Примените свои знания 6. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Кратко: в №7 при действии \( \mathrm{KMnO_4} \) на соляную кислоту получается примерно \(5{,}37\ \text{л}\) хлора, а при действии \( \mathrm{MnO_2} \) — \(4{,}30\ \text{л}\). Значения не совпадают. В №8 практическая масса иода — около \(16{,}5\ \text{г}\). Ниже — цепочки и проверка расчётов.

6. Цепочки превращений

а) \( \mathrm{NaCl \to HCl \to FeCl_2 \to FeCl_3 \to AgCl} \)

1. Получение хлороводорода: \[ 2\mathrm{NaCl}+\mathrm{H_2SO_4}\to\mathrm{Na_2SO_4}+2\mathrm{HCl}\uparrow \] Реакция идёт при нагревании с концентрированной серной кислотой; это не обычная реакция в растворе, поэтому ионное уравнение здесь не требуется.

2. Растворение железа в соляной кислоте: \[ \mathrm{Fe}+2\mathrm{HCl}\to\mathrm{FeCl_2}+\mathrm{H_2}\uparrow \] Ионное уравнение: \[ \mathrm{Fe}+2\mathrm{H^+}\to\mathrm{Fe^{2+}}+\mathrm{H_2}\uparrow \] Электронный баланс: \[ \mathrm{Fe^0}-2e\to\mathrm{Fe^{2+}},\qquad 2\mathrm{H^+}+2e\to\mathrm{H_2^0} \] Железо — восстановитель, ионы \( \mathrm{H^+} \) — окислитель.

3. Окисление хлорида железа(II) хлором: \[ 2\mathrm{FeCl_2}+\mathrm{Cl_2}\to2\mathrm{FeCl_3} \] Ионное уравнение: \[ 2\mathrm{Fe^{2+}}+\mathrm{Cl_2}\to2\mathrm{Fe^{3+}}+2\mathrm{Cl^-} \] Электронный баланс: \[ 2\mathrm{Fe^{2+}}-2e\to2\mathrm{Fe^{3+}},\qquad \mathrm{Cl_2^0}+2e\to2\mathrm{Cl^-} \] \( \mathrm{Fe^{2+}} \) — восстановитель, \( \mathrm{Cl_2} \) — окислитель.

4. Образование осадка хлорида серебра: \[ \mathrm{FeCl_3}+3\mathrm{AgNO_3}\to\mathrm{Fe(NO_3)_3}+3\mathrm{AgCl}\downarrow \] Ионное уравнение: \[ \mathrm{Ag^+}+\mathrm{Cl^-}\to\mathrm{AgCl}\downarrow \]

б) \( \mathrm{KBr \to Br_2 \to ZnBr_2 \to HBr \to Br_2 \to NaBrO_3} \)

1. Вытеснение брома хлором: \[ 2\mathrm{KBr}+\mathrm{Cl_2}\to2\mathrm{KCl}+\mathrm{Br_2} \] Ионное уравнение: \[ 2\mathrm{Br^-}+\mathrm{Cl_2}\to\mathrm{Br_2}+2\mathrm{Cl^-} \] Электронный баланс: \[ 2\mathrm{Br^-}-2e\to\mathrm{Br_2^0},\qquad \mathrm{Cl_2^0}+2e\to2\mathrm{Cl^-} \] \( \mathrm{Br^-} \) — восстановитель, \( \mathrm{Cl_2} \) — окислитель.

2. Взаимодействие брома с цинком: \[ \mathrm{Zn}+\mathrm{Br_2}\to\mathrm{ZnBr_2} \] В водной среде можно записать: \[ \mathrm{Zn}+\mathrm{Br_2}\to\mathrm{Zn^{2+}}+2\mathrm{Br^-} \] Электронный баланс: \[ \mathrm{Zn^0}-2e\to\mathrm{Zn^{2+}},\qquad \mathrm{Br_2^0}+2e\to2\mathrm{Br^-} \] Цинк — восстановитель, бром — окислитель.

3. Получение бромоводорода. Удобно взять нелетучую фосфорную кислоту: \[ \mathrm{ZnBr_2}+2\mathrm{H_3PO_4}\to\mathrm{Zn(H_2PO_4)_2}+2\mathrm{HBr}\uparrow \] Реакция идёт при нагревании. Концентрированную серную кислоту здесь лучше не использовать: она способна окислять \( \mathrm{HBr} \) до \( \mathrm{Br_2} \).

4. Окисление бромоводорода хлором: \[ 2\mathrm{HBr}+\mathrm{Cl_2}\to\mathrm{Br_2}+2\mathrm{HCl} \] Ионное уравнение: \[ 2\mathrm{Br^-}+\mathrm{Cl_2}\to\mathrm{Br_2}+2\mathrm{Cl^-} \] Это та же ОВР, что и в пункте 1: \( \mathrm{Br^-} \) — восстановитель, \( \mathrm{Cl_2} \) — окислитель.

5. Диспропорционирование брома в горячей щёлочи: \[ 3\mathrm{Br_2}+6\mathrm{NaOH}\to5\mathrm{NaBr}+\mathrm{NaBrO_3}+3\mathrm{H_2O} \] Ионное уравнение: \[ 3\mathrm{Br_2}+6\mathrm{OH^-}\to5\mathrm{Br^-}+\mathrm{BrO_3^-}+3\mathrm{H_2O} \] Электронный баланс: \[ \mathrm{Br_2^0}+2e\to2\mathrm{Br^-} \] \[ \mathrm{Br_2^0}+12\mathrm{OH^-}\to2\mathrm{BrO_3^-}+6\mathrm{H_2O}+10e \] Бром одновременно является и окислителем, и восстановителем: это реакция диспропорционирования.

7. Объём хлора из соляной кислоты

Масса раствора кислоты: \[ m(\text{раствора})=100\cdot1{,}12=112\ \text{г} \] Масса чистого \( \mathrm{HCl} \): \[ m(\mathrm{HCl})=112\cdot0{,}25=28\ \text{г} \] Количество вещества: \[ n(\mathrm{HCl})=\frac{28}{36{,}5}\approx0{,}767\ \text{моль} \]

С перманганатом калия: \[ 2\mathrm{KMnO_4}+16\mathrm{HCl}\to2\mathrm{KCl}+2\mathrm{MnCl_2}+5\mathrm{Cl_2}+8\mathrm{H_2O} \] По уравнению на \(16\) моль \( \mathrm{HCl} \) образуется \(5\) моль \( \mathrm{Cl_2} \): \[ n(\mathrm{Cl_2})=\frac{5}{16}\cdot0{,}767\approx0{,}240\ \text{моль} \] \[ V(\mathrm{Cl_2})=0{,}240\cdot22{,}4\approx5{,}37\ \text{л} \]

С оксидом марганца(IV): \[ \mathrm{MnO_2}+4\mathrm{HCl}\to\mathrm{MnCl_2}+\mathrm{Cl_2}+2\mathrm{H_2O} \] \[ n(\mathrm{Cl_2})=\frac{0{,}767}{4}\approx0{,}192\ \text{моль} \] \[ V(\mathrm{Cl_2})=0{,}192\cdot22{,}4\approx4{,}30\ \text{л} \]

Ответ: примерно \(5{,}4\ \text{л}\) с \( \mathrm{KMnO_4} \) и \(4{,}3\ \text{л}\) с \( \mathrm{MnO_2} \). Значения не совпали: перманганат калия даёт больше хлора из того же количества \( \mathrm{HCl} \), потому что по уравнению на \(16\) моль кислоты приходится \(5\) моль хлора, а с \( \mathrm{MnO_2} \) — только \(4\) моль.

Принцип: сначала находим количество вещества исходного реагента, затем по коэффициентам уравнения — количество продукта, потом переходим к объёму через молярный объём \(22{,}4\ \text{л/моль}\).

8. Масса иода из иодида натрия

Уравнение вытеснения иода хлором: \[ 2\mathrm{NaI}+\mathrm{Cl_2}\to2\mathrm{NaCl}+\mathrm{I_2} \] Молярная масса: \[ M(\mathrm{NaI})=150\ \text{г/моль} \] Количество вещества иодида натрия: \[ n(\mathrm{NaI})=\frac{30}{150}=0{,}20\ \text{моль} \] По уравнению иода образуется в два раза меньше: \[ n(\mathrm{I_2})=0{,}10\ \text{моль} \] Теоретическая масса иода: \[ m_{\text{теор}}(\mathrm{I_2})=0{,}10\cdot254=25{,}4\ \text{г} \] С учётом выхода \(65\%\): \[ m_{\text{практ}}=25{,}4\cdot0{,}65\approx16{,}5\ \text{г} \]

Ответ: примерно \(16{,}5\ \text{г}\) иода.

Принцип: теоретическую массу считаем строго по уравнению реакции, а затем умножаем на выход \(0{,}65\).