Контрольные задания по химии (стр. 1 )

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Воронежский государственный архитектурно-строительный университет

№ 000

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ХИМИИ

Методические указания для студентов I курса,

обучающихся дистанционно по специальности 080502

«Экономика и управление на предприятии (строительство)»

Воронеж 2009

Составлено в соответствии с изданием

УДК 54.00

ББК 24.00

Составители , ,

Контрольные задания по химии: метод. указания для студентов I курса заочного обучения специальности ЭУП / Воронеж. гос. арх.- строит. ун–т.; сост.: , , . – Воронеж, 2004. − 70 с.

Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при изучении курса химии. Указания включают содержание дисциплины, контрольные задания, примеры решения задач, рекомендуемую литературу.

Содержание дисциплины соответствует государственному образовательному стандарту для специальности 060802 « Экономика и управление на предприятии (строительство)», утвержденному г.

Контрольные задания составлены в соответствии с теоретической частью курса и отражают физико–химические закономерности, управляющие процессами в строительной отрасли.

Табл. 7. Библиогр.: 4 назв.

Печатается по решению редакционно – издательского совета Воронежского государственного архитектурно – строительного университета

Рецензент – доцент кафедры химии ВГАСУ,

кандидат химических наук

Оглавление

страница

Введение	3
Тема 1. Систематика химических законов. Свойства химических элементов и их соединений	4
	1.1. Основные стехиометрические законы и расчеты по уравнениям реакций	4
	1.2. Классы неорганических соединений	9
	1.3. Расчет математического баланса технологического процесса	12
Тема 2. Общие закономерности химических процессов	16
	2.1. Энергетика и направленность химических процессов	17
	2.2. Химическая кинетика и равновесие	20
Тема 3. Растворы и их применение в строительстве	25
	3.1. Общие свойства растворов	25
	3.2. Растворы электролитов	28
Библиографический список	32
Варианты контрольных заданий	35

Введение

Химия относится к числу фундаментальных дисциплин в подготовке инженера–экономиста. В ней закладываются естественнонаучные основы отраслевой технологии и даются общие представления о тенденциях развития научно–технического прогресса строительства. Инженер–экономист должен уметь использовать в своей работе достижения химии, помогающие решать вопросы экономической целесообразности принимаемых решений.

Курс химии служит базой изучения общетехнических и специальных дисциплин, в результате изучения которых студент должен усвоить фундаментальные физико–химические закономерности, лежащие в основе технологических процессов строительного производства: энергетику и направленность процессов, химическую кинетику и равновесие, а также свойства химических элементов и их соединений, характерные специфические свойства дисперсных систем, растворов и полимерных материалов, используемых в технологии строительства, вопросы коррозии и защиты металлов.

Студенты должны овладеть навыками работы с учебной литературой, научиться применять теоретические знания для решения конкретных расчетных задач.

Контрольные задания выполняются студентом в межсессионный период. Вариант задания соответствует двум последним цифрам студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 03 – 28 – 635, две последние цифры 35, им соответствует вариант 35 (Варианты контрольных заданий). Контрольная работа выполняеется в тетради с обязательной записью условия задания и полного ответа на все поставленные вопросы.

Кафедрой химии организуются консультации, на которых преподаватель помогает студенту преодолеть трудности, возникшие в ходе самостоятельной работы.

Тема 1. СИСТЕМАТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ. СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ И

ИХ СОЕДИНЕНИЙ

СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Систематика химических законов и их использование для расчета материальных балансов технологических процессов.

Металлы и неметаллы; классы химических соединений; получение, свойства, практическое применение неорганических соединений; типы химических реакций и их практическое использование.

Литература: [2 - Введение, §§ 1…3], [3 - гл. I, II].

1.1. ОСНОВНЫЕ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ И

РАСЧЕТЫ ПО УРАВНЕНИЯМ РЕАКЦИЙ

Типовая задача

Одним из процессов твердения извести (Са(ОН)2) является ее карбонизация под воздействием углекислого газа – СО2, содержащегося в воздухе:

Са (ОН)2 + СО2 → СаСО3 +Н2О.

Во взаимодействии вступает 7, 4 кг извести.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу I моль и I молекулы гидроксида кальция;

б) объем углекислого газа, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 270С и давлении 101 кПа, требующегося для карбонизации извести;

г) число молекул воды, образовавшихся при карбонизации извести и массовую долю кислорода в воде;

в) массу фактически образовавшегося карбоната кальция, если массовая доля выхода составляет 0.8.

Решение.

а. Количеством вещества (ν) называется величина, определяемая числом структурных единиц системы (атом, молекула, ион и т. д). Единицей количества вещества является моль. Между количеством вещества, его массой (m) и молярной массой (М) существует соотношение:

M = m / ν, г/моль (1)

Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, которая вычисляется по табличным данным. Следовательно, молярная массса гидроксида кальция:

М (Са(ОН)2) = 40 + 2(16+1) = 74 г/моль

Масса одного моль: m = M· ν =74 г/моль·1 моль = 74 г

В 1 моль вещества содержится число структурных элементов, равное постояннной Авогадро Nа= 6·1023 моль-1. Масса одной частицы (mo) вычисляется по соотношению

mo= М / Nа (2)

Поэтому масса 1 молекулы гидроксида кальция составляет

mo= (Са( ОН)2)= 74 / 6 · 1023 =12.3· 10 ‾ 23 г.

б. В основу написания уравнений химических реакций положен закон сохранения массы веществ. Для расчетов по химическим уравнениям над формулами записываются данные, указанные в условии задачи, и величины, которые нужно определить, под формулами - молярные массы (молярный объем), массы и объемы веществ, рассчитанные по уравнению реакции.

7.4·103 г V(CO2)

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O ,

ν = 1моль ν = 1 моль

M = 74 г/моль V m = 22.4 дм3/моль

M = 74 г V= 22.4 дм3

где 22.4 дм3/моль ─ Vm, то есть объем, занимаемый 1моль газа при нормальных условиях (н. у.).

Составляя пропорцию, находим объем углекислого газа:

V(CO2) = (7.4·103 ·22.4) : 74 = 2240.

Объем газа для условий, отличных от нормальных,, рассчитывается по уравнению

PV = ν R T , (3)

где P – давление, кПа;

V - объем газа, дм3;

ν - количество газа, моль;

R – универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/(моль·К);

T - температура, К.

Объем углекислого газа, требующийся для карбонизации 7.4 кг извести, составляет 2240 дм3, что соответствует 100 моль, так как один моль занимает при н. у. объем 22.4. Поэтому V1(CO2) при 270C и 101 кПа будет равен

V 1 CO2) = ( ν • R • Т ) / Р = 100 •8.31•(273+27) /101 = 2468.

в. Отношение массы фактически полученного продукта к массе вещества, которое должно получиться теоретически, называется массовой долей выхода продукта - η :

η = m факт. : m теор

По уравнению химической реакции рассчитывается теоретическая масса вещества.

7, 4·103 г m (СаСО3)

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О,

74 г 100 г

следовательно:

m теор.(СаСO3) = (7.4·103 ·100) : 74 = 10000 г =10 кг,

и m факт.(CaCO3) = 0.8·10 кг = 8кг.

г. 7.4 ·103 г m(H2O)

Ca (OH) 2 + C O 2 = CaCO3 + H2O.

74 г 18 г

Масса образовавшейся воды:

m (H2O) = (7.4·103 · 18 ) : 74 = 1800 г,

что составляет ν = m / M = 1800 : 18 = 100 моль.

Поскольку в 1 моль вещества содержится 6·1023 молекул, то получено 6·1025 молекул воды.

Массовая доля элемента (ω (эл)) вычисляется по соотношению

ω (эл) = A r (эл) · n / M r, (5)

где A r - относительная атомная масса элемента,

n - число атомов элемента в молекуле,

M r - относительная молекулярная масса вещества.

ω (O) = 16 ·1 / 18 = 0.89 или 89%.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Гидроксид кальция, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, взаимодействует с оксидом серы, содержащимся в воздухе:

Сa (OH)2 + SO2 → CaSO3 + H2O .

Во взаимодействие вступает 74 кг извести.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1моль и 1 молекулы сульфита кальция (Сa SO3 );

б) объем оксида серы, требующегося для взаимодействия с известью, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 20 0С и при давлении 90 кПа;

в) массу фактически образовавшегося сульфита кальция, если массовая доля выхода составляет 0, 75;

г) число молекул S O2, вступивших в реакцию, и массовую долю серы в оксиде.

2. При получении портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются различные силикаты кальция, в частности, трехкальциевый силикат 3 CaO ·Si O2 (Ca3SiO5 ):

3 CaO + SiO2 → Ca3SiO5.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы диоксида кремния (SiO2);

б) остается ли свободная (непрореагировавшая ) известь (СaO), если ее взять 168 кг, а песка ( SiO2 ) – 60 кг;

в) массу образовавшегося при этом трехкальциевого силиката, если массовая доля выхода составляет 0.6;

г) число молекул, содержащихся в 168 кг CaO и массовую долю кислорода в нем.

3. Карбонатная пленка (CaCO3) на поверхности строительных изделий, изготовленных с использованием извести, разрушается во влажном воздухе, содержащим углекислый газ, с образованием растворимого гидрокарбоната:

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 .

В реакцию вступает 10 кг CaCO3 .

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы карбоната кальция;

б) объем углекислого газа (CO2), необходимый для растворения карбонатной пленки,

измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 17 0С и давлении 101 кПа;

в) массу фактически образовавшегося Ca ( HCO3 ) 2, если массовая доля выхода составляет 0.85.

4. Содержащийся в природном газе сероводород (H2 s) при сжигании топлива окисляется по уравнению

2 h2 s + 3 o2 → 2 so2 + 2 h2o .

В реакцию вступает 34 кг сероводорода.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы сероводорода;

б) объем кислорода, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 200 0С и давлении 202 к Па, требующийся для сжигания сероводорода;

в) массу фактически образовавшегося оксида серы, если массовая доля выхода составляет 0.6; массовую долю серы в SO2;

г) число образовавшихся молекул воды.

5. Гидроксид магния, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, взаимодействует с оксидом серы (IV), содержащимся в воздухе:

mq(oh) 2 + so2 → mqso3 + h2o.

в реакцию вступает 580 г гидроксида магния.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы Mq(OH) 2;

б) объем SO2, расходуемого на взаимодействие с гидроксидом магния, измеренный при нормальных условиях, а также при 270С и давлении 101 к Па;

в) массу фактически образовавшегося сульфита магния (MqSO3), если массовая доля выхода составляет 0.75; массовую долю магния в сульфите магния;

г) число образовавшихся молекул воды.

6. В процессе получения строительных материалов на основе извести (CaO) и кварцевого песка ( SiO2) образуются силикаты кальция, в частности, монокальциевый силикат – CaO · SiO2 (CaSiO3):

CaО + SiO2 → CаSiO3 .

В реакцию вступает 56 кг извести.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы оксида кремния (IV) (SiO2);

б) массу кварцевого песка, требующуюся для взаимодействия с известью;

в) массу фактически образовавшегося силиката кальция, если массовая доля выхода составляет 0.9;

г) число молекул СаО, содержащихся в 56 кг извести, и массовую долю кислорода в СаО.

7. Процесс разложения известняка при получении воздушной строительной извести выражается уравнением

СаСО3 → СаО + СО2 .

В реакцию вступает одна тонна известняка.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы СаСО3;

б) объем образовавшегося углекислого газа (СО2), измеренный при нормальных условиях и при температуре 9000С и давлении 101 кПа;

в) массу фактически полученной извести, массовая доля выхода составляет 0, 8;

г) массовую долю кальция в СаО.

8. Оксид магния, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, образует сульфит магния при взаимодействии с оксидом серы (IV), содержащимся в воздухе:

Мg O + SO2 → MgSO3.

В реакцию вступает 400 г оксида магния.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы МgО;

б) объем SО2, измеренный при нормальных условиях, а также при 270С и давлении 101 кПа, требующегося для взаимодействия с оксидом магния;

в) массу фактически образовавшегося сульфита магния, если массовая доля выхода составляет 75 %;

г) число молекул оксида серы (IV), вступивших в реакцию, и массовую долю серы в SO2.

9. При получения клинкера портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются различные силикаты кальция, в частности, двухкальциевый силикат 2СаО • SiO2 ( CaSiO4)

2CaO + SiO2 → Ca2SiO4.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы СаО;

б) останется ли свободная (непрореагировавшая) известь (СаО), если ее взять 120 кг, а песка (SiO2) – 59 кг;

в) массу образовавшегося при этом двухкальциевого силиката, если массовая доля выхода составляет 0,95;

г) число молекул, содержащихся в 59 кг SiO2, и массовую долю кремния в нем.

10. Соляная кислота, попадая на известковые изделия, разрушает их:

2 hci + ca(oh )2 → caci2 + h2o .

в реакцию вступает 14.8 кг гидроксида кальция (Ca(OH)2).

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы НСI;

б) объем водяных паров, если его измерить при температуре 1000С и давлении 120 кПа, а также объем, приведенный к нормальным условиям;

в) массу фактически образовавшегося при этом CaCI2, если массовая доля выхода составляет 70 %;

г) число молекул HCI, вступивших в реакцию, и массовую долю хлора в соляной кислоте.

11. В производстве газосиликата в качестве газообразователя используется алюминий, который реагирует с известью с образованием водорода и трехкальциевого алюмината (cao·al2O3(Ca3Al2O6)):

2 Al + 3 Ca(OH)2 → Ca3Al2O6 + 3 H2 .

В реакцию вступает 540 г алюминия.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1моль и 1атома алюминия;

б) объем фактически образовавшегося водорода, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 175 0С и давлении 800 к Па, если массовая доля выхода составляет 0.9;

в) массу и число молекул Са(ОН)2, вступивших в реакцию;

г) массовую долю оксида кальция в трехкальциевом алюминате;

12. При получении автоклавных строительных материалов входящий в состав сырья оксид магния (MqO) взаимодействует с парами воды:

MqO + H2O → Mq(OH)2.

В реакцию ступает 400 г оксида магния.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1моль и 1 молекулы воды;

б) объем водяного пара, требующегося для реакции и измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 300 0С и давлении 200 кПа;

в) массу фактически образовавшегося гидроксида магния (Mq(OH)2), если массовая доля выхода составляет 0.8;

г) число молекул MqO, вступивших в реакцию, массовую долю магния в нем.

13. Сгорание главного компонента природного газа (метана) CH4 описывается уравнением:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O.

В реакцию вступает 160 г метана.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы СН4;

б) объем полученного углекислого газа (СО2), измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 300 0С и давлении 130 кПа;

в) массу фактически полученных водяных паров, если массовая доля выхода составляет 70%;

г) число молекул метана, вступивших в реакцию, и массовую долю углерода в СН4.

14. При получении клинкера портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются алюминаты кальция, в частности, монокальциевый алюминат (Ca O · Al 2 O3 ( CaAl2O4)):

CaO + Al2O3 → CaAl2O4.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы Al2O3;

б) останется ли свободная (непрореагировавшая) известь (СаО), если ее взять 60 кг, а глинозема (Al2Oкг;

в) массу фактически образовавшегося при этом монокальциевого алюмината, если массовая доля выхода составляет 80%;

г) число молекул, содержащихся в 102 кг Al2O3, и массовую долю кислорода в нем.

15. Оксид кальция, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, образует сульфит при взаимодействии с оксидом серы (IV), находящимся в воздухе:

CaO + SO2 → CaSO3 .

В реакцию вступает 112 кг СаО.

Рассчитайте:

а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы СаО;

б) объем SO2, вступающий во взаимодействие с известью, и измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 17 0С и давлении 101 к Па,;

в) массу фактически полученного сульфита кальция, если массовая доля выхода составляет 0.9;

г) число молекул оксида серы (IV), вступивших в реакцию, и массовую долю серы в SO2 .

1.2. КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Простые химические вещества делятся на две группы: металлы и неметаллы. Сложные неорганические вещества образуют три основных класса соединений: оксиды, гидроксиды, соли.

Оксиды — соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород (имеющий в оксидах валентность II и степень окисления –2). По химическим свойствам оксиды могут быть оснόвными, амфотерными, кислотными.

Гидроксиды — продукты прямого или косвенного взаимодействия оксидов с водой. Прямое взаимодействие возможно в том случае, если соответствующий гидроксид растворим. В зависимости от свойств оксидов гидроксиды могут быть основными (основания, щелочи), амфотерными, кислотными (кислоты). Существуют также бескислородные кислоты (например, HCl, H2S), которые не являются гидратами оксидов.

Согласно принципу кислотно-основного взаимодействия химическая реакция возможна в том случае, если одно вещество проявляет кислотные свойства, а другое – основные. В результате реакции всегда образуется соль.

МЕТАЛЛ основный (+ Н2О) основание

→ ОКСИД амфотерный — → ГИДРОКСИД амфотерный → СОЛЬ

НЕМЕТАЛЛ кислотный кислота

Номенклатура солей основана на названиях кислотных остатков (табл. 1).

Таблица 1

Названия некоторых неорганических кислот и солей

Кислотный Оксид	Кислота	Название Кислоты	Соль	Название соли
N2O3	HNO2	Азотистая	KNO2	Нитрит калия
N2O5	HNO3	Азотная	Ca(NO3)2	Нитрат кальция
―	HCl	Соляная	FeCl2	Хлорид железа (II)
―	H2S	Cероводородная	PbS	Сульфид свинца
SO2	H2SO3	Сернистая	ZnSO3	Сульфит цинка
SO3	H2SO4	Серная	CuSO4	Сульфат меди(II)
CO2	H2CO3	Угольная	MqCO3	Карбонат магния
SiO2	H2SiO3	Кремниевая	Al2 (SiO3 )3	Силикат алюминия
P2O5	H3PO4	Ортофосфорная	Na3PO4	Ортофосфат натрия

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

16. Составьте два уравнения получения хлорида натрия:

а) реакцией соединения металла и неметалла;

б) реакцией нейтрализации.

Укажите название исходных веществ.

17. Составьте уравнения получения оксида магния двумя путями:

а) реакцией разложения карбоната;

б) реакцией окисления металла.

18. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

C → CO2 → H2CO3 → CaCO3 .

Укажите названия всех соединений. Какие из данных веществ находят применение в строительстве?

19. С какими из перечисленных веществ: гидроксид натрия, серная кислота, оксид цинка, нитрат калия, карбонат кальция будет реагировать соляная кислота? Напишите уравнения реакции и укажите названия продуктов реакции.

20. Составьте два уравнения получения сульфида калия:

а) реакцией соединения металла и неметалла;

б) реакцией нейтрализации.

Укажите названия исходных веществ.

21. Составьте реакции получения нерастворимых в воде гидроксида железа(II) и гидроксида железа(III). Укажите названия исходных веществ.

22.Составьте три уравнения соединения оксидов с водой, приводящих к образованию кислот. Укажите названия всех соединений.

23. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

Mq → MqO → MqSO4 → Mq(OH)2 → Mq Cl2 .

Укажите названия всех соединений. Какие из данных веществ находят применение в строительстве?

24. С какими из перечисленных ниже веществ: серная кислота, оксид калия, гидроксид цинка, сульфат меди (II), углекислый газ будет реагировать гидроксид натрия? Напишите уравнения реакций и укажите названия продуктов реакции.

25. Составьте уравнения реакций получения карбоната кальция двумя путями:

а) соединением двух оксидов;

б) взаимодействием двух растворимых солей.

Какой из данных путей используется в производстве минеральных вяжущих веществ?

26. Составьте два уравнения получения хлорида кальция:

а) реакцией соединения металла и неметалла;

б) реакцией нейтрализации.

Укажите названия исходных веществ.

27. Составьте уравнения получения оксида кальция двумя путями: