Примеры составления условий задач и их решение

Задача 1041. Составить электронно-ионные схемыи закончить уравнения окислительно-восстановительных реакций взаимодействия металла с кислотами

Cu + HCl → Cu + H₂SO₄ →

Cu + HCl(р) + O₂ → CuCl₂ + H₂O

Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO↑ + H₂O

Решение:

Cu + HCl → Cu + H₂SO₄ →

Находясь в ряду напряжений после водорода, (табл. 4) медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислоты на медь не действуют.

2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O

2 Cu – 2e → Cu²⁺

1 O₂ + 4H⁺ +4e → 2H₂O

Участие кислорода делает раствор более сильным окислителем, так что медь медленно растворяется в соляной кислоте.

Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO↑ + H₂O

в-ль ок-ль, среда

3 Cu – 2e → Cu²⁺ о-е; в-ль

2 NO₃^- + 4H⁺ + 3e → NO + 2H₂O в-е; о-ль

3 Cu + 2NO₃^- + 8H⁺ = 3 Cu²⁺ + 2NO↑ + 4H₂O

При составлении молекулярного уравнения возникает вопрос, какой коэффициент должен быть поставлен перед азотной кислотой (2 или 8)?

В подобных случаях для правильного решения вопроса нужно руководствоваться следующий: если окислитель или восстановитель одновременно выполняет и функцию среды, то в молекулярном уравнении для данного вещества должен быть взят коэффициент, стоящий перед ионом, который учувствует в реакции в большем количестве.

3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

В этой реакции 2 молекулы HNO₃ реагируют как окислитель, а 6 молекул расходуются в качестве среды – на солеобразование. В реакциях такого типа одно и то же вещество можно вписывать в уравнение дважды.

3Cu +2HNO₃ +6HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ +2NO↑ + 4H₂O

в-ль ок-ль среда

Задача 1086. Пользуясь методом электронно-ионных полуреакций, закончить составление уравнений

Re + HCl → Re + HF →

Re + H₂SO₄(к) → HReO₄ + SO₂ + H₂O

Re + HNO₃(к) → HReO₄+ NO↑ + H₂O

Решение:

Re + HCl → Re + HF →

В электрохимическом ряду напряжений располагается после водорода. Стандартный электродный потенциал У⁰ ReO^-₄/Re = 0,37В. Re не растворяется в HCl и HF, но реагирует с кислотами, проявляющими сильные окислительные свойства, образуя HReO_4.

Re + H₂SO₄(к) → HReO₄ + SO₂ + H₂O

2 Re + 4H₂O – 7e → ReO₄^- + 8H⁺

7 SO₄^2- + 4H⁺ + 2e → SO₂ + 2H₂O

2Re + 8H₂O + 7SO₄^2- + 21H⁺ = 2ReO₄^- + 16H⁺ + 7SO₂ + 14H₂O

2Re + 7H₂SO₄(к) → 2HReO₄ + 7SO₂ + 6H₂O

Re + HNO₃(к) → HReO₄+ NO↑ + H₂O

3 Re + 4H₂O – 7e → ReO₄^- + 8H⁺

7 NO₃^- + 4H⁺ + 3e → NO + 2H₂O

3Re + 12H₂O + 7NO₃^- + 21H⁺ = 2ReO₄^- + 24H⁺ + 7NO + 14H₂O

3Re + 7 HNO₃(к) → 3HReO₄+ 7NO↑ + 2H₂O

К числу особенностей взаимодействия некоторых металлов с концент­рированной азотной и серной кислотами относится окисление металлов не до катионов, а до более сложных продуктов, чаще это оксоанионы, в частности ReO₄^-.

Задача 1112. Закончить уравнение реакции взаимодействия тантала со смесью кислот.

Ta + HNO₃ + HF → H₂[TaF₇] + … + …

Решение:

Тантал отличается высокой химической стойкостью и лучше всего растворяется в смеси азотной и фтористоводородной кислот, переходя во фторидный комплекс

Ta⁰ + HNO₃ + HF → H₂[TaF₇] + NO + H₂O

3 Ta – 5e → Ta⁺⁵

5 NO₃^- + 4H⁺ + 3e → NO + 2H₂O

3Ta + 5NO₃^- +20H⁺ → 3Ta⁺⁵ + 5NO + 10H₂O

3Ta + 5HNO₃ +21HF → 3 H₂[TaF₇] + 5NO + 10H₂O

Тантал лучше всего растворяется в смеси азотной и фтористоводородной кислот, переходя во фторидный комплекс.

В задачах (1034-1105) составить электронно-ионные схемы и закончить уравнения окислительно-восстановительных реакций взаимодействия ме­таллов с кислотами.