Решение задачи: Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2

Контрольная работа №1

Тема: "Химические реакции"

Вариант 2

1. Задание: \(Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\). В УХР расставьте коэффициенты и дайте характеристику с точки зрения различных классификаций Х/Р.

Решение:

Уравнение реакции уже уравнено, коэффициенты равны 1:

\[ Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2 \]

Характеристика реакции:

• По изменению степеней окисления: Окислительно-восстановительная реакция (ОВР).

Железо \(Fe^0\) (восстановитель) окисляется до \(Fe^{+2}\).

Водород в \(H_2SO_4\) (\(H^{+1}\)) (окислитель) восстанавливается до \(H^0\) в \(H_2\).

• По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции: Реакция замещения.

Простое вещество (железо) замещает атом водорода в сложном веществе (серной кислоте).

• По тепловому эффекту: Экзотермическая реакция (протекает с выделением теплоты).
• По обратимости: Необратимая реакция (идет до конца, так как выделяется газ водород).
• По агрегатному состоянию реагентов: Гетерогенная реакция (твердое железо и жидкая серная кислота).
• По наличию катализатора: Некаталитическая реакция (протекает без катализатора).

2. Задание: Как изменится скорость Х/Р-ии при понижении температуры на 70°C, если температурный коэффициент скорости равен 3?

Решение:

Для решения этой задачи используем правило Вант-Гоффа:

\[ \frac{V_2}{V_1} = \gamma^{\frac{T_2 - T_1}{10}} \]

Где:

• \(V_1\) - начальная скорость реакции
• \(V_2\) - конечная скорость реакции
• \(\gamma\) - температурный коэффициент скорости (равен 3)
• \((T_2 - T_1)\) - изменение температуры (понижение на 70°C, то есть \(-70°C\))

Подставляем значения в формулу:

\[ \frac{V_2}{V_1} = 3^{\frac{-70}{10}} \]

\[ \frac{V_2}{V_1} = 3^{-7} \]

\[ 3^{-7} = \frac{1}{3^7} \]

Вычислим \(3^7\):

\[ 3^7 = 3 \times 3 \times 3 \times 3 \times 3 \times 3 \times 3 = 2187 \]

\[ \frac{V_2}{V_1} = \frac{1}{2187} \]

Ответ: Скорость реакции уменьшится в 2187 раз.

3. Задание: Как изменится хим. равновесие в системе \(2SO_{2(г)} + O_{2(г)} \rightleftharpoons 2SO_{3(г)} + Q\)

а. если понизить T.

б. повысить давление.

в. повысить концентрацию \([SO_2]\).

Решение:

Данная реакция является экзотермической (выделяется тепло, обозначено \(+Q\)).

а. Если понизить температуру (T):

Согласно принципу Ле Шателье, при понижении температуры равновесие смещается в сторону экзотермической реакции, то есть в сторону образования продуктов реакции (вправо), чтобы компенсировать понижение температуры выделением тепла.

Ответ: Равновесие сместится вправо, в сторону образования \(SO_3\).

б. Если повысить давление:

Согласно принципу Ле Шателье, при повышении давления равновесие смещается в сторону меньшего объема газов (меньшего количества молей газа).

• В левой части (реагенты): \(2\) моля \(SO_2\) + \(1\) моль \(O_2\) = \(3\) моля газа.
• В правой части (продукты): \(2\) моля \(SO_3\) = \(2\) моля газа.

Так как в правой части меньше молей газа, равновесие сместится вправо.

Ответ: Равновесие сместится вправо, в сторону образования \(SO_3\).

в. Если повысить концентрацию \([SO_2]\):

Согласно принципу Ле Шателье, при увеличении концентрации одного из исходных веществ равновесие смещается в сторону образования продуктов реакции, чтобы уменьшить концентрацию добавленного вещества.

Ответ: Равновесие сместится вправо, в сторону образования \(SO_3\).

4. Задание: Составить ОВР

\(P + HNO_{3(к)} = H_3PO_4 + NO_2 + H_2O\)

Решение:

1. Расставим степени окисления:

\(P^0 + H^{+1}N^{+5}O^{-2}_{3(к)} = H^{+1}_3P^{+5}O^{-2}_4 + N^{+4}O^{-2}_2 + H^{+1}_2O^{-2}\)

2. Определим элементы, изменившие степень окисления, и составим полуреакции:

• Окисление: \(P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}\) (фосфор - восстановитель)
• Восстановление: \(N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}\) (азот в азотной кислоте - окислитель)

3. Составим электронный баланс, найдем наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов (НОК для 5 и 1 равно 5):

\(P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}\) | 1

\(N^{+5} + 1e^- \rightarrow N^{+4}\) | 5

4. Расставим коэффициенты в уравнении:

\[ P + 5HNO_3 = H_3PO_4 + 5NO_2 + H_2O \]

5. Проверим баланс атомов:

• P: 1 слева, 1 справа (сбалансировано)
• N: 5 слева, 5 справа (сбалансировано)
• H: 5 слева (в \(5HNO_3\)), 3 справа (в \(H_3PO_4\)) + 2 справа (в \(H_2O\)) = 5 справа (сбалансировано)
• O: \(5 \times 3 = 15\) слева, \(4\) (в \(H_3PO_4\)) + \(5 \times 2 = 10\) (в \(5NO_2\)) + \(1\) (в \(H_2O\)) = \(15\) справа (сбалансировано)

Ответ: Уравнение сбалансировано: \(P + 5HNO_3 = H_3PO_4 + 5NO_2 + H_2O\).

5. Задание: Составить УХР электролиза раствора \(AgBr\).

Решение:

При электролизе раствора \(AgBr\) в воде присутствуют следующие ионы:

• Из \(AgBr\): \(Ag^+\), \(Br^-\)
• Из воды: \(H^+\), \(OH^-\) (в очень малых концентрациях)

Также присутствует молекулы воды \(H_2O\).

На катоде (отрицательный электрод) происходит восстановление. Из ионов \(Ag^+\) и \(H^+\) (или воды) восстанавливается тот, который имеет более положительный стандартный электродный потенциал. Серебро - малоактивный металл, поэтому ионы \(Ag^+\) восстанавливаются легче, чем водород из воды.

Катод: \(Ag^+ + e^- \rightarrow Ag \downarrow\)

На аноде (положительный электрод) происходит окисление. Из ионов \(Br^-\) и \(OH^-\) (или воды) окисляется тот, который имеет более отрицательный стандартный электродный потенциал. Бромид-ионы \(Br^-\) окисляются легче, чем вода (или гидроксид-ионы).

Анод: \(2Br^- - 2e^- \rightarrow Br_2 \uparrow\)

Для составления суммарного уравнения нужно уравнять число электронов. Умножим реакцию на катоде на 2:

Катод: \(2Ag^+ + 2e^- \rightarrow 2Ag \downarrow\)

Анод: \(2Br^- - 2e^- \rightarrow Br_2 \uparrow\)

Суммарное ионное уравнение электролиза:

\[ 2Ag^+ + 2Br^- \xrightarrow{электролиз} 2Ag \downarrow + Br_2 \uparrow \]

Суммарное молекулярное уравнение электролиза:

\[ 2AgBr_{(р-р)} \xrightarrow{электролиз} 2Ag \downarrow + Br_2 \uparrow \]

Ответ:

На катоде: \(Ag^+ + e^- \rightarrow Ag \downarrow\)

На аноде: \(2Br^- - 2e^- \rightarrow Br_2 \uparrow\)

Суммарное уравнение: \(2AgBr_{(р-р)} \xrightarrow{электролиз} 2Ag \downarrow + Br_2 \uparrow\)