Содержание

Задача 8. 2

Задача 26. 2

Задача 55. 3

Задача 67. 5

Задача 95. 6

Задача 108. 6

Задача 133. 7

Задача 150. 8

Задача 233. 8

Задача 252. 9

Список литературы.. 10

Задача 8

Вычислите эквивалент и эквивалентную массу H₃PO₄ в реакциях образования:

а) гидрофосфата; б) дигидрофосфата; в) ортофосфата

Решение:

а) H₃PO₄ + 2 КОН =   К₂Н PO₄+ 2 Н₂О

В данной реакции 1 моль кислоты отдает 2 моль водорода, следовательно, фактор эквивалентности ½ , эквивалент равен 2, а молярная масса эквивалента равна:

½ * 98 = 49 г/ моль

б) H₃PO₄ +   КОН =   КН₂ PO₄+ Н₂О

В данной реакции 1 моль кислоты отдает 1 моль водорода, следовательно, фактор эквивалентности 1 , эквивалент равен 1, а молярная масса эквивалента равна:

1 * 98 = 98 г/ моль

в) H₃PO₄ +   3КОН =   К₃ PO₄+ 3Н₂О

В данной реакции 1 моль кислоты отдает 3 моль водорода, следовательно, фактор эквивалентности 1/3 , эквивалент равен 3, а молярная масса эквивалента равна:

1/3 * 98 = 32,66 г/ моль

Задача 26

Изотоп никеля -57 образуется при бомбардировке α-частицами ядер атомов железа – 54. Составьте уравнения реакции и напишите его в сокращенной форме.

Суммы массовых чисел (цифры, стоящие у символа элемента внизу слева) и алгебраические суммы зарядов должны быть равны. Данная ядерная реакция:

²⁶₅₆Fe+ ⁴ ₂He = ²⁸₅₇Ni + ² ₁D

или в сокращенной форме:

²⁶Fe (α, n) ²⁸Ni

Задача 55

Какую низшую и высшую степени окисления проявляют кремний, мышьяк, селен и фтор? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

Решение:

Кремний (Si) находится в IV А группе Периодической системы, порядковый номер элемента – 14, атомный вес – 28. Атом кремния имеет три слоя электронов: в первом – 2 электрона, во втором – 8 и в третьем, наружном, слое – 4 электрона. Из положения в Периодической системе и строения атома следует, что кремний занимает промежуточное положение между элементами, атомы которых относительно легко отдают электроны, и элементами, атомы которых присоединяют электроны. Поэтому можно ожидать, что атом кремния не будет полностью отдавать или принимать валентные электроны при химических реакциях, а будет образовывать ковалентные связи с другими атомами. Это предположение подтверждается фактами: четыре валентных электрона атома кремния обычно образуют четыре пары общих электронов с другими атомами (четыре ковалентные связи)[1]. Поэтому в огромном большинстве соединений кремний четырехвалентен[2]. Степени окисления, проявляемые кремнием: +4, (+2), (-4). Состав высших окcида кремния отвечает формуле RO₂(SiO₂ – высшая степень окисления кремния: +4), а водородного соединения – RН₄ (SiH₄ – низшая степень окисления кремния: -4).

Мышьяк (As) является элементом VA группы Периодической системы, порядковый номер элемента – 33, атомный вес – 74,9. Мышьяк является р-элементом, имеет в наружном слое 5 электронов. Мышьяк проявляет в соединениях степени окисления: +5, +3, -3. Оксид мышьяка отвечает формуле R₂O₃ (As₂O₃ – степень окисления мышьяка: +3), высший оксид мышьяка отвечает формуле R₂O₅ (As₂O₅ – высшая степень окисления элемента: +5), водородное соединение мышьяка отвечает формуле RH₃ (AsH₃ – низшая степень окисления элемента: -3).

Селен (Se) является элементом VI группы Периодической системы, порядковый номер элемента – 34, атомный вес – 78,9. Селен имеет на внешнем уровне шесть электронов (s²p⁴), но у него есть незаполненный d-уровень, поэтому он может иметь до шести неспаренных электронов и в соединениях проявлять степень окисления — 2, +4 и +6.

Оксид селена отвечает формуле RO₂ (SeO₂– степень окисления селена: +4, при растворении данного оксида в воде образуется селенистая кислота H₂SeO₃, а при окислении последней образуется селеновая кислота H₂SeO₄, степень окисления селена: +6), водородное соединение селена отвечает формуле RH₂ (H₂Se – низшая степень окисления элемента: -3).

Фтор является элементом VII А группы Периодической системы. Как и все галогены, имеет структуру внешней электронной оболочки s²p⁵. Поэтому он легко принимает электрон, образуя устойчивую благородногазовую электронную оболочку (s²р⁶). Галогены — очень активные элементы. Они могут отнимать, электроны не только у атомов, которые их легко отдают, но и у ионов и даже вытеснять другие галогены, менее активные, из их соединений. Так, фтор вытесняет хлор из хлоридов, хлор - бром из бромидов, а бром — йод из иодидов.

         Из всех галогенов только фтор, находящийся во II периоде, не имеет незаполненного d-уровня. По этой причине он не может иметь больше одного неспаренного электрона и проявляет валентность только -1. водородное соединение фтора отвечает формуле HR (HF – степень окисления фтора: -1), кислородное соединение фтора отвечает формуле OR₂ (OF₂ – фтористый кислород, степень окисления фтора: -1).

Задача 67

Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и возбужденном состоянии? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами.

Решение:

Распределение электронов в атоме серы в невозбужденном состоянии выглядит следующим образом:

   S                                                      3d                                                                                                                                                                 3p

   3s

При возбуждении атома серы увеличение числа неспаренных электронов может происходить за счёт перехода на вакантную M-орбиталь только 3p-электронов или 3p- и 3s-электронов:

S*                                                       3d                         S**                       3d

                 3p                                                              3p

   3s                                                                3s

Из приведённых схем видно, что в основном состоянии атом серы имеет два неспаренных электрона ¾ это отвечает двухвалентному состоянию серы, которое проявляется в соединениях серы с водородом и металлами. В возбуждённом состоянии атом серы может иметь четыре или шесть неспаренных электронов. В таких случаях сера выступает как четырёхвалентный элемент, образуя, например, диоксид серы SO₂, или как шестивалентный элемент в молекуле триоксида серы SO₃.

Задача 95

Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

С₆Н₆ (ж) + 7 ½ О₂ (г) = 6 СО₂ (г) + 3 Н₂О (г); ∆Н = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж.

Решение:

Термохимическое уравнение данной реакции:

∆Н_х.р. = ∑∆Н_обр^прод - ∑∆Н_обр^исх

∆Н_х.р. = 3∆Н_Н_2О^обр + 6∆H_СО₂^обр - ∆H_С_6Н₆^обр

Стандартные теплоты (энтальпии) образования простых веществ (кислорода) условно приняты равными нулю.

∆Н_х.р = 3*(-241,83 ) + 6* (-393,51) – 33,9 = - 3120,45 кДж

Задача 108

Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ, вычислите ∆G°₂₉₈ реакции, протекающей по уравнению

NH₃ (г) + HCl (г) = NH₄Сl (к)

Может ли это реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

Решение:

∆Н_х.р. = ∑∆Н_обр^прод - ∑∆Н_обр^исх

∆Н_х.р. = ∆Н_обр (NH₄Cl) - ∆Н_обр(HCl) - ∆Н_обр(NH₃)

Из справочника физико-химических величин получаем[3]:

∆Н_обр(NH₄Cl) = -314.2 кДж / моль;

∆Н_обр (HCl) = -91.8 кДж / моль

∆Н_обр (NH₃) = -46.19 кДж / моль

∆Н_х.р = -314.2 – (-91.8) – (-46.19) = -176.21 кДж

S_х.р. = ∑S_обр^прод - ∑S_обр^исх

∆Н_х.р. = ∆Н_обр (NH₄Cl) - ∆Н_обр(HCl) - ∆Н_обр(NH₃)

S_х.р. = 2 S_обр (NH₄Cl) - S_обр (HCl) –S_обр (NH₃)

Из справочника физико-химических величин получаем[4]:

S_обр (NH₄Cl) = 95.8 Дж/ моль К;

S_обр (HCl) = 30, 63 Дж/ моль К;

S_обр (NH₃) = 186.6 Дж/ моль К;

S_х.р = 95.8 -30.63 – 186.6= -121.43 Дж/К = -0,121 кДж/К

Изобарно-изотермический потенциал системы выражается уравнением:

∆G = ∆Н - Т∆S,

где ∆Н – энтальпия, кДж; ∆S – энтропия, Дж/(моль К)

∆G = -176.21 – 298 * (-0,121) = 121,67 кДж

∆G > 0, самопроизвольная реакция невозможна

Задача 133

Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы Н₂О(г) + С ↔ СО + Н₂. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции образования водяных паров?

Решение:

Константа равновесия в данной системе будет выражаться уравнением

К = [СО][ Н₂]/ [Н₂О]

Для того, чтобы сместить направление реакции в сторону исходных веществ необходимо увеличит концентрацию продуктов реакции, либо повысить давление системы (в соответствии с принципом Ле-Шателье[5]).

Задача 150

Какой объем 50%-го раствора КОН (пл. 1, 538 г/см³) требуется для приготовления 3 л 8%-го раствора (пл. 1,048 г/см³).

Решение:

Масса приготовленного раствора равна:

3000 * 1,048 = 3144 г

Масса растворенного вещества равна:

3144 * 8% / 100% = 251,52 г

Масса исходного раствора равна

251,52/0,5 = 503,04 г

Тогда объем исходного раствора равен:

503,04 / 1, 538 = 327,07 см³

Задача 233

Реакции выражаются схемами:

HNO₃ + Zn→ NO₂ + Zn (NO₃)₂ + H₂O

Fe SO₄ +KClO₃+ H₂SO₄ → Fe₂ (SO₄)₃ + KCl + H₂O

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое восстановителем, какое вещество окисляется, какое – восстанавливается.

Решение:

HNO₃ + Zn→ NO₂ + Zn (NO₃)₂ + H₂O

N⁺⁵ + 1 е → N⁺⁴ | 2 | восстановление, окислитель

Zn⁰ – 2 е → Zn²⁺ | 1 | окисление, восстановитель

2N⁺⁵+ Zn⁰ → 2N⁺⁴ + Zn²⁺

4HNO₃ + Zn→ 2NO₂ + Zn (NO₃)₂ + 2H₂O

Fe SO₄ +KClO₃+ H₂SO₄ → Fe₂ (SO₄)₃ + KCl + H₂O

Fe²⁺ - 1 e → Fe³⁺ | 6| окисление, восстановитель

Cl⁺⁵   + 6 e → Cl^-1   | 1| восстановление, окислитель

6 Fe²⁺+ Cl⁺⁵   → 6 Fe³⁺ + Cl^-1

6 Fe SO₄ +KClO₃+ 3 H₂SO₄ → 3 Fe₂ (SO₄)₃ + KCl + 3 H₂O

Задача 252

Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластин, опущенных в растворы своих волей с концентрацией каждого [Pb²⁺ ] = [Mg²⁺ ] = 0.01 моль / л. Изменится ли ЭДС этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз?

Решение:

Схема гальванического элемента:

(-) Mg| Mg²⁺| | Pb²⁺| Pb (+)

Магний имеет меньший потенциал (-2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс.

Mg⁰ – 2 e = Mg²⁺

Свинец, потенциал которого-0,127 В (больше, чем у остальных), - катод, на котором протекает восстановительный процесс.

Pb²⁺+ 2е = Pb⁰

Для определения ЭДС следует из потенциала пары вычесть потенциал анода.

Так как концентрация ионов в растворе равна 1 моль/л, то ЭДС будет равна разности стандартных потенциалов двух электродов:

ЭДС = Е Pb²⁺- E Mg⁰ = -0.127 – (-2.37) = 2.24 В. При увеличении концентраций каждого в два раза, ЭДС не изменится.

Список литературы

1.     Химия / Под ред. В. Шретера . – М.: Химия, 1986. – 648 с.

2. Ходаков Ю.В., Цветков Л.А. Химия – М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1961. – 424 с.

3. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. – Л.: Химия, 1977. – 376 с.

4. Краткий справочник физико-химических величин. – Л.: Химия, 1983. – 232 с.

5. Некрасов Б.В. Учебник общей химии. – М.: Химия, 1972. – 472 с.

[1] Химия / Под ред. В. Шретера . – М.: Химия, 1986. – 648 с.

[2] Ходаков Ю.В., Цветков Л.А. Химия – М.: Государственное учебно-педагогическое издательство министерства просвещения РСФСР, 1961. – с.176.

[3] Краткий справочник физико-химических величин. – Л.: Химия, 1983. – с..80.

[4] Краткий справочник физико-химических величин. – Л.: Химия, 1983. – с..80.

[5] Некрасов Б.В. Учебник общей химии. – М.: Химия, 1972. – 472 с.