Номер 959, страница 154 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

959. Составьте 12 молекулярных уравнений реакций, соответствующих взаимопревращениям веществ, находящихся в вершинах пирамиды.

$H_2SO_3$
$Na_2SO_3$
$NaHSO_3$
$SO_3$

В представленной задаче необходимо составить уравнения реакций для взаимных превращений между веществами, расположенными в вершинах пирамиды: сернистой кислотой ($H_2SO_3$), оксидом серы(VI) ($SO_3$), сульфитом натрия ($Na_2SO_3$) и гидросульфитом натрия ($NaHSO_3$).

Следует отметить, что в сернистой кислоте и её солях (сульфите и гидросульфите натрия) сера находится в степени окисления +4, в то время как в оксиде серы(VI) её степень окисления равна +6. Таким образом, реакции между $H_2SO_3$, $Na_2SO_3$ и $NaHSO_3$ являются кислотно-основными взаимодействиями, а все реакции с участием $SO_3$ будут окислительно-восстановительными процессами.

Ниже приведены 12 молекулярных уравнений, соответствующих всем возможным взаимным превращениям между этими четырьмя веществами.

1. H₂SO₃ → Na₂SO₃

Для получения средней соли (сульфита натрия) из сернистой кислоты необходимо провести реакцию полной нейтрализации с основанием, например, гидроксидом натрия.

Ответ: $H_2SO_3 + 2NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + 2H_2O$

2. Na₂SO₃ → H₂SO₃

Сернистая кислота является слабой и неустойчивой. Её можно получить действием более сильной кислоты (например, серной) на её соль. Образующаяся сернистая кислота в растворе частично разлагается на оксид серы(IV) и воду.

Ответ: $Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + H_2SO_3$

3. H₂SO₃ → NaHSO₃

Для получения кислой соли (гидросульфита натрия) необходимо провести реакцию частичной нейтрализации сернистой кислоты основанием (реагенты берутся в мольном соотношении 1:1).

Ответ: $H_2SO_3 + NaOH \rightarrow NaHSO_3 + H_2O$

4. NaHSO₃ → H₂SO₃

Как и в случае со средней солью, для получения слабой сернистой кислоты из её кислой соли необходимо подействовать более сильной кислотой.

Ответ: $2NaHSO_3 + H_2SO_4 \rightarrow Na_2SO_4 + 2H_2SO_3$

5. Na₂SO₃ → NaHSO₃

Среднюю соль можно перевести в кислую, подействовав на неё кислотой. В данном случае можно использовать саму сернистую кислоту (то есть, пропуская $SO_2$ через раствор сульфита натрия).

Ответ: $Na_2SO_3 + H_2SO_3 \rightarrow 2NaHSO_3$

6. NaHSO₃ → Na₂SO₃

Кислую соль можно перевести в среднюю, добавив к ней щёлочь для нейтрализации кислотного остатка.

Ответ: $NaHSO_3 + NaOH \rightarrow Na_2SO_3 + H_2O$

7. H₂SO₃ → SO₃

Это превращение требует окисления серы со степени окисления +4 до +6 и последующей дегидратации. Прямой одностадийной реакции не существует. Процесс проводят в две стадии: сначала сернистую кислоту окисляют до серной, а затем серную кислоту дегидратируют.

1. Окисление: $H_2SO_3 + H_2O_2 \rightarrow H_2SO_4 + H_2O$

2. Дегидратация: $H_2SO_4 (конц.) \xrightarrow{P_4O_{10}, t} SO_3 + H_2O$

Ответ: Превращение является многостадийным процессом.

8. Na₂SO₃ → SO₃

Данное превращение также является сложным многостадийным процессом, включающим окисление сульфита до сульфата и последующее высокотемпературное разложение сульфата (или его производных, например, пиросульфата).

1. Окисление: $2Na_2SO_3 + O_2 \xrightarrow{t} 2Na_2SO_4$

2. Получение и разложение пиросульфата: $Na_2SO_4 + H_2SO_4 \rightarrow 2NaHSO_4$; $2NaHSO_4 \xrightarrow{t} Na_2S_2O_7 + H_2O$; $Na_2S_2O_7 \xrightarrow{t>450^\circ C} Na_2SO_4 + SO_3$

Ответ: Превращение является многостадийным процессом.

9. NaHSO₃ → SO₃

Этот процесс также требует окисления и разложения. Сначала гидросульфит окисляется до гидросульфата, который затем разлагается при нагревании с образованием $SO_3$.

1. Окисление: $2NaHSO_3 + O_2 \rightarrow 2NaHSO_4$

2. Разложение: $2NaHSO_4 \xrightarrow{t} Na_2SO_4 + SO_3\uparrow + H_2O$

Ответ: Превращение является многостадийным процессом.

10. SO₃ → H₂SO₃

Для этого превращения необходимо понизить степень окисления серы с +6 до +4 (восстановление). Это можно сделать, проведя реакцию $SO_3$ с восстановителем, например, сероводородом. В результате реакции образуется оксид серы(IV) $SO_2$, который при взаимодействии с водой даёт сернистую кислоту.

Ответ: $SO_3 + H_2S \rightarrow S\downarrow + SO_2\uparrow + H_2O$ (далее $SO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2SO_3$)

11. SO₃ → Na₂SO₃

Здесь также требуется восстановление серы. Реакцию можно провести в щелочной среде, используя в качестве восстановителя, например, цинк.

Ответ: $SO_3 + 2NaOH + Zn \rightarrow Na_2SO_3 + Zn(OH)_2\downarrow$

12. SO₃ → NaHSO₃

Для получения кислой соли в ходе восстановления можно использовать сильный восстановитель, такой как гидрид натрия. Эта реакция является окислительно-восстановительной.

Ответ: $SO_3 + NaH \rightarrow NaHSO_3$