Задачи на окислительно-восстановительные реакции

Задача 48. (МГУ, мед. ф-т, 1994). Какие два вещества вступили в реакцию и при каких условиях, если в результате образовались следующие вещества (указаны все продукты реакции без коэффициентов):

Напишите полные уравнения реакций.

Решение. Очевидно, что все эти реакции окислительно-восстановительные. Поэтому для нахождения левой части уравнения достаточно определить окислитель и восстановитель.

а) В результате реакции выделяется и образуется нитрат алюминия, поэтому, скорее всего, окислитель — азотная кислота. Восстановителем, очевидно, служит сера образуется свободная сера. Единственный катион, который может образовать сульфид, — это значит, в реакцию вступил . Кроме того, азотная кислота — разбавленная, потому что концентрированная растворила бы серу.

б) Рассуждая аналогично п. а), можно предположить, что окислителем является концентрированная , а восстановителем — :

в) В результате реакции образовалось железо, следовательно, до реакции железо имело положительную степень окисления и является окислителем. Восстановителем может быть только азот, причем, скорее всего в степени окисления 3—. Возможная реакция — восстановление раскаленного оксида железа (любого) газообразным аммиаком:

Задача 49. (ММА, леч. ф-т, 1994). При взаимодействии хлорида золота (III) с пероксидом водорода в щелочной среде образовалось 5,91 г золота. Вычислите объем выделившегося при этом газа (н.у.).

Решение. Хлорид золота (III) является сильным окислителем, следовательно, пероксид водорода окисляется до кислорода. Найдем коэффициенты в уравнении реакции:

Поскольку реакция происходит в водном растворе, можно воспользоваться методом электронно-ионного баланса:

Отсюда легко получить молекулярное уравнение реакции:

Теперь произведем расчет по этому уравнению реакции:

Ответ. .

Задача 50. (МГУ, хим. ф-т, 1994). При окислении 0,06 моля неизвестного органического вещества водным раствором перманганата калия образовалось 9,96 г оксалата калия КОН и вода. Какое вещество подверглось окислению? Напишите уравнение окисления ближайшего гомолога этого вещества кислым раствором перманганата калия.

Решение. Идея задачи заключается в том, чтобы по коэффициентам в правой части уравнения восстановить левую часть.

Найдем количества веществ в правой части: . Отношение числа молей равно отношению коэффициентов: n(неизвестного вещества X) откуда получаем схему реакции с несколькими известными коэффициентами:

В правой части имеется по 8 атомов К и следовательно, в левой части коэффициент перед равен 8. Число атомов углерода в правой части равно 6, поэтому неизвестное вещество X содержит 2 атома С (и некоторое количество атомов Н и О):

Теперь приравняем количества атомов водорода и кислорода в левой и правой частях:

Из этой системы следует, что . Таким образом, с формально-алгебраической точки зрения, условиям задачи удовлетворяют все химические уравнения вида:

При неизвестным веществом является ацетилен Это — основное решение задачи. Ацетилен окисляется водным раствором перманганата калия до оксалата калия. Гомолог ацетилена — пропин — окисляется кислым раствором перманганата калия с разрывом тройной связи:

При других значениях z возможны побочные решения.

Так, значению соответствует формула . Эту формулу имеют два вещества — уксусный альдегид и окись пропилена

Окись пропилена удовлетворяет условию задачи, поскольку она может быть окислена до оксалата калия (уксусный альдегид окисляется до ацетата калия):

Наконец, при всем условиям задачи (и химическим, и алгебраическим) отвечает этиленгликоль

Ответ. или .

Задача 51. (МГУ, хим. ф-т, 1994). Электролиз 10%-ного водного раствора нитрата серебра (I) продолжали до тех пор, пока массовая доля растворенного вещества не стала равна 13%. На одном графике изобразите зависимость от времени количества всех веществ, выделяющихся на инертных электродах. На другом графике (с тем же масштабом времени) изобразите зависимость массы раствора от времени. Объясните качественные особенности приведенных графиков.

Решение. Запишем уравнение электролиза раствора нитрата серебра:

При электролизе массовая доля уменьшается, а массовая доля увеличивается. Найдем массовую долю при полном разложении Возьмем 1000 г раствора, в котором содержится моль. По уравнению реакции находим, что .

После разложения масса раствора равна . Масса вещества в растворе составляет , а массовая доля равна Но, по условию, массовая доля должна быть равна 13%, следовательно, электролиз проходил в две стадии: сначала полностью разложился нитрат серебра, а затем при электролизе раствора частично разложилась вода:

Выяснив механизм процесса, мы можем теперь построить искомые графики. Будем считать, что сила тока постоянна, и в одну секунду через раствор проходит моль электронов. Тогда из уравнений электродных процессов

следует, что на первой стадии электролиза каждую секунду на электродах выделяется моль (массой ) моль (массой ), а на второй стадии за одну секунду выделяется моль (массой ) моль (массой ). Следовательно, графики зависимости количеств выделившихся веществ от времени представляют собой прямые линии, причем тангенсы углов наклонов для относятся друг к другу как (рис. 29.1).

Рис. 29.1. Зависимость количества веществ, выделившихся на электродах, от времени

Уменьшение массы раствора за одну секунду на первой стадии электролиза составляет (за счет Ag), а на второй стадии . Отношение тангенсов углов наклона двух отрезков прямой равно 116:9 (рис. 29.2).

Рис. 29.2. Зависимость массы раствора от времени