Απαντήσεις στο ... διαγωνισματάκι 5.2 5ου κεφαλαίου (κατ)

ΘΕΜΑ 1^Ο

Να βρεθούν οι αριθμοί οξείδωσης των

(α)N στο HNO₃ (β)C στο C₃H₈ (γ)Cl στο CaOCl₂     (δ)O στο H₂O₂.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

(α) Γνωρίζουμε ότι το Η έχει αριθμό οξείδωσης +1, το Ο –2. Αν το Ν έχει χ θα ισχύει   1(+1) +1χ +3(-2)=0 Άρα χ=+5.

(β) Στο προπάνιο, CH₃CH₂CH₃ , επειδή ο C είναι ηλεκτραρνητικότερος από το Η τα κοινά ζεύγη μεταξύ C και Η αποδίδονται στο άτομο του C . Έτσι τα δυο ακριανά άτομα C «φαίνεται» ότι έχουν πάρει 3 ηλεκτρόνια το καθένα κι έτσι ο αριθμός οξείδωσής τους είναι -3, ενώ το μεσαίο «φαίνεται» ότι έχει πάρει 2 ηλεκτρόνια κι έτσι ο αριθμός οξείδωσής του είναι -2.

(γ) Στη χλωράσβεστο τα δυο άτομα Cl δεν έχουν τον ίδιο αριθμό οξείδωσης [Cl]^-1[Ca]⁺²[ClO]^-1. Το άτομο Cl στο ClO^- έχει αριθμό οξείδωσης +1.

(δ)Στο υπεροξείδιο του Η το Ο έχει αριθμό οξείδωσης –1.

ΘΕΜΑ 2^Ο

Να συμπληρωθούν οι παρακάτω οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις

(α) Fe + H₂SO₄ (αραιό)    (β) Fe + H₂SO₄ (πυκνό)  (γ) CaOCl₂ +NH₃

(δ) KMnO₄ +  SO₂ + H₂SO₄     (ε) K₂C_r2O₇+ SO₂ +H₂SO₄

(στ) S +H₂SO₄    (ζ) KMnO₄ + Η₂Ο₂ + H₂SO₄

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

(α) Το αραιό H₂SO₄ δίνει αντιδράσεις απλής αντικατάστασης (τα μέταλλα με πολλούς αριθμούς οξείδωσης όπως ο Fe οξειδώνονται στον μικρότερο απ΄ αυτούς. Εξαίρεση ο Cu.)

      Fe + H₂SO₄ --> FeSO₄ + Η₂ .

(β) Το πυκνό H₂SO₄ δίνει με τα μέταλλα αντιδράσεις πολύπλοκης μορφής (τα μέταλλα με πολλούς αριθμούς οξείδωσης όπως ο Fe οξειδώνονται στον μεγαλύτερο απ΄ αυτούς).

2Fe + 6H₂SO_4-->Fe₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6 H₂O.

(γ) Στη χλωράσβεστο το ένα άτομο Cl έχει αριθμό οξείδωσης +1 και το άλλο  -1. Οξειδώνεται μόνο το άτομο Cl με αριθμό οξείδωσης +1 σε αριθμό οξείδωσης –1.

3CaOCl₂ +2NH₃ -->3CaCl₂ + Ν₂ +3 Η₂Ο.

(δ) Το SO₂ δίνει H₂SO₄. Συμπληρώνουμε την αντίδραση και στο τέλος “απλοποιούμε” τα μόρια του H₂SO₄.

 2KMnO₄ + 5SO₂ + 3H₂SO₄ +2H₂O-->2MnSO₄ +K₂SO₄ +5H₂SO₄

και μετά απλοποιούμε το H₂SO₄

2KMnO₄ + 5SO₂ +2H₂O-->2MnSO₄ +K₂SO₄ +2H₂SO₄.

(ε) Ομοίως με την προηγούμενη αντίδραση έχουμε

 K₂C_r2O₇+ 3SO₂ +4H₂SO₄-->Cr₂(SO₄)₃ +K₂SO₄ +3H₂SO₄+H₂O

και μετά απλοποιούμε το H₂SO₄

 K₂C_r2O₇+ 3SO₂ +H₂SO₄-->Cr₂(SO₄)₃ +K₂SO₄ +H₂O.

(στ) Και το S και το H₂SO₄ δίνουν το ίδιο προϊόν το SO₂

S +2H₂SO₄ --> 3SO₂+2H₂O.

(ζ) Το KMnO₄ είναι οξειδωτικό, συνεπώς το Η₂Ο₂ θα δράσει σαν αναγωγικό και θα δώσει Ο₂

2KMnO₄ + 5Η₂Ο₂ + 3H₂SO_{4 -->}2 MnSO₄ +K₂SO₄ +5Ο₂ +8H₂O.

ΘΕΜΑ 3^Ο

0,1mol μετάλλου Μ, που έχει δυο αριθμούς οξείδωσης χ και ψ (με χ<ψ) αντιδρά πλήρως με περίσσεια αραιού διαλύματος H₂SO₄ και εκλύονται 2,24 L αερίου ,μετρημένα σε stp. Το διάλυμα που προκύπτει αντιδρά πλήρως με 100 ml, όξινου με H₂SO_{4 ,}διαλύματος KMnO₄ 0,2M. Να βρεθούν οι αριθμοί οξείδωσης χ και ψ του μετάλλου Μ.

 ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Το μέταλλο Μ αρχικά αντιδρά με το αραιό διάλυμα H₂SO₄ (αντίδραση απλής αντικατάστασης στην οποία το μέταλλο θα οξειδωθεί στο μικρότερο αριθμό οξείδωσής του ) .

Τα mol του αερίου που παράγεται (το οποίο είναι το Η₂) είναι η=2,24/22,4=0,1 mol.Έτσι

                 2Μ + χH₂SO₄ --> Μ₂(SO₄)_χ + χΗ₂

                  2 mol                            1mol        χmol

                 0,1mol                                         0,1mol 

Άρα 0,1χ=2.0,1. Άρα  χ=2 .

Οπότε η αντίδραση που γίνεται είναι η

                    Μ + H₂SO₄ -->ΜSO₄ + Η₂

                  1 mol                        1mol       

                 0,1mol                        χ₁

    χ₁=0,1 mol  ΜSO₄ παράγονται.       

Στη συνέχεια το διάλυμα που προκύπτει και περιέχει το  ΜSO₄ που παράγεται και H₂SO₄ αντιδρά με το όξινο διάλυμα  KMnO₄ .

Τα  mol του KMnO₄ που αντιδρούν είναι η=0.1.0,2=0,02 mol. Έτσι

10MSO₄+2(ψ-2)KMnO₄+8(ψ-2)H₂SO₄-->2(ψ-2)MnSO₄+(ψ-2)K₂SO₄+5M₂SO₄+8(ψ-2)H₂O.                                                10mol   2(ψ-2)mol

0,1mol    0,02 mol

Οπότε 0.02.10=0,1.2(ψ-2) . Άρα  ψ= 3.     

ΘΕΜΑ 4^Ο

11,2 g Fe αντιδρούν με διάλυμα ΗΝΟ₃ και παράγεται μίγμα ΝΟ και ΝΟ₂ συνολικού όγκου 8,96 L, σε stp.

(α) Να υπολογιστούν οι ποσότητες του ΝΟ και του ΝΟ₂ που παράγονται.

 (β)Να υπολογιστεί το ποσοστό του σιδήρου που μετατράπηκε σε ΝΟ και σε ΝΟ₂.

 (γ) Το μίγμα του ΝΟ και του ΝΟ₂ εισάγεται σε δοχείο όγκου 1L και αφήνεται να ισορροπήσει. Τελικά στο δοχείο έχουμε ισομοριακές ποσότητες ΝΟ και ΝΟ₂. Να υπολογιστεί η Κ_C της

                                 2ΝΟ_(g) + Ο_2(g)  ⇄ 2ΝΟ_2(g)

και οι ποσότητες όλων των αερίων στην κατάσταση ισορροπίας.

Δίνονται Αr Fe=56. 

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Έστω α τα mol του Fe που αντιδρούν προς ΝΟ και β τα mol του Fe που αντιδρούν προς ΝΟ₂. Τα συνολικά mol του Fe είναι

        η=11,2/56=0,2 mol Fe.

                            Θα ισχύει ότι α+β=0,2 (1).

Η αντίδραση του Fe με το ΗΝΟ₃ προς ΝΟ είναι

Fe + 4ΗΝΟ₃ -->Fe(ΝΟ₃)₃ + ΝΟ +2 Η₂Ο

1 mol                                       1 mol 

α mol                                        χ

                               χ=α mol  ΝΟ παράγονται.

Η αντίδραση του Fe με το ΗΝΟ₃ προς ΝΟ₂ είναι

Fe + 6ΗΝΟ₃ -->Fe(ΝΟ₃)₃ +3 ΝΟ₂ +3 Η₂Ο

1 mol                                        3 mol 

β mol                                        χ

                               χ=3β mol  ΝΟ₂ παράγονται.

Ο όγκος του ΝΟ που παράγεται ,σε stp, είναι α.22,4L ενώ του ΝΟ₂ είναι 3β.22,4L. Έτσι θα ισχύει ότι

                                  α.22,4 + β.22,4 = 8,96 Άρα α+β = 0,4 (2).

Από τις (1) και (2) βρίσκουμε ότι

                α= 0,1 και β= 0,1.

Άρα παράγονται 0,1 mol NO και 0,3 mol NO₂.

Από τα 0,2 mol Fe σε ΝΟ μετατρέπονται τα 0,1 mol.

           100 mol                                               χ

            χ=50% του Fe μετατράπηκαν σε ΝΟ.

Έτσι σε ΝΟ₂ μετατρέπεται το υπόλοιπο 50% του Fe.

  Το μίγμα των ΝΟ και ΝΟ₂ εισάγεται σε δοχείο όγκου 1L και αποκαθίσταται η ισορροπία

          

                              (mol)   2ΝΟ_(g) + Ο_2(g)  ⇄ 2ΝΟ_2(g)

                         αρχικά        0,1        -              0,3

                     αντιδρούν         -          -              2χ

                  παράγονται       2χ         χ               -

                                 ΧΙ     0,1+2χ      χ            0,3-2χ

Αφού στο δοχείο έχουμε τελικά ισομοριακές ποσότητες ΝΟ και ΝΟ₂ θα ισχύει ότι  

                          0,1+2χ=0,3-2χ . Άρα χ=0,05.

Άρα στην κατάσταση ισορροπίας θα περιέχονται στο δοχείο

    0,2 mol ΝΟ, 0,05 mol Ο₂ και 0,2 mol ΝΟ₂.Οι συγκεντρώσεις τους θα είναι

[ΝΟ]=0,2/1=0,2Μ , [ΝΟ₂]=0,2/1 =0,2Μ και [Ο₂]=0,05Μ.

K_C= 0,2²/0,2²0,05= 20 Μ^-1.