Исходя из мольной массы углерода и воды, определите абсолютную массу атома углерода и молекулы воды в граммах.

Решение:

По закону Авогадро: моль любого вещества содержит постоянную Авогадро Na структурных единиц[1]. Так как молярная масса углерода равна 12 г/моль, то следовательно, масса одной молекулы:

12/6,023*10²³ = 1,99*10^-23 г

Молярная масса воды равна 18 г/моль, следовательно, масса одной молекулы воды:

18/6,023*10²³ = 2,99*10^-23 г/моль

Ответ: Абсолютная масса атома углерода равна 1,99*10^-23 г, масса молекулы воды равна 2,99*10^-23 г/моль

Задача 36

Какие из электронных формул, отражающих строение невозбужденного атома некоторого элемента неверны: 1) 1s²2s²2p⁶3s¹, 2)  1s²2s²2p⁶, 3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴, 4)1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s², 5)1s²2s²2p⁶3s²3d². Почему? Атомам каких элементам отвечают правильно составленные электронные формулы?

Решение:

1. Рассмотрим первую электронную формулу: 1s²2s²2p⁶3s¹. Заполнение электронов происходит в соответствии с правилом Клечковского. Данная формула отвечает элементу Na

2. Вторая электронная формула: 1s²2s²2p⁶. Заполнение электронов происходит в соответствии с правилом Клечковского. Данная формула отвечает элементу Nе.

3. Рассмотрим третью электронную формулу: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁴. Заполнение третьего электронного уровня происходит против правила Клечковского, т.е. после 3р подуровня должен идти 4s подуровень. Формула ошибочна.

4. Рассмотрим четвертую электронную формулу: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s². Заполнение электронов происходит в соответствии с правилом Клечковского. Данная формула отвечает элементу Са.

5. Пятая электронная формула: 1s²2s²2p⁶3s²3d². Заполнение третьего электронного уровня происходит против правила Клечковского, т.е. после 3s подуровня должен идти 3p подуровень. Формула ошибочна.

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:

Сродство к электрону – это 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[2].

В периодической системе Д.И. Менделеева 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 77

Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (ВС) объясняет симметричную треугольную форму молекулы BF₃?

Решение

Электронная формула элемента бора: B ~ 1s²2s²2p¹

Три sp-гибридные орбитали имеют оси, лежащие в одной плоскости, и направленные в вершины одностороннего (правильного) треугольника, углы между осями sp²-гибридных орбиталей  составляют 120 °.

Перекрывание sp²-гибридных орбиталей  атома B с АО трех атомов F приводит к образованию треугольной молекулы BF₃.

Задача 85

Напишите термохимическое уравнение реакции между СО(г) и водородом, в результате которой образуются СН₄ (г) и Н₂О (г). Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было получено 67,2 л метана в пересчете на нормальные условия?

Решение

СО(г) + Н₂(г) = СН₄ (г) + Н₂О

                           67,2 л

∆ Н_обр (СН₄) = 74,85 кДж

n(СН₄) = 67,2/22,4 = 3 моль

∆ Н_р= 74,85кДж/ моль * 3 моль = 224,55 кДж

Ответ: количество теплоты, которое выделится при рассматриваемой реакции равно ∆ Н_р=224,55 кДж

Задача 118

Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₃O₄, протекающая по уравнению?

Fe₃O₄ (к) + СО (г) = 3 FeO (к) + СО₂ (г)

∆ Н = + 34,55 кДж

Решение:

∆Н = ∆Н (СО₂) + 3∆Н (FeO) - ∆Н (СО) - ∆Н (Fe₃O₄)

∆ S = ∆ S (СО₂) + 3∆ S (FeO) - ∆ S (СО) - ∆ S (Fe₃O₄)

Выпишем из литературных источников стандартные значения энтальпии[3]:

∆Н (СО₂) = -393,51 кДж / моль, ∆Н (FeO) = -264,85 кДж / моль, ∆Н (СО) = -110,53 кДж / моль, ∆Н (Fe₃O₄) = -1117,13 кДж / моль

∆Н = -393,51 + 3* (-264,85) – (-110,53) – (-1117,13) = 39,6 кДж

∆S (СО₂) = 213,66 Дж/моль К, ∆S (FeO) = 60,75 Дж/моль К, ∆S (СО) = 197,55 Дж/моль К, ∆S (Fe₃O₄) = 146,19 Дж/моль К

∆ S = 213,66 + 3*60,75 – 197,55 – 146,19 = 52,17 Дж/К = 0,05217 кДж/К

∆G = ∆Н - Т∆S

Реакция протекает самопроизвольно, когда ∆G<0

∆Н - Т∆S<0

Т> ∆Н/∆S

Т>39,6 кДж/ 0,05217 кДж/К = 759 К

Ответ: реакция восстановления Fe₃O₄ начнется при температуре 759 К

Задача 133

Напишите выражения для константы равновесия гетерогенной системы С+ Н₂О (г) ↔ СО + Н₂

Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции – образования водяных паров?

Решение:

Запишем уравнение для константы равновесия в данной системе:

К  = [СО][ Н₂]/ [Н₂О]

В соответствии с принципом Ле-Шателье[4], для того, чтобы сместить направление реакции в сторону исходных веществ (образования водяных паров) необходимо увеличит концентрацию продуктов реакции, либо повысить давление системы.  

Задача 160

Из 10 кг 20-%-го раствора при охлаждении выделилось 400 г соли. Чему равна процентная концентрация охлажденного раствора?

Решение:

Масса соли в 20-%-го растворе равна: 10000*0.2 = 2000 г. В 10 кг раствора 20%-го раствора содержится 400 г соли. Масса раствора после охлаждения равна: 10000-400 = 9600 г. Масса соли в растворе после охлаждения равна: 2000 – 400 = 1600 г. Процентная концентрация раствора равна: 1600/9600*100 = 16,67 %

Ответ: процентная концентрация раствора равна 16,67 %

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 242

Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинники при взаимодействии ее с растворами а) CuSO₄, б) MgSO₄, в) Pb(NO₃ )_2. Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций?

Решение:

Zn + CuSO₄ →

Zn + MgSO₄ →

Zn + Pb(NO₃ )₂ →

Металл вытесняет из растворов солей других металлов все другие металлы, стоящие правее его в ряду напряжения металлов[5]. Медь стоит правее цинка в ряду напряжений, т.е.

Zn + CuSO₄ → Zn SO₄ + Cu

Zn – 2е = Zn²⁺ окисление, восстановитель

Cu²⁺ + 2е = Cu восстановление, окислитель

Таким образом, масса цинковой пластинки уменьшится, т.к. цинковая пластинка перейдет в раствор

Zn + MgSO₄ →

Данная реакция невозможна, масса цинковой пластинки остается прежней.

Zn + Pb(NO₃ )₂ → Zn (NO₃ )₂ + Pb

Zn – 2е = Zn²⁺ окисление, восстановитель

Pb ²⁺ + 2е = Pb восстановление, окислитель

Таким образом, масса цинковой пластинки уменьшится, т.к. цинковая пластинка перейдет в раствор

Список используемой литературы

1. Воронин Г.Ф. Основы термодинамики. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987.

2. Герасимов Я.И. Курс физической химии. Т.1, 2. М.: Химия, 1969.

3. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы физической химии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1993.

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

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

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

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

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

[3] Воронин Г.Ф. Основы термодинамики. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987.

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

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