Задача № 2

Определите фактор эквивалентности и молярные массы эквивалентов серной кислоты в реакциях:

H2SO4 + NaOH = NaHSO4 + H2O                                       (1)

H2SO4 (разб.) + Zn = ZnSO4 + H2↑                                         (2)


Решение. Молярная масса вещества и фактор эквивалентности могут иметь различные значения в зависимости от того, в какую реакцию вступает это вещество.

В реакции (1) каждый моль серной кислоты отдает 1 моль ионов водорода и фактор эквивалентности f = 1, а молярная масса эквивалента равна

г/моль

В реакции (2) каждый моль серной кислоты отдает 2 моль ионов водорода, фактор эквивалентности f = ½, тогда молярная масса эквивалента равна

г/моль


Задача № 24

Сколько протонов и нейтронов содержат ядра изотопов Mg и Mg? Составьте электронную формулу данного атома, подчеркните валентные электроны. Распределите электроны этого атома по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится этот элемент?


Решение. Порядковый номер элемента в периодической системе совпадает с величиной заряда ядра, т.е. индекс внизу слева символа элемента указывает на количество протонов в ядре, следовательно, в ядрах изотопов магния имеется 12 протонов. Число нейтронов равняется разности между массовым числом (индекс вверху слева символа) и порядковым номером элемента, следовательно, в ядрах изотопа Mg находится 12 нейтронов (24 –   –12 = 12), а Mg – 13 нейтронов (25 – 12 = 13).

Электронные формулы отображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням. При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он будет обладать наименьшей энергией. Так как число электронов в атоме элемента равно заряду ядра, т.е. его порядковому номеру в таблице Д.И. Менделеева, то для элемента № 12 – магния электронная формула, согласно шкале энергии, будет

12Mg   1s22s22p63s2

Электронографические схемы отображают распределение электронов атомов по квантовым (энергетическим) ячейкам. В каждой квантовой ячейке может быть не более двух электронов с противоположными спинами (принцип Паули). Орбитали данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило Хунда)

s







n = 1

↑↓

p





n = 2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

d

n = 3

↑↓








Последний, 12-й электрон атома магния занимает s-орбиталь, следовательно, магний относится к s-электронному семейству.


Задача № 51

Как влияет повышение степени окисления элемента на свойства образуемых ими оксидов и гидроксидов? Исходя из этого, объясните, как меняются химические свойства оксидов MnO, MnO2, Mn2O7 и гидроксидов Mn(OH)2, Mn(OH)4, HMnO4.


Решение. Свойства оксидов и гидроксидов зависят от степени окисления образующих их элементов. Если данный элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с увеличением степени окисления свойства последних меняются от основных через амфотерные к кислотным.

Степень окисления марганца в оксидах MnO, MnO2, Mn2O7 равна соответственно +2, +4, +7, следовательно:

·                   MnO – основной оксид (реагирует с кислотными оксидами и кислотами);

·                   MnO2 – амфотерный оксид (реагирует и с основаниями и с кислотами, основными и кислотными оксидами);

·                   Mn2O7 – кислотный оксид (реагирует с основными оксидами и основаниями).

Степень окисления марганца в гидроксидах Mn(OH)2, Mn(OH)4, HMnO4 равна соответственно +2, +4, +7, следовательно:

·                   Mn(OH)2 – основание (взаимодействует с кислотами);

·                   Mn(OH)4 – амфотерный гидроксид (взаимодействует и с основаниями и с кислотами);

·                   HMnO4 – кислота (взаимодействует с основаниями).

Задача № 90

При какой температуре наступит равновесие системы

4HCl (г) + O2 (г) ↔ 2H2O (г) + 2Cl2 (г),              ∆Н = -114,42 кДж?

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


Решение. При состоянии равновесия ∆G = 0; ∆H = T∆S температура начала равновесной реакции равна:

.

∆Sх.р. определим из уравнения .

Используя табличные данные, определим стандартные энтропии HCl (г), О2 (г), Н2О (г) и Cl2 (г):

Дж/(моль∙К);

 Дж/(моль∙К);

 Дж/(моль∙К);

 Дж/(моль∙К).

 Дж/(моль∙К) или       – 0,12841 кДж/(моль∙К).

К

В этой системе более сильным окислителем является  кислород при температуре больше 891,05 К

Задача № 107

Каким законом выражается зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ? Рассчитайте, как изменится скорость прямой реакции, протекающей по уравнению: 2SO2 + O2 ↔ 2SO3, если увеличить давление в 2 раза?


Решение. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ выражается законом действующих масс: скорость химической реакции при постоянной температуре прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ

,

где: v – скорость реакции; [А], [В] – молярная концентрация реагирующих веществ; m и n – коэффициенты в уравнении реакции; К – константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ и температуры.

Примем обозначения: [SO2] = a; [O2] = b – концентрация до изменения давления. Согласно закону действующих масс, . Вследствие увеличения давления в 2 раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в 2 раза. Следовательно,

Отсюда

.

Скорость прямой реакции возрастет в 8 раз.


Задача № 135

Как изменится скорость прямой реакции: 2SO2 + O2 ↔ 2SO3 при увеличении: а) концентрации диоксида серы в 2 раза, б) концентрации кислорода в 2 раза, в) концентрации обоих веществ в 2 раза? Напишите выражение для константы равновесия данной системы.


Решение. Примем обозначения: [SO2] = a; [O2] = b – концентрация до изменения концентраций. Согласно закону действующих масс, .

а) При увеличении концентрации диоксида серы в 2 раза скорость прямой реакции станет равной: . Отсюда

.

Скорость прямой реакции возрастет в 4 раз.

б) При увеличении концентрации кислорода в 2 раза скорость прямой реакции станет равной: . Отсюда

.

Скорость прямой реакции возрастет в 2 раз.

в) При увеличении концентрации обоих веществ в 2 раза скорость прямой реакции станет равной: . Отсюда

.

Скорость прямой реакции возрастет в 8 раз.

Выражение для константы равновесия данной системы имеет вид

.


Задача № 166

Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) CdS и HCl; б) FeCl3 и NH4OH; в) KOH и H2S; г) AgNO3 и HCl.


Решение. Запишем уравнения взаимодействия указанных веществ в молекулярном виде:

а) CdS + 2HCl = CdCl2 + H2S

б) FeCl3 + 3NH4OH = Fe(OH)3 + 3NH4Cl

в) 2KOH + H2S = K2S + 2H2O

г) AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3

Исключив одинаковые ионы из обеих частей равенства а) Cl-; б) Cl- и NH4+; в) K+; г) NO3- и Н+, получим ионно-молекулярные уравнения соответствующих реакций:

а) CdS + 2H+ = Cd2+ + H2S

б) Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3

в) 2OH- + H2S = S2- + 2H2O

г) Ag+ + Cl- = AgCl


Задача № 215

Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс (окисление или восстановление) происходит при следующих превращениях Se0 → Se6+,   Cl0 → Cl5+, N5+ → N3-. На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + H2O + NH4NO3

Укажите окислитель и восстановитель.


Решение.

- Se0 – 6ē → Se6+ процесс окисления;

- Cl0 – 5ē → Cl5+ процесс окисления;

- N5+ + 8ē → N3- процесс восстановления.


     0             +5                      +2                                                -3

Zn + HNO3 → Zn(NO3)2 + H2O + NH4NO3

Коэффициенты в уравнении определим методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычислим, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отразим это в электронных уравнениях:

восстановитель       4     Zn0 – 2ē = Zn2+    процесс окисления

окислитель              1     N5+ + 8ē = N3-      процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов восемь. Разделив это число на 2, получаем коэффициент 4 для восстановителя и продукта его окисления, а при делении 8 на 8 получаем коэффициент 1 для окислителя и продукта его восстановления. Коэффициенты перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид

4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + 3H2O + NH4NO3

Задача № 236

В какой пробирке происходит реакция при внесении цинковых пластинок в растворы нитрата алюминия и сульфата железа?


Решение. Сравним стандартные электродные потенциалы металлов. Так как В, т.е. имеет большую алгебраическую величину, чем В, то взаимодействие  цинка с раствором нитрата алюминия не произойдет. Поскольку В меньше, чем В, то цинк будет реагировать с раствором сульфата железа:

Zn + FeSO4 = Fe + ZnSO4

Электронные уравнения:

восстановитель       1    Zn0 – 2ē = Zn2+    процесс окисления

окислитель              1    Fe2+ + 2ē = Fe0    процесс восстановления



Задача № 247

На чем основан принцип катодной защиты металлов? Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при катодной защите железа, если в качестве анода использовали металлолом.


Решение. Катодная защита основана на присоединении защищаемого металла к отрицательному полюсу источника постоянного тока, тогда как в качестве анода может служить закопанный в землю металлический лом. Электроны отнимаются от анода источником тока, анод (защищающий метал) разрушается, а на катоде происходит восстановление окислителя.

Например, при атмосферной коррозии:

Анодный процесс:                           Катодный процесс:

Ni0 - 2ē = Ni2+                                    ½ О2 + Н2О + 2ē = 2ОН-

Список литературы

1.                Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1981.

2.                Глинка Н.Л. Общая химия, 2000

3.                Зубович И.А. Неорганическая химия: Учебник для технол. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1989.

4.                Степин Б.Д. и др. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1994.

5.                Угай Я.А. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1984.