Объём хлора из кислоты при разных окислителях
Какой объём хлора (н. у.) можно получить из 100 мл 25%-ной соляной кислоты (ρ = 1,12 г/мл) в результате реакций с двумя окислителями – перманганатом калия и оксидом марганца (IV)? Совпали ли полученные значения? Как вы думаете, почему?
Дано
`V_text{исх.}(HCl) = 100 text{ мл}`
`ω(HCl) = 25%`
`ρ(р-ра) = 1.12 text{ г/мл}`
1) `KMnO_4`
2) `MnO_2`
Найти
`V_1(Cl_2) = text{ ?}`
`V_2(Cl_2) = text{ ?}`
Решение
Найдём массу исходного раствора соляной кислоты:
`m(р-ра) = ρ(р-ра)*V_text{исх.}(HCl) = 1.12*100 = 112 text{ г}`
Найдём массу хлороводорода в растворе:
`m(HCl) = (ω(HCl)*m(р-ра))/100 = (25*112)/100 = 28 text{ г}`
Найдём количество вещества хлороводорода:
`n(HCl) = (m(HCl))/(M(HCl)) = 28/36.5 = 0.7671 text{ моль}`
С перманганатом калия:
Запишем уравнение реакции:
`2KMnO_4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2 text{↑} + 8H_2O`
Согласно уравнению реакции, количество вещества хлора:
`n_1(Cl_2) = (5*n(HCl))/16 = (5*0.7671)/16 = 0.2397 text{ моль}`
Найдём объём хлора:
`V_1(Cl_2) = n_1(Cl_2)*V_m = 0.2397*22.4 = 5.369 text{ л}`
С оксидом марганца(IV):
Запишем уравнение реакции:
`MnO_2 + 4HCl = MnCl_2 + Cl_2 text{↑} + 2H_2O`
Согласно уравнению реакции, количество вещества хлора:
`n_2(Cl_2) = (n(HCl))/4 = 0.7671/4 = 0.1918 text{ моль}`
Найдём объём хлора:
`V_2(Cl_2) = n_2(Cl_2)*V_m = 0.1918*22.4 = 4.296 text{ л}`
Ответ
`V_1(Cl_2) = 5.369 text{ л}`
`V_2(Cl_2) = 4.296 text{ л}`
Дополнительно
Для восстановления марганца из степени окисления +7 в перманганате калия до +2 требуется больше электронов, чем для восстановления марганца из степени окисления +4 в диоксиде марганца до +2. Соответственно, для отдачи большего числа электронов необходимо окислить больше ионов `Cl^-` до `Cl_2`. Поэтому при взаимодействии соляной кислоты с перманганатом калия выделяется больше хлора, чем при её реакции с диоксидом марганца.