В 20 задании ОГЭ по химии необходимо полностью предоставить решение. Решение 20 задания - составление уравнения химической реакции методом электронного баланса.
Теория к заданию №20 ОГЭ по химии
Об окислительно-восстановительных реакциях мы уже с Вами говорили в . Теперь рассмотрим метод электронного баланса на типовом примере, но перед этим узнаем, что это за метод и как им пользоваться.
Метод электронного баланса
Метод электронного баланса - метод уравнивания химических реакций, основанный на изменении степеней окисления атомов в химических соединениях.
Алгоритм наших действий выглядит следующим образом:
- Вычисляем изменение степени окисления каждого элемента в уравнении химической реакции
- Выбираем только те элементы, которые поменяли степень окисления
- Для найденных элементов составляем электронный баланс, заключающийся в подсчете количества приобретенных или отданных электронов
- Находим наименьшее общее кратное для переданных электронов
- Полученные значения и есть коэффициенты в уравнении (за редким исключением)
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой
HI + H2SO4 → I2 + H2S + H2O
Определите окислитель и восстановитель.
Итак, составляем электронный баланс. В данной реакции у нас меняют степени окисления сера и йод .
Сера находилась в степени окисления +6, а в продуктах - -2. Йод имел степень окисления -1, а стал 0.
Если у Вас возникли трудности с расчетом, то вспомните, .
1 | S +6 + 8ē → S –2
4 | 2I –1 – 2ē → I 2
Сера забирает 8 электронов, а йод отдает только два - общее кратное 8, и дополнительные множители 1 и 4!
Расставляем коэффициенты в уравнении реакции согласно полученным данным:
8HI + H2SO4 = 4I2 + H2S + 4H2O
Не забываем указать, что сера в степени окисления +6 является окислителем , а иод в степени окисления –1 – восстановителем.
321–340 . Для данной реакции подберите коэффициенты методом электронного баланса. Укажите окислитель и восстановитель.
321. KClO 3 + Na 2 SO 3 + = KCl + Na 2 SO 4 .
322. Au + HNO 3 + HCl = AuCl 3 + NO + H 2 O.
323. P + HNO 3 + H 2 O = H 3 PO 4 + NO.
324. Cl 2 + I 2 + H 2 O = HCl + HIO 3 .
325. MnS + HNO 3 = MnSO 4 + NO 2 + H 2 O.
326. HCl + HNO 3 = Cl 2 + NO + H 2 O.
327. H 2 S + HNO 3 = S + NO + H 2 O.
328. HClO 4 + SO 2 + H 2 O = HCl + H 2 SO 4 .
329. As + HNO 3 = H 3 AsO 4 + NO 2 + H 2 O.
330. KI + KNO 2 +H 2 SO 4 = I 2 + NO + K 2 SO 4 + H 2 O.
331. KNO 2 + S = K 2 S + N 2 + SO 2 .
332. HI + H 2 SO 4 = I 2 + H 2 S + H 2 O.
333. H 2 SO 3 + H 2 S = S + H 2 O.
334. H 2 SO 3 + H 2 S = S + H 2 O.
335. Cr 2 (SO 4) 3 + Br 2 + KOH = K 2 CrO 4 + KBr + K 2 SO 4 + H 2 O.
336. P + H 2 SO 4 = H 3 PO 4 + SO 2 + H 2 O.
337. H 2 S + Cl 2 + H 2 O = H 2 SO 4 + HCl.
338. P + HIO 3 + H 2 O = H 3 PO 4 + HI.
339. NaAsO 2 + I 2 + NaOH = Na 3 AsO 4 + HI.
340. K 2 Cr 2 O 7 + SnCl 2 + HCl = CrCl 3 + SnCl 4 + KCl + H 2 O.
341. Составьте гальваническую цепь, имея в распоряжении Cu, Pb, CuCl 2 и Pb(NO 3) 2 . Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС этого элемента (концентрации растворов равны 1 моль/л).
Ответ: ЭДС = 0,463 В.
342. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из железной и оловянной пластинок, погруженных в растворы хлоридов железа (II) и олова (II) соответственно. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента (концентрации растворов равны 1 моль/л).
Ответ : ЭДС = 0,314 В.
343. Гальванический элемент составлен по схеме: Ni | NiSO 4 (0,1 M) || AgNO 3 (0,1 M) | Ag. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС этого элемента.
Ответ: ЭДС =1,019 В.
344. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из железной и ртутной пластинок, погруженных в растворы своих солей. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента (концентрации растворов равны 1 моль/л).
Ответ: ЭДС =1,294 В.
345. Из четырех металлов Ag, Cu, Al и Sn выберите те пары, которые дают наименьшую и наибольшую ЭДС составленного из них гальванического элемента.
Ответ: пара Cu и Ag имеет минимальную ЭДС,
пара Al и Ag – максимальную ЭДС.
346. Составьте схему двух гальванических элементов, в одном из которых свинец являлся бы катодом, а в другом – анодом. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС каждого элемента.
347. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из свинцовой и цинковой пластинок, погруженных в растворы своих солей, где = = 0,01 моль/л. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,637 В.
348. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из алюминиевой и цинковой пластинок, погруженных в растворы своих солей, где = = 0,1 моль/л. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,899 В.
349.
Ответ: ЭДС =0,035 В.
350. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из цинковой пластинки, погруженной в 0,1 М раствор нитрата цинка, и свинцовой пластинки, погруженной в 1 М раствор нитрата свинца. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,666 В.
351. Составьте схему гальванического элемента, у которого один электрод никелевый с = 0,1 моль/л, а второй – свинцовый с = 0,0001 моль/л. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,035 В.
352. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из кадмиевой пластинки, погруженной в 0,1 М раствор сульфата кадмия, и серебряной пластинки, погруженной в 0,01 М раствор нитрата серебра. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 1,113 В.
353. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух алюминиевых пластинок, опущенных в растворы его соли с концентрацией = 1 моль/л у одного электрода и = 0,1 моль/л у другого электрода. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,029 В.
354. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух серебряных электродов, опущенных в 0,0001 моль/л и 0,1 моль/л растворы AgNO 3 . Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,563 В.
355. Напишите уравнения электродных процессов, суммарную реакцию и вычислите ЭДС гальванического элемента Ni | NiSO 4 (0,01 M) || Cu(NO 3) 2 (0,1 M) | Cu.
Ответ : ЭДС = 0,596 В.
356. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из кадмиевой пластинки, погруженной в 0,1 М раствор нитрата кадмия, и серебряной пластинки, погруженной в 1 М раствор нитрата серебра. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 1,233 В.
357. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух алюминиевых пластинок, опущенных в растворы его соли с концентрацией = 1 моль/л у одного электрода и = 0,01 моль/л у другого электрода. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,059 В.
358. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух медных электродов, опущенных в 0,001 М и 0,1 М растворы Сu(NO 3) 2 . Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,059 В.
359. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух никелевых пластинок, опущенных в растворы никелевой соли с концентрацией = 1 моль/л у одного электрода и = 0,01 моль/л у другого электрода. Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,059 В.
360. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из двух свинцовых электродов, опущенных в 0,001 моль/л и 1 моль/л растворы Pb(NO 3) 2 . Напишите уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС данного элемента.
Ответ: ЭДС = 0,088 В.
361. В результате пропускания тока через водный раствор сульфата цинка в течение 5 ч выделилось 6 л кислорода. Определите силу тока. Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах при электролизе ZnSO 4 .
Ответ: I = 5,74 A.
362. В какой последовательности будут разряжаться на катоде ионы металлов при электролизе расплавов смеси солей KCl, ZnCl 2 , MgCl 2 . Ответ поясните.
Ответ: ZnCl 2 (DE =2,122 B), MgCl 2 (DE = 3,72 B),
KCl (DE = 4,28 B).
363. В результате пропускания тока силой 1,2 А через водный раствор соли двухвалентного металла в течение 1 ч выделилось 2,52 г металла. Определите атомную массу этого металла.
Ответ: M (Сd) = 112,5 г/моль.
364. Сколько граммов меди выделится на катоде при пропускании через раствор сульфата меди тока силой 5 А в течение 10 минут?
Ответ: m (Cu) = 0,987 г.
365. Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах при электролизе хлорида калия, находящегося: а) в расплаве; б) в растворе.
366. При электролизе раствора сульфата меди с медными электродами масса катода увеличилась на 40 г. Какое количество электричества (в кулонах) было пропущено через раствор?
Ответ: Q = 121574,8 Кл.
367. Кадмий какой массы выделился на катоде, если через раствор сульфата кадмия пропустили ток силой 3,35 А в течение 1 ч?
Ответ: m (Cd) = 7 г.
368. Серебро какой массы выделилось на катоде, если через раствор нитрата серебра пропустили электрический ток силой 0,67 А в течение 20 ч?
Ответ: m (Ag) = 53,9 г.
369. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора CuCl 2: а) с инертным анодом; б) с медным анодом.
370. Напишите уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе водного раствора Zn(NO 3) 2: а) с инертным анодом; б) с цинковым анодом.
371. Какое количество хлора выделится на аноде в результате пропускания тока силой 5 А через раствор хлорида серебра в течение 1 ч?
Ответ: V (Cl 2) = 2 л.
372. Какое количество никеля выделится при пропускании тока силой 5 А через раствор нитрата никеля в течение 5,37 ч? Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах.
Ответ: m (Ni) = 29,4 г.
373. При электролизе раствора сульфата никеля выделяется 4,2 л кислорода (н.у.). Сколько граммов никеля выделится на катоде?
Ответ: m (Ni) = 22 г.
374. Какое количество электричества потребуется для получения 44,8 л водорода при электролизе водного раствора хлорида калия? Напишите уравнения реакций, протекающих на инертных электродах.
Ответ: Q = 386000 Кл.
375. Вычислить массу серебра, выделившегося на катоде при пропускании тока силой 7 А через раствор нитрата серебра в течении 30 мин.
Ответ:m (Ag) = 14 г.
376. Сколько времени потребуется для полного разложения 2 молей воды током силой 2 А?
Ответ :53,6 ч.
377. Найти объем кислорода (н.у.), который выделится при пропускании тока силой 6 А в течение 30 мин через водный раствор КОН.
Ответ:V (О 2) = 627 мл.
378. Найти объем водорода (н.у.), который выделится при пропускании тока силой в 3 А в течение 1 ч через водный раствор Н 2 SO 4 .
Ответ:V (Н 2) = 1,25 л.
379. При электролизе водного раствора SnCl 2 на аноде выделилось 4,48 л хлора (н.у.). Найти массу выделившегося на катоде олова.
Ответ:m (Sn) = 23,7 г.
380. При прохождении через раствор соли трехвалентного металла тока силой 1,5 А в течение 30 мин на катоде выделилось 1,071 г металла. Вычислить атомную массу металла.
Ответ:A r (In) = 114,8 а.е.м.
1. Что называют гальваническим элементом? Описать принцип его работы.
2. Что такое стандартный электродный потенциал?
3. Что такое электродвижущая сила гальванического элемента? Как рассчитывается ЭДС гальванического элемента для стандартных условий и условий, отличных от стандартных?
4. В чем отличие металлических и концентрационных гальванических элементов?
5. Какие процессы протекают при работе гальванического элемента, состоящего из железного и серебряного электродов, опущенных в растворы своих солей?
6. Составьте схемы гальванических элементов, в которых ртутный электрод является: а) анодом; б) катодом.
7. Что такое электролиз?
8. Назовите продукты электролиза водного раствора нитрата меди на нерастворимом аноде.
9. Дайте определение явления перенапряжения. Когда оно возникает?
Коррозия металлов
Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения материалов и изделий из них в результате физико-химического воздействия окружающей среды, при котором металл переходит в окисленное (ионное) состояние и теряет присущие ему свойства .
Металлы и сплавы, приходя в соприкосновение с окружающей средой (газообразной или жидкой), подвергаются разрушению. Скорость коррозии металлов и металлических покрытий в атмосферных условиях определяется комплексным воздействием ряда факторов: наличием на поверхности адсорбированной влаги, загрязненностью воздуха коррозионно-агрессивными веществами, изменением температуры воздуха и металла, природой продуктов коррозии и т. д.
Согласно законам химической термодинамики коррозионные процессы возникают и протекают самопроизвольно лишь при условии уменьшения энергии Гиббса системы (∆G <0).
91.1.Классификация коррозионных процессов
1. По типу разрушений коррозия бывает сплошной и местной. При равномерном распределении коррозионных разрушений она не представляет собой опасности для конструкций и аппаратов, особенно в тех случаях, когда потери металлов не превышают технически обоснованных норм. Местная коррозия гораздо опаснее, хотя потери металла могут быть и небольшими. Опасность состоит в том, что, снижая прочность отдельных участков, она резко уменьшает надёжность конструкций, сооружений, аппаратов.
2. По условиям протекания различают: атмосферную, газовую, жидкостную, подземную, морскую, почвенную коррозию, коррозию блуждающими токами, коррозию под напряжением и др.
3 . По механизму коррозионного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.
Химическая коррозия может протекать при взаимодействии с сухими газообразными окислителями и растворами неэлектролитов. С газами большинство металлов взаимодействует при повышенных температурах. При этом на поверхности протекают два процесса: окисление металла и накопление продуктов окисления, которые иногда предотвращают дальнейшую коррозию. В общем виде уравнение реакции окисления металлов кислородом выглядит следующим образом:
x M + y /2 O 2 = M x O y . (1)
Энергия Гиббса окисления металлов равна энергии Гиббса образования оксидов, т. к. ∆G образования простых веществ равна 0. Для реакции окисления (1) она равна
∆G= ∆G 0 – lnp O 2 ,
где ∆G 0 – стандартная энергия Гиббса реакции; p O 2 – относительное давление кислорода.
Способы защиты от газовой коррозии: легирование металлов, создание защитных покрытий на поверхности и изменение свойств газовой среды.
Электрохимическая коррозия металлов развивается при контакте металла с растворами электролитов (все случаи коррозии в водных растворах, т. к. даже чистая вода является слабым электролитом, а морская вода – сильным). Основные окислители – это вода, растворенный кислород и ионы водорода.
Причина электрохимической коррозии состоит в том, что поверхность металла всегда является энергетически неоднородной из-за наличия примесей в металлах, различий по химическому и фазовому составу сплава и др. Это приводит к образованию на поверхности во влажной атмосфере микрогальванических элементов. На участках металла, имеющих более отрицательное значение потенциала, происходит процесс окисления этого металла:
М 0 + nе – =М n + (анодный процесс).
Окислители, принимающие электроны у катода, называются катодными деполяризаторами. Катодными деполяризаторами служат: ионы водорода (водородная деполяризация), молекулы кислорода (кислородная деполяризация).
1. Закончите уравнения реакций (где это необходимо), подберите коэффициенты методом электронного баланса. Рассчитайте эквивалентную массу окислителя.
а) Cr 2 (SO 4) 3 + KClO 3 + NaOH = KCl + …
б) Cu 2 S + O 2 + CaCO 3 = CuO + CaSO 3 + CO 2
в) Zn + H 2 SO 4(конц) = H 2 S + …
г) FeS + O 2 = Fe 2 O 3 + …
д) NaMnO 4 + HI = I 2 + NaI + ...
е) NaMnO 4 + KNO 2 + H 2 SO 4 = …
ж) KMnO 4 + S = K 2 SO 4 + MnO 2
з) Cr(OH) 3 + Ag 2 O + NaOH → Ag + …
и) Cr(OH) 3 + Br 2 + NaOH → NaBr + …
к) NH 3 + KMnO 4 + KOH → KNO 3 + …
2. Закончить уравнение ОВР, подобрать коэффициенты электронно-ионным методом, рассчитать молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя в реакции:
а) K 2 Cr 2 O 7 +H 2 S+H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4)+S+…
б) Na 3 AsO 3 +KMnO 4 +KOH→Na 3 AsO 4 +K 2 MnO 4 + …
в) NaNO 2 +KJ+H 2 SO 4 →J 2 +NO+…
г) KMnO 4 +H 2 O 2 +H 2 SO 4 →MnSO 4 +…
д)H 2 O 2 +KJO 3 +H 2 SO 4 →J 2 +O 2 +…
е) Cr 2 (SO 4) 3 + KClO 3 + NaOH → Na 2 CrO 4 + KCl + …
ж) FeCl 2 + HClO 4 + HCl → Cl 2 + …
з) NaNO 2 +K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4 → NaNO 3 + …
и) KMnO 4 + MnSO 4 + H 2 O → H 2 SO 4 + …
к) KMnO 4 +HCl → Cl 2 + …
л) KMnO 4 + H 2 SO 4 + H 2 C 2 O 4 → CO 2 + …
м) H 2 O 2 + CrCl 3 + KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O + …
3. Рассчитайте ЭДС процесса и определите, в каком направлении данная ОВР протекает самопроизвольно:
Н 2 SO 4 +2HCl ↔ Cl 2 +H 2 SO 3 +H 2 O?
(φ o (Cl 2 /2Cl ―)=+1,36В, φº(SO 4 2― /SO 3 2―) = +0,22 В)
4. В каком направлении данная ОВР протекает самопроизвольно:
CuSO 4 + Zn ↔ ZnSO 4 + Cu?
(φ o (Zn 2+ /Zn)= -0,76В, φº(Cu 2+ /Cu) = +0,34 В)
5. В каком направлении данная ОВР протекает самопроизвольно:
2NaCl+Fe 2 (SO 4) 3 ↔2FeSO 4 +Cl 2 +Na 2 SO 4
φº(Cl 2 /2Cl –)=+1,36В, φº(Fe 3+ /Fe 2+)=+0,77В.
6. В каком направлении данная ОВР протекает самопроизвольно:
2KMnO 4 + 5SnSO 4 + 8H 2 SO 4 ↔ 2MnSO 4 + 5Sn(SO 4) 2 + K 2 SO 4 + 8H 2 O?
φº(MnO 4 - /Mn 2+)=+1,51В, φº(Sn 4+ /Sn 2+)=+0,15В. Ответ обоснуйте.
7. Допустимо ли одновременное введение внутрь больному FeSO 4 и NaNO 2 , учитывая, что среда в желудке кислая?
φºFe 3+ /Fe 2+ =+0,77В, φºNO 2 ─ /NO=+0,99В. Ответ обоснуйте.
8. Определите окислительно-восстановительные свойства Н 2 О 2 , которые он проявляет при взаимодействии с K 2 Cr 2 O 7 в кислой среде. φº(О 2 /Н 2 О 2)=+0,68В, φº(Cr 2 O 7 2– /2Cr 3+)=+1,33В. Ответ обоснуйте.
9. Какие галогены окисляют Fe 2+ до Fe 3+ ? Какие из галогенид-ионов могут восстановить Fe 3+ ? Напишите уравнения соответствующих реакций. Рассчитайте ЭДС каждой из реакций и определите знак DG. При расчете используйте следующие значения окислительно-восстановительных потенциалов:
φºFe 3+ /Fe 2+ =+0,77В;
φº(F 2 /2F –)=+2,87В;
φº(Cl 2 /2Cl –)=+1,36В;
φº(Br 2 /2Br –)=+1,07В;
φº(I 2 /2I –)=+0,54В.
10. Сколько граммов KMnO 4 необходимо взять, чтобы приготовить 100 мл 0,04 N раствора для титрования его в кислой среде?
12. Титр Н 2 С 2 О 4 · 2Н 2 О равен 0,0069г/мл. На титрование 30мл этого раствора расходуется 25мл раствора КМnO 4 . Рассчитайте нормальность этого раствора.
13. В 1 литре раствора железного купороса содержится 16 г (FeSO 4 · 7H 2 O). Какой объем этого раствора может быть окислен 25мл 0,1н раствора КMnO 4 в кислой среде?