Вариант 60

Задача № 24

Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Решение. Электронные формулы изображают распределение электронов в атоме по энергетическим уровням и подуровням (атомным орбиталям). Электронная конфигурация обозначается группами символов nl^х, где n - главное квантовое число, l - орбитальное квантовое число (вместо него указывают соответствующее буквенное обозначение - s, p, d, f), x - число электронов в данном подуровне (орбитали). При этом следует учитывать, что электрон занимает тот энергетический подуровень, на котором он будет обладать наименьшей энергией - меньшая сумма n+l.

Заполнение энергетических уровней и подуровней идет в такой последовательности: 1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→ (5d¹)→4f→(5d^2-10)→6р→7s→(6d¹)→5f→(6d^2-10)→7р

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно его порядковому номеру в таблице Д.И.Менделеева, то для элементов № 9 (фтор)  и № 28 (никель) электронные формулы имеют вид:

₉F  1s²2s²2p⁵

₂₈Ni  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁸4s²

Электронная структура атома может быть изображена также в виде схем размещения электронов в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются схематическим изображением атомных орбиталей (АО):

	s
n = 1	↑↓		p
n = 2	↑↓	↑↓	↑↓	↑

₉F

s

n = 1

↑↓

p

n = 2

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

d

n = 3

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑

↑

f

n = 4

↑↓

₂₈Ni         

Задача № 42

Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s- и p-элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?

Решение. Энергией ионизации I называется коли­чество энергии, необходимое для отрыва электрона от невозбужденного атома:

Э⁰ + I =Э⁺ + ē

Энергия ионизации выражается в кдж/г-ат или эв/атом. Значения энергии ионизации в эв/атом численно равны потенциалам ионизации в в.

Наименьшей энергией ионизации (3 - 5 эв) обла­дают s-элементы I группы, наибольшей — s- и р-элементы VIII группы. Возрастание энергии ионизации (соответственно возрастание восстановительной активности) при переходе от s-элементов I группы к р-элементам VIII группы обусловливается возрастанием эф­фективного заряда ядра. Восстановительная активность s- и p-элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера уменьшается, так как увеличивается радиус и уменьшается эффективный заряд ядра.

Задача № 105

 Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ΔS для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

Решение. Энтропия отражает движение частиц веществ и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц.

В первой системе энтропия возрастает, так как хотя в жидком состоянии молекулы могут свободно двигаться,  для газа возможность хаотического движения больше. Во второй системе энтропия уменьшается, так как уменьшается возможность хаотического движения: в соответствии с sp²-гибридизацией графита атомы углерода в нем объединяются в макромолекулы С, углеродные слои объединяются в кристаллическую решетку в основном за счет межмолекулярных сил – поэтому графит довольно мягок и легко расслаивается, а в алмазе,  вследствие sp³-гибридизации каждый атом образует равноценные прочные σ-связи с четырьмя соседними – это обуславливает его исключительную твердость.

Для  первого  превращения  ΔS = ΔS - ΔS;  для второго  -  ΔS = = ΔS - ΔS. Используя табличные данные, определим стандартные энтропии Н₂О (г), Н₂О(ж), С (графит), С (алмаз):

Н₂О (г) = 188,72 Дж/(моль*К);

Н₂О(ж) = 69,94 Дж/(моль*К);

С (графит) = 5,69 Дж/(моль*К);

С (алмаз) = 2,44 Дж/(моль*К).

а) ΔS = 188,72 – 69,94 = 118,78 Дж/(моль*К);

б) ΔS = 2,44 – 5,69 = -3,25 Дж/(моль*К).

Вывод. При фазовых превращениях изменение энтропии происходит в большем диапазоне, чем при аллотропических превращениях.

Задача № 130

В гомогенной газовой системе А + В ↔ С + D равновесие установилось при концентрациях: [В] = 0,05 моль/л, [С] = 0,02 моль/л. Константа равновесия системы равна 0,04. Вычислите исходные концентрации веществ А и В.

Решение. Константа равновесия данной системы

В выражение К_р входят только равновесные концентрации всех веществ системы.

По уравнению реакции моли всех веществ равны, следовательно, [С]_р = [D]_р = [В]_прор. = [А]_прор. =0,02 моль. Отсюда определим равновесную концентрацию вещества А:

моль/л

Следовательно  исходные  концентрации  веществ  А и В равны: [А]_исх.=  [A]_рав. + [А]_прор. = моль/л;

[В]_исх.= [В]_рав. + [В]_прор.  = моль/л.

Задача № 147

Для осаждения в виде AgCl всего серебра, содержащегося в 100 см³ раствора AgNO₃, потребовалось 50 см³ 0,2 н. раствора HCl. Какова нормальность раствора AgNO₃? Какая масса AgCl выпала в осадок?

Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных соотношениях, то растворы равной нормальности реагируют в равных объемах. При разных нормальностях объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям, т.е.

, откуда

н.

Эквивалент AgNO₃ равен моль (100 см³ = 0,1 л), следовательно, эквивалент AgCl также равен 0,01 моль. Эквивалентная масса AgCl равна его мольной массе, т.е. 143,37 г/моль. Отсюда масса AgCl равна г.

Вариант 20

Задача № 20

На нейтрализацию 0,943 г фосфористой кислоты H₃PO₃ израсходовано 1,291 г КОН. Вычислите эквивалент, эквивалентную массу и основность кислоты. На основании расчета напишите уравнение реакции.

Решение. По закону эквивалентов:

Эквивалентная масса КОН равна его молярной массе, т.е. 56 г/моль, отсюда

г/моль

Так как мольная масса H₃PO₃ равна 82 г/моль, то основность данной кислоты .

Уравнение данной реакции имеет вид

H₃PO₃ + 2KOH = K₂HPO₃ + 2H₂O

Задача № 100

При получении эквивалентной массы гидроксида кальция из CaO (к) и Н₂О (ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция.

Решение. Эквивалентная масса Са(ОН)₂ равна ½ его мольной массы, т.е. г/моль. При получении 37 г/моль гидроксида кальция выделяется 32,53 кДж тепла, определим, сколько теплоты выделится при получении 74 г/моль (1 моль) гидроксида кальция:

кДж

Если в результате реакции выделяется теплота, то ΔН < 0. Учитывая сказанное, составим термохимическое уравнение данной реакции:

СаО (к) + Н₂О (ж) = Са(ОН)₂ (к);     ΔН_х.р. = -65,06 кДж.

Для решения задачи применим вывод из закона Гесса:

Используя табличные данные, определим теплоты образования Са(ОН)₂ (к), Н₂О (ж):

кДж;

кДж;

;

кДж/моль.

Задача № 120

Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:

2CH₄ (г) = С₂Н₂ (г) + 3Н₂ (г)

N₂ (г) + 3Н₂ (г) = 2NH₃ (г)

С (графит) + О₂ (г) = СО₂ (г)

Почему в этих реакциях ΔS > 0; < ; = 0?

Решение.

Используя табличные данные, определим стандартные энтропии CH₄ (г), С₂Н₂ (г), Н₂ (г), N₂ (г), NH₃ (г), С (графит), О₂ (г) и СО₂ (г):

CH₄ (г) = 186,19 Дж/(моль*К);

С₂Н₂ (г) = 200,82 Дж/(моль*К);

Н₂ (г) = 130,59 Дж/(моль*К);

N₂ (г) = 191,49 Дж/(моль*К);

NH₃ (г) = 192,50 Дж/(моль*К);

С (графит) = 5,69 Дж/(моль*К);

О₂ (г) = 205,03 Дж/(моль*К);

СО₂ (г) = 213,65 Дж/(моль*К).

1. Дж/(моль*К);

2. Дж/(моль*К);

3. Дж/(моль*К).

Энтропия отражает движение частиц веществ и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц.

В первой системе энтропия возрастает ΔS > 0, так как увеличивается количество молекул газа, возможность хаотического движения больше. Во второй системе энтропия уменьшается ΔS < 0, так как уменьшается количество молекул газа, возможность хаотического движения меньше. В третьей системе энтропия не изменяется ΔS = 0, так как количество молекул газа остается неизменным.

Задача № 140

Исходные концентрации [NO]_исх и [Cl₂]_исх в  гомогенной  системе 2NO +  + Cl₂ ↔ 2NOCl составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% NO.

Решение. Константа равновесия данной системы

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражении К_р входят только равновесные концентрации всех веществ системы.

После того как прореагировало 20% NO, его концентрация стала моль/л – равновесна концентрация NO. Т.е. в реакцию вступило 0,1 моль NO ([NO]_исх. – [NO]_прор. = 0,5 – 0,4 = 0,1), следовательно, концентрация прореагировавшего Cl₂ равна моль/л (по уравнению реакции на 2 NO приходится 1Cl₂). Отсюда равновесная концентрация Cl₂ равна моль/л. Равновесная концентрация NOCl равна концентрации прореагировавшего NO, т.е. 0,1 моль/л.

Следовательно: