакции получается нитрат марганца.
Вторая реакция
Электронные уравнения
3 Re
0
– 7e
–
= Re
7+
7 N
5+
+ 3e
–
= N
2+
Молекулярное уравнение
3Re + 7HNO
3
= 3HReO
4
+ 7NO + 2Н
2
О
во втором случае рениевая кислота HReO
4
№420 На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции получения
манганата калия K
2
MnO
4
сплавлением оксида марганца (IV) с хлоратом калия KClO
3
в
присутствии гидроксида калия. Окислитель восстанавливается максимально, приобретая
низшую степень окисления.
Решение
Электронные уравнения
Mn
4+
– 2e
–
= Mn
6+
Cl
5+
+ 6e
–
= Cl
–
Реакция получения манганата калия
3MnO
2
+ KClO
3
+ 6KOH = 3K
2
MnO
4
+ KCl + 3H
2
O
№423. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления
следующих превращений:
Fe → FeSO
4
→ Fe(OH)
2
→ Fe(OH)
3
→ FeCl
3
Решение.
Fe + H
2
SO
4
= FeSO
4
+ H
2
FeSO
4
+ 2Na(OH) = Fe(OH)
2
↓ + Na
2
SO
4
4Fe(OH)
2
+ 2H
2
O + O
2
= 4Fe(OH)
3
Fe(OH)
3
+ 3HCl = FeCl
3
+ 3H
2
O.
№426. Могут ли в растворе существовать совместно: а) FeCl
3
и SnCl
2
; б) FeSO
4
и NaOH;
FeCl
3
и К
3
[Fe(CN)
6
]? Для взаимодействующих веществ составьте уравнения реакций.
Решение.
В первом случае Sn
2+
является сильным восстановителем, и его окислит ион Fe
3+
, поэтому
в растворе FeCl
3
и SnCl
2
совместно существовать не могут
2FeCl
3
+ SnCl
2
= 2FeCl
2
+ SnCl
4
Во втором случае образуется нерастворимый гидроксид железа, который выпадет в
осадок,
поэтому в растворе FeSO
4
и NaOH совместно существовать не могут
FeSO
4
+ 2NaOH = Na
2
SO
4
+ Fe(OH)
2
↓.
В третьем случае реакций не происходит, поэтому FeCl
3
и К
3
[Fe(CN)
6
] могут совместно
существовать в растворе.
№432. Как из карбида кальция и воды, применив реакцию Кучерова, получить уксусный
альдегид, затем уксусную кислоту и винилацетат. Напишите уравнения соответствующих
реакций. Составьте схему полимеризации винилацетата.
Решение.
Действием воды на карбид кальция воды получаем ацетилен
CaC
2
+ 2H
2
O = Ca(OH)
2
+ C
2
H
2
.
Гидратаций ацетилена по реакции Кучерова, получим уксусный альдегид
Окислением уксусного альдегида получаем уксусную кислоту
СН
3
СНО + О → CH
3
COOН
Винилацетат получаем из уксусной кислоты и ацетилена, в присутствии ацетата цинка на
активированном угле при 170-220˚С.
СН
2
=СН
2
+ ½ О
2
+ СН
3
СООН → СН
3
СООСН=СН
2
+ Н
2
О
Схема полимеризации винилацетата
nCH
3
COOCH=CH
2
→ [–CH
2
CH(OCOCH
3
)–]
n
.