Задания

1. Определите факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов тригидроксида алюминия в реакциях:

А1(ОН)3 + 3НС1 = AlC13 + 3H2O

А1(ОН)3 + 2НС1 = Al(OH)C12 + 2H2O

А1(ОН)3 + НС1 = Al(OH)2C1 + H2O

Решение:

а) Al(OH)3 + 3 HCl = AlCl3 + 3 H2O

f = 1/3, Mэ = Mr/3 = 78/3 =26 (г /моль)

б) Al(OH)3 + 2 HCl = AlOHCl2 + 2 H2O

f = 1/2, Mэ = Mr/2 = 78/2 = 39 (г/моль)

в) Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + H2O

f = 1, Mэ = Mr = 78 (г/моль).

2. Сколько протонов и нейтронов содержат ядра изотопов и ? Составьте электронную формулу этого атома, распределите электроны по квантовым ячейкам. Укажите валентности и степени окисления атома в нормальном и возбужденном состояниях. К какому электронному семейству относится этот элемент?

Решение.

Число нейтронов находится по формуле: N = A – Z.

N – число нейтронов в изотопе, А – массовое число, Z – число протонов (численно равно заряду ядра и порядковому номеру элемента в периодической системе элементов Менделеева).

N = 56 – 26 = 30.

N = 56 – 24 = 32.

Электронная формула атома Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2.

Распределение электронов по квантовым ячейкам:

В нормальном состоянии атома валентность равна 0, степень окисления равна 0.

В возбужденном состоянии атома валентность железа может равняться II, III, IV, V, VI, а степень окисления +2, +3, известны соединения железа в степени окисления +4 и +6.

Железо относится к семейству d-элементов.

3. Назовите высшие степени окисления титана и германия, хрома и селена, хлора и марганца. Составьте формулы оксидов и гидроксидов данных элементов, отвечающих высшим степеням окисления. К каким электронным семействам принадлежат эти элементы?

Решение.

Высшая степень окисления элемента численно равна номеру группы, в которой он находится. Титан (Ti) и германий (Ge) находятся в IV группе периодической системы химических элементов, поэтому их высшая степень окисления равняется +4.

Формулы оксидов соответствующих высшей степени окисления : TiO2, GeO2.

Формула гидроксидов: ТiO(OH)2, H4GeO4.

Титан относится к семейству d-элементов, а германий – к p-элементам.

Селен (Se) и хром (Cr) находятся в VI группе периодической системы химических элементов, поэтому их высшая степень окисления равняется +6.

Формулы оксидов соответствующих высшей степени окисления : SeO3, CrO3.

Формула гидроксидов: H2SeO4, H2CrO4.

Селен относится к семейству р-элементов, а хром – к d-элементам.

Хлор (Cl) и марганец (Mn) находятся в VII группе периодической системы химических элементов, поэтому их высшая степень окисления равняется +7.

Формулы оксидов соответствующих высшей степени окисления : Cl2O7, Mn2O7.

Формула гидроксидов: HClO4, HMnO4.

Хлор относится к семейству р-элементов, а марганец – к d-элементам.

4.Что такое направленность ковалентной связи? Объясните, почему молекула BF3 имеет симметричную треугольную форму?

Решение.

Направленность ковалентной связи - это расположение связей в молекуле под определенными углами относительно друг друга. Это расположение определяет пространственное строение молекулы. Направленность связи возникает из-за того, что все атомные орбитали, за исключением s-орбитали, имеют определенную ориентацию в пространстве.

На внешнем энергетическом уровне атома бора находится три электрона.

В возбужденном состоянии 2s электроны распариваются, и один из них переходит на р-орбиталь:

В результате гибридизации одной s и двух р-орбиталей, у бора получается 3 одинаковых sp2-гибридных орбитали. Между орбиталями действуют силы отталкивания. Максимальный угол, на который они могут разойтись в пространстве, составляет 120°. В результате молекула BF3 приобретает форму правильного треугольника.

5. Приведите формулировку закона действующих масс. Определите, как изменится скорость гетерогенной реакции:

С(графит) + 2N2O(г) = CO2(г) + 2N2(г)

При увеличении концентрации гемоксида азота в 4 раза?

Решение.

Закон действующих масс: скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагирующих веществ.

Для данной реакции закон действующих масс будет иметь вид:

v = k*[N2O]2

При увеличении концентрации N2O в 4 раза (С = 4*[N2O]) скорость реакции станет равна:

v2 = k*(4[N2O])2 = 16*k*[N2O]2

v2/v = = 16.

Скорость реакции возрастет в 16 раз.

6. При какой температуре наступит равновесие системы:

4HCl(г) + O2(г) ↔ 2Н2О + 2Сl2(г), = -114,42 кДж.

Что в этой системе является более сильным окислителем – хлор или кислород, и при каких температурах?

Решение.

Равновесие наступает при = 0.

Энергия Гиббса системы рассчитывается по формуле:

При = 0

Температура, при которой наступает равновесие, равна:

Для нахождения используем справочные данные энтропии для данных в реакции веществ. Значения энтропии взяты из «Краткого справочника физико-химических величин» под редакцией и . Л. : Химия, 1974 г – 200 стр.

(H2O) = 188,74 Дж/(моль*К)

(О2) = 205,03 Дж/(моль*К)

(HСl) = 186,7 Дж/(моль*К)

(Cl2) = 233 Дж/(моль*К)

= (продуктов) - (реагентов)

= 2*(H2O) + 2*(Cl2) - (О2) – 4*(HСl) = 2*188,74 + 2*233 – 205,03 – 4*186,7 = -128,35 (Дж/(моль*К)).

= -114,42 кДж = -114420 Дж.

Т = = 891,5 (К).

При Т > 891,5 К реакция идет в обратном направлении, то есть хлор проявляет более сильные окислительные свойства.

При Т < 891,5 К реакция идет в прямом направлении, кислород проявляет более сильные окислительные свойства.

7. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют ионно-молекулярные уравнения:

Cu2+ + H2S = CuS + 2H+; Mg2+ + CO32- = MgCO3; NH4+ + OH - = NH4OH

Решение.

Cu2+ + H2S = CuS + 2H+

СuCl2 + H2S = CuS + 2HCl

Mg2+ + CO32- = MgCO3

Mg(NO3)2 + Na2CO3 = MgCO3 + 2NaNO3

NH4+ + OH - = NH4OH

NH4NO3 + NaOH = NH4OH + NaNO3

8. Какие значения рН имеют растворы солей: NH4NO3, Na2S, Al(NO3)3, KCl? Ответ подтвердите ионно-молекулярными и молекулярными уравнениями гидролиза этих солей.

Решение.

NH4NO3 + HOH ↔ NH4OH + HNO3

NH4+ + NO3- + HOH ↔ NH4OH + H+ + NO3-

NH4+ + HOH ↔ NH4OH + H+

рН < 7, среда кислая.

I.  Na2S + HOH ↔ NaHS + NaOH

2Na+ + S2- + HOH ↔ Na+ + HS- + Na+ + OH-

S2- + HOH ↔ + HS - + OH-

II.  NaHS + HOH ↔ H2S + NaOH

Na+ + HS - + HOH ↔ H2S + Na+ + OH-

HS - + HOH ↔ H2S + OH-

рН > 7, среда щелочная.

I.  Al(NO3)3 + HOH ↔ Al(NO3)2OH + HNO3

Al3+ + 3NO3- + HOH ↔ AlOH2+ + 2NO3- + H+ + NO3-

Al3+ + HOH ↔ AlOH2+ + H+ -

II.  Al(NO3)2OH + HOH ↔ Al(OH)2NO3 + HNO3

AlOH2+ + 2NO3-+ HOH ↔ Al(OH)2+ + NO3- + H+ + NO3-

AlOH2+ + HOH ↔ Al(OH)2+ + H+

III.  Al(OH)2NO3 + HOH ↔ Al(OH)3 + HNO3

Al(OH)2+ + NO3- + HOH ↔ Al(OH)3 + H+ + NO3-

Al(OH)2+ + HOH ↔ Al(OH)3 + H+

рН < 7, среда кислая.

КCl гидролизу не подвергается, так как образована сильным основанием и сильной кислотой. рН в растворе нейтральный, т. е. рН = 7.

9. На основании электронных уравнения расставьте коэффициенты в уравнении реакции, протекающей по схеме:

А) Cu + H2SO4(конц) → CuSO4 + SO2 + H2O

Б) NH4NO3 → N2O + H2O

Решение.

А) Cu + H2SO4(конц) → CuSO4 + SO2 + H2O

Сu0 – 2e - → Cu+2 |2 |1

S+6 + 2e - → S+4 |2 | 1

Коэффициенты перед Сu0 и S+4 равны 1. Остальные элементы уравниваем:

Cu + 2H2SO4(конц) → CuSO4 + SO2 + 2H2O

Б) NH4NO3 → N2O + H2O

N+5 + 4e - → N+1 |4|1

N-3 – 4e- →N+1 |4|1

Перед N-3 и N+1 коэффициенты равны 1. Остальные элементы уравниваем:

NH4NO3 → N2O + 2H2O

10. Смешали 100 см3 50%-ного раствора H2SO4 (плотность 1,40 г/см3) и 100 см3 10%-ого раствора H2SO4 (плотность 1,07 г/см3). Смесь разбавили водой до 2 л. Определите молярную и нормальную концентрации полученного раствора.

Решение.

См = n/V,

n = m/M

Нужно найти суммарную массу серной кислоты в растворе. При разбавлении она не изменяется.

Масса серной кислоты в первом растворе:

m1(p-paH2SO4) = V1(p-paH2SO4)*ρ1 = 100*1,40 = 140 (г)

m1(H2SO4) = m1(p-paH2SO4)*W1(H2SO4) = 140*0,5 = 70 (г)

Масса серной кислоты во втором растворе:

m2(p-paH2SO4) = V2(p-paH2SO4)*ρ2 = 100*1,07 = 107 (г)

m2(H2SO4) = m2(p-paH2SO4)*W2(H2SO4) = 107*1,07 = 10,7 (г).

Общая масса серной кислоты в 3-м растворе:

m = m1 + m2

m = 70 + 10,7 = 80,7 (г)

n(H2SO4) = m(H2SO4)/M(H2SO4) = 80,7/98 = 0,82 (моль).

См = n(H2SO4)/V(p-pa H2SO4) = 0,82/2 = 0,41 (моль/л).

Нормальная концентрация:

Cн = (Cм*M)/Э

Э – эквивалент серной кислоты.

Э(H2SO4) = M(H2SO4)/2 = 98/2 = 49.

Сн = (0,41*98)/49 = 0,82 н.

11. Напишите уравнения реакций, которые необходимо провести для осуществления следующих превращений:

Ag → AgNO3 → AgCl → [Ag(NH3)]Cl → AgCl

К окислительно0восстановительным реакциям составьте электронные уравнения, к обменным реакциям – ионно-молекулярные.

Решение.

3Ag + 4HNO3(разб) → 3AgNO3 + NO + 2H2O

Ag0 – e- → Ag+1 |3

N+5 + 3e- → N+2 |1

AgNO3 + NaCl → AgCl↓ + NaNO3

Ag+ + NO3- + Na+ + Cl - → AgCl↓ + Na+ + NO3-

Ag+ + Cl - → AgCl↓

AgCl + 2NH3·H2O(конц) → [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O

[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 → AgCl + 2NH4NO3

[Ag(NH3)2]+ + Cl - + 2H+ + 2NO3- → AgCl↓ + 2NH4+ + 2NO3-

[Ag(NH3)2]+ + Cl - + 2H+ → AgCl↓ + 2NH4+