ХИМИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ, ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Варианты
Номер вари анта | Номера задач, относящихся к данному заданию | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
1. | 1 | 11 | 21 | 31 | 41 | 51 | 61 | 71 | 81 | 91 | 101 | 111 |
2. | 2 | 12 | 22 | 32 | 42 | 52 | 62 | 72 | 82 | 92 | 102 | 112 |
3. | 3 | 13 | 23 | 33 | 43 | 53 | 63 | 73 | 83 | 93 | 103 | 113 |
4. | 4 | 14 | 24 | 34 | 44 | 54 | 64 | 74 | 84 | 94 | 104 | 114 |
5. | 5 | 15 | 25 | 35 | 45 | 55 | 65 | 75 | 85 | 95 | 105 | 115 |
6. | 6 | 16 | 26 | 36 | 46 | 56 | 66 | 76 | 86 | 96 | 106 | 116 |
7. | 7 | 17 | 27 | 37 | 47 | 57 | 67 | 77 | 87 | 97 | 107 | 117 |
8. | 8 | 18 | 28 | 38 | 48 | 58 | 68 | 78 | 88 | 98 | 108 | 118 |
9. | 9 | 19 | 29 | 39 | 49 | 59 | 69 | 79 | 89 | 99 | 109 | 119 |
10. | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 | 110 | 120 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Вычислите молярную массу эквивалента и атомную массу трехвалентного металла (г/моль), если в его оксиде массовая доля кислорода составляет 30%.
2. При взаимодействии 2,5 г карбоната металла с азотной кислотой образовалось 4,1 г нитрата этого металла. Вычислите молярную массу эквивалента металла (г/моль).
3. При разложении 0,5415 г оксида металла выделилось 28 мл кислорода (н. у.). Вычислите молярные массы эквивалента оксида и металла (г/моль).
4. Оксид металла содержит 47,06% кислорода, а соединение того же металла с бромом - 89,88% брома. Вычислите молярную массу эквивалента брома (г/моль).
5. 0,1325 г соли реагирует с 0,0925 г гидроксида кальция Са(ОН)2, молярная масса эквивалента которого 37,05 г/моль. Вычислите молярную массу эквивалента соли (г/моль).
6. В оксиде на два атома металла приходится три атома кислорода. Вычислите молярную массу эквивалента (г/моль) и атомную массу металла, если известно, что содержание кислорода в его оксиде составляет 47%.
7. Кислородные соединения хрома содержат соответственно 48, 31, 6 и 23,5% кислорода. Каковы молярные массы эквивалента хрома в этих соединениях?
8. Один оксид марганца содержит 36,78% кислорода, а другой - 50,45%. Вычислите молярные массы эквивалентов марганца в этих оксидах и составьте их формулы.
9. На восстановление 0,3455 г оксида металла потребовалось 560 мл водорода, измеренных при нормальных условиях. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и оксида.
10. Вычислите атомную массу двухвалентного металла, если известно, что при взаимодействии этого металла массой 16 г с кислотой выделился водород объемом 8,96 л (н. у.).
11. Строение внешнего энергетического уровня атомов одного элемента...3s1, а атомов другого элемента...3d64s2. Составьте полные электронные формулы атомов этих элементов. Для последнего элемента охарактеризуйте его свойства.
12. Напишите электронные формулы атомов меди и брома. На каких подуровнях расположены их валентные электроны?
13. Почему хлор проявляет различную валентность (1,3,5 и 7), а фтор имеет валентность равную только 1? Объясните это на основе распределения электронов по энергетическим ячейкам в атомах хлора и фтора в возбужденном и невозбужденном состояниях.
14. Квантовые числа для электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторого элемента имеют следующие значения: n=3; l=0; ml=0; ms=+1/2. Составьте электронную формулу этого элемента, и охарактеризуйте его свойства.
15. Определите значение квантовых чисел n, l, ml, ms для внешнего электрона атома молибдена и охарактеризуйте его свойства.
16. Сокращенная электронная формула атома некоторого элемента...3d34s2. Составьте формулы оксида и гидроксида атома этого элемента, в которых он проявляет высшую валентность.
17. Сокращенная электронная формула атома некоторого элемента...3d84s2. Что это за элемент? Распределите электроны этого атома по квантовым ячейкам.
18. Изобразите электронные формулы для атомов и ионов: а) W, W6+ б) Pb, Pb2+ в) Fe, Fe6+
19. Пользуясь правилами Клечковского, определите, какие орбитали атома заполняются электронами раньше: а) 4d или 5s; б) 6s или 5p?
20. Принимая во внимание правило Хунда, распределите электроны по орбиталям, отвечающим высшему энергетическому состоянию атомов: фосфора, кремния, титана.
21.Вычислите, какое количество теплоты выделилось при стандартных условиях при восстановлении оксида железа (III) металлическим алюминием, если было получено 336 г железа.22.
22. Как повлияет на равновесие следующих реакций:
2Н2(г) + О2(г) « 2Н2О(г) DН<0,
СаСО3(к) « СаО(к) + СО2(г) DН>0
а) повышение давления; б) повышение температуры.
23.Напишите выражение для скорости прямой реакции:
СО2(г) + С(к) = 2СО(г)
Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2.
24. Вычислите стандартную энергию Гиббса следующих реакций по заданным значениям стандартной энергии Гиббса образования сложных веществ (кДж/моль).
1) H2SO4(ж) + 2NH3(г) = (NH4)2SO4(к)
DGо, кДж: -690 +16,6 -901
2) 2K2S(к) + 3O2(г) = 2K2SO3(к)
DGо, кДж: -
25. Укажите, какие из приведенных ниже систем являются гомогенными и какие гетерогенными?
а) С(к) + Н2О(г) « СО(г) + Н2(г)
б) Fe + 5 CO « Fe(CO)5
в) СО + Н2О « СО2 + Н2.
26.При растворении 16 г СаС2 в воде выделяется 31,3 кДж теплоты. Вычислите стандартную энтальпию образования Са(ОН)2, если известно, что стандартные энтальпии образования Н2О(ж), СаС2(к) и С2Н2(г) соответственно равны (кДж/моль): -285,8; -62,7; 226,7.
27.Вычислите, какое количество теплоты выделилось при стандартных условиях при восстановлении оксида железа (III) металлическим алюминием, если было получено 336 г железа.
28.Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция, протекающая по уравнению
Н2(г) + СО2(г) = СО(г) + Н2О(ж); DНх. р.= - 2,85 кДж.
Вывод сделайте на основании качественного изменения энтропии.
29.Как, изменяя давление, можно повысить выход продуктов следующих обратимых реакций:
а) 2NO(г) + O2(г) « 2NO2(г)
б) PCl5(г) « PCl3(г) + Cl2(г)
в) 2SO2(г) + O2(г) « 2SO3(г).
30.Вычислите при Т=298 К стандартную энергию Гиббса образования оксида железа (III) (кДж/моль):
4Fe(к) + 3O2(г) = 2Fe2O3(к); DGx. p.= ?
DGо, кДж/моль 0 0 ?
DНо, кДж/моль
Sо, Дж/(моль×К)
n, моль 4 3 2
31.Напишите выражение для констант равновесия систем:
2NO + O2 « 2NO2 DН<0
MgCO3 « MgO + CO2 DН>0.
Как влияет повышение давления и повышение температуры на равновесие системы?
32.Найдите тепловые эффекты реакций:
а) СаО(к) + Н2О(г) = Са(ОН)2(к);
б) СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к),
если стандартные энтальпии образования веществ равны (кДж/моль): DНо(СаО)(к) = -635,1; DНо[Са(ОН)2](к) = -986,2; DНо(Н2О)(ж) = -285,8; DНо(Н2О)(г) = -241,8.
33.Напишите выражение для константы равновесия системы:
3О2 « 2О3 DН>0.
Какие условия способствуют прохождению прямой реакции?
34.Определите DНо(Fe2O3), если при реакции
2Fe + Al2O3 = Fe2O3 + 2Al
DНо, кДж/моль 0 -1675 ? 0
на каждые 80 г Fe2O3 поглощается 426,5 кДж теплоты.
35.Напишите выражение для скорости реакций, протекающих по следующим уравнениям:
FeO(к) + Н2(г) « Fe(к) + Н2О(ж)
4NН3(г) + 3О2(г) « 2N2(г) + 6Н2О(г).
36.При соединении 21 г железа с серой выделилось 37,7 кДж. Вычислите стандартную энтальпию образования сульфида железа (II) (кДж/моль).
37.Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению:
PCl5(г) « PCl3(г) + Cl2(г) DН>0.
Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции разложения PСl5?
38. Рассчитайте энергии Гиббса для реакции:
Ме2О + Н2О = 2МеОН
для металлов от Li до Cs, если известны стандартные энергии Гиббса соединений (кДж/моль):
Li2O Na2O K2O Rb2O Cs2O H2O(ж)
DGо: -560,2 -376,6 -293,3 -290,8 -274,5 -285,8
LiOН NaOН KOН RbOН CsOН
DGо: -443,1 -377,0 -374,5 -364,4 -355,2.
На основании этого сделайте вывод об изменении основных свойств оксидов этих металлов.
39.Исходные концентрации NO, Н2, N2 и Н2О в гомогенной системе
2NO + 2H2 « N2 + 2H2O
соответственно равны 0,10; 0,10; 0,05 и 0,10 моль/л. Чему равна константа равновесия?
40.Вычислите энергии Гиббса для процесса:
МеСО3(к) ® МеО(к) + СО2(г),
если известны стандартные энергии Гиббса соединений:
BeO MgO CaO BaO CO2
DGо: -581,6 -569,6 -604,2 -528,4 -394,4
BeCO3 MgCO3 CaCO3 BaCO3
DGо: -944,7 -1029,3 -1128,7 -1138,8.
На основании этого составьте ряд термической стабильности этих карбонатов. Как влияет на течение этих процессов температура?
41.Растворили 66,8 г H2SO4 в 133,2 г H2O. Плотность полученного раствора равна 1,250 г/мл. Вычислите молярную концентрацию (моль/л),молярную концентрацию эквивалента (моль/л) и массовую долю (%) серной кислоты в растворе.
42.На нейтрализацию 60 мл раствора H2SO4 с молярной концентрацией эквивалента 0,24 моль/л израсходовано 180 мл раствора КОН. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора щелочи (моль/л).
43.Смешаны 200 и 300 кг растворов с массовой долей растворенного вещества соответственно 50 и 20%. Определите массовую долю (%) растворенного вещества в полученном растворе.
44.Смешаны 400 мл 1,2М раствора NaOH и 600 мл 1,8М раствора NaOH. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора (моль/л).
45.Найдите массу AlCl3, необходимую для приготовления 2 л 0,5 М и 2 л 0,5 н растворов.
46.Сколько хлорида кальция нужно растворить в 10 л воды, чтобы получить 2%-й раствор?
47.Какой объем 0,1 н раствора Са(ОН)2 следует прибавить к 162 г 5%-ного раствора Са(НСО3)2 для образования карбоната кальция?
48.Сколько граммов гидроксида бария нужно взять, чтобы приготовить 1 л 0,05 н раствора Ва(ОН)2?
49.Сколько граммов хлорида магния нужно взять, чтобы приготовить 2 л 0,2 н раствора MgCl2?
50.Сколько граммов силиката натрия необходимо взять для приготовления 200 г раствора, для которого w(Na2SiO3) = 5%?
51.Какие из следующих солей: K2S, K2SО3, K2SО4, K2СО3, подвергаются гидролизу и почему? Ответ поясните уравнениями гидролиза.
52.Какие из солей: Na2SO4, CaCO3, BaCl2, Na2S, при растворении в воде создают щелочную среду? Ответ подтвердите уравнениями реакций.
53.Имеются растворы солей КNO3, NaNO3, Cu(NO3)2, Al(NO3)3. В каких растворах концентрация иона Н+ равна концентрации иона ОН- ? Ответ поясните.
54.Можно ли, пользуясь фенолфталеином, отличить водный раствор Na2SO3 от водного раствора Na2SO4? Ответ поясните.
55.Почему растворы Na2SO3 и Na2S имеют щелочную, а растворы ZnSO4 и NH4NO3 кислую реакцию? Ответ подтвердите ионными и молекулярными уравнениями.
56.В каких случаях при гидролизе образуются кислые (гидро-) и в каких - основные (гидроксо-) соли? Составьте ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций.
57.Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы солей MgSO4, K2SO3? Ответ подтвердите уравнениями реакций.
58.Можно ли при помощи индикатора отличить друг от друга растворы солей: ВеCl2 и ВаCl2. Ответ поясните.
59.Какие из перечисленных солей подвергаются полному гидролизу: Сr2(SO4)3, Fe2S3, AlCl3. Ответ подтвердите уравнениями реакций.
60.Какое значение рН (больше или равно 7) имеют растворы солей: K2SO4, K2SiO3? Ответ подтвердите уравнениями реакций.
В заданиях №№ 61-70 методом электронного баланса подберите коэффициенты в следующих окислительно-восстановительных реакциях. Вычислите молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя в задании Вашего варианта.
61.K2Cr2O7 + K2HPO3 + H2SO4 = Cr2(SO4)3 + H2O + K2SO4 + H3PO4
62.KMnO4 + PH3 + H2SO4 = H3PO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
63.Cr2O3 + KOH + KClO3 = K2CrO4 + Cl2 + H2O
64.Na2S2O3 + Cl2 + H2O = Na2SO4 + H2SO4 + HCl
65.FeCl2 + KClO3 + HCl = FeCl3 + KCl + H2O
66.K2FeO4 + H2S + H2O ® Fe(OH)3 + S + KOH
67.KMnO4 + H2S = MnO2 + S + K2S + H2O
68. MnSO4 + PbO2 + HNO3 ® PbSO4 + HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O
69. KMnO4 + H3PO3 + H2SO4 ® H3PO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
69. Zn + K2Cr2O7 + H2SO4 ® ZnSO4 + Cr2(SO4)3+ K2SO4 + H2O
70. K2Cr2O7 + NO + H2SO4 = HNO3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
71. Из четырех пар металлов Ag, Cu, Al и Sn выберите те пары, которые дают наименьшую и наибольшую ЭДС составленного из них гальванического элемента.
72. Из каких солей и в каких условиях возможно получение электролизом одновременно щелочи и кислоты?
73.Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из двух серебряных электродов, один из которых опущен в 0,01М, другой - в 0,1М раствор AgNO3.
74.Назовите металлы, которые могут быть использованы в качестве анодных покрытий для цинка. Для одного из металлов составьте уравнения электродных процессов, происходящих при нарушении целостности покрытия.
75. Найдите массу железа, которая выделится на катоде при прохождении 48250 Кл электричества через растворы: FeSO4 и FeCl3.
76. Никель находится в контакте с серебром во влажном воздухе. Составьте схему образующегося коррозионного гальванического элемента, катодную и анодную реакции и определите ЭДС, если стандартные потенциалы никеля и серебра в этих условиях соответственно равны -0,34 и +1,05 В.
77. Пользуясь рядом стандартных электродных потенциалов, подберите металлы и составьте из них гальванические элементы, которые дадут ЭДС, равную: 0,46; 3,18 В.
78. При электролизе раствора CuSO4 на аноде образовалось 570 мл газа (н. у.). Найдите массу меди выделившейся на катоде?
79. При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод - в 0,01 М растворе сульфата никеля.
80. Какие вещества и в каком количестве образуются при прохождении тока 10 А в течении одного часа через раствор MgSO4?
81. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении покрытия? Составьте уравнение анодного и катодного покрытия.
82. Проходя через раствор электролита, ток силой 0,5 А за 1 час выделяет 0,55 г металла. Определите молярную массу эквивалента металла.
83. Какой из металлов Fe и Cu будет разрушаться в атмосфере влажного воздуха, насыщенного оксидом серы (IV)? Составьте схему образующегося коррозионного гальванического элемента и подсчитайте ЭДС, если стационарные потенциалы железа и меди в этих условиях соответственно равны -0,48 и +0,20 В.
84. Из каких полуэлементов можно составить гальванический элемент с целью получения максимальной ЭДС: а) Cu2+|Cu и Pb2+|Pb; б) Cr3+|Cr и Fe2+|Fe; в) Ni2+|Ni и Pb2+|Pb?
85. Какие вещества и в каком количестве образуются при прохождении тока 3 А в течение 1 часа через раствор KOH?
86. При электролизе соли двухвалентного металла током силой 1 А в течение 1 ч выделилось на катоде 2,219 г металла. Определите, какой это металл.
87. На основании расчета ЭДС покажите, какие из пар металлов при работе в морской воде будут наиболее коррозионно-опасными: а) Fe-Cu; б) Fe-Zn. Потенциалы металлов в этих условиях (морской воде) соответственно равны:
ЕZn
/Zn = -0,83 B; EFe/Fe = -0,50 B.
88. Сколько минут потребуется для выделения всей меди из 40 мл 0,25 н раствора CuSO4? Сила тока 1,93 А.
89. При коррозии железа, покрытого медью, в кислой среде работает гальванический элемент:
(-) FeïFe2+ïê2H+ïH2(Cu) (+),
который дает ток силой 6 А. Сколько граммов железа окислится и сколько литров водорода выделится за 55 с работы этого элемента?
90. При электролизе раствора ZnCl2 на аноде образовалось 570 мл газа (н. у.). Найдите массу цинка, выделившегося на катоде.
91. При работе гальванического элемента, образовавшегося при коррозии алюминия, который находится в контакте с хромом, на хромовом катоде восстановилось 0,034 л кислорода. Вычислите, на сколько граммов при этом уменьшилась масса алюминиевого электрода.
92. Какое количество электричества потребуется для выделения из раствора: а) 2 г водорода; б) 2 г кислорода?
93. По какому принципу подбирают металлы для защитного покрытия? Укажите металлы, применяемые в качестве анодных покрытий для бронз (Cu-Sn). Приведите схемы процессов, образующихся при нарушении целостности гальванических покрытий.
94. При электролизе водного раствора CuCl2 на аноде образовалось 4,48 л хлора (н. у.). Найдите массу выделившегося на катоде меди.
95. Железо покрыто кадмием. Опишите процессы, происходящие во влажном воздухе при нарушении целостности покрытия. Составьте схему образующегося гальванического элемента и рассчитайте его ЭДС, если стационарные потенциалы соответственно равны:
ЕFe/Fe = -0,48 B; EZn/Zn = -0,80 B.
96. При нарушении поверхностного слоя цинкового покрытия на железе идет процесс коррозии вследствие работы гальванопары:
Zn | Zn2+ || 2H+ | H2 (Fe)
Через внешнюю цепь 550 Кл электричества. Сколько граммов цинка растворилось при этом и сколько литров водорода выделилось на железном катоде?
97. Через раствор MgSO4 пропускают ток силой 5,2 А в течение 18 мин. Какие вещества выделяются на электродах и каков их объем (н. у.)? Приведите полную схему электролиза.
98. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению:
Ni + Pb(NO3)2 = Ni((NO3)2 + Pb
Укажите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите ЭДС этого элемента, если [Ni2+] = 0,01 моль/л; [Pb2+] = 0,001 моль/л.
99. При электролизе растворов AgNO3 и CuSO4, находящихся в последовательно соединенных электролизерах, выделилось 2,7 г серебра. Найдите массу выделившейся при этом меди.
100. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении покрытия? Составьте уравнения анодного и катодного покрытия.
101. Сколько граммов H2SO4 образуется возле анода при электролизе раствора K2SO4, если не аноде выделяется 168 мл кислорода, измеренного при н. у.? Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде.
102. В два сосуда с голубым раствором CuSO4 поместили: в первый - цинковую пластину, а во второй - серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадает? Почему? Составьте электронные и молекулярное уравнения соответствующей реакции.
103. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора и расплава сульфата меди (II).
104. Как протекает коррозия в случае повреждения поверхностного слоя оцинкованного и никелированного железа, при их контакте с водой?
105. При работе гальванического элемента, образовавшегося при коррозии алюминия, который находится в контакте с хромом, на хромовом катоде восстановилось 0,034 л кислорода. Определите, на сколько граммов при этом уменьшилась масса алюминиевого электрода.
106. При какой силе тока можно в течение 15 мин выделить всю медь из 120 мл 0,2 н раствора Cu(NO3)2?
107. Вычислите ЭДС серебряно-цинкового гальванического элемента, если образующие его электроды погружены в растворы солей с концентрацией [Ag+] = [Zn2+] = 0,01 М.
108. Как металл в паре Fe-Ni будет растворяться в разбавленном растворе серной кислоты? На каком металле выделится водород?
109. Для выделения 1,75 г некоторого металла из раствора его соли потребовалось пропускать ток силой 1,8 А в течение 1,5 ч. Вычислите молярную массу эквивалента металла.
110. В контакте с цинком или железом коррозия магния будет протекать сильнее. Приведите схему процесса коррозии.
111. Вычислите ЭДС концентрационного элемента, состоящего из цинковых электродов, опущенных в растворы ZnSO4 с концентрацией ионов цинка у анода 0,001 моль/л, а у катода - 0,1 моль/л.
112. Составлена концентрационная гальваническая цепь:
Zn | 0,001 M ZnSO4 || 0,1 M ZnSO4 | Zn
Определите ЭДС цепи.
113. Сколько минут следует пропускать ток силой 0,5 А через раствор AgNO3 для выделения 0,27 г серебра?
114. При токе силой 2А в течение 40 мин на катоде выделилось 4,542 г некоторого металла. Вычислите молярную массу эквивалента этого металла.
115. Ток проходит последовательно через два электролизера, содержащих соответственно 650 мл 0,14 н раствора AgNO3 и раствор ZnSO4. 120. Сколько граммов цинка выделится на катоде за время, необходимое для химического превращения данного количества AgNO3?
116. Составьте схему двух гальванических элементов, в одном из которых свинец являлся бы положительным, а в другом - отрицательным электродом.
117. Требуется скрепить железные детали. Какими заклепками следует пользоваться - медными или цинковыми, чтобы предотвратить коррозию деталей? Ответ поясните.
118. Пользуясь формулой Нернста, вычислите ЭДС цинк-серебряного гальванического элемента при условии [Zn2+]=[Ag2+]=0,01 M.
При электролизе растворов AgNO3 и CuSO4, находящихся в последовательно соединенных электролизерах, выделилось 5,4 г серебра. Найдите массу выделившейся при этом меди.
120. Железо покрыто цинком. Какой из металлов будет корродировать в случае нарушения поверхностного слоя покрытия в атмосфере промышленного района (влажный воздух содержит СО2, H2S, SO2 и др.). Составьте схему процессов, происходящих на электродах образующегося гальванического
Примеры выполнения заданий
Пример 1. При сжигании 2,28 г металла было получено 3,78 г его оксида. Определите молярную массу эквивалента металла.
Решение. Масса кислорода, пошедшего на окисление металла 3,78-2,28 = 1,5 г.
Согласно закону эквивалентов:
m(Ме)/m(О) = M(1/z Ме)/M(1/z О); 2,28/1,5 = х/8; х = 2,28×8/1,5 = 12,16 г/моль.
Пример 2. Из 1,35 г оксида получается 3,15 г его нитрата. Вычислите молярную массу эквивалента и атомную массу двухвалентного металла.
Решение. При решении задачи следует иметь в виду:
а) молярная масса эквивалента оксида равна сумме молярных масс эквивалентов металла и кислорода;
б) молярная масса эквивалента соли равна сумме молярных масс эквивалентов металла и кислотного остатка.
Учитывая сказанное, подставляем соответствующие данные в формулу:
1,35/ 3,15 = (Мэ(Ме) + Мэ(О2))/ (Мэ(Ме) + Мэ(NO3-));
1,35/ 3,15 = (Мэ(Ме) + 8)/ (Мэ(Ме) + 62),
откуда Мэ(Ме) = 32,5 г/моль.
Молярная масса эквивалента связана с атомной массой элемента соотношением:
Мэ(Ме) = ¦э(Ме) × Ar(Ме)
откуда Ar(Ме) = Мэ(Ме)/ ¦э(Ме) = 32,5 : ½ = 65.
Пример 3. Составьте электронную формулу атома элемента и назовите его, если значение квантовых чисел (n, l, ml, ms) электронов наружного энергетического уровня следующие: 3,1,-1,+1/2; 3,1,0,+1/2; 3,1,+1,+1/2.
Решение. Состояние каждого электрона наружного энергетического уровня определяется следующим набором квантовых чисел:
n | l | ml | ms | |
1-й электрон | 3 | 1 | -1 | +1/2 |
2-й электрон | 3 | 1 | 0 | +1/2 |
3-й электрон | 3 | 1 | +1 | +1/2 |
Главное квантовое число равно трем, следовательно, электроны находятся на 3-м энергетическом уровне. Орбитальное квантовое число определяет форму орбитали. Если l = 1, то орбиталь называется p-орбиталью, следовательно, три электрона находятся на p-подуровне 3-го энергетического уровня. Магнитное квантовое число ml (-1,0,+1) определяет ориентацию орбитали в пространстве. На всех трех p-орбиталях (px, py, pz) находится по одному электрону (ms = +1/2). Наружный энергетический уровень атома этого элемента содержит пять электронов (3s23p3). Такую электронную конфигурацию наружного энергетического уровня имеет атом фосфора Р, электронная формула которого следующая: 1s22s22p63s23p3.
Пример 4. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 3d или 4s; 5s или 4p? Почему?
Решение. Для энергетического подуровня 4s (n+l = 4+0 = 4), а для подуровня 3d (n+l = 3+2 = 5), поэтому в соответствии с первым правилом Клечковского электронами застраивается сначала подуровень 4s и лишь после него подуровень 3d. Для подуровней 5s (n+l = 5+0 = 5) и 4p (n+l = 4+1 = 5) суммы главного и орбитального квантовых чисел одинаковы и равны 5, но для подуровня 4p главное квантовое число меньше, поэтому в соответствии со вторым правилом Клечковского он раньше заполняется электронами.
Пример 5. Вычислите значение DHо(As2O5) из простых веществ по следующим уравнениям:
1. 4As(к) + 3O2(г) = 2As2O3(к) DH1 = -1328 кДж
2. As2O3(к) + O2(г) = As2O5(к) DH2 = -261 кДж.
Решение. На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями оперируем так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого уравнения следует уравнение (2) умножить на 2, затем сложить эти два уравнения и их тепловые эффекты и сократить члены As2O3, получим:
4As(к) + 5O2(г) = 2As2O5(к)
DHох. р. = DH1 + DH2 = -1328 + 2(-261) = -1850 кДж.
Пример 6. Вычислите стандартную энтропию оксида железа (II) и стандартную энергию Гиббса оксида железа (III) реакции:
4FeO(к) + O2(г) = 2Fe2O3(к) DSох. р.= -259 Дж/К; DGох. р.= -504 кДж.
Решение. 4FeO(к) + O2(г) = 2Fe2O3(к)
Sо, Дж/(моль×К) ? 205 87
DGо, кДж/моль -245 0 ?
n, моль 4 1 2
Согласно следствию из закона Гесса:
DSох. р. = å(mSо)прод. - å(nSо)реаг.
-259 = 2×87 - 4Sо(FeO
Sо(FeO) = (2×8+ 259)/4 = 57 Дж/(моль×К).
DGох. р. = å(mDGо)прод. - å(nDGо)реаг.
-504 = 2×DGо(Fe2O3) + 4×245
DGо(Fe2O3) = (-×245)/2 = -742 кДж/моль.
Пример 7. При некоторой температуре в системе 2SO3(г)«2SO2(г)+O2(г), равновесные концентрации веществ равны соответственно 0,04; 0,12 и 0,06 моль/л. Рассчитайте константу равновесия этой реакции.
Решение. 2SO3(г) « 2SO2(г) + O2(г); Кр=?
[ ], моль/л 0,04 0,12 0,06
n, моль 2 2 1
Согласно закону действующих масс константа равновесия этой реакции равна
Кр = [SO2]2[O2]/[SO3]2 = 0,122×0,06/0,042 = 0,54.
Пример 8. Какими способами в системе
2SO2 + O2 « 2SO3 DН<0
можно смещать равновесие в сторону большего выхода SO3 при заданной концентрации SO2?
Решение. Согласно правилу Ле-Шателье это достигается: а) повышением концентрации O2; б) уменьшением концентрации SO3 (удаление из сферы реакции); в) повышением давления; г) понижением температуры.
Пример 9. Содержание FeSO4 в растворе (r=1,122 г/мл) составляет 12 массовых долей, %. Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента FeSO4 в растворе.
Решение. Масса 1 л раствора:
mp = V×r = 1000×1,122 = 1122 г.
Масса FeSO4 в 1 л раствора:
m(FeSO4) = w×mp = 0,12×1122 = 134,6 г;
М(FeSO4)=152 г/моль; ¦э(FeSO4)=1/2.
Количество вещества FeSO4 в 1 л раствора:
n(FeSO4) = 134,6/152 = 0,886 моль.
Молярная концентрация FeSO4 в растворе:
СМ(FeSO4) = 0,886 моль/л.
Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) FeSO4 в растворе:
Сн(FeSO4) = СМ/¦э(FeSO4) = 0,886/(1/2) = 1,772 моль/л.
Пример 10. Составьте молекулярные и молекулярно-ионные уравнения гидролиза солей: а) хлорида аммония NH4Cl; б) сульфата железа (II) FeSO4; в)Na2SiO3.
Решение. а) При растворении в воде кристаллическая соль NH4Cl диссоциирует:
NH4Cl « NH4+ + Cl-.
При составлении уравнений гидролиза в первую очередь необходимо определить ионы соли, связывающие ионы воды (Н+ и ОН-) в малодиссоциирующее соединение, то есть ионы, обусловливающие гидролиз. В данном случае ионы NH4+ связывают гидроксидион, образуя молекулу слабого основания NH4ОН, и обусловливают гидролиз соли NH4Cl. Молекулярно-ионное уравнение гидролиза:
NH4+ + Н+ОН- « NH4ОН + Н+
Уравнение гидролиза в молекулярной форме
NH4Cl + Н2О « NH4ОН + НСl.
Избыток ионов Н+ в растворе обусловливает кислую реакцию раствора, то есть рН<7.
б) При гидролизе соли FeSO4 (II) ион Fe2+ соединяется с ионами OH - ступенчато, образуя гидроксо-ион (FeOH)+ и молекулу Fe(OH)2. Практически гидролиз соли ограничивается первой ступенью:
Fe2+ + Н+ОН « (FeOH)+ + Н+
В данном случае продуктами гидролиза являются основная соль и кислота:
2FeSO4 + 2Н2О « (FeОН)2SO4 + Н2SO4.
Реакция раствора кислая, то есть рН<7.
в) При гидролизе соли Na2SiO3 ион SiO32- соединяется с ионами Н+ ступенчато, образуя гидро-ион НSiO3- и молекулу NaОН. Практически гидролиз соли ограничивается первой ступенью; продукты гидролиза - кислая соль и основание:
SiO32- + Н+ОН « НSiO3- + ОН -
Na2SiO3 + Н2О « NaНSiO3 + NaOН.
Реакция раствора щелочная, рН>7.
Пример 11. Какая гибридизация атомных орбиталей имеет место в атоме кремния при образовании молекулы SiCl4? Какова пространственная структура этой молекулы.
Решение. В возбужденном состоянии структура внешнего энергетического уровня атома кремния следующая:
| | | |||
| 3рх1 | 3ру1 | 3рz1 |
3s1
В образовании химических связей в атоме кремния участвуют электроны третьего энергетического уровня: один электрон в s - и три электрона в р-состоянии. При образовании молекулы SiCl4 возникают четыре гибридные атомные орбитали (sp3-гибридизация). Молекула SiCl4 имеет пространственную тетраэдрическую конфигурацию.
Пример 12. Определите заряд комплексного иона, степень окисления комплексообразователя, его координационное число в соединениях: а)K2[Ni(CN)4]; б) [Cr(H2O)6]Cl3; в) [Pt(CN)2(NH3)2].
Решение. Заряд комплексного иона равен заряду внешней сферы и противоположен по знаку.
В первых двух комплексных соединениях внешнюю сферу составляют соответственно катион K+ и анион Cl-, которые в растворах легко отщепляются от комплексных ионов:
K2[Ni(CN)4] « 2K+ + [Ni(CN)4]2-
[Cr(H2O)6]Cl3 « [Cr(H2O)6]3+ + 3Cl-.
Следовательно, заряды комплексных ионов равны соответственно -2 и +3.
Третье вещество является нейтральным комплексным соединением - неэлектролитом, поскольку не имеет внешней сферы.
Заряд комплексообразователя равен и противоположен по знаку алгебраической сумме зарядов всех остальных ионов. Учитывая, что лигандами в рассматриваемых соединениях служат однозарядные анионы CN-, Cl - и нейтральные молекулы Н2О и NH3, получаем,
х
[Ni(CN)4]2-; х + 4(-1) = -2; х = +2
х
[Cr(H2O)6]3+; х + 3(0) = +3; х = +3
х
[Pt(CN)2(NH3)2]; х + 2(-1) + 2(0) = 0; х = +2,
что заряды комплексообразователей равны соответственно +2,+3 и +2.
Число лигандов определяет значение координационного числа комплексообразователя, которое равно соответственно 4, 6 и 4.
Пример 13. Пользуясь методом электронного баланса, подберите коэффициенты в уравнении реакции; определите молярную массу окислителя и восстановителя:
HNO3 + H2S ® NO + S + H2O.
Решение. В процессе реакции степень окисления меняют два элемента: азот и сера: HN+5O3 + H2S-2 ® N+2O + So + H2O. Для азота она понижается (восстановление окислителя) с +5 до +2 (принято 3е). Для серы повышается (окисление восстановителя) с -2 до нуля (отдано 2е). Это выражается электронными уравнениями, справа от которых за чертой ставятся коэффициенты, уравнивающие число принятых и отданных электронов:
N+5 +3е ® N+2 2
S-2 - 2е ® So 3
Найденные множители переносятся в уравнение реакции, а коэффициент для воды находится по числу атомов водорода и кислорода в левой части равенства:
2HNO3 + 3H2S ® 2NO + 3S + 4H2O.
Фактор эквивалентности окислителя ¦э(HNO3) = 1/3, а восстановителя ¦э(H2S) = 1/2; М(HNO3) = 63 г/моль; М(H2S) = 34 г/моль. Следовательно, Мэ(HNO3) = 1/3×63 г/моль = 21 г/моль; Мэ(H2S) = 1/2×34 г/моль = 17 г/моль.
Пример 14. Рассчитайте значение ЭДС элемента, составленного из медной и магниевой пластин, опущенных в растворы своих солей, если концентрация катиона у анода 0,1 моль/л, а у катода - 0,001 моль/л.
Решение. Стандартные электродные потенциалы магниевого и медного электродов соответственно равны:
ЕоMg|Mg = -2,38 В; ЕоCu|Cu = +0,34 В.
Следовательно, анодом будет магниевый электрод, катодом - медный. Электродный потенциал металла, опущенный в раствор с любой концентрацией катиона в растворе, определяют по формуле Нернста:
Е = Ео + (0,059/n) lg[Men+],
где [Men+] - концентрация катиона, моль/л; n - степень окисления.
Отсюда потенциал магниевого электрода
ЕоMg|Mg = Ео + (0,059/2) lg 10-1 = -2,38 - 0,029 = -2,409 В.
Потенциал медного электрода равен
ЕоCu|Cu = +0,34 + (0,059/2) lg 10-3 = +0,34 + 0,029(-3) = +0,253 В.
Тогда для гальванического элемента
ЭДС = ЕоCu|Cu - ЕоMg|Mg = +0,,409) = 2,662 В.
Пример 15. Сколько граммов HNO3 кислоты образуется возле анода при электролизе раствора AgNO3, если на аноде выделяется 1,12 л кислорода, измеренного при н. у.?
Решение. Объем молярной массы эквивалента кислорода составляет 5,6 л, следовательно nэ(О) = 1,12/5,6 = 0,2 моль, столько же количества эквивалента HNO3 образуется возле анода.
Мэ(HNO3) = М(HNO3) = 63 г/моль
m(HNO3) = 0,2×63 = 12,6 г.
Пример 16. Определите силу тока при электролизе, если за 26 минут выделилась вся медь из 50 мл 0,5 н раствора CuSO4.
Решение. Моль эквивалентов СuSO4 составляет
М(СuSO4)=(0,5×50)/1000=0,025 моль.
Следовательно, такое же количество, т. е. 0,025 моль эквивалентов меди.
Вычислим массу меди: m(Cu) = 0,025×31,74 = 0,79 г.
Используя закон Фарадея, рассчитаем силу тока:
m(Cu) = [Mэ(Cu) ×I×t]/96500, отсюда
I = [m(Cu)×96500]/[Mэ(Cu)×t] = (0,79×96500)/(31,74×26×60) = 1,54 А.
Пример 17. Железное изделие покрыли никелем. Какое это покрытие - анодное или катодное? Почему? Составьте уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении цельности покрытия во влажном воздухе и в растворе соляной кислоты. Какие продукты коррозии образуются в первом и втором случае?
Решение. Так как никель имеет потенциал по отношению к железу более положительный (ЕоNi|Ni=-0,25 B > ЕоFe|Fe= -0,44 B), то данное покрытие катодное. Железо как активный металл в образующейся гальванической паре будет анодом, а никель - катодом. При работе гальванического элемента разрушению будет подвергаться защищаемый металл (железо), а на никелевом катоде выделяется водород (если рН<7) или поглощается кислород (если рН³7).
Схема работающего при коррозии гальванического элемента
A(-) Fe | HCl | Ni (+)K A(-) Fe | O2, H2O | Ni (+)K
A(-) Fe - 2e ® Fe2+ 1 A(-) Fe - 2e ® Fe2+ 2
K(+) 2H+ +2e ® H2 1 K(+) O2 +4e +2H2O ® 4OH - 1
Fe + 2H+ ® Fe2+ + H2 2Fe + O2 +2H2O = 2Fe(OH)2
Fe + 2HCl= FeCl2 + H2 4Fe(OH)2+O2+2H2O = 4Fe(OH)3 t
Fe(OH)2 = FeO + H2O
t
2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O.
Рекомендуемая литература:
Основная литература:
1. , Ни химия, Алматы: ТОО «Эверо», 2004.
2. , Электронный учебник «Общая химия», КазАТК, 2006.
3. Бегалиева по химии, Алматы: ТОО «Эверо», 2004.
4. Коровин химия, М.: Высшая школа, 2000.
Дополнительная литература:
1. Бегалиева задания по химии, 2000.
2. Глинка химия, М.: Высшая школа, 2002.
3. Лучинский химии, М.: Высшая школа, 1985.
4. Ахметов неорганическая химия, М.: Высшая школа, 1988.
5. Зайцев химия. – М.: Химия, 1990.
6. , Дракин и неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1985.
7. Фролов . – М.: Высшая школа, 1979.
, , – М.: Высшая школа
