Химические реакции окислительно-восстановительного процесса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тест по химии



1. Число, которое характеризует направление орбиталей (электронных облаков) в пространстве называется …

в) магнитным квантовым числом

2. По электронной формуле внешнего электронного слоя атома 4d⁴5s¹ определить, какой это элемент.

26	Fe	железо	1s 22s 22p 63s 23p64s 23d6
44	Ru	рутений	1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d7
43	Tc	технеций	1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s24d5
45	Rh	родий	1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d8

Ниобий

41	Nb	ниобий	1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d4

3. Электроотрицательность бария меньше электроотрицательности стронция, потому что…

в) число электронов в атоме бария больше числа электронов в атоме стронция

Sr (0.99) Ba (0.97)

4. Какой кристаллической решеткой обладают йод, лед Н₂О, «сухой лед»?

в) молекулярной

5. Чему равна степень окисления солеобразующего элемента в Na₂СrО₄

г) +1

6. Закончить уравнение реакции и записать его в ионно-молекулярном виде

Pb(NO₃)₂ + H₂S

Это реакция ионного обмена:

Pb(NO₃)₂ + H₂S 2HNO₃ + PbS

в) 5

7. Какое из перечисленных воздействий приведет к изменению константы скорости реакции?

в) изменение температуры

Для описания температурной зависимости константы скорости наиболее широкое применение находит эмпирическая формула Аррениуса. Эта формула имеет вид

k = A?exp(-

где А - т.н. предэкспоненциальный множитель (его размерность совпадает с размерностью константы скорости),

Е_а - энергия активации (Дж/моль),

R - универсальная газовая постоянная (R = 8,31441 Дж/моль?К),

Т - абсолютная температура (К).

8. Какое количество вещества медного купороса необходимо прибавить к 150 моль воды, чтобы получить 5%-й раствор на безводную соль?

§ Медный купорос CuSO₄*5H₂O - кристаллогидрат

M_r(CuSO₄*5H₂O) = 160 + 90 = 270 г/моль

§ 1) 5 %-ный раствор - это на 100 г р-ра - 5 г медного купороса и 95 г воды

§ 2) m (150 мл Н₂О) = 150 мл · 1 г/мл = 150 г

m (CuSO₄*5H₂O)

5 г CuSO₄*5H₂O - на 95г Н₂О

х г CuSO₄*5H₂O - 150 г Н₂О

х = = 7,8947

7,8947 - х моль

х = = 0,029 = 0,03 моль

Ответ: m (CuSO₄*5H₂O) = 7,9 г = 0,03 моль

б) 0,03 моль

9. Какой из перечисленных газов при пропускании через раствор щелочи вступает с ней в реакцию?

СО, N₂, HCN, CF₄ , CH₄

С позиций протонной теории кислот и оснований к основаниям (щелочи - сильные основания) относятся вещества, способные присоединять ионы водорода, т. е. быть акцепторами протонов.

в) HCN

NaOH + HCN = NaCN + H₂O

Правда при повышенном давлении возможна реакция с образованием форматита натрия а) СО, использующаяся в промышленности для дальнейшего получения муравьиной кислоты

а) NaOH + CO > HCOONa - форматит натрия

HCOONa - форматит натрия > (+H₂SO₄, ?Na₂SO₄) HCOOH - муравьиная кислота

10. Добавление какого из перечисленных ниже реагентов к раствору FeCl₃ усилит гидролиз соли?

HCl, NH₄Cl, ZnCl₂, HNO₃ H₂O

Гидролизом называется взаимодействие вещества с водой, при котором составные части вещества соединяются с составными частями воды.

В задании задано соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой. Примером гидролиза служит реакция:

FeCl₃ + 3H₂O = 3HCl + Fe(OH)₃

Для солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой соотношение, связывающее константу гидролиза с константой диссосации основания:

К_г =

т.е. с увеличением количества воды увеличивается константа гидролиза. Ее значение характеризует способность данной соли подвергаться гидролизу: чем больше К_г , тем в большей степени (при одинаковой температуре и концентрации соли) протекает гидролиз, поэтому

д) Н₂О

11. Составить электронные уравнения и подобрать коэффициенты в схеме окислительно-восстановительного процесса:

K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Указать общую сумму коэффициентов в уравнении.

Решение:

Запишем схему реакции без коэффициентов:

K₂Cr₂O₇ + FeSO₄ + H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Определим степени окисления элементов, исходя из вышеприведенных правил

K₂⁺¹Cr₂⁺⁶O₇^-2 + Fe⁺²S⁺⁶O₄^-2 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄² Fe₂⁺³(S⁺⁶O₄^-2)₃ + Cr₂⁺³(S⁺⁶O₄^-2)₃ + K₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2 + H₂⁺¹ O^-2

Как видно, С.О. меняется только у хрома и железа, у первого она понижается (восстановление), у второго - повышается (окисление).

Cr₂⁺⁶ O₇^?2 - окислитель, восстанавливается в кислой среде до Cr⁺³;

Fe²⁺ - восстановитель, окисляется до Fe^3+.

Определим число электронов, отдаваемых восстановителем FeSO₄ и принимаемых окислителем K₂Cr₂O₇:

K₂⁺¹Cr₂⁺⁶O₇^-2 +2Fe⁺²S⁺⁶O₄^-2 Fe₂⁺³(S⁺⁶O₄^-2)₃ + Cr₂⁺³(S⁺⁶O₄^-2)₃ ^{+3е -2е}

Как видно, Cr⁺⁶ принимает три, а два иона Fe²⁺ отдают два электрона.

Подведем баланс всех атомов в левой и правой частях уравнения и определим коэффициенты при всех веществах.

Cr2O7?2 + 14H+ + 3 e = 2Cr7+ + 7H2O	2
2Fe2+ - 2e = Fe3+	3
2K2Cr2O7 + 12FeSO4 + 14H2SO4 = 6Fe2(SO4)3 +2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 14H2O

K₂Cr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄ = 3Fe₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O



г) 26

12. Рассмотреть окислительно-восстановительный процесс

MnO₂, HCl Cl₂, MnCl₂.

Сколько ионов водорода участвует в процессе восстановления

MnO₂ Mn²⁺

реакция такая

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O,

Водород вообще не меняет степень окисления. Меняет марганец и хлор.

Mn(+4) +2e=Mn(+2)	1- восстановление, Mn - окислитель.
2Cl(-) -2e=Cl2(0)	1- окисление, Сl - восстановитель.

б) в процессе восстановления участвует 2 электрона!!!

13. Определить э.д.с. алюминий-медного гальванического элемента при стандартных условиях (C_Al = C_Cu = 1 моль/л):

Гальванические элементы или химические источники электрической энергии это устройства, в которых химическая энергия окислительно-восстановительной реакции превращается в электрическую.

окислительный процесс электрохимический коррозия



Рассмотрим устройство и принцип работы гальванического элемента Даниэля-Якоби. Он состоит из корпуса 1, разделенного на две части пористой перегородкой 2. В каждую из частей помещаются электроды: медный 3 и алюминиевый 4. Медный электрод погружается в раствор сульфата меди, алюминиевый - в раствор сульфата алюминия. Пористая перегородка предотвращает смешивание соприкасающихся растворов и пространственно разделяет окислительно-восстановительную реакцию, протекающую при замкнутой внешней цепи: окисление алюминия и восстановление меди.

На поверхности алюминия атомы, соприкасаясь с раствором, превращаются в ионы, гидратируются и переходят в раствор. В результате возникает двойной электрический слой, устанавливается равновесие и возникает электродный потенциал алюминия.

Al Al³⁺ + 3e ц = -1.662 B

На медном электроде протекает аналогичный процесс, приводящий к возникновению электродного потенциала медного электрода.

Cu Cu²⁺ + 2e ц = + 0.337 B

Потенциал алюминиевого электрода отрицательный по сравнению с медным электродом, поэтому при замыкании внешней цепи электроны будут переходить от алюминия к меди. В результате этого равновесие на алюминиевом электроде сместится вправо и в раствор перейдет дополнительное число ионов алюминия. На медном электроде равновесие сместится влево и произойдет разряд ионов меди. Эти процессы будут продолжаться до тех пор, пока не растворится весь алюминий или не высадится на медном электроде вся медь.

Итак, при работе элемента Даниэля-Якоби протекают процессы:

· Окисление алюминия

Al - 3e Al³⁺

Этот процесс окисления называют анодным, а электрод - анодом.

· Восстановление ионов меди

Cu²⁺ + 2e Cu⁰

Процессы восстановления называют в электрохимии катодными, а электроды, на которых идут процессы восстановления - катодами.

· Движение электронов во внешней цепи.

· Движение ионов в растворе: анионов к аноду, катионов Cu²⁺, Al³⁺ к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента.

Суммируя электродные реакции, получим:

Al + Cu²⁺ Al³⁺ + Cu

Это, так называемая, токообразующая реакция.

При схематическом отображении гальванического элемента границу раздела между проводником первого рода (металлом) и проводником второго рода (электролит) обозначают одной вертикальной чертой, а границу раздела между проводниками второго рода - двумя чертами:

э.д.с. концентрационного гальванического элемента выражением

.

Е = - 1,662 - 0,337 = - 2,000

б) - 2,000

14. Написать номера соединений в порядке очередности их окисления на аноде

а) Cl^-

б) OH^-

в) S^2-

г) SO₄^2-

а), б), в), г).

15. Какую массу крахмала надо подвергнуть гидролизу, чтобы из полученной глюкозы при молочном брожении образовалась молочная кислота массой 108 г? Выход продуктов гидролиза крахмала равен 80%, продукта брожения глюкозы - 60%.

При действии ферментов или при нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором) крахмал подвергается гидролизу. При этом сначала образуется растворимый крахмал, затем менее сложные вещества - декстрины. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза.

Суммарное уравнение реакции:

(C₆H₁₀O₅)_n + nH₂O nC₆H₁₂O₆

И далее

В последней реакции при гидролизе 1 моля глюкозы образуется 2 моля молочной кислоты ( M_r = 90 гр/моль) . по условию образовалось 108 гр. молочной кислоты, т. е

х_{мол. кисл.} = 108/2*90 = 108/180 = 0,6 моля молочной кислоты.

А это составляет выход в 60% Т. е справедлива пропорция:

0,6 моля - 60%

у моля - 100%

у = 60/60 = 1 моль глюкозы (M_r = 342 гр/моль)

Масса образовавшейся глюкозы: m = 342 * 1 = 342 гр.

Тогда можно составить пропорцию для определения первоначального количества крахмала (M_r = 162 гр/моль) :

1 моль - 80%

z моль - 100%

z = 100/80 = 1.25 моля крахмала

а это будет 1,25 * 162 = 202,5 гр крахиала.

в) 202,5 гр.

16. Не вычисляя молярной массы полимера, определить массовую долю фтора в поливинилфториде

Поливинилфторид - продукт полимеризации фтористого винила (винилфторида ) СН₂ = СНF.

Структурная формула:



Общая формула поливинилфторида может быть записана как

С_2nH_3nF_n

Значение n можно определить из плотности по водороду:

М(С_2nH_3nF_n) = 12*2n + 3n + 19n = 46 * 2 = 92

откуда n = 2, тогда массовая доля фтора :

м_F = = = 0, 413 или 41,3%

в ответах даны результаты для поливинил хлорида С_2nH_3nCl_n

м_Cl = = = 56.7 или

a) 56.7 %

17. Железные бочки применяют для транспортировки концентрированной серной кислоты, но после освобождения от кислоты бочки часто совершенно разрушаются вследствие коррозии. Чем это можно объяснить? Что является анодом и что катодом?

Составить электронные уравнения соответствующих процессов.

Решение

В данном случае получается типичный случай электрохимической коррозии - растворение железа в разбавленной серной кислоте (в случае пустой бочки и остатков бывшей в ней концентрированной H₂SO₄ в виде участков):



Fe + H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂

Приведенную реакцию можно записать и так:

Fe +2H⁺ = Fe²⁺ + H₂

Последняя формула показывает, что сущность рассматриваемого процесса заключается в передаче электронов от железа к ионам водорода. При этом металл окисляется, переходя из незаряженной формы Fe (ион- атомы, расположенные в узлах кристаллической решетки и находящиеся в равновесии с электронным газом) в форму положительно заряженного иона Fe²⁺. А водород восстанавливается, т. е. переходит из ионного состояния Н⁺ в молекулярное Н₂.

Если такой переход электрона из металла к окислителю осуществляется в одном элементарном акте (напрямую), то процессы окисления металла и восстановления окислителя происходят одновременно и коррозия протекает по химическому механизму.

Если же окисление металла и восстановление окислителя представляют собой два различных элементарных акта, то такой коррозионный процесс протекает по электрохимическому механизму.

Рис. 1. Принципиальная схема процесса электрохимической коррозии.

В упрощенном виде это показано на рис. 1. На участке А ( Fe - Анод) ион-атом металла переходит в раствор в виде положительно заряженного иона Fe²⁺? А электроны же в результате этого акта остаются в объеме коррозирующего металла, сообщая его поверхности некий отрицательный заряд. На участке К (Катоде) находящийся в коррозионной среде ионы Н⁺, адсорбируется на поверхности металла, принимает избыточные электроны и в восстановленном виде (молекулы Н₂) возвращается в раствор

Таким образом, при электрохимической коррозии суммарная коррозионная реакция состоит из двух сопряженных реакций:

Fe = Fe2+ + 2e	Анодная реакция
2H+ + 2e = H2	Катодная реакция

Размещено на Allbest.ru

...