Хлорид калия с концентрированной серной кислотой


KI + h3SO4 = ? уравнение реакции

В результате растворения навески иодида калия в растворе концентрированной серной кислоты при нагревании (KI + h3SO4 = ?) происходит образование средней соли – сульфата калия и воды, а также выделение свободного йода и газообразного сероводорода. Молекулярное уравнение реакции имеет вид:

   

Запишем ионные уравнения, учитывая, что йод, сероводород и вода на ионы не распадаются, т.е. не диссоциируют.

   

   

Первое уравнение называют полным ионным, а второе – сокращенным ионным.
Йод представляет собой летучие кристаллы фиолетово-черного цвета с металлическим блеском. Он плохо растворяется в воде, в ничтожно малой степени (по сравнению с хлором и бромом), подвергается дисмутации. Хорошо растворяется в органических растворителях (с фиолетовым или коричневым окрашиванием), в водных растворах иодидов металлов, жидком диоксиде серы. Слабый восстановитель и окислитель; реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами, «царской водкой», металлами, неметаллами, щелочами, сероводородной водой. Образует соединения с другими галогенами.

окислительно-восстановительные реакции с участием галогенид-ионов и серной кислоты

РЕДОКС-РЕАКЦИИ МЕЖДУ ГАЛИД-ИОНАМИ И КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ СЕРНОЙ КИСЛОТОЙ

 

Эта страница описывает и объясняет окислительно-восстановительные реакции с участием галогенид-ионов и концентрированной серной кислоты. Эти реакции используются для обсуждения тенденции к снижению способности ионов при переходе от фторида к хлориду, от бромида к йодиду.

 

Факты

Существует два различных типа реакции, которые могут происходить, когда концентрированная серная кислота добавляется к твердому ионному галогениду, например, фториду, хлориду, бромиду или йодиду натрия.Концентрированная серная кислота может действовать как кислота и как окислитель.

Концентрированная серная кислота, действующая как кислота

Концентрированная серная кислота отдает ион водорода галогенид-иону с образованием галогенида водорода. Поскольку это газ, он немедленно уходит из системы. Если галогенид водорода попадает во влажный воздух, вы видите пар.

Например, концентрированная серная кислота реагирует с твердым хлоридом натрия на холоде с образованием хлористого водорода и гидросульфата натрия.

Все галогенид-ионы (фторид, хлорид, бромид и йодид) ведут себя одинаково.


Примечание: Эти реакции образования галогенидов водорода описаны на отдельной странице.

Если вы хотите узнать о них больше, перейдите по этой ссылке и нажмите кнопку НАЗАД в браузере, чтобы вернуться на эту страницу.



Концентрированная серная кислота, действующая как окислитель

С ионами фтора или хлорида

Концентрированная серная кислота не является достаточно сильным окислителем для окисления ионов фтора или хлора.В таких случаях все, что вы получаете, - это пары галогенида водорода - фтороводорода или хлористого водорода.

Вы можете посмотреть на это иначе - с точки зрения галогенид-ионов. Ионы фтора и хлора недостаточно сильные восстановители, чтобы восстановить серную кислоту.

Как ни крути, все, что вы видите, - это галогенид водорода!

Но это не так с бромидами и йодидами.

С бромид-ионами

Бромид-ионы являются достаточно сильными восстановителями для восстановления концентрированной серной кислоты.При этом ионы бромида окисляются до брома.

Бромид-ионы восстанавливают серную кислоту до диоксида серы. Это уменьшение степени окисления серы с +6 в серной кислоте до +4 в диоксиде серы.

Вы можете объединить эти два полууравнения, чтобы получить общее ионное уравнение для реакции:


Примечание: Если вы не уверены в окислительно-восстановительных реакциях, уравнениях электронной половины и состояниях окисления, вам действительно следует перейти по этой ссылке, прежде чем идти дальше.


То, что вы видите в этой реакции, - это пар бромистого водорода, загрязненный коричневым цветом паров брома. Диоксид серы - это бесцветный газ, поэтому вы не можете непосредственно наблюдать его присутствие.

С иодид-ионами

Иодид-ионы являются более сильными восстановителями, чем бромид-ионы. Они окисляются до йода концентрированной серной кислотой.

Восстановление серной кислоты сложнее, чем раньше.Иодид-ионы являются достаточно мощными восстановителями, чтобы восстановить его

  • сначала диоксид серы (степень окисления серы = +4)

  • затем на саму серу (степень окисления = 0)

  • и полностью до сероводорода (степень окисления серы = -2).

Наиболее важным из этой смеси продуктов восстановления, вероятно, является сероводород. Полуравнение для его образования:

Объединение этих двух последних полууравнений дает:


Важно! Не пытайтесь запомнить это уравнение - шансы, что оно вам когда-нибудь понадобится на экзамене, очень мала.Узнайте, как составить электронные полууравнения и объединить их в общее уравнение. Немного времени на приобретение этого навыка сэкономит вам много бессмысленного обучения.


На этот раз вы видите следы паров йодистого водорода, но в основном йода. Реакция является экзотермической, поэтому образуются пурпурные пары йода и, вероятно, темно-серый твердый йод, конденсирующийся вокруг верха пробирки. Также будут красные цвета там, где йод контактирует с твердым йодидом.

Красный цвет обусловлен ионом I 3 - , образованным в результате реакции между молекулами I 2 и ионами I - .

Вы не увидите бесцветный сероводород, но можете ощутить его запах «тухлого яйца», если будете достаточно глупы, чтобы почувствовать выделяющиеся сильно ядовитые газы!

 

Краткое изложение тенденции снижения способности

  • Ионы фтора и хлорида не восстанавливают концентрированную серную кислоту.

  • Бромид-ионы восстанавливают серную кислоту до диоксида серы. При этом ионы бромида окисляются до брома.

  • Иодид-ионы восстанавливают серную кислоту до смеси продуктов, включая сероводород. Иодид-ионы окисляются до йода.

  • Восстанавливающая способность галогенид-ионов возрастает по мере продвижения вниз по группе.

 

Объяснение тенденции

Чрезмерно упрощенное объяснение

Это работает (и даже не очень хорошо!), Если вы игнорируете фторид-ионы.Аргумент такой:

Когда галогенид-ион действует как восстановитель, он отдает электроны чему-то другому. Это означает, что сам галогенид-ион должен терять электроны.

Чем больше галогенид-ион, тем дальше внешние электроны от ядра и тем больше они экранированы от него внутренними электронами. Поэтому галогенид-ионам становится легче терять электроны по мере того, как вы спускаетесь по группе, потому что между внешними электронами и ядром меньше притяжения.

Звучит убедительно, но рассказывает только часть истории. Нам нужно более подробно рассмотреть энергетику изменений.


Важно! Вам действительно нужно выяснить, какое (если есть) объяснение ваши экзаменаторы ожидают от вас. Если их схемы выставления оценок (или то, как они формулируют свои вопросы) предполагают, что им нужно это упрощенное объяснение, тогда вам придется дать им это.

Остальная часть этой страницы будет довольно сложной.Стоит выяснить, нужно ли вам, , знать об этом. (Хотя чем ближе вы к истине, тем приятнее становится!)

UK Студенты уровня A 'должны изучить свои учебные программы, прошлые экзаменационные работы, схемы оценок и любые другие вспомогательные материалы, доступные в их экзаменационной комиссии. Если у вас ничего из этого нет, вы можете найти веб-адрес своей экзаменационной комиссии, перейдя по этой ссылке. Студенты из других стран должны найти эквивалентную информацию из своих источников.



Более подробное объяснение

Посмотрите, как изменяется энтальпия от галогена к галогену

Нам нужно сравнить количество тепла, выделяемого или поглощаемого при преобразовании твердого галогенида (например, хлорида натрия) в молекулы галогена.

На примере хлорида натрия:

  • Нам нужно подать энергию, чтобы разрушить притяжение между ионами в хлориде натрия.Другими словами, нам нужно указать энтальпию решетки.

  • Нам нужно подать энергию для удаления электрона из иона хлорида. Это обратное сродству хлора к электрону. Вы можете получить это число, посмотрев сродство к электрону в книге данных и поставив ему положительный, а не отрицательный знак.

  • Затем мы восстанавливаем часть энергии, когда атомы хлора превращаются в молекулы хлора. Энергия высвобождается при образовании связей.

    Хлор прост, потому что это газ. С бромом и йодом тепло также будет выделяться, когда они конденсируются в жидкость или твердое тело. Чтобы учесть это, лучше думать об этом с точки зрения энергии атомизации, а не энергии связи. Нам нужно число, обратное энергии распыления.

    Энергия атомизации - это энергия, необходимая для производства 1 моля изолированных газообразных атомов, начиная с элемента в его стандартном состоянии (газ для хлора и жидкость для брома, например - оба значения X 2 ).

Внимательно посмотрите на диаграмму, чтобы увидеть, как все это совмещается:


Примечание: Термин «энтальпия решетки», используемый здесь, должен быть более точно описан как «энтальпия диссоциации решетки».

Если вы не уверены в энергетических циклах и их логике (закон Гесса), вы можете изучить раздел «Энергетика» в Chemguide или мою книгу расчетов по химии.



Что нам нужно сделать, так это рассчитать изменение энтальпии, показанное зеленой стрелкой на диаграмме для каждого из галогенов, чтобы мы могли провести сравнение.Диаграмма показывает, что общее изменение с участием галогенид-ионов является эндотермическим - зеленая стрелка указывает вверх в сторону более высокой энергии.

Это - не полное изменение энтальпии для всей реакции. Тепло выделяется, когда происходят изменения, связанные с серной кислотой. Это будет одинаково независимо от того, о каком галогене вы говорите. Общее изменение энтальпии будет суммой изменений энтальпии для полуреакции галогенид-иона и полуреакции серной кислоты.

В таблице показаны изменения энергии, которые варьируются от галогена к галогену. Мы предполагаем, что вы начнете с твердого галогенида натрия . Значения энтальпии решетки для других твердых галогенидов будут другими, но картина все равно останется той же.

тепло, необходимое для разрушения решетки NaX
(кДж моль -1 )
тепло, необходимое для удаления электрона из галогенид-иона
(кДж моль -1 )
тепло, выделяющееся при образовании молекул галогена
( кДж моль -1 )
сумма этих
(кДж моль -1 )
F +902 +328 -79 +1151
Cl +771 +349 -121 +999
Br +733 +324 -112 +945
+945
684 +295 -107 +872

Примечание: Вероятно, в этих цифрах есть ошибка.Они поступают из разных источников - одни надежнее других!


Общее изменение энтальпии для полуреакции галогенида:

Посмотрите на последний столбец цифр.

Обратите внимание, что сумма этих изменений энтальпии становится менее эндотермической по мере того, как вы спускаетесь по группе. Это означает, что полное изменение (включая серную кислоту) станет легче по мере того, как вы спускаетесь по группе.

Количество тепла, выделяемого половинной реакцией с участием серной кислоты, должно быть достаточно большим, чтобы сделать возможными реакции с бромидом или йодидом, но не достаточно, чтобы компенсировать более положительные значения, производимые полуреакциями фторида и хлорида. ,

Я не знаю, какова реальная ценность полуреакции серной кислоты с образованием диоксида серы, но она должна быть примерно -980 кДж / моль -1 . Попробуйте объединить это значение с общими значениями в таблице, чтобы увидеть, что происходит с общим изменением энтальпии реакции для каждого галогена.

 

Изучение изменений в различных терминах энергии

Какие отдельные параметры энергии в таблице являются наиболее важными для того, чтобы сделать полуреакцию галогена менее эндотермической по мере того, как вы спускаетесь по группе?

Хлор в йод

Если рассматривать галогены от хлора до иода, то больше всего упала энтальпия решетки.Она снижается на 87 кДж / моль -1 . Напротив, тепло, необходимое для удаления электрона, упало всего на 54 кДж / моль -1 .

Оба эти члена имеют значение, но падение энтальпии решетки является более важным. Он падает, потому что ионы становятся больше. Это означает, что они не так близки друг к другу, и поэтому притяжение между положительными и отрицательными ионами в твердой решетке уменьшается.

Упрощенное объяснение, о котором мы упоминали ранее, концентрируется на менее важном уменьшении количества энергии, необходимой для удаления электрона из иона.Это заблуждение!

Фтор

Ионы фтора очень трудно окисляются до фтора. Таблица показывает, что это не имеет ничего общего с количеством энергии, необходимой для удаления электрона из фторид-иона. На самом деле легче, , удалить электрон из фторид-иона, чем из хлорид-иона. В этом случае делать обобщение, что электрон становится легче удалить по мере увеличения иона, просто неправильно!

Ионы фтора настолько малы, что электроны испытывают необычное отталкивание друг от друга.Это перевешивает эффект их близости к ядру и облегчает их удаление, чем вы могли ожидать.

Есть две важные причины, по которым фторид-ионы так трудно окисляются.

Во-первых, это сравнительно очень высокая энтальпия решетки твердого фторида. Это связано с небольшим размером фторид-иона, что означает, что положительные и отрицательные ионы расположены очень близко друг к другу и так сильно притягиваются друг к другу.

Другой фактор - небольшое количество тепла, которое выделяется, когда атомы фтора объединяются, образуя молекулы фтора.(Прокрутите назад и снова посмотрите на таблицу.)

Это связано с низкой энтальпией связи F-F связи. Причина такой низкой энтальпии связи обсуждается на отдельной странице.


Примечание: Если вы не читали об этом в последнее время, вы найдете его на странице об атомных и физических свойствах галогенов


 

Что, если бы ионы галогенидов находились в растворе, а не в твердом теле?

Мы сосредоточились на энергетике процесса, начиная с твердых галогенид-ионов, потому что это то, что вы используете, если пытаетесь окислить их с помощью концентрированной серной кислоты.А как насчет их окисления в растворе с помощью другого окислителя?

Тенденция точно такая же. Ионы фтора окисляются с трудом, и по мере того, как вы спускаетесь вниз по группе в сторону йодид-ионов, становится легче. С другой стороны, ионы фтора не являются хорошими восстановителями, в отличие от ионов йода.

На этот раз объяснение должно начинаться с гидратированных ионов в растворе, а не с твердых ионов. В некотором смысле это уже было сделано на другой странице.

Фтор - очень мощный окислитель, потому что он очень легко образует отрицательный ион в растворе.Значит, обратить процесс вспять будет энергетически сложно.

Напротив, по энергетическим причинам, которые вы найдете выше, йод относительно неохотно образует свой отрицательный ион в растворе. Это означает, что его будет относительно легко убедить снова вернуться к молекулам йода.


Примечание: Вы найдете подробное описание окислительной способности галогенов, перейдя по этой ссылке.

Поскольку теперь вы думаете об обратном процессах, описанных на этой странице, вам придется изменить знак всех исследованных энергетических изменений.На вашем месте я бы не стал следить за этим, если для этого нет веской причины!



 
 

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

В меню группы 7. , ,

В меню «Неорганическая химия». , ,

В главное меню. , ,

 

© Джим Кларк, 2002 (изменено в июне 2015 г.)

.

серная кислота: концентрированная серная кислота

При нагревании чистая 100% кислота теряет газообразный триоксид серы SO 3 до образования раствора с постоянным кипением или азеотропа, содержащего около 98,5% H 2 SO 4 формируется при 337 ° C. Концентрированная серная кислота - это слабая кислота (см. Кислоты и основания) и плохой электролит, потому что относительно небольшая ее часть диссоциирует на ионы при комнатной температуре. В холодном состоянии плохо реагирует с такими обычными металлами, как железо или медь.В горячем состоянии это окислитель, сера в нем восстанавливается; может выделяться газообразный диоксид серы. Горячая концентрированная серная кислота реагирует с большинством металлов и с некоторыми неметаллами, например с серой и углеродом. Поскольку концентрированная кислота имеет довольно высокую температуру кипения, ее можно использовать для выделения большего количества летучих кислот из их солей, например, когда хлорид натрия (NaCl) или обычная соль нагревается с концентрированной серной кислотой, газообразным хлористым водородом, HCl, развивается.

Концентрированная серная кислота имеет очень сильное сродство к воде.Иногда его используют в качестве осушителя и для обезвоживания (химического удаления воды) многих соединений, например углеводов. Он реагирует с сахарозой, C 12 H 22 O 11 , удаляя одиннадцать молекул воды H 2 O из каждой молекулы сахарозы и оставляя хрупкую губчатую черную массу углерода и разбавленной серной кислоты. , Кислота аналогично реагирует с кожей, целлюлозой и другими растительными и животными веществами.

Когда концентрированная кислота смешивается с водой, выделяется большое количество тепла; одновременно может быть выделено достаточно тепла, чтобы вскипятить воду и разбрызгать кислоту.Чтобы разбавить кислоту, кислоту следует медленно добавлять в холодную воду при постоянном перемешивании, чтобы ограничить накопление тепла. Серная кислота реагирует с водой с образованием гидратов с особыми свойствами.

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

См. Другие статьи в энциклопедии по: Соединения и элементы

.

Расчеты разбавления - Химия | Сократик

Химия
Наука
  • Анатомия и физиология
  • астрономия
  • астрофизика
  • Биология
  • Химия
  • наука о планете Земля
  • Наука об окружающей среде
.

Смотрите также