Номер 509, страница 78 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

509. *При каталитическом разложении бертолетовой соли степень окисления атомов хлора изменяется с $+5$ до $-1$. Рассчитайте число электронов, которые перейдут от атомов кислорода к атомам хлора при полном разложении бертолетовой соли массой 286 г. Какой объём (н. у.) газа выделится при этом?

Дано:

масса бертолетовой соли $m(KClO_3) = 286 \text{ г}$

условия: н. у. (нормальные условия)

$m(KClO_3) = 0.286 \text{ кг}$

Найти:

$N_e$ — число перешедших электронов

$V(O_2)$ — объём выделившегося газа

Решение:

1. Запишем уравнение реакции каталитического разложения бертолетовой соли (хлората калия, $KClO_3$):

$2KClO_3 \xrightarrow{t, kat} 2KCl + 3O_2 \uparrow$

2. Определим изменение степеней окисления элементов. В исходном веществе $K^{+1}Cl^{+5}O_3^{-2}$ хлор имеет степень окисления +5, а кислород –2. В продуктах, в хлориде калия $K^{+1}Cl^{-1}$, степень окисления хлора –1, а в молекулярном кислороде $O_2^0$ степень окисления кислорода 0.

Составим схему электронного баланса:

$Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$ | 2 | (восстановление, $Cl^{+5}$ является окислителем)

$2O^{-2} - 4e^- \rightarrow O_2^0$ | 3 | (окисление, $O^{-2}$ является восстановителем)

Из схемы видно, что при разложении одной формульной единицы $KClO_3$ один атом хлора принимает 6 электронов. Следовательно, при разложении 1 моль $KClO_3$ происходит перенос 6 моль электронов.

Рассчитайте число электронов, которые перейдут от атомов кислорода к атомам хлора при полном разложении бертолетовой соли массой 286 г.

3. Вычислим молярную массу хлората калия $KClO_3$, используя округленные атомные массы: $M(K) = 39 \text{ г/моль}, M(Cl) = 35.5 \text{ г/моль}, M(O) = 16 \text{ г/моль}$:

$M(KClO_3) = 39 + 35.5 + 3 \cdot 16 = 122.5 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества $KClO_3$ в 286 г:

$n(KClO_3) = \frac{m(KClO_3)}{M(KClO_3)} = \frac{286 \text{ г}}{122.5 \text{ г/моль}} \approx 2.335 \text{ моль}$

5. Рассчитаем количество вещества электронов, которые переходят от атомов кислорода к атомам хлора:

$n_e = 6 \cdot n(KClO_3) = 6 \cdot \frac{286}{122.5} \text{ моль} \approx 14.01 \text{ моль}$

6. Найдем общее число электронов, используя постоянную Авогадро $N_A \approx 6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1}$:

$N_e = n_e \cdot N_A \approx 14.01 \text{ моль} \cdot 6.022 \cdot 10^{23} \text{ моль}^{-1} \approx 8.44 \cdot 10^{24}$

Ответ: число перешедших электронов равно примерно $8.44 \cdot 10^{24}$.

Какой объём (н. у.) газа выделится при этом?

7. По уравнению реакции $2KClO_3 \rightarrow 3O_2$ видно, что из 2 моль $KClO_3$ образуется 3 моль кислорода $O_2$. Найдем количество вещества выделившегося кислорода:

$n(O_2) = \frac{3}{2} n(KClO_3) = \frac{3}{2} \cdot \frac{286}{122.5} \text{ моль} \approx 3.50 \text{ моль}$

8. Рассчитаем объём выделившегося кислорода при нормальных условиях (н. у.), где молярный объём идеального газа $V_m = 22.4 \text{ л/моль}$:

$V(O_2) = n(O_2) \cdot V_m \approx 3.50 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 78.4 \text{ л}$

Ответ: выделится 78.4 л газа.