На нейтрализацию 0,944 г фосфористой кислоты Н₃РО₃ израсходовано 1,291 г гидроксида калия. Вычислите молярную массу эквивалента, фактор эквивалентности и основность кислоты. На основании проделанных вычислений составьте уравнение реакции.

Решение:

Н₃РО₃ + КОН = К₃РО₃ + Н₂О

0,944 г    1,291 г

Эквивалентом называется весовое количество элемента, соединяющееся с одной (точнее с 1,008) весовой частью водорода или замещающее ее в соединениях. Элементы соединяются между собой в определенных весовых количествах, соответствующих их эквивалентам[1].

Эквивалентная масса КОН равна молярной массе и равна 56 г/моль.

0,943 г Н₃РО₃ соответствует 1,291 г КОН

     х   г Н₃РО₃ соответствует 56 г/моль

Тогда эквивалентная масса кислоты равна:

0,943 * 56 / 1,291 = 40,9 г/моль = 41 г/моль.

Эквивалент кислоты равен отношению эквивалентной массы к молярной массе кислоты и равен:

41 / 82 = 0,5 моль

Основность кислоты – число атомов кислорода, способных замещаться на металл. В данной реакции основность кислоты равна:

1/0,5 = 2.

Задача 38

Сколько протонов и нейтронов содержат ядра изотопов? Составьте электронную формулу данного атома, подчеркните валентные электроны. Распределите электроны этого атома по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится этот элемент? ₂₂⁴⁷Ti и  ₂₂⁴⁸Ti

Решение:

₂₂⁴⁷Ti и  ₂₂⁴⁸Ti

Число нейтронов в ядре атома элемента равно разности округленного до целого значения атомной массы А_r и числа протонов (порядкового номера)[2]. Таким образом, число нейтронов в ₂₂⁴⁷Ti равно:

47 – 22 = 25

Число нейтронов в ₂₂⁴⁸Ti равно:

48 – 22 = 26

Электронная формула элемента:

1s²2s² 2p⁶3s²3p⁶4s²3d²

4 s ² и 3d² – валентные электроны

Распределение электронов по квантовым ячейкам выглядит следующим образом (рис.1):

Рисунок 1 – Распределение электронов по квантовым ячейкам в атоме элемента Ti

У рассматриваемого элемента четыре валентных электрона.

Данный элемент относится к семейству d- элементов.

Задача 43

Приведите по два элемента, относящихся к s-, p-, d – электронным семействам. Ответ мотивируйте строением внешних и предвнешних  (для d-элементов) уровней атомов.

Ответ:

Элементы s-электронного семейства

К семейству s-элементов относится, например, бериллий Ве. Его электронная формула 1s² 2s².

Графическое распределение электронов представлено на рис. 1

Рисунок 1 – Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома бериллия

Также к семейству s-элементов относится кальций. Электронная формула элемента имеет вид: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s². Графическое распределение электронов по квантовым ячейкам представлено на рис. 2:

Рисунок 2 – Графическое распределение электронов по квантовым ячейкам в атоме элемента кальция

Элементы р-электронного семейства

Элемент с порядковым номером 9 – F (фтор).  Его электронная формула: 1s²2s²2p⁵. Данный элемент относится к семейству р-элементов. Графическое распределение электронов представлено на рис. 3.

Рисунок 3 – Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома фтора

Электронная формула элемента алюминия Al:

1s²2s² 2p⁶3s²3p¹

Распределение электронов по квантовым ячейкам выглядит следующим образом (рис.4):

Рисунок 4 – Распределение электронов по квантовым ячейкам в атоме элементаAl

Атом элемента алюминия содержит семь валентных электронов на внешнем энергетическом уровне.

Данный элемент относится к семейству р- элементов.

Элементы d-электронного семейства

Элемент с порядковым номером 28 – Ni (никель).  Его электронная формула: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d⁸. Данный элемент относится к семейству d-элементов. Графическое распределение электронов представлено на рис. 5

Рисунок 5 – Графическое распределение электронов у атома никеля

Электронная формула элемента скандия Sc:

1s²2s² 2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹

Распределение электронов по квантовым ячейкам выглядит следующим образом (рис.6):

Рисунок 6 – Распределение электронов по квантовым ячейкам в атоме элемента Sc

У рассматриваемого элемента три валентных электрона.

Данный элемент относится к семейству d- элементов.

Задача 97

Какие из перечисленных оксидов могут быть получены окислением металла при стандартных условиях: CaO, FeO, BaO.

Решение:

Окислением металла при стандартных условиях может быть получен оксид кальция CaO:

2 СаО + О₂ = 2 СаО

и оксид бария:

2 ВаО + О₂ = 2 ВаО.

На воздухе щелочноземельные металлы тотчас покрываются пленкой.

Закись железа FeO получается при высокой температуре в результате взаимодействия железа с водяными парами:

Fe + Н₂О = FeO + Н₂↑

Задача 102

Определите изменение скорости прямых газовых реакции при увеличении давления в 2 раза:

1)    Н₂ + Cl₂ = 2 HCl

2)    N₂O₄ = 2NO₂

Решение:

Рассмотрим реакцию 1:

Н₂ + Cl₂ = 2 HCl

v_пр  = k[Н₂][ Cl₂]

Вместо концентраций в газовых реакциях используют парциальные давления газов:

v_пр  = k р(Н₂) р(Cl₂)

При увеличении давления системы вдвое возрастают и парциальные давления газов:

v_пр1  = 2р(Н₂)  2р(Cl₂)

v_пр1/ v_пр = 2р(Н₂)  2р(Cl₂)/ р(Н₂) р(Cl₂) = 4

Таким образом, при увеличении давления системы скорость прямой реакции увеличится в 4 раза

Рассмотрим реакцию 2:

N₂O₄ = 2NO₂

Скорость прямой реакции равна:

v_пр  = k р(N₂O₄)

После увеличения давления в системе скорость реакции будет равна:

v_{пр 1} = k 2 р(N₂O₄)

Изменение скорости реакции составит:

v_{пр 1} / v_пр  = k 2 р(N₂O₄) / k р(N₂O₄) = 2

Таким образом, при увеличении давления системы скорость прямой реакции увеличится в 2 раза

Задача 128

Применяя принцип Ле Шателье, укажите, в каком направлении произойдет смещение равновесия системы

СО + H₂O ↔ CO₂ + H₂   ∆ H = +2.85 кДж

Если:

а) увеличить концентрацию водорода, б) понизить температуру, в) понизить концентрацию диоксида углерода.

Решение:

СО + H₂O ↔ CO₂ + H₂   ∆ H = +2.85 кДж

а) Согласно закону действия масс и принципу Ле Шателье  при увеличении концентрации одного из реагирующих веществ, участвующих в реакции, химическое равновесие сдвигается в таком направлении, чтобы отношение произведения новых равновесных концентраций продуктов к произведению новых равновесных концентраций реагентов стало равным константе равновесия.

Т.е. при увеличении концентрации одного из реагентов (водорода) равновесие сместится в сторону образования продуктов реакции.

б) В соответствии с принципом Ле Шателье при понижении температуры химическое равновесие смещается в направлении экзотермической реакции. Рассматриваемая реакция (прямая) является эндотермической, т.е. ∆ H >0. Таким образом, при понижении температуры химическое равновесие сместится в сторону образования реагентов.

в) При понижении концентрации диоксида углерода (одного из продукта реакции) химическое равновесие сместится в сторону образования реагентов (по принципу Ле Шателье).

Задача 171

Подберите по три молекулярных уравнения реакции, которые выражается следующими уравнениями:

Н⁺ + ОН^- = Н₂О

Ва²⁺ + СО₃^2- = ВаСО₃

Решение:

Первому уравнению реакции могут соответствовать следующие процессы:

КОН + HCl = КCl + Н₂О

H₂SO₄ + NaOH =  Na₂SO₄ + Н₂О

HNO₃ + NH₄OH = NH₄ NO₃ + Н₂О

Второму уравнению реакции будут соответствовать следующие процессы:

ВаCl₂ + К₂ СО₃ = ВаСО₃ + 2 КСl

(СН₃СОО)₂ Ва  + 2NH₄ СО₃ = ВаСО₃  +2 NH₄ СН₃СОО

ВаS  + К₂ СО₃ = ВаСО₃  + К₂ S

Задача 219

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

Cr₂(SO₄ )₃ + H₂O₂ + NaOH → Na₂SO₄ + NaCrO₄ + Н₂О

Na₂SO₃ + O₂ → Na₂SO₄

Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, а какое – восстановителем, какое вещество окисляется, а какое – восстанавливается.

Решение:

 3+                    -1                                          +7             -2

Cr₂(SO₄ )₃ + H₂O₂ + NaOH → Na₂SO₄ + NaCrO₄ + Н₂О

2 Cr³⁺  - 8 е → 2 Cr⁷⁺| 2 | окисление, восстановитель

2 O^-1 + 2 е → 2 О^-2 | 8 | восстановление, окислитель

4 Cr³⁺  +16 O^-1 = 4Cr⁷⁺ + 16 О^-2

Cr₂(SO₄ )₃ + 4 H₂O₂ +  8NaOH → 4 Na₂SO₄ + 2 NaCrO₄ + 8Н₂О

     +4       0            +6 -2

Na₂SO₃ + O₂ → Na₂SO₄

S⁺⁴ – 2 е→ S⁺⁶ | 2 | окисление, восстановитель

O₂⁰   + 4 е → 2 O^-2 | 1 | восстановление, окислитель

2 S⁺⁴ + O₂⁰ = 2 S⁺⁶ + 2 O^-2

2 Na₂SO₃ + O₂ → 2 Na₂SO₄

Задача 232

В две пробирки с синим раствором сульфата меди опустили цинковую и серебряную пластинки. В какой пробирке цвет раствора постепенно изменится и почему?

Решение:

Процессы, происходящие в пробирках, можно выразить следующими уравнениями реакций:

CuSO₄ + Zn

CuSO₄ +Ag

Как известно, каждый металл вытесняет из растворов солей все другие металлы, стоящие правее его в электрохимическом ряду напряжений. Таким образом, цинк способен вытеснить медь из раствора сульфата меди. Реакция протекает следующим образом:

CuSO₄ + Zn = Zn SO₄ + Cu

Так как раствор сульфата меди имеет голубую окраску, а раствор сульфата цинка – бесцветный, то цвет раствора постепенно изменится.

Взаимодействие серебряной пластинки с раствором сульфата меди принципиально невозможна, т.к. серебро находится правее меди в электрохимическом ряду напряжений.

Задача 257

Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, протекающих при протекторной защите стали в морской воде с помощью цинкового сплава.

Решение:

Протекторная защита осуществляется путем присоединения к защищаемому металлу более активного металла, который легче окисляется и тем самым предохраняет металл от коррозии.

Цинковая защита стали:

Анодный процесс

Zn – 2е = Zn²⁺ окисление, восстановитель

Катодный процесс

O₂ + 2Н₂О + 4 е = 4 ОН^- восстановление, окислитель