Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58 % кислорода. Вычислите эквивалентную, мольную и атомную массы этого элемента.

Решение:

Ме₂О₃

По закону эквивалентов:

Эквивалентная масса кислорода равна 8 г/моль

Эквивалентная масса оксида элемента равна (2х + 24) г/моль

По условию задачи:

8 г/моль   - 31,58%

(2х + 24) г/моль – 100%

Эквивалентная масса элемента равна:

(2х + 48) = 16*100/31,58 = 50,66

2х + 48  = 50,66

2х = 50,66 – 48

 31,58 %  - 48 г/моль

100%  - х г/моль

х = 100*48 / 31,58 = 151,99 г/моль – молярная и атомная масса металла – это европий.

Эквивалентная масса металла равна:

151,99/3 = 50,66 г/моль

Задача 27

Какие орбитами заполняются электронами раньше: 4d или 5s, 6s или 5 р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 43.

Решение:

5 s – орбитали электронами раньше заполняются, чем 4d- орбитали, 5p -  раньше, чем 6 s

Это можно объяснить тем, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором обладает наименьшей энергией – меньшая сумма n+1 – правило Клечковского.

Электронная формула элемента со номером 43:

1s²2s² 2p⁶ 3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d⁵

Задача 45

Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? Ответ мотивируйте строением атома соответствующего элемента.

Решение:

Сродством к электрону называется энергия, выделяющаяся при образовании отрицательного иона из нейтрального атома и электрона, т.е. отвечающая процессу Э + е^- →е^-.

Сродство к электрону может  выражаться в Электрон-вольтах и в Дж/моль.

В периодической системе неметаллы – это элементы главных подгрупп (A), начиная с III A группы. Обычно неметаллы обладают высокой энергией ионизации (1680 кДж/моль для F, 1404 кДж/моль для N и 999 кДж/моль для S). В соответствии со склонностью атомов элементов образовывать положительные и отрицательные одноатомные ионы различают электроположительные и электроотрицательные элементы. Атомы электроотрицательных элементов очень прочно удерживают собственные электроны и имеют тенденцию принимать дополнительные электроны в химических реакциях. Атомы электроположительных элементов обладают низким сродством к электрону. Атомы таких элементов слабо удерживают собственные электроны и имеют тенденцию терять эти электроны в химических реакциях. Самыми электроположительными элементами являются типичные металлы, самыми электроотрицательными – типичные неметаллы.

Электроотрицательный характер элементов уменьшается при переходе сверху вниз в пределах главных групп и уменьшается при переходе слева направо в пределах периодов.

Задача 92

При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия?

Решение:

NH₃ + О₂ → Н₂О + NO

                                 44.8 л

В результате данной реакции выделилось 44,8/22,4 = 2 моль NO. Энтальпия образования 1 моль NO равна 90,25 кДж. Следовательно, в результате данной реакции выделится 90,25*2 = 180,5 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)

∆Н_обр (NH₄Cl)[1] = -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)

 S_обр (NH₄Cl)[2] = 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).  

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 203

Какие из солей Al₂(SO₄)₃, К₂S_,  Pb(NO₃)₂, KCl подвергаются гидролизу? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей. Какое значение рН (>7<) имеют растворы этих солей?

Решение:

Al₂(SO₄)₃ – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, подвергается гидролизу по катиону:

Al³⁺ + H₂O = AlOH²⁺ + H⁺

Al₂(SO₄)₃  + 2H₂O = 2AlOH SO₄ + H₂ SO₄

AlOH²⁺ + H₂O = Al(OH)₂⁺ + H⁺

2 AlOH SO₄ + 2H₂O = (Al(OH)₂)₂ SO₄ + H₂ SO₄

Гидролиз протекает обычно по двум ступеням, самопроизвольно гидроксид алюминия не образуется. Реакция среды раствора кислая, рН < 7.

К₂S – соль, образованная слабой кислотой и сильным основанием, подвергается гидролизу по аниону.

S^2- + H₂O = Н S^- + ОН^-

К₂S + H₂O = КНS + КОН

Н S^- + H₂O = Н₂ S + ОН^-

КНS + H₂O = Н₂ S + КОН

Реакция среды в растворе щелочная, рН > 7.

Pb(NO₃)₂ – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, подвергается гидролизу по аниону. Гидролиз проходит аналогично гидролизу Al₂(SO₄)₃ 

Pb²⁺ + H₂O = PbОН⁺ + Н⁺

Pb(NO₃)₂ + H₂O = PbОН NO₃ + Н NO₃

Реакция раствора кислая, рН < 7.

KCl – соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой. Гидролизу не подвергается.

Задача 223

Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

As^3- → As⁵⁺

N³⁺→ N^3-

S^2- → S⁰

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O → Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

Решение:

As^3- → As⁵⁺

As^3- - 8 е = As⁵⁺ процесс окисление, восстановитель

N³⁺→ N^3-

N³⁺ + 6е = N^3- процесс восстановление, окислитель

S^2- → S⁰

S^2- - 2е = S⁰ процесс окисление, восстановитель

      +4          +7                             +6      +4

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂O → Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

S⁺⁴ -2 е = S⁺⁶ | 3 | процесс окисление, восстановитель

Mn⁺⁷ + 3е = Mn⁺⁴ | 2 | процесс восстановление, окислитель

3 S⁺⁴  +2 Mn⁺⁷ = 3 S⁺⁶  + 2 Mn⁺⁴

3Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + H₂O → 3Na₂SO₄ + 2MnO₂ +2KOH

Задача 277

При электролизе растворов MgSO₄ и ZnCl₂, соединенных последовательно с источником тока на одном из катодов выделится 0,25 г водорода. Какая масса вещества выделится на другом катоде, на анодах?

Решение:

При электролизе водных растворов электролитов в электродных процессах может принимать участие, кроме электролита, вода.

В результате электролитического разложения воды на катоде образуется водороды, а на аноде – кислород.

Н⁺ + е = Н⁰ или Н₃О⁺ + е = Н⁰ + Н₂О

А ионы ОН^-, также содержащиеся в воде, одновременно подходят к аноду и там разряжаются

2 ОН^- - 2е = О + Н₂О

Атомные водород и кислород тут же вступают во вторичные процессы, не имеющие электрохимической природы и заключающиеся в образовании двухатомных молекул.

2 Н⁰ = Н₂

2 О⁰ = О₂

Суммарное уравнение процессов:

Восстановление на катоде:

2Н⁺ + 2е = Н₂

окисление на аноде:

4 ОН^- - 4 е = О₂  + 2 Н₂О

или 4Н⁺ + 4 ОН^- = 2Н₂ + О₂ + 6 Н₂О

Электролиз раствора MgSO₄:

На катоде выделяется только водород:

2Н⁺ + 2е = Н₂  - восстановление на катоде

4 ОН^- - 4 е = О₂  + 2 Н₂О  - окисление на аноде

4Н⁺ + 4 ОН^- = 2Н₂ + О₂ + 6 Н₂О

                        0,25 г  -  х г

                          4 г  -     32 г

х = 0,25*32 / 4 = 2 г – масса кислорода, выделившегося на аноде

Электролиз раствора ZnCl₂:

Zn²⁺ + 2е  = Zn⁰ - восстановление на катоде

2 Cl^- - е = Cl₂ - окисление на аноде

4Н⁺ + 4 ОН^- + Zn²⁺ + 2 Cl^- = Zn⁰ + Cl₂ + 2Н₂ + О₂ + 6 Н₂О

                                                 х г      х₁ г    0,25 г 2 г

                                         65,4 г      71 г

х = 65,4 * 0,25 / 2 = 8,17 г

х₁ = 8,17 * 71 / 65,4 = 8,87 г