У неорганічній хімії важливу роль відіграють хімічні реакції. Найважливішими з них є Кислотно-основні реакції та Окисно-відновні реакції. Як правило ці реакції є рівноважними та з високою ентальпією. Через це хімічні реакції у неорганічній хімії є дуже швидкими і з високим виходом продуктів реакції. На противагу, хімічні реакції у органічній хімії є часто повільними і не завжди з високим виходом продуктів реакції.
У процесі окисно-відновної реакції відновник віддає електрони, тобто окиснюється; окисник приєднує електрони, тобто відновлюється. Причому будь-яка окисно-відновна реакція є єдність двох протилежних перетворень — окиснення та відновлення, що відбуваються одночасно та без відриву одне від одного. Типовими і найпростішими окисно-відновними реакціями є утворення сполук з окремих елементів: наприклад утворення води з кисню і водню, чи корозія металів коли, наприклад, Ферум реагує з киснем з утворенням оксидів.
У кислотно-основних реакціях відбувається перенесення протону. Кислота передає основі протон. При цих реакціях в основному утворюється вода і сіль. Наприклад:
Хлоридна кислота + Гідроксид натрію реагують у водному розчині з утворенням Хлориду натрію та води.
Такі реакції протікають також швидко і легко контролюються за до індикатора, що дозволяє використовувати їх у аналітичній хімії.
Утворення нерозчинних чи газоподібних продуктів реакції є їх важливою рушійною силою. При цьому ці продукти залишають зону реакції і при цьому зрушують рівновагу у сторону утворення цих продуктів так, що реакція протікає до кінця. Так наприклад при реакції розчинів хлориду барію та сульфату натрію, утворюється важкорозчинний сульфат барію. При його відфільтруванні у розчині, що залишився не знаходять більше йонів барію.
Реакції такого типу відіграють також важливу роль у аналітичній хімії. Різномнітні неорганічні сполуки можуть при високих температурах розкладатися з виділенням газів. Так при нагріванні карбонат кальцію, не плавлячись, розкладається з утворенням оксиду кальцію і діоксиду вуглецю:
Масса хлорида натрия равна m = 500⋅0,2 = 100 г. Согласно формуле (6.4.1) имеем:
V (H2) = QVэ (H2) / 96 500,
отсюда
Q = V(H2)⋅96500 / Vэ(H2) = 1,12⋅96 500 / 11,2 = 9650 Кл.
m(NaCl) = 9650⋅58,5 / 96 500 = 5,85 г; m(NaOH) = 40⋅9650 / 96 500 = 4,0 г.
Оставшаяся масса хлорида натрия равна
100,0 – 5,85 = 94,15 г; m(H2O) = 9⋅9650 / 96 500 = 0,9 г.
П р и м е р 131 При электролизе водного раствора нитрата никеля(II) (ω = 50 %) массой 91,50 г на катоде выделился
никель массой 14,75 г. Определите содержание азотной кислоты в растворе (ω, %) после электролиза и объем газа, выделив-
шегося на аноде.
Решение Уравнение электролиза водного раствора нитрата никеля(II)
Ni(NO 3 ) 2 + 2H 2 O электролиз → Ni + 2HNO 3 + O 2 ↑ + H 2 ↑
M(Ni) = 59 г/моль; М(HNO3) = 63 г/моль.
Количество никеля, выделенного на катоде равно 14,75/59 = 0,25 моль. Следовательно, по реакции образуется 0,5 моль
HNO3 или 0,5⋅63 = 31,5 г. Количество кислорода составит 0,25 моль 0,25⋅22,4 = 5,6 дм3 или 8,0 г. Такой же объем водорода
выделяется на катоде, т.е. 5,6 дм3 или 0,5 г. Масса раствора составит 91,50 – 14,75 – 8,50 = 68,25 г.
Откуда ω(HNO3) = 31,50⋅100/68,25 = 46,5 %.
Задачи
614 В какой последовательности будут восстанавливаться катионы при электролизе водного раствора, содержащего
ионы Cr3+, Pb2+, Hg2+, Mn2+, если молярная концентрация соответствующих им солей одинакова, а напряжение на катодах
достаточно для восстановления каждого из них?
615 Напишите уравнения реакций катодного и анодного процессов, протекающих на графитовых электродах при элек-
тролизе водных растворов:
а) нитрата свинца(II); б) серной кислоты.
616 В каких случаях при электролизе водных растворов солей:
а) на катоде выделяется водород;
б) на аноде выделяется кислород;
в) состав электролита не изменяется?
617 При электролизе водных растворов каких солей на катоде происходит:
а) восстановление только катионов металлов;
б) одновременное восстановление катионов металла и воды;
в) восстановление только воды?
618 Вычислите массу водорода и кислорода, образующихся при прохождении тока силой 3 А в течение 1 ч через рас-
твор NaNO3.
619 Определите массу выделившегося железа при прохождении тока силой 1,5 А в течение 1 ч через растворы сульфата
железа(II) и хлорида железа(III) (электроды инертные).
620 При прохождении через раствор электролита тока силой 0,5 А за 1 ч выделяется 0,55 г металла. Определите экви-
валентную массу металла.
621 Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на электродах при электролизе растворов:
а) CuSO4 с медным анодом; б) NiSO4 с никелиевым анодом;
в) AgNO3 с серебряным анодом.
622 В течение какого времени необходимо пропускать ток силой 1 А при электролизе водного раствора сульфата хро-
ма(III), чтобы масса катода возросла на 10 г? Какой объем (н.у.) кислорода выделился на аноде?
623 Электролиз водного раствора хлорида никеля(II), содержащего соль массой 129,7 г проводили при токе силой 5 А в
течение 5,36 ч. Сколько хлорида никеля(II) осталось в растворе и какой объем хлора (н.у.) выделился на аноде?
624 При электролизе водного раствора нитрата серебра в течение 50 мин при токе силой 3А на катоде выделилось се-
ребро массой 9,6 г. Определите выход по току (η, %).
625 При электролизе водного раствора нитрата никеля(II) (ω = 50 %) массой 113,30 г на катоде выделился металл мас-
сой 14,75 г. Определите объем газа (н.у.), выделившегося на аноде и массу оставшегося нитрата никеля(II) после электроли-
за.
626 После электролиза водного раствора хлорида натрия получили раствор, в котором содержится NaOH массой 20 г.
Газ, выделившийся на аноде, полностью прореагировал с раствором иодида калия массой 332 г. Определите содержание ио-
дида калия (ω, %) в растворе.
627 При электролизе водного раствора хлорида калия на катоде выделился водород объемом 13,44 дм3 (н.у.). Газ, выде-
лившийся на аноде, полностью окислил раскаленную медную проволоку массой 38,4 г. Определите мольную массу меди.
628 Электролиз водного раствора сульфата калия проводили при токе силой 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные
уравнения процессов, происходящих на электродах. Какая масса воды при этом разложилась и чему равен объем газов (н.у.),
выделившихся на катоде и аноде?
У неорганічній хімії важливу роль відіграють хімічні реакції. Найважливішими з них є Кислотно-основні реакції та Окисно-відновні реакції. Як правило ці реакції є рівноважними та з високою ентальпією. Через це хімічні реакції у неорганічній хімії є дуже швидкими і з високим виходом продуктів реакції. На противагу, хімічні реакції у органічній хімії є часто повільними і не завжди з високим виходом продуктів реакції.
У процесі окисно-відновної реакції відновник віддає електрони, тобто окиснюється; окисник приєднує електрони, тобто відновлюється. Причому будь-яка окисно-відновна реакція є єдність двох протилежних перетворень — окиснення та відновлення, що відбуваються одночасно та без відриву одне від одного. Типовими і найпростішими окисно-відновними реакціями є утворення сполук з окремих елементів: наприклад утворення води з кисню і водню, чи корозія металів коли, наприклад, Ферум реагує з киснем з утворенням оксидів.
У кислотно-основних реакціях відбувається перенесення протону. Кислота передає основі протон. При цих реакціях в основному утворюється вода і сіль. Наприклад:
{\displaystyle \mathrm {H_{3}O_{(aq)}^{+}+Cl_{(aq)}^{-}+Na_{(aq)}^{+}+OH_{(aq)}^{-}\longrightarrow \ Na_{(aq)}^{+}+Cl_{(aq)}^{-}+2\ H_{2}O} }{\displaystyle \mathrm {H_{3}O_{(aq)}^{+}+Cl_{(aq)}^{-}+Na_{(aq)}^{+}+OH_{(aq)}^{-}\longrightarrow \ Na_{(aq)}^{+}+Cl_{(aq)}^{-}+2\ H_{2}O} }
Хлоридна кислота + Гідроксид натрію реагують у водному розчині з утворенням Хлориду натрію та води.
Такі реакції протікають також швидко і легко контролюються за до індикатора, що дозволяє використовувати їх у аналітичній хімії.
Утворення нерозчинних чи газоподібних продуктів реакції є їх важливою рушійною силою. При цьому ці продукти залишають зону реакції і при цьому зрушують рівновагу у сторону утворення цих продуктів так, що реакція протікає до кінця. Так наприклад при реакції розчинів хлориду барію та сульфату натрію, утворюється важкорозчинний сульфат барію. При його відфільтруванні у розчині, що залишився не знаходять більше йонів барію.
{\displaystyle \mathrm {BaCl_{2}+Na_{2}SO_{4}\longrightarrow BaSO_{4}+2\ NaCl} }{\displaystyle \mathrm {BaCl_{2}+Na_{2}SO_{4}\longrightarrow BaSO_{4}+2\ NaCl} }
Реакції такого типу відіграють також важливу роль у аналітичній хімії. Різномнітні неорганічні сполуки можуть при високих температурах розкладатися з виділенням газів. Так при нагріванні карбонат кальцію, не плавлячись, розкладається з утворенням оксиду кальцію і діоксиду вуглецю:
{\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}} }{\displaystyle \mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}} }↑