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. Эквивалентная масса КОН равна его молярной массе, т.е. 56 г/моль. Следовательно, в 1,291 г КОН содержится эквивалентов. Отсюда эквивалент фосфористой равен 0,023 моль. Эквивалентная масса H₃PO₃ равна 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 № 40

Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит «провал» одного 5s-электрона на 4d-подуровень. 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 № 32 (германий)  и № 42 (молибден) электронные формулы имеют вид:

₃₂Ge  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²

₄₂Mo  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶5s¹4d⁵

Германий относится к р-элементам, так как у него заполняется электронами р-подуровень внешнего уровня, а молибден к d-элементам, так как у него заполняется электронами d-подуровень второго снаружи уровня, а на внешнем уровне остается один электрон.

Задача № 60

Атомы каких элементов четвертого периода периодической системы образуют оксид, отвечающий их высшей степени окисления Э₂О₅? Какой из них дает газообразное соединение с водородом? Составьте формулы кислот, отвечающих этим оксидам, и изобразите их графически.

Решение. Высшая степень окисления элемента соответствует номеру группы периодической системы, в которой он находится. Э₂О₅ в данном оксиде степень окисления элемента равна +5, следовательно, по таблице Менделеева Д.И. находим V группу; на пересечении ее с четвертым периодом находим два элемента – ванадий и мышьяк. Газообразное соединение с водородом из них дает мышьяк – H₃As – арсин. Формулы кислот, отвечающие Э₂O₅:

- HVO3, HAsO3                      O                                              ║                                       H ─ O ─ Э ═ O - H3VO4, H3AsO4                   O                                              ║                                       H ─ O ─ Э ─ O ─ H                                                                 │                                                                O                                                                ‌│                                                                 H

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, 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:

Задача № 160

Из 10 кг 20%-ного раствора при охлаждении выделилось 400 г соли. Чему равна массовая доля охлажденного раствора?

Решение. Масса вещества 10000 г (1 кг = 1000 г) 20%-ного раствора равна г. После охлаждения масса вещества уменьшилась на 400 г, т.е. стала равной г, и масса раствора также уменьшилась на 400 г и стала равной г. Следовательно, процентная концентрация охлажденного раствора равна .

Задача № 220

При смешивании растворов  Al₂(SO₄)₃ и Na₂S каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.

Решение. Соль Al₂(SO₄)₃ гидролизуется по катиону, а Na₂S - по аниону:

Al³⁺ + Н₂О = AlОН²⁺ + Н⁺

S^2- + Н₂О = НS^- + ОН^-

Если растворы этих солей находятся в одном сосуде, то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы Н⁺ и ОН^- образуют молекулу слабого электролита Н₂О. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца с образованием Al(ОН)₃ и Н₂S. Ионно-молекулярное уравнение:

2Al³⁺ + 3S^2- + 3Н₂О = 2Al(ОН)₃ + 3Н₂S

молекулярное уравнение:

2Al₂(SO₄)₃ + 3Na₂S + 3Н₂О = 2Al(ОН)₃ + 3Н₂S + 3Na₂SO₄

Задача № 240

Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) PH₃ и HBr; б) K₂Cr₂O₇ и Н₃РО₃; в) HNO₃ и H₂S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме

AsH₃ + HNO₃ → H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O

Решение. Атом того или иного элемента в своей высшей степени окисления не может ее повысить (отдать электроны) и проявляет только окислительные свойства, а в своей низшей степени окисления не может ее понизить (принять электроны) и проявляет только восстановительные свойства. Атом же элемента, имеющий промежуточную степень окисления, может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

а) степень окисления n (Р) в указанном соединении равна -3 (низшая), n (Br) соответственно равна -1 (низшая), следовательно, между данными веществами окислительно-восстановительная реакция происходить не может, т.к. они оба являются восстановителями.

б) n (Сr) в указанном соединении равна +6 (высшая), n (Р) соответственно равна +3 (промежуточная). Отсюда следует, что между данными веществами окислительно-восстановительная реакция происходить может: т.к. K₂Cr₂O₇ – окислитель, Н₃РО₃ – может быть и восстановителем и окислителем.

в) n (N) в указанном соединении равна +5 (высшая), n (S) соответственно равна -2 (низшая). Отсюда следует, что между данными веществами окислительно-восстановительная реакция происходить может: т.к. HNO₃ – окислитель, H₂S – восстановитель.

     -3                    +5                            +5                 +4

AsH₃ + HNO₃ → H₃AsO₄ + NO₂ + H₂O

Коэффициенты в уравнении определим методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычислим, как изменяют свою степень окисления восстановитель и окислитель, и отразим это в электронных уравнениях:

восстановитель       1     As^3- - 8ē = As⁵⁺    процесс окисления

окислитель              8     N⁵⁺ + 1ē = N⁴⁺   процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которое присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов восьми. Разделив это число на 8, получаем коэффициент 1 для восстановителя и продукта его окисления, а при делении 8 на 1 получаем коэффициент 8 для окислителя и продукта его восстановления. Коэффициенты перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид

AsH₃ + 8HNO₃ = H₃AsO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

Задача № 280

Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН. Чему равна сила тока, если в течении 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г газа? Сколько литров газа (н.у.) выделилось при этом на катоде?

Решение. В растворе КОН находятся гидратированные ионы К⁺ и ОН^-, а также молекулы воды. Если в этот раствор погрузить инертные электроды и пропустить постоянный электрический ток, то ионы будут двигаться к электродам: катионы К⁺ - к катоду, анионы ОН^- - к аноду. Однако вместо ионов натрия восстанавливаются молекулы воды (т.к. калия имеет малый стандартный электродный потенциал):

2H₂O + 2ē = H₂ + 2OH^-

а на аноде окисляются молекулы воды:

2H₂O - 4 ē = О₂ + 4 H⁺

В итоге на катоде выделяется водород, на аноде – кислород. Общее уравнение электролиза раствора КОН в ионной форме имеет вид

электролиз

4H₂O + 2H₂O                2H₂ + О₂ + 4OH^- + 4Н⁺

или в молекулярной форме:

электролиз

2H₂O                 2H₂ + О₂

Согласно законам Фарадея

,

где: m – масса вещества, окисленного или восстановленного на электродах; Э – эквивалентная масса вещества; I – сила тока, А; t – продолжительность электролиза,  с.   Эквивалентная   масса  кислорода  равна 16 / 2 = 8 г/моль,  t = = 4520 (1 ч 15 мин 20 с = 4520 с), подставляя данные значения в формулу, получим:

А.

По закону эквивалентов

,

где: m₁ – масса вещества 1, г; М_{эк (1)} – молярная масса эквивалента вещества 1, г/моль; V₂ – объем вещества 2, л; V_{эк (2)} – эквивалентный объем вещества 2, л/моль, в нашем случае V_эк (Н₂) = = 11,2 л/моль.

л.

Задача № 300

Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем никеля, если покрытие нарушено? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии.

Решение. Никель имеет более отрицательный потенциал (-0,25 В), чем железо (-0,037), поэтому он является анодом, а железо катодом.

Анодный процесс:

Ni⁰ - 2ē = Ni²⁺

Катодный процесс:

½ О₂ + Н₂О + 2ē = 2ОН^-

Так как ионы Ni²⁺ с гидроксильной группой образуют нерастворимый гидроксид, то продуктом коррозии будет Ni(OH)₂.

Список литературы

1.                Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1981.

2.                Глинка Н.Л. Общая химия, 2000

3.                Зубович И.А. Неорганическая химия: Учебник для технол. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1989.

4.                Степин Б.Д. и др. Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1994.

5.                Угай Я.А. Общая химия. – М.: Высшая школа, 1984.