KCl → Cl2 —KOH хол→ X1; Cl2 —KOH гор→ X2; X2 —t кат→ Z2; X2 —t без кат→ Z1
Решите
Сверь числа и знаки с фото.
KCl → Cl2 От Cl2 вправо стрелка с подписью «KOH хол» → X1. От Cl2 вниз стрелка с подписью «KOH гор» → прямоугольник, в нём X2. От X2 вниз стрелка с подписью «t кат» → Z2. От X2 вправо-вниз стрелка с подписью «t без кат» → Z1. В верхней части листа частично видна надпись [обрезано] «KOH».
Краткий ответ
| Вещество | Формула |
|---|---|
| \(X_1\) (холодная щёлочь) | \(\mathrm{KClO}\) — гипохлорит калия |
| \(X_2\) (горячая щёлочь) | \(\mathrm{KClO_3}\) — хлорат калия (бертолетова соль) |
| \(Z_1\) (без катализатора) | \(\mathrm{KClO_4}\) — перхлорат калия |
| \(Z_2\) (с катализатором) | \(\mathrm{O_2}\) — кислород |
Уравнения по цепочке
Получение хлора из хлорида калия (электролиз раствора): \[ 2\mathrm{KCl} + 2\mathrm{H_2O} \xrightarrow{\text{эл. ток}} 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}\uparrow + \mathrm{Cl_2}\uparrow \]
Хлор + холодная щёлочь (диспропорционирование): \[ \mathrm{Cl_2} + 2\mathrm{KOH}_{\text{хол.}} \to \mathrm{KCl} + \mathrm{KClO} + \mathrm{H_2O} \] Здесь \(X_1 = \mathrm{KClO}\) (в растворе есть ещё \(\mathrm{KCl}\)).
Хлор + горячая щёлочь: \[ 3\mathrm{Cl_2} + 6\mathrm{KOH}_{\text{гор.}} \to 5\mathrm{KCl} + \mathrm{KClO_3} + 3\mathrm{H_2O} \] Здесь \(X_2 = \mathrm{KClO_3}\).
Разложение хлората с катализатором: \[ 2\mathrm{KClO_3} \xrightarrow{t^\circ,\ \mathrm{MnO_2}} 2\mathrm{KCl} + 3\mathrm{O_2}\uparrow \] Значит \(Z_2 = \mathrm{O_2}\).
Разложение хлората без катализатора: \[ 4\mathrm{KClO_3} \xrightarrow{t^\circ} 3\mathrm{KClO_4} + \mathrm{KCl} \] Значит \(Z_1 = \mathrm{KClO_4}\).
Как рассуждать (принцип)
Ключ 1 — температура. Хлор в степени окисления 0 сам по себе неустойчив, поэтому он «распределяется» между \(0 \to -1\) и \(0 \to +1\) (холод) или \(0 \to +5\) (нагрев). В холоде гипохлорит \(\mathrm{Cl^{+1}}\) сохраняется, при нагревании он дальше диспропорционирует до хлората \(\mathrm{Cl^{+5}}\). Поэтому одна и та же реакция хлора со щёлочью даёт разные соли — отсюда \(X_1\) и \(X_2\).
Ключ 2 — катализатор. Хлорат при нагревании может либо отдать кислород (с катализатором \(\mathrm{MnO_2}\) — восстановление \(\mathrm{Cl^{+5}}\) до \(\mathrm{Cl^{-1}}\)), либо сам диспропорционировать до \(\mathrm{Cl^{+7}}\) и \(\mathrm{Cl^{-1}}\) (без катализатора). Отсюда две разные ветки от \(X_2\).
Проверка баланса (например, для реакции 3): \(\mathrm{Cl}\): \(6 = 5 + 1\); \(\mathrm{K}\): \(6 = 5 + 1\); \(\mathrm{O}\): \(6 = 3 + 3\); \(\mathrm{H}\): \(6 = 6\). Всё сходится.
