Примеры решения задач. Закончите уравнение реакции и подберите коэффициенты методом электронного баланса: KI + KMnO4 + H2SO4 = I2 + .

Пример 1.

Закончите уравнение реакции и подберите коэффициенты методом электронного баланса: KI + KMnO₄ + H₂SO₄ = I₂ + ….

Решение:

1. Дописываем уравнение реакции:

KI + KMnO₄ + H₂SO₄ = I₂ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

2. Определяем степени окисления в реагентах и продуктах, находим элементы, которые изменили свои степени окисления:

KI^-1 + KMn⁺⁷O₄ + H₂SO₄ = I₂⁰ + Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

3. Составляем уравнения электронного баланса:

2I^-1 – 2e ® I₂ ï 5 восстановитель, окисление;

Mn⁺⁷ + 5e ® Mn⁺² ï 2 окислитель, восстановление.

4. Проставляем коэффициенты с учетом множителей:

10KI + 2KMnO₄ + H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5I₂ + K₂SO₄ + H₂O.

5. Подбирают коэффициенты для остальных участников реакции:

10KI + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5I₂ + 6K₂SO₄ + 8H₂O.

Пример 2.

Закончите уравнение реакции, подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса, и рассчитайте эквивалентую массу окислителя: NaCrO₂ + NaOH + H₂O₂ → ….

Решение:

1) Допишем продукты реакции: NaCrO₂ + NaOH + H₂O₂ → Na₂CrO₄ + H₂O.

2) Запишем ионную схему реакции: CrO₂^- + H₂O₂ → CrO₄^2- + H₂O.

3) Составим частные электронно-ионные уравнения /полуреакции/:

Для процесса окисления хромата натрия:

а/ CrO₂^- → CrO₄^-;

б/ CrO₂^- + 4OH → CrO^2-₄ + 2H₂O, /подведение баланса вещества/

в/ CrO₂^- + 4OH^- - 3е → CrO^2-₄ + 2H₂O. /соблюдение равенства зарядов/

Для процесса восстановления пероксида водорода:

Н₂О₂ + 2е → 2ОН^-.

4) Подведем баланс зарядов и выведем коэффициенты:

CrО^-₂ + 4OH^- - 3е → CrO₄^2- + 2H₂O, окисление │2;

H₂O₂ + 2е → ОН^-, восстановление │3.

5) Суммируем частные уравнения реакций окисления и восстановления после умножения на соответствующие коэффициенты:

2CrО^-₂ + 2OH^- + 3Н₂О₂ → 2 CrO₄^2- + 4 H₂O.

6) Приведение подобных членов и сокращение:

2CrО^-₂ + 2OH^- + 3Н₂О₂ → 2CrO₄^2- + 4H₂O.

(в данном случае сокращение не требуется)

7) Записываем уравнение реакции в молекулярном виде с учетом полученных коэффициентов:

2NaCrO₂ + 2NaOH + 3H₂O₂ = 2Na₂CrO₄ + 4H₂O

8) Проверяем баланс по элементам в молекулярном уравнении. В данном случае никаких уточнений не требуется.

9) Рассчитаем молярную массу эквивалента окислителя, в данном случае пероксида водорода:

Э = М/z, где М – молярная масса Н₂О₂, равная 34 г/моль, z – число переносимых электронов.

Э(Н_2­О₂) = 34/2 = 17 г/моль∙экв.

Пример 3.

Напишите уравнения реакций между перманганатом калия и сульфитом калия в кислой, щелочной и нейтральной средах. Уравняйте методом электронно-ионного баланса.

Решение:

а) Кислая среда

KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂SO₄ → MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

MnO₄^- + SO₃^2- + H⁺ → Mn²⁺ + SO₄^2- + H₂O

MnO₄^- + 8H⁺ + 5е → Mn²⁺ + 4H₂O, восстановление | 2

SO₃^2- + H₂O – 2е → SO₄^2- + 2H⁺ , окисление | 5

2MnO₄^- + 16 H⁺ + 5SO₃^2- + 5H₂O → 2Mn²⁺ +5SO₄^2- + 8H₂O +10H⁺

2MnO₄^- + 6 H⁺ + 5SO₃^2- → 2Mn²⁺ +5SO₄^2- + 3H₂O

2MnO₄ + 5K₂ SO₃ + 3H₂SO₄ + 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 3H₂O.

б) Щелочная среда

KMnO₄ + K₂SO₃ + KOH → KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂O

MnO₄^- + SO₃² + OH^- → MnO₄^- + SO₄² + H₂O

MnO₄^- + е → MnO₄^2-, восстановление | 2

SO₃^2- + 2OH^- - 2е → SO₄^2- + H₂O, окисление | 1

2MnO₄^- + SO₃² + 2OH^- → 2MnO₄^- + SO₄² + H₂O

2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO4 + K₂SO₄ + H₂O.

в) Нейтральная среда

KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂O → MnO₂ + К₂SO₄ + КOН

MnO₄^- + SO₃^2- + H₂O → MnO₂ + SO₄^2- + OH^-

MnO₄^- + 2H₂O + 3е → MnO₂ + 4OH^-, восстановление | 2

SO₃^2- + 2OH^- - 2е → SO₄^2- + 2H₂O, окисление | 3

2MnO₄^- + 4H₂O + 3SO₃^2- → 2MnO₂ + 8H₂O^- + 3SO₄^2- + 2H₂O

2MnO₄^- + 3SO₃^2- + H₂O → 2MnO₂ + 3SO₄^2- + 2OH^-

2KMnO₄ + 3K₂SO₃ + H₂O → 2MnO₂ +3К₂SO₄ + 2КOН

Пример 4.

В каком направлении в стандартных условиях будет протекать реакция: КСl + Br₂ = KBr + Cl₂? j (Br₂⁰/2Br^-) = +1,09В, j (Cl₂⁰/2Cl^-) = +1,36В.

Решение: Для определения направления реакции рассчитаем ее ЭДС. Для этого определим, что является окислителем, а что является восстановителем:

КСl^-1 + Br₂⁰ = KBr^-1 + Cl₂⁰; Сl^-1 – отдает свои электроны, следовательно, является восстановителем, Br₂ – окислителем.

ЭДС рассчитываем по формуле: ∆E⁰ = j⁰_ок-ля – j⁰_вос-ля = 1,36 – 1,09 = 0,28 > 0. Т.к. ЭДС реакции больше нуля, то она протекает самопроизвольно в прямом направлении.

Ответ: реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении.

Пример 5.

Рассчитайте молярную концентрацию нитрита натрия, если на титрование 20 мл его раствора, пошло 12,5 мл 0,01 М раствора дихромата калия в кислой среде.

Решение: Для определения концентрации нитрита натрия воспользуемся законом эквивалентов: n_экв(ox) = n_экв(red) или С_N(OX)V_OX = С_N(RED)V_RED.

Для расчета нормальной концентрации дихромата калия запишем уравнение протекающей реакции и уравнения полуреакций:

NaN⁺³O₂ + K₂Cr⁺⁶₂O₇ + H₂SO₄ ® Cr⁺³₂(SO₄)₃ + NaN⁺⁵O₃ + H₂O + K₂SO₄;

N⁺³ – 2e ® N⁺⁵

2Cr⁺⁶ + 6e ® 2Cr⁺³

Рассчитаем нормальную концентрацию K₂Cr₂O₇:

С_N = С_М ×z,

где z – число переносимых электронов.

С_N(K₂Cr₂O₇) = 0,01× 6 = 0,06 моль×экв/л.

Найдем концентрацию нитрата натрия по закону эквивалентов:

.

Перейдем к молярной концентрации нитрата натрия по формуле:

С_М = С_N / z = 0,0375/2 = 0,01875 моль/л.

Ответ: 0,01875 моль/л.