Коллоквиум 1 по неорганической и аналитической химии

 

Коллоквиум 1 по неорганической и аналитической химии

Решение билета №1 (демоверсии) коллоквиума 1

 

1.      Напишите электронную формулу иона Fe3+ с помощью символов. Укажите квантовые числа (n и l), соответствующие внешнему электрону.

Решение: формула Fe `1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2

формула Fe3+ `1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s0

Квантовые числа для 3d-электрона: n =3, l = 2.

2.      Зная, что DHо образования СО2(г) и H2O(г) равны соответственно -393,5 и -241,8 кДж/моль и DHо = -1323,0 кДж для реакции: C2H4(г) + 3O2(г)= 2H2O(г) + 2СO2(г), определите энтальпию образования C2H4(г).

Решение: х 0 -241,8 -393,5

Уравнение: C2H4(г) + 3O2(г)= 2H2O(г) + 2СO2(г)

DHор = DHообр.(продуктов) - DHообр.(продуктов) = 2(-241,8) + 2(-393,5) -1(х) = -1323,0

-483,6 -787,0 - 1х = -1323,0; 1х = 52,4 кДж; х = DHообр.(C2H4) = 52,4 кДж/моль

3.      Напишите выражение для константы равновесия для реакции: CaO (т) + CO2(г) ⇄ CaCO3 (т)

Решение: Для уравнения CaO (т) + CO2(г) ⇄ CaCO3 (т)

Имеем К = 1/[CO2]

4.      Какой объем 2н раствора KOH можно приготовить из 140 мл 30% раствора KOH(r=1,3 г/мл)?

Решение: сэ 1(KOH) = m1/(Mэ(КОН)×V1(KOH)) для раствора 1

w2(KOH) = m2/(r2(KOH)×V2(KOH)) для раствора 2

Имеем m1 = m2 или сэ 1×Mэ(КОН)×V1 = w2×r2×V2

Отсюда V1 = (w2×r2×V2)/(сэ 1×Mэ(КОН)) = (0.3×1,3×140)/(2×56) = 0,4875 л

5.      Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 2,08 г BaCl2 в 500 мл раствора.

Решение: с(BaCl2) = m/(M(BaCl2)×V) = 2,08/(208×0,5) = 0,02 M

BaCl2 ⇄ Ba2+ + 2Cl-

0,02M 0,02M 0,04M

Ионная сила I = 0,5×∑ci×zi2 = 0,5(0,02×22 + 0,04×12) = 0,06.

6.      Найти рН 0,25 М раствора HBrO, если K(HBrO) = 2,5×10-7.

Решение: Уравнение диссоциации HBrO ⇄ H+ + BrO-

Константа диссоциации K = [H+]×[BrO-]/[HBrO], где [H+] = [BrO-], а [HBrO] = с.

Имеем K = [H+]2/c; откуда [H+]2 = K×c и [H+] = √K×c = √2,5×10-7×0,25 = 2,5×10-4

рН = -lg[H+] = -lg(2,5×10-4) = 3,6

7.      Напишите молекулярное и ионные уравнения I стадии гидролиза CuSO4. Укажите рН раствора.

Решение: 2СuSO4 + 2H2O ⇄ (CuOH)2SO4 + H2SO4

Cu2+ + SO42- + H2O ⇄ CuOH+ + H+ + SO42-

Cu2+ + H2O ⇄ CuOH+ + H+ pH < 7

8.       Вычислите концентрацию ионов серебра [Ag+] в 0,2 М растворе Na[Ag(CN)2], если константа нестойкости комплексного иона равна K1-2 =1,1×10-21, а [CN-] = 0,1M.

Решение: Уравнения диссоциации Na[Ag(CN)2] ⇄ Na+ + Ag(CN)2-

Ag(CN)2- ⇄ Ag+ + 2СN-

Константа нестойкости K1-2 = [Ag+]×[СN-]2/[Ag(CN)2-],

откуда [Ag+] = K1-2×[Ag(CN)2-]/[СN-]2 = 1,1×10-21×0,2/(0,1)2 = 2,2×10-20 M

9.      Поставьте коэффициенты методом электронно-ионного баланса. Вычислите DEo, определите возможность протекания реакции: K2Cr2O7 + H2SO4 + FeSO4 ® Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + … , если Eo(Cr2O72-/Cr3+) = 1,33 В, Eo(Fe3+/Fe2+) = 0,77 В.

Решение: K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6FeSO4 ® Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

ок-ль Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O ×1

в-ль Fe2+ -1e = Fe3+ ×6

DEo = Eo(ок) - Eo(восст) = 1,33 – 0,77 = 0,56 В > 0 Реакция идет слева направо

10.  1 грамм PbI2 растворяется в 1730 мл воды. Определите Ks(PbI2).

Решение: PbI2 ⇄ Pb2+ + 2I-

s s 2s

Ks = [Pb2+]×[I-]2 = s×(2s)2 = 4s3

s = c = m/(M×V) = 1/(461×1,73) = 0,00125 = 1,25×10-3 M

Ks = 4s3 = 4(1,25×10-3)3 = 8×10-9

 

Решение билета №2 (демоверсии) коллоквиума 1

1.      Напишите электронную формулу атома S в основном и возбужденных состояниях. Укажите возможные валентности этого элемента. Приведите примеры соединений с этими валентностями.

Решение: Запишем электронную формулу атома серы с помощью символов: S 1s2 2s22p6 3s23p4.

Затем напишем электронные формулы валентного уровня атома серы с помощью квантовых ячеек в основном и возбужденных состояниях. Валентность равна числу неспаренных электронов.

S 3s23p4 ­¯ ­¯ ­ ­ вал = II

S* 3s23p33d1 ­¯ ­ ­ ­ ­ вал = IV

S** 3s13p33d2 ­ ­ ­ ­ ­ ­ вал = VI

 

Приведем графические формулы соединений с этими валентностями

или или

2.      Рассчитайте DGо реакции: 4HCl(г) + O2(г) = 2Cl2(г) + 2H2O(ж) и установите, в каком направлении она может протекать самопроизвольно при 298К, если DGо образования HCl(г) и H2O(ж) равны соответственно -95,2 и -237,3 кДж/моль при 298К.

Решение: Запишем уравнение реакции в виде:

-95,2 0 0 -237,3

4HCl(г) + O2(г) = 2Cl2(г) + 2H2O(ж)

DGор = DGообр.(продуктов) - DGообр.(продуктов)

DGор = 2(-237,3) – 4(-95.2) = -474,6 + 380,8 = -93,8 кДж/моль

Так как DGор = -93,8 < 0, то прямая реакция протекает самопроизвольно

3.      Как сдвигается равновесие реакции: 2HI(г) ⇄ H2(г) + I2(г), DH>0, а) при увеличении температуры, б) при уменьшении давления, в) при уменьшении концентрации водорода.

Решение: а) при увеличении температуры равновесие сдвигается в сторону эндотермической реакции, то есть направо;

б) при уменьшении давления равновесие сдвигается в сторону большего числа газообразных молекул, в данном случае равновесие не сдвигается;

в) при уменьшении концентрации водорода равновесие сдвигается в сторону реакции, которая увеличивает количество водорода, то есть направо.

4.         Сколько литров 3н раствора NaOH можно получить из 8 л 42% раствора NaOH (r =1,45г/мл)?

Решение: Определим массу вещества в концентрированном 42%-ном растворе,

для которого w1 = m/(r1×V1(мл)): m = w1×r1×V1 = 0,42×1,45×8000 = 4872 г

Поскольку в разбавленном 2н растворе, для которого сэ 2 = m/(Mэ(NaОН)×V2 будет точно такая масса вещества, то V2 = m/(сэ 2×Mэ(NaОН)) = 4872/(3×40) = 40,6 л

5.      Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 5,85 г NаСl в 250 мл раствора.

Решение: Определим концентрацию NaCl в растворе: с = m/(M×V) = 5,85/(58,5×0,25) = 0,4М.

Записываем уравнение диссоциации: NaCl ⇄ Na+ + Cl-

0,4М 0,4М 0,4М

Находим ионную силу: I = 0,5×∑ci×zi2 = 0,5(0,4×12 + 0,4×12) = 0,4.

6.      Найти концентрацию раствора HClO (К = 5×10-8), если его рН = 4.

Решение: Если рН = 4, то [H+] = 10-4M.

Для уравнения диссоциации HClO ⇄ Н+ + ClО- записываем выражение для константы равновесия К = [H+]×[ClO-]/[HClO] = [H+]2/c.

Откуда с = [H+]2/K = (10-4)2/(5×10-8) = 10-8/(5×10-8) = 0,2M

7.      Напишите молекулярное и ионные уравнения I стадии гидролиза Fe2(SO4)3. Укажите рН раствора.

Решение: Fe2(SO4)3 + 2H2O ⇄ 2FeOHSO4 + H2SO4

2Fe3+ + 3SO42- + 2H2O ⇄ 2FeOH2+ + 2H+ + 3SO42-

Fe3+ + H2O ⇄ FeOH2+ + H+ pH < 7

8.      Вычислите концентрацию ионов серебра [Ag+] в 0,5М растворе Na[Ag(NO2)2], если константа нестойкости комплексного иона равна K1-2 =1,8×10-3, а [NO2-] = 2M.

Решение: Na[Ag(NO2)2] ⇄ Na+ + [Ag(NO2)2]-

[Ag(NO2)2]- ⇄ Ag+ + 2NO2-

K1-2 = [Ag+]×[NO2-]2/[Ag(NO2)2-], откуда

[Ag+] = K1-2×[Ag(NO2)2-]/[NO2-]2 = 1,8×10-3×0,5/22 = 2,25×10-4М

9.      Поставьте коэффициенты методом электронно-ионного баланса. Вычислите DEo, определите возможность протекания реакций: KMnO4 + H2SO4 + NaNO2 ® MnSO4 + NaNO3 +… , если Eo(MnO4-/Mn2+) = 1,51 В, Eo(NO3-/HNO2) = +0,94 В

Решение: 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5NaNO2 ® 2MnSO4 + 5NaNO3 + K2SO4 + 3H2O

ок MnO4- + 8H+ + 5e → Mn2+ + 4H2O ×2

в NO2- + H2O – 2e → NO3- + 2H+ ×5

DEo = Eoок - Eoв = 1,51 – 0,94 = 0,57 В > 0, реакция идет

10.  Образуется ли осадок PbCl2 (Ks =1,5×10-5) при сливании 5 мл 0,06М раствора Pb(NO3)2 и 20 мл 0,05М раствора NaCl?

Решение: PbCl2 ⇄ Pb2+ + 2Cl-

Ks = [Pb2+]×[Cl-]2 - для состояния равновесия

[Pb2+]×[Cl-]2 = (0,06×5/25)×(0,05×20/25)2 = 0,012×(0,04)2 = 1,92×10-5 > 1,5×10-5 = Ks

Поскольку [Pb2+]×[Cl-]2 > Ks, то осадок образуется.

 

Коллоквиум 2 по неорганической и аналитической химии

Решение билета №1 (демоверсии) коллоквиума 2

1. Укажите возможные степени окисления P. Приведите примеры соответствующих соединений.

Решение: Р-3 PH3, Ca3P2

Р0 P, P4

P+3 P2O3, H3PO3, Na2HPO3

P+5 P2O5, H3PO4, Na3PO4

2. Напишите уравнения реакций получения и химических свойств KOH.

Решение:

Получение: 2K + 2H2O = 2KOH + H2↑

K2O + H2O = 2KOH

KH + H2O = KOH + H2↑

K2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4↓ + 2KOH

Свойства: KOH + HCl = KCl + H2O

2KOH + CO2 = K2CO3 + H2O

KOH + Al(OH)3 = K[Al(OH)4]

2KOH + ZnO + H2O = K2[Zn(OH)4]

2KOH + CuSO4 = Cu(OH)2↓ + K2SO4

3. Закончить уравнения реакций, поставить коэффициенты:

Al(OH)3 + NaOH ® KMnO4 + HCl + H2O2 ®

SO2 + H2O ® Cu + HNO3 конц. ®

Решение: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

2KMnO4 + 6HCl + 5H2O2 ® 2MnCl2 + 5O2 + 2KCl + 8H2O

SO2 + H2O = H2SO3

Cu + 4HNO3 конц. = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

4. Напишите уравнения реакций следующих превращений:

Na ® NaOH ® Na2CO3 ® Na2SO4 ® NaCl ® NaNO3

Решение: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

Na2CO3 + H2SO4 = 2Na2SO4 + H2O + CO2↑

Na2SO4 + BaCl2 = 2NaCl + BaSO4↓

NaCl + AgNO3 = NaNO3 + AgCl↓

5. Напишите уравнения реакций следующих превращений:

Fe ® FeCl3 ® Fe(NO3)3 ® Fe2O3 ® FeO ® FeCl2

Решение: 2Fe + 3Cl2  2FeCl3

FeCl3 + 3AgNO3 = Fe(NO3)3 + 3AgCl↓

4Fe(NO3)3  2Fe2O3 + 12NO2↑ + 3O2↑

Fe2O3 + CO  2FeO + CO2

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O

6. С помощью какого реактива можно обнаружить в растворе ионы SO42-? Напишите уравнение реакции и укажите признаки этой реакции.

Решение: реактив Ba(NO3)2

уравнение: Na2SO4 + Ba(NO3)2 = 2NaNO3 + BaSO4↓

BaSO4↓ - белый осадок, нерастворимый в азотной кислоте

7. Какой индикатор и какие рабочие растворы используют в методе перманганатометрии? Напишите уравнение какой-либо реакции титрования в методе перманганатометрии.

Решение: В методе перманганатометрии:

рабочий раствор – это раствор перманганата калия KMnO4

индикатор – избыточная капля раствора перманганата калия KMnO4

уравнение реакции определения солей железа (II) в растворе:

2KMnO4 + 8H2SO4 + 10FeSO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O

8. На титрование 100 мл жесткой воды пошло 7,5 мл 0,0570 н раствора HCl. Определите временную жесткость воды.

Решение: Уравнение реакции: Ca(HCO3)2 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑

По закону эквивалентов: сэ(Са2+)×V(Ca2+) = сэ(HCl)×V(HCl), отсюда

сэ(Са2+) = сэ(HCl)×V(HCl)/ V(Ca2+) = (0,0570 н × 7,5 мл)/(100 мл) = 0,004275 н

Жврем. = сэ(Са2+)×1000 = 0,004275×1000 = 4,275 ммоль/л

9. На титрование 100 мл жесткой воды пошло 18,5 мл 0,0500 н раствора трилона Б. Определите общую жесткость воды.

Решение: Записывая трилон Б в виде Na2H2ЭДТА, получаем уравнение реакции:

CaCl2 + Na2H2ЭДТА = Na2СaЭДТА + 2HCl

По закону эквивалентов: сэ(Са2+)×V(Ca2+) = сэ(тр. Б)×V(тр. Б), отсюда

сэ(Са2+) = сэ(тр.Б)×V(тр.Б)/V(Ca2+) = (0,0500 н × 18,5 мл)/(100 мл) = 0,00925 н

Жобщая. = сэ(Са2+)×1000 = 0,00925×1000 = 9,25 ммоль/л

10. К раствору FeCl3 добавили избыток KI. Выделившийся иод оттитровали 5,5 мл 0,2500N раствора тиосульфата натрия. Найти массу железа в виде ионов Fe3+ в исходном растворе.

Решение: Уравнения реакций:

2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2↓ + 2KCl (1)

2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI (2)

По закону эквивалентов из уравнения (1) имеем: nэ(FeCl3) = nэ(I2)

По закону эквивалентов из уравнения (2) имеем: nэ(I2) = nэ(Na2S2O3), отсюда

nэ(FeCl3) = nэ(Fe3+) = nэ(Na2S2O3) или m(Fe3+)/Mэ(Fe3+) = сэ(Na2S2O3)×V(Na2S2O3)

m(Fe3+) = Mэ(Fe3+)×сэ(Na2S2O3)×V(Na2S2O3) = 18,62×0,2500×0,0055 = = 0,02560 г,

где Mэ(Fe3+) = M(Fe3+)/3 = 55,849/3 = 18,62 г/моль.

 

Решение билета №2 (демоверсии) коллоквиума 2

1. Укажите возможные степени окисления Mn. Приведите примеры соответствующих соединений.

Решение: Mn0 Mn

Mn+2 MnO, Mn(OH)2, MnSO4

Mn+4 MnO2

Mn+6 MnO3, H2MnO4, K2MnO4

Mn+7 Mn2O7, HMnO4, KMnO4

2. Напишите уравнения реакций получения и химических свойств Al(OH)3.

Решение: AlCl3 + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3NaCl получение

Na[Al(OH)4] + HCl → Al(OH)3↓ + NaCl + получение

Al(OH)3↓ + 3HCl → AlCl3 + 3H2O основные свойства

Al(OH)3↓ + NaOH → Na[Al(OH)4] кислотные свойства

2Al(OH)3  Al2O3 + 3H2O термическое разложение

3. Закончить уравнения реакций, поставить коэффициенты:

K2Cr2O7 + H2SO4 + KI ® Mg + HNO3 оч.разб. ®

Cl2O3 + KOH ® Zn(OH)2 + KOH ®

Решение: K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 6KI = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O

4Mg + 10HNO3 оч.разб. = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Cl2O3 + 2KOH = KClO2 + H2O

Zn(OH)2 + 2KOH = K2[Zn(OH)4]

4. Напишите уравнения реакций следующих превращений:

Cr ® CrCl3 ® K2CrO4 ® K2Cr2O7 ® Cr2(SO4)3 ® Na3[Cr(OH)6]

Решение: 2Cr + 3Cl2  2CrCl3

2CrCl3 + 10KOH + 3H2O2 → 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O

2K2CrO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3Na2SO3 → Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + K2SO4 + 4H2O

Cr2(SO4)3 + 6NaOH → 2Na3[Cr(OH)6] + 3Na2SO4

5. Напишите уравнения реакций следующих превращений:

Ca ® Ca(OH)2 ® CaCO3 ® Ca(HCO3)2 ® CaCO3 ® CaO

Решение: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O

6. С помощью какого реактива можно обнаружить в растворе ионы Сl-? Напишите уравнение реакции и укажите признаки этой реакции.

Решение: Реактивом на хлорид ионы является раствор нитрата серебра AgNO3. Образующийся белый творожистый осадок растворяется в растворе аммиака и вновь образуется при добавлении избытка азотной кислоты

AgNO3 + HCl ® AgCl¯ + HNO3;

AgCl¯ + 2NH4OH ® [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O

[Ag(NH3)2]Cl + 2HNO3 ® AgCl¯ + 2NH4NO3

7. Какой индикатор и какие рабочие растворы используют в методе нейтрализации? Напишите уравнение какой-либо реакции титрования в методе нейтрализации.

Решение: В методе нейтрализации в качестве рабочих раствором можно использовать растворы кислот, например HCl, и щелочей, например NaOH. В качестве индикаторов используют кислотно-основные индикаторы: метилоранж (рТ = 4) и фенолфталеин (рТ = 9). При титровании сильного основания сильной кислотой используют любой из этих индикаторов. При титровании слабого основания сильной кислотой используют метилоранж. При титровании сильного основания слабой кислотой используют фенолфталеин.

8. На титрование 50,0 мл раствора NaOH идет 22,5 мл 0,1600 н раствора HCl. Найти молярную концентрацию эквивалентов раствора NaOH.

Решение: Запишем уравнение реакции: NaOH + HCl = NaCl + H2O

Запишем выражение для закона эквивалентов: сэ(NaOH)×V(NaOH) = сэ(HCl)×V(HCl)

Отсюда: сэ(NaOH) = сэ(HCl)×V(HCl)/V(NaOH) = (0,1600 н × 22,5 мл)/(50,0 мл) =

= 0,07200 н

9. На титрование 50,0 мл жесткой воды пошло 6,2 мл 0,0525н раствора трилона Б. Найти постоянную жесткость воды, если временная жесткость воды равна 2,4 ммоль/л.

Решение: Записывая трилон Б в виде Na2H2ЭДТА, получаем уравнение реакции:

CaCl2 + Na2H2ЭДТА = Na2СaЭДТА + 2HCl

По закону эквивалентов: сэ(Са2+)×V(Ca2+) = сэ(тр. Б)×V(тр. Б) Отсюда:

сэ(Са2+) = сэ(тр.Б)×V(тр.Б)/V(Ca2+) = (0,0525 н × 6,5 мл)/(50,0 мл) = 0,006510 н

Жобщая. = сэ(Са2+)×1000 = 0,006510×1000 = 6,51 ммоль/л

Жпостоянная. = Жобщая. – Жвременная. = 6,5 – 2,4 = 4,1 ммоль/л

10. К 15 мл раствора KClO3 прилили 100 мл 0,1000 н раствора Н2С2О4, избыток которого оттитровали 50,2 мл 0,0800 н раствора KMnO4 в кислой среде. Найти массу KClO3 в исходном растворе.

Решение: Идут две реакции: KClO3 + 3H2C2O4 = KCl + 6CO2 + 3H2O (1)

2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 10CO2 + K2SO4 + 8H2O (2)

По закону эквивалентов: nэ(KClO3) + nэ(KMnO4) = nэ(H2C2O4) или

m(KClO3)/Mэ(KClO3) = сэ(H2C2O4)×V(H2C2O4) - сэ(KMnO4)×V(KMnO4), откуда

m(KClO3) = Mэ(KClO3)×(сэ(H2C2O4)×V(H2C2O4) - сэ(KMnO4)×V(KMnO4)) =

= 20,42 г/моль× (0,1×0,1 – 0,08×0,0502) моль = 20,42×0,005984 = 0,1222 г,

где Mэ(KClO3) = M(KClO3)/6 = 122,5/6 = 20,42 г/моль.