Контрольная работа по ОВР
Титрование смеси
При титровании по объёму израсходованного раствора окислителя находят количество вещества восстановителя. Если второй компонент смеси в реакцию не вступает, он не влияет на расход окислителя.
Рассмотрим задачу. Смесь \(\ce{Na2SO3}\) и \(\ce{Na2SO4}\) массой 1,00 г растворили и оттитровали 0,0200 М \(\ce{KMnO4}\) в сернокислой среде. На титрование израсходовали 25,0 мл раствора. Сульфат не окисляется, а сульфит отдаёт электроны. Уравнения, которые показывают отдачу и присоединение электронов, называют полуреакциями: для сульфита \(\ce{SO3^2- + H2O -> SO4^2- + 2H+ + 2e-}\), для перманганата \(\ce{MnO4- + 8H+ + 5e- -> Mn^2+ + 4H2O}\).
При расчёте используют электронный баланс: число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем. Из расхода перманганата находят \(n_e = 5\cdot0{,}0200\cdot0{,}0250 = 2{,}50\cdot10^{-3}\) моль. Поскольку один сульфит-ион отдаёт два электрона, \(n(\ce{SO3^2-}) = n_e/2 = 1{,}25\cdot10^{-3}\) моль. Масса \(\ce{Na2SO3}\) равна 0,158 г, а его массовая доля в смеси составляет 15,8 %.
boltРасчёт без полного уравнения реакции
Для электронного баланса не обязательно составлять полное молекулярное уравнение реакции: достаточно знать число переданных электронов. В кислой среде формульная единица \(\ce{KMnO4}\) принимает 5 электронов, а \(\ce{K2Cr2O7}\) принимает 6. Молекула \(\ce{I2}\) принимает 2 электрона; ион \(\ce{Fe^2+}\) отдаёт 1 электрон; ионы \(\ce{SO3^2-}\) и \(\ce{C2O4^2-}\) отдают по 2 электрона. Молекула \(\ce{H2O2}\) может отдавать или принимать 2 электрона.
errorПроверка разумности
Массовая доля должна находиться в пределах от 0 до 100 %. Если расчёт приводит к 130 %, проверьте число электронов и единицы измерения объёма.
Смесь металлов в окисляющей кислоте
Если оба металла сплава реагируют с окисляющей кислотой, их количества можно найти из двух уравнений: одно составляют по электронному балансу, другое — по массе сплава.
Рассмотрим задачу. Сплав меди и серебра массой 27,93 г растворили в разбавленной азотной кислоте. При нормальных условиях выделилось 2,99 л \(\ce{NO}\). Обозначим через x и y количества вещества меди и серебра в молях. Медь отдаёт 2 электрона, серебро — 1, а азот при восстановлении до \(\ce{NO}\) принимает 3 электрона. Поэтому электронный баланс имеет вид \(2x + y = 3\cdot0{,}1333 = 0{,}400\).
По массе сплава составляют второе уравнение: \(63{,}55x + 107{,}87y = 27{,}93\). Решение этих двух уравнений приводит к значениям \(x = 0{,}100\), \(y = 0{,}200\) моль. Следовательно, массовая доля меди составляет \(w(\ce{Cu}) = 22{,}8\) %.
boltПроверка по уравнениям реакций
Количество выделившегося \(\ce{NO}\) можно независимо вычислить по уравнениям реакций каждого металла: \(0{,}100\cdot\frac23 + 0{,}200\cdot\frac13 = 0{,}1333\) моль. Результат совпадает с количеством газа, найденным по его объёму.
scienceРеакции в задаче
- \(\ce{3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO ^ + 4H2O}\) — при растворении меди в разбавленной азотной кислоте образуются нитрат меди, оксид азота(II) и вода.
- \(\ce{3Ag + 4HNO3 -> 3AgNO3 + NO ^ + 2H2O}\) — при растворении серебра в разбавленной азотной кислоте образуются нитрат серебра, оксид азота(II) и вода.
- \(\ce{2NO + O2 -> 2NO2}\) — на воздухе бесцветный \(\ce{NO}\) превращается в бурый \(\ce{NO2}\); по изменению окраски эти газы различают.
Электролиз и проверка балансом
При электролизе на катоде происходит восстановление, а на аноде — окисление. Поэтому количество электронов, участвующих в катодном и анодном процессах, одинаково.
Рассмотрим задачу. При электролизе раствора \(\ce{CuSO4}\) с инертным анодом масса катода выросла на 6,355 г; водород не выделялся. Сколько кислорода выделилось на аноде и каков его объём при нормальных условиях? Прирост массы катода соответствует осаждённой меди. Для её восстановления потребовалось \(n_e = 2\cdot6{,}355/63{,}55 = 0{,}200\) моль электронов. На аноде при образовании одного моля кислорода отдаётся четыре моля электронов, поэтому \(n(\ce{O2}) = 0{,}200/4 = 0{,}0500\) моль. Объём кислорода составляет 1,12 л.
Проверим ответ по уравнению реакции \(\ce{2CuSO4 + 2H2O -> 2Cu + O2 + 2H2SO4}\). Количеству 0,100 моль меди соответствует 0,0500 моль кислорода. Результаты совпадают.
boltРасчёт через количество электронов
В задачах с несколькими электродами, последовательно соединёнными ячейками или сменой электродных процессов удобно сначала находить количество электронов. Через последовательно соединённые ячейки проходит одинаковый заряд, поэтому в каждой из них переносится одинаковое количество электронов.
edit_noteДве последовательно соединённые ячейки
Через ячейки с \(\ce{AgNO3}\) и \(\ce{CuSO4}\) пропустили одинаковый ток. На первом катоде выделилось 2,158 г серебра, что соответствует 0,0200 моль электронов. Во второй ячейке такое количество электронов позволяет получить 0,0100 моль меди, или 0,636 г.
push_pinГлавное
Главным инструментом расчёта служит число электронов: сколько электронов отдали восстановители, столько приняли окислители; при электролизе одинаковое количество электронов участвует в восстановлении на катоде и окислении на аноде. Сначала составляют полуреакции и определяют число электронов, приходящееся на каждое вещество. Затем составляют систему уравнений (используя баланс электронов и массу смеси), а полученный ответ проверяют независимым расчётом по уравнениям реакций.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.