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

восстановитель N ⁺³ - 2ē → N ⁺⁵ 3 окисление

окислитель Cl ⁺⁵ + 6ē → Cl ^-1 1 восстановление
34. 2KNO₃ = 2KNO₂ + O₂

восстановитель 2О ^-2 - 4ē → О₂ ⁰ 1 окисление

окислитель N ⁺⁵ + 2ē → N ⁺³ 2 восстановление
59. 2KMnO₄ + 5NO + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5NO₂ + K₂SO₄ + 3H₂O

восстановитель N ⁺² - 2ē → N ⁺⁴ 5 окисление

окислитель Mn ⁺⁷ + 5ē → Mn ⁺² 2 восстановление


131. Чему равна энтальпия образования гексана С₆Н₁₄, если при сгорании 43 г гексана выделилось 2097,4 кДж теплоты?
Решение:

Запишем термохимическое уравнение реакции полного сгорания гексана:

С₆Н_{14 (ж.)} + 7,5О_{2 (г.)} = 3Н₂О _(г.) + 6СО_{2 (г.)}; ∆Н⁰ _реак.

Количество сгоревшего гексана равно:

Составим пропорцию:

при сгорании 0,5 моль гескана выделяется 2097,4 кДж теплоты

при сгорании 1 моль гескана выделяется х кДж теплоты

Следовательно, ∆Н⁰ = - 4194,8 кДж.

Согласно следствию из закона Гесса:

ΔH⁰ _реак. = Σ ν∙ ΔН⁰ _{обр.прод}. - Σ ν∙ ΔН⁰ _{обр.исх.в-в}

ΔН⁰ _реак. = (3 ∙ ΔН⁰_обр. Н₂О _(г.) + 6 ∙ ΔН⁰_обр.СО_2(г.) )– ( ΔН⁰_обр. С₆Н_{14 (ж.)} +7,5 ∙ ΔН⁰_обр. O_2(г.) ).

Энтальпии образования участников реакции берем из таблицы 1: ΔН⁰_обр. СО_2(г.)= -393,5 кДж/моль; ΔН⁰_обр. Н₂О _(г.) -241,8 кДж/моль; ΔН⁰_обр. O_2(г.) = 0 кДж/моль.

Подставив известные значения в уравнение, получаем:

- 4194,8 = (3 ∙ (-241,8) + 6 ∙ (-393,5) ) – ( ΔН⁰_обр. С₆Н_{14 (ж.)} +0 )

- 4194,8 = -3873,4 – ΔН⁰_обр. С₆Н_{14 (ж.)}

ΔН⁰_обр. С₆Н_{14 (ж.)} = 321,4 кДж/моль.

Критерием самопроизвольного протекания процесса в неизолированной системе в изобарно-изотермических условиях является убыль энергии Гиббса. Рассчитаем изменение энергии Гиббса ΔG⁰_реак. в ходе данной реакции, воспользовавшись уравнением

Определим изменение энтальпии в ходе реакции. Согласно следствию из закона Гесса:

Энтальпии образования участников реакции берем из таблицы 1. ΔН⁰_обр. С₂Н_{2 (г.)} = 226,8 кДж/моль;

Подставив известные значения в уравнение, получаем:

Вычислим изменение энтропии ΔS⁰_реак. для реакции, протекающей в стандартных условиях, используя табличные данные.

Рассчитаем ΔG⁰_реак., воспользовавшись значениями ΔН⁰_реак. и ΔS⁰_реак.,

Поскольку ΔG⁰_реак. > 0, то данный процесс не может самопроизвольно протекать при температуре 100⁰С.

а) давление системы уменьшить в 2 раза;

б) увеличить концентрацию водорода в 3 раза?
Решение:

Для реакции, описываемой уравнением:

N_2(г.) + 3H_2(г.) = 2NH_3(г.),

скорость прямой реакции равна:

υ₁ = k•[N₂]•[ H₂]³.

При уменьшении давления системы в 2 раза концентрации всех газообразных веществ уменьшатся в 2 раза и выражение для скорости реакции примет вид:

υ₂ = k•1/2[N₂]•(1/2[ H₂])³= 1/2•1/8 • k•[N₂]•[ H₂]³ = 1/16 υ₁.

Следовательно, скорость прямой реакции уменьшится в 16 раз.

При увеличении концентрации водорода в 3 раза выражение для скорости реакции примет вид:

υ₂ = k• [N₂]•(3[ H₂])³= 27 • k•[N₂]•[ H₂]³ = 27 υ₁.

Следовательно, скорость прямой реакции увеличится в 27 раз.
Ответ: а) скорость прямой реакции уменьшится в 16 раз; б) скорость прямой реакции увеличится в 27 раз.

211. В каком направлении произойдет смещение равновесия в системе:

2 N₂O_5(г)  4 NO_2(г) + 5 O_2(г),

если а) увеличить концентрацию О₂,

б) расширить систему?
Решение.
а) Согласно принципу Ле-Шателье при увеличении концентрации одного из газообразных веществ равновесие смещается в сторону расхода данного вещества. При увеличении концентрации O₂ – продукта реакции равновесие смещается в сторону обратной реакции.

б) Согласно принципу Ле-Шателье при уменьшении внешнего давления (расширения системы) равновесие смещается в сторону увеличения объема системы (увеличения числа молей газообразных веществ). В реакции из двух объемов N₂O₅ получается четыре объема NO₂ и пять объёмов O₂ (всего 9), т.е. объём системы в процессе реакции увеличивается. Поэтому уменьшение давления будет смещать равновесия системы в сторону прямой реакции.

Гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла будет работать, если эти электроды опущены в растворы солей разной концентрации. Согласно условию электродные потенциалы будут отличаться от стандартных и рассчитываться по уравнению Нернста:

Е = Е⁰ + lg С.

Е_0,001М = Е⁰ _Ni ²⁺/ _Ni ⁰ + lg С = -0,25 + 0,0295∙ lg0,001= -0,339 В

Е_0,01М = Е⁰ _Ni ²⁺/ _Ni ⁰ + lg С = -0,25 + 0,0295∙ lg0,01= -0,309 В

Cравнивая полученные электродные потенциалы, приходим к выводу, что в данных условиях электрод с меньшим потенциалом (с концентрацией соли 0,001М) – анод, а электрод с большим потенциалом (с концентрацией соли 0,01М) – катод.

Составим схему гальванического элемента:

А (-) Ni | 0,001М Ni ²⁺ ║ 0,01М Ni ²⁺ | Ni (+) К.

Запишем электронные уравнения электродных процессов:

анод: Ni ⁰ – 2 е → Ni ²⁺ (процесс окисления);

катод: Ni²⁺ + 2 е → Ni ⁰ (процесс восстановления).

Электродвижущая сила (ЭДС) гальванического элемента рассчитывается по разности электродных потенциалов металлов:

ЭДС = Е_катода - Е_анода.

ЭДС = Е⁰ _0,01М - Е⁰ _0,001М = -0,309-(-0,339)=0,03 В.

Коррозией металлов называют самопроизвольное разрушение металлических материалов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с окружающей средой. В зависимости от механизма действия на металлы соединения серы делятся на агрессивные и неагрессивные. Последние не действуют в нормальных условиях на металлы, с которыми они контактируют. Наличие в бензине агрессивных соединений серы и вызывает коррозию деталей системы питания двигателя и является исключительно результатом нарушения технологии производства топлива. Эти вредные соединения серы почти полностью удаляются в процессе очистки дистиллятов бензина (выщелачивание, гидроочистка).

При наличии в газовой среде соединений серы железо и сталь часто подвергаются межкристаллитной химической коррозии, особенно при температурах выше 1000 ^оС. Если газовой средой являются продукты горения топлива, то газовая коррозия углеродистых и низколегированных сталей тем сильнее, чем выше коэффициент расхода воздуха, с которым сжигается топливо. Присутствие в газовой среде SO₂ – продукта сгорания соединений серы значительно увеличивает химическую коррозию углеродистых сталей. Опасность возникновения коррозии от оксидов серы особенно велика в условиях, благоприятствующих конденсации водяного пара вместе с оксидом серы на недостаточно прогретых стенках камеры сгорания, гильзах и других деталях двигателя:

2Fe + 3SO₂ (влажн.) = FeSO₃ + FeSO₃S

Сульфид аммония - соль, образованная двумя слабыми электролитами - гидроксидом аммония NH₄OH и сероводородной кислотой H₂S, поэтому гидролиз одновременно протекает и по катиону, и по аниону преимущественно по первой ступени:

(NH₄)₂S +H₂O = NH₄HS + NH₄OH

2NH₄⁺ +S^2- +H₂O = NH₄ ⁺ + HS ^- + NH₄OH

NH₄⁺ +S^2- + H₂O = HS ^- + NH₄OH.

В результате, при гидролизе данной соли, в растворе образуется смесь гидроксида аммония и его соли. Причем концентрация основания равна концентрации соли, образуется буферный раствор. Среда в таком растворе щелочная (рН > 7).

Сульфат аммония - соль, образованная слабым электролитом - гидроксидом аммония NH₄OH и сильным электролитом серной кислотой H₂SО₄, поэтому гидролиз протекает по катиону:

(NH₄)₂SО₄ + 2H₂O = 2NH₄ОН + H₂SО₄

2NH₄⁺ + SО₄^2- + 2H₂O = 2NH₄OH + 2Н ⁺ + SО₄ ^2-

2NH₄⁺ + 2H₂O = 2NH₄OH + 2Н ⁺

NH₄⁺ + H₂O = NH₄OH + Н⁺

В результате, при гидролизе данной соли, в растворе образуется избыток катионов водорода. Среда в таком растворе кислая (рН < 7).

Согласно второму закону Рауля понижение температуры кристаллизации бесконечно разбавленных растворов не зависит от природы растворённого вещества и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:

Согласно определению массовой доли масса глицерина в 100 г растворено 10 г глицерина. Значит масса воды равна 100-10= 90 г. Определим моляльность раствора глицерина:

По справочнику криоскопическая константа воды равна К=1,86. Определим температуру кристаллизации раствора:

Т_кр. = 0^оС- Δt = 0-2,25 = -2,25^оС.