А - Донской государственный технический университет
advertisement
А.С. Кужаров А.В.Хохлов В.Э. Бурлакова Сборник индивидуальных заданий, типовые задачи, примеры решения контрольных заданий по химии Ростов-на-Дону, 2008 Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Донской государственный технический университет Сборник индивидуальных заданий, типовые задачи, примеры решения контрольных заданий по химии Методическое обеспечение рейтинговой системы Ростов-на-Дону, 2008 2 УДК 546(075.8) К88 А.С.Кужаров, А.В.Хохлов, В.Э. Бурлакова. Сборник индивидуальных заданий, типовые задачи, примеры решения контрольных заданий по химии: Метод. обеспечение рейтинговой системы по химии. Ростов-наДону: Издательский центр ДГТУ, 2008. ISBN 5-7890-0127-0 Представлено описание лабораторных работ, индивидуальные задания, типовые задачи, примеры решения контрольных заданий, вопросы к коллоквиумам по химии. Предназначено студентам 1 курса всех специальностей. Печатается по решению редакционно-издательского Донского государственного технического университета Научный редактор к.х.н., доц. В.С.Болотников Рецензент д.х.н., проф. С.Б. Булгаревич Издательский центр ДГТУ, 2008 3 совета Введение Настоящее учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей технического университета. Общая химия является основным элементом химической подготовки инженера. Курсы общей химии, читаемые в ДГТУ, соответствуют требованиям ГОС для соответствующих специальностей. Обучение студентов на кафедре химии проводится в рамках рейтинговой системы РИТМ, что обеспечивает систематическую работу студентов в течение семестра и состоит из восьми модульных заданий, каждое из которых включает: - теоретическое изучение отдельных разделов курса для усвоения основных теоретических положений и закономерностей общей химии; - закрепление и углубление теоретических представлений, а также приобретение навыков при экспериментальном исследовании основных свойств элементов и их соединений в ходе лабораторного практикума; - отработку умений использовать теоретические знания в процессе решения практических задач. Индивидуальные задания предназначены для самостоятельной подготовки к контрольным мероприятиям (коллоквиумы, самостоятельные работы). Все виды работ, выполненные студентом, получают соответствующую оценку, что обеспечивает более объективный подход к оценке знаний студента. Кроме того, рейтинговая система предоставляет возможность студенту самостоятельно определить темп и глубину изучения материала как в пределах одного модуля, так и всего курса. Предлагаемое пособие способствует, на наш взгляд, сознательному изучению общей химии, более глубокому усвоению фундаментальных химических понятий, развитию у студентов химического мышления, что позволяет использовать полученные знания на практике. ИЗУЧАЕМЫЕ ТЕМЫ: БЛОК 1 Тема 1. Основные классы неорганических соединений Тема 2. Атомно-молекулярная теория Тема 3. Строение атома. Периодический закон Д.И. Менделеева Тема 4. Химическая связь и строение молекул Тема 5. Химическая кинетика и равновесие Тема 6. Неорганическая химия 4 БЛОК 2 Тема 7. Дисперсные системы. Концентрация растворов. Ионные реакции в растворах электролитов. Гидролиз солей. Свойства растворов неэлектролитов. Коллоидные растворы. Тема 8. Окислительно-восстановительные реакции Тема 9. Общие и электрохимические свойства металлов Тема 10. Основы химической термодинамики Тема 11. Органическая химия и высокомолекулярные соединения(ВМС) ПРАВИЛА РАБОТЫ И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ Перед началом каждой лабораторной работы следует изучить по учебнику относящийся к ней теоретический материал. Ни одну аналитическую реакцию нельзя выполнять, пока не будет ясна ее химическая сущность. 1. При выполнении лабораторной работы необходимо строго соблюдать указания преподавателя и лаборантов. 2. Рабочее место, посуда и приборы всегда должны быть безукоризненно чистыми, необходимо следить за чистотой реактивов в склянках и никогда не опускать использованную пипетку в склянку с другим реактивом. Если окажется, что реактив загрязнен, то его надо заменить свежим. 3. Нельзя пробовать вещества на вкус. 4. Концентрированные кислоты, щелочи и дурно пахнущие реактивы должны находиться в вытяжном шкафу. 5. Обращение с концентрированными кислотами и щелочами требует осторожности, т.к., попадая на кожу или одежду, они вызывают ожоги или порчу одежды. Нельзя засасывать их в пипетки ртом. При попадании на кожу кислоты или щелочи пораженное место обмывают большим количеством воды под краном. Если необходимо, остатки кислоты нейтрализуют раствором Na2CO3, а остатки щелочи раствором уксусной кислоты. 6. Нельзя наклоняться над сосудом с нагреваемой жидкостью, а также над сосудом, в котором смешивают какие-либо вещества, особенно жидкости. Наблюдать за ходом реакции в стеклянном сосуде следует через его стенки. 7. Нельзя выливать в раковину растворы кислот, щелочей и солей ртути, выбрасывать осадки, фильтры, битое стекло, бумагу и т.п. Для этого служат керамические банки или эмалированные ведра. 8. Во избежание отравлений в лаборатории категорически воспрещается принимать пищу. Необходимо тщательно мыть руки после работы. 9. Нельзя держать горючие, легко воспламеняющиеся и летучие вещества (спирт, бензол, сероуглерод и т.п.) вблизи пламени или сильно нагретых приборов. 5 10. Следует экономно расходовать электроэнергию, газ, водопроводную и дистиллированную воду. 11. Нельзя наливать горячую жидкость в толстостенную стеклянную посуду, так как она может лопнуть. 12. После выполнения, лабораторной работы необходимо привести рабочее место в порядок, сдать его дежурному и только тогда можно оставить лабораторию. БЛОК 1 1. 2. 3. 4. Общие задания для всех вариантов по темам 1-6 Максимальное количество баллов Выполните лабораторную работу «Классы неорганических соединений» ............………………………………………………....... 20 Выполните лабораторную работу «Определение молярной массы эквивалента метал-ла» ………………………………....................... 20 Выполните самостоятельные работы .............…...................... 504 Сдайте коллоквиум .................................……...............................100 Индивидуальные задания для всех вариантов по темам 1-6 (блок 1) Максимальное количество баллов за каждое задание-10: 5. Найдите массовую долю… 6.Рассчитайте… 7.Определите… 8.Определите методом МО возможность образования связи в молекуле X … 9. Объясните по методу валентных связей образование ковалентной связи в молекуле Y… 10. Решите задачу. 11. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции … 12.Температурный коэффициент реакции равен Y. Как изменится скорость реакции при изменении температуры от T1 до T2 … Индивидуальные задания выполняются в соответствии с номером варианта, полученным студентом у преподавателя. Номера задач для всех вариантов приведены в таблице в конце методического пособия. Задание 5 1. Серы в CuSO45H2O 2. Натрия в Na2SO47H2O 16.Углерода в СН3СООН 17. Углерода в C2H5OH 6 3. Меди в CuSO45H2O 18. Водорода в H 2MoO4 4. Марганца в Mn2O7 19. Серы H2SO4 5. Углерода в C6H6 20. Фосфора в H3PO4 6. Кислорода в CH3COOH 21. Азота в N2O5 7. Меди в CuS 22. Углерода в CO 8. Молибдена в MoO2Cl2 23. Серы в Tl3AsS4 9. Серы в SF6 24. Хлора в COCl2 10. Фтора в HF 25. Водорода в ацетоне 11. Лития в LiTaO3 26. Кремния в кремниевой кислоте 12. Фосфора в Na2HPO4 27. Железа в гидроксиде железа(III) 13. Хлора в NaCl 28. Натрия в гидроксиде натрия 14. Углерода в C2H5ONa 29. Кальция в гидроксиде кальция 15. Кислорода в Mg(NO3)26H2O 30. Хлора в HClO4 Задание 6 31. Массу (г) атома меди 32. Массу (г) молекулы воды 33. Массу (г) молекулы водорода 34. Массу (г) атома гелия 35. Массу (г) молекулы углекислого газа 36. Массу (г) атома железа 37. Массу (г) атома азота 38. Массу (г) атома хрома 39. Массу (г) молекулы дигидрофосфата натрия 40.Массу (г) молекулы гидроксокарбоната меди. 41. Массу (г) 1 л кислорода при 750 мм рт. ст. и температуре 20 оС 42. Объем (см3) 2 г гелия при давлении 200,0 атм. и температуре 100оС 43. Давление 5 г сероводорода при 293 К в объеме 0,1 мл 44. Молекулярную массу газа, если 3,428 г его при нормальных условиях (н.у.) занимают объем 1200 мл 45. Объем (см3) 150 г воды при нормальных условиях 46. Массу (г) 5 л водорода при 300 К и 100,7 кПа 47.Массу г) 1 м3 азота при 10оС и 102,9 кПа 48. Объем (см3) водорода при 17оС и 102,45 кПа, выделившегося при растворении 1,5 г цинка в соляной кислоте 49. Объем 3 г кислорода при 0оС и 101,3 кПа 50. Массу (г) одной молекулы гидроксосульфата бария 51. Массу (г) одной молекулы гидроксида меди 52. Массу (г) одной молекулы сульфата хрома 53. Массу (г) одной молекулы хромовой кислоты 54. Массу (г) одной молекулы нитрата серебра 55. Массу (г) одной молекулы дигидроксохлорида алюминия 56. Массу (г) одной молекулы нитрата железа(III) 7 57. Массу (г) одной молекулы сульфита калия 58. Массу (г) одной молекулы гидроксида кобальта(II) 59. Массу (г) одного атома кальция 60. Массу (г) одного атома калия Задание 7 61. Какие значения орбитального квантового числа возможны для атома с максимальным значением главного квантового числа, равным 5 62. Сколько значений магнитного квантового числа возможно для электронов энергетического подуровня с орбитальным квантовым числом, равным 6 63. Длину волны электрона, имеющего скорость 2,2103 64. Сколько свободных d-орбиталей содержится в атомах Cl, Mn, Ti, U 65. Атому какого элемента соответствует электронная формула 1s22s22p63s23p63d104s24p1 66.Сколько неспаренных электронов в основном и возбужденных состояниях имеет атом хлора, и какие орбитали они занимают. 67. Период, группу и подгруппу в периодической таблице элемента № 120 68. Особенности электронного строения атомов хрома и меди, обусловленных провалом электронов 69. Какое максимальное число электронов может содержать атом в электронном слое с главным квантовым числом 4 70. Электронную конфигурацию атомов элементов 8 и 87 и составьте графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей их атомов 71.По положению в периодической таблице, какой элемент 1-й группы проявляет наиболее ярко выраженные металлические свойства 72. По положению в периодической таблице, как изменяются неметаллические свойства элементов 7-й группы 73. Какой гидроксид является более сильным основанием. Ответ обоснуйте: а) NaOH или СsOH; б) Ca(OH)2 или Zn(OH)2 74. Как меняется сила кислот в ряду HF, HCl, HBr, HI 75. Электронную конфигурацию атомов элементов 28 и 85 и составьте графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей их атомов 76. Электронную конфигурацию атомов элементов 25 и 68 и составьте графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей их атомов 77. У какого элемента Mo или Te ярче выражены металлические свойства 78. Электронную конфигурацию атомов элементов 15 и 84 и составьте графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей их атомов 8 79. Электронные конфигурации серы в основном и возбужденных состояниях, представьте их графические схемы и определите возможные валентности 80. Какой из элементов 2-й группы обладает наиболее выраженными металлическими свойствами 81. Электронные конфигурации атома висмута в нормальном и возбужденном состояниях. Составьте их графические схемы. Определите возможные валентности 82. Электронные конфигурации хлора в основном и возбужденных состояниях, представьте их графические схемы и определите возможные валентности 83.Электронные конфигурации фосфора в основном и возбужденных состояниях, представьте их графические схемы и определите возможные валентности 84.Электронные конфигурации иода в основном и возбужденных состояниях, представьте их графические схемы и определите возможные валентности 85.Почему фтор не может проявлять валентность, равную номеру группы 86.Какие элементы не могут проявлять валентность, равную номеру группы 87.Длину волны де Бройля для атома гелия, имеющего скорость 500 м/с 28.Длину волны де Бройля для молекулы азота, имеющего скорость 500 м/с 89. Длину волны де Бройля для атома натрия, имеющего скорость500 м/с 90. Длину волны де Бройля для атома бария, имеющего скорость 500 м/с 91. He2 97. F2 103. Ва2 109. Br2 115. Al2 92. Be2 98. CO 104. SiC 110. K2 116. Ne2 Задание 8 (Где X =…) 93. C2 94. B2 99. NO 100. H2+ 105. GeC 106. AlN 111. Ca2 112. S2 117. Ar2 118. Xe2 95. N2 101. Ne2 107. CsF 113. P2 119. Si2 Задание 9 (Где Y = …) 121. Хлороводород 136. Оксид углерода (II) 122. Фторид водорода 137. Ацетилен 123. Фторид бериллия 138. Этилен 124. Аммиак 139. Оксид бериллия 125. Вода 140. Хлорид кальция 126. Сероводород 141. Хлорид бора 127. Метан 142. Хлорид фосфора (III) 128. Пентахлорид фосфора 143. Фторид хлора (III) 9 96. O2 102. H2108. Cl2 114. Mg2 120. Kr2 129. Этан 130. Фосфин 131.Фторид кальция 132. Фторид кремния 133. Пентафторид сурьмы 134. Гексафторид серы 135.Оксид углерода (IV) 144. Хлорид мышьяка (III) 145. Гексахлорид серы 146. Пентафторид фосфора 147. Пентахлорид сурьмы 148. Бромид алюминия 149. Хлорид аммония 150. Фторид бора Задание 10 151. Напишите уравнения реакций, позволяющих осуществить следующие превращения: Mg MgSO4 Mg(NO3)2 MgO (CH3COO)2Mg. Окислительно-восстановительные реакции уравняйте методом электронно-ионного баланса. 152. Составьте уравнения химических реакций, позволяющих осуществить следующие превращения: карбонат кальция оксид кальция гидроксид кальция карбонат кальция нитрат кальция. 153. Дана схема превращений: Напишите уравнения реакций, обозначенных стрелками. Назовите неизвестные вещества. 154. Какой из щелочных металлов взаимодействует с азотом при обычных условиях? Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей схеме Определите неизвестные вещества. 155. Приведите способы получения галогеноводородов. Объясните, почему HJ нельзя получить способами, применяемыми для получения HCl? 156. Какой из металлов - ванадий, ниобий или тантал взаимодействует с азотной кислотой? Приведите уравнения соответствующих реакций 157. Какие соединения называются гидридами металлов. Составьте уравнения реакций получения гидрида кальция и взаимодействия его с водой. Приведите уравнения соответствующих реакций 158. Осуществите следующие превращения: BaSO4 BaS BaCO3 BaCl2 и 10 Ca(NO3)2 CaO Ca3(PO4)2 . Составьте уравнения соответствующих реакций, какие из них относятся к окислительно-восстановительным? 159. Укажите способы получения пероксида водорода, приведите уравнения соответствующих реакций. 160. Почему при добавлении раствора хромата калия к растворам CaCl2 и BaCl2, имеющим равную концентрацию, осадок выпадет только в растворе соли бария? 161. Составьте уравнения реакций последовательного превращения следующих веществ: TiCl4 Ti TiO2 TiCl4 Ti(OH)4 162. Напишите уравнения реакций, соответствующие следующей последовательности превращений: Назовите неизвестные вещества. 163. Составьте уравнения реакций. Назовите все вещества. Какие из приведенных реакций могут быть использованы для получения метафосфорной кислоты: а) P 2 в) H O H O 2 5 ... PO t 3 4 б) P HNO (конц ) ... 3 *C 20 ... г) P 2 O H O 5 2 ... 80*C 164. Дана схема превращений: Напишите уравнения реакций, назовите вещества. 165. Напишите уравнения реакций, соответствующих последовательности превращений: Mn Mn(NO3)2 K2MnO4 X Mn. вещество. Определите неизвестное 166. Приведите уравнения реакций взаимодействия HBr с а)Ca(OH)2; б)PCl3; в)H2SO4 (конц) ; г) KJ; д)Mg; е)KClO3; и укажите, какие свойства при этом проявляет HBr: кислоты; основания; окислителя; восстановителя. 167. Составьте уравнения реакций взаимодействия алюминия с: а)серой; б) углеродом; в)азотом; г) галогенами; д) фосфором; е)кремнием. 168. Рассчитайте, в каком случае получится больше хлора при одном и том же количестве соляной кислоты, если процесс идет по схемам: 11 MnO HCl MnCl Cl H O KMnO HCl KCl MnCl Cl H O 2 2 2 2 4 2 2 2 169. Напишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме: Определите неизвестные вещества. 170. К раствору, содержащему SbCl3 и BiCl3, добавили избыток раствора гидроксида калия. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций. Какое вещество находится в осадке? Задание 11. 171. 2Н2 + О2 2Н2О, если концентрацию водорода увеличить в 6 раз. 172. 3H2 + N2 2NH3, если концентрацию водорода увеличить в 7. 173. PCl5(тв) PCl3+ Cl2, если концентрацию хлора уменьшить в 4 раза. 174. 2СО + О2 2СО2, если уменьшить давление в системе в 4 раза 175. SO2+O2 SO3(газ) + Q кДж /моль,;при уменьшении объема в 3 раза 176. 4 HCl+O22H2O(газ)+2Cl2, если уменьшить давление в системе в 3 раза 177. 2H2S+O22H2O(газ)+2SO2,если увеличить объем системы в 4 раза 178. 2Al(тв) + 3Cl2 2AlCl3(тв), если увеличить объем системы в 2 раза 179. 2NO2 2NO + O2, если давление в системе увеличить в 5 раз 180. NO + O3 NO2 + O2, если концентрации исходных веществ увеличить в 4 раза 181. 2H2+I2(газ) 2HI(газ), если концентрацию водорода увеличить в 5 раз 182. 2NO + Cl2 2NOCl, если давление увеличить в 10 раз 183. C(тв) + O2 СО2,если давление увеличить в 5 раз 184. СО + Н2О(газ) СО2 + Н2, сли концентрации всех веществ увеличить в 12 раз 185. 2SO2(газ) + O2 2SO3(газ), если концентрации исходных веществ увеличить в 8 раз 186. H2 + I2(тв) 2HI(газ), если концентрации исходных веществ увеличить в 4 раза 187. H2 + Cl2 2HCl, если объем системы увеличить в 2 раза 188. 2NO + O2 2NO2, если концентрации всех веществ уменьшить в 3 раза 189. С(тв) + 2Н2 СН4, если давление в системе увеличить в 3 раза 12 190. Fe3 O4(тв) + 4СО 3Fe(тв) + 4CO2, если увеличить давление в системе в 5 раз 191. СО2 + С(тв) 2СО, если уменьшить объем системы в 15 раз 192. 4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O, если концентрации исходных веществ увеличить в 5 раз 193. СН4 + 2O2 2H2O(газ)+СO2, если концентрации исходных веществ увеличить в 12 раз 194. 2СО + O2 2СО2, (24); если увеличить давление в системе в 4 раза 195. 2СН3ОН( газ)+3O24H2O(газ)+2СO2, если увеличить концентрации исходных веществ в 5 раз 196. 2С6H6(газ) + 15O2 6H2O(газ) + 12СO2 если давление в системе уменьшить в 4 раза 197.С( тв)+2Н2СН4(газ), если давление в системе уменьшить в 3 раза 198. FeO(тв) + СO Fe(тв) + СO2, если концентрации всех веществ увеличить в 100 раз 199. S(тв) + O2 SO2(газ), если концентрации всех веществ увеличить в 15 раз 200. 2H2 + O2 2H2O(газ), если уменьшить объем системы в 40 раз Задание 12. (Где Y = …; Т1,(оС) =…; Т2,(оС) =…) 201. Y = 3; Т1 = 17; Т2 = 97. 202. Y = 4; Т1 = 450; Т2 = 270. 203. Y = 3; Т1 = 300; Т2 = 400. 204. Y = 2; Т1 = 50; Т2 = 0. 205. Y = 2; Т1 = 15; Т2 = 215. 206. Y = 4; Т1 = 0; Т2 = 50. 207. Y = 3; Т1 = 70; Т2 = 350. 208. Y = 2; Т1 = 50; Т2 = 150. 209. Y = 3; Т1 = 135; Т2 = 175. 210.Y = 4; Т1 = 70; Т2 = 170. 211.Y = 2; Т1 = 120; Т2 = 40. 212.Y = 3; Т1 = 30; Т2 = 90. 213.Y = 4; Т1 = 40; Т2 = 0. 214.Y = 3; Т1 = 100; Т2 = 150. 215.Y = 2; Т1 = 110; Т2 = 60. 216. Y = 4; 217. Y = 3; 218. Y = 3; 219. Y =2; 220. Y =2; 221. Y =4; 222. Y =3; 223. Y =2; 224. Y = 2; 225. Y = 2; 226. Y = 2; 227. Y = 2; 228. Y = 2; 229. Y = 2; 230. Y = 3; Т 1 = 240; Т2 = 140. Т 1 = 75; Т2 = 125. Т 1 = 120; Т2 = 80. Т 1 = 175; Т2 = 225. Т1 = 30; Т2 = 80. Т 1 = 35; Т2 = 95. Т 1 = 50; Т2 = 90. Т1 = 130; Т2 = 70. Т 1 = 130; Т2 = 90 . Т 1 = 260; Т2 =170. Т 1 = 100; Т2 = 20. Т 1 = 120; Т2 = 60. Т 1 = 240; Т2 = 170. Т 1 = 150; Т2 = 90. Т 1 = 125; Т2 = 55. Лабораторные работы к блоку 1 Лабораторная работа № 1 Свойства основных классов неорганических соединений Опыт 1. Взаимодействие основных оксидов с водой. 13 В пробирку насыпьте немного оксида кальция CaO и добавьте 1 мл воды. Содержимое пробирки хорошо перемешайте и прибавьте 2-3 капли раствора фенолфталеина. Как изменится цвет индикатора и почему? Опыт 2. Взаимодействие основных оксидов с кислотами. В пробирку насыпьте немного оксида кальция (около 0,1 г) и добавьте 1 мл раствора соляной кислоты HCl. Что наблюдаете? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Опыт 3. Взаимодействие амфотерных оксидов со щелочами и кислотами. В две пробирки насыпьте небольшое количество (около 0,1 г) оксида цинка ZnO. В первую прилейте 2-3 мл раствора соляной кислоты, во вторую 2-3 мл раствора гидроксида натрия. Что происходит? Проверьте растворимость оксида цинка в воде. Составьте уравнения всех процессов. Опыт 4. Взаимодействие оснований с кислотами (реакция нейтрализации). В пробирку налейте 1-2 мл раствора гидроксида натрия NaOH, добавьте 1-2 капли раствора фенолфталеина и медленно, по каплям, прибавьте 1-2 мл соляной кислоты HCl до изменения окраски индикатора. Что происходит? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Опыт 5. Исследование амфотерности гидроксидов цинка и хрома (III). Возьмите 2 пробирки. Налейте в первую пробирку 1 мл раствора сульфата цинка ZnSO4, во вторую - 1мл раствора сульфата хрома(III) Cr2(SO4)3. В каждую пробирку прибавьте по каплям раствор гидроксида натрия до образования осадков. Какого цвета осадки? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Перемешайте осадки легким встряхиванием и каждый осадок разделите на 2 пробирки. К одной части осадков добавьте раствор соляной кислоты, а к другой раствор гидроксида натрия (в избытке). Что наблюдаете? Напишите уравнения всех реакций в молекулярной и ионной формах. Опыт 6. Получение нерастворимых оснований. Налейте в пробирку 1 мл раствора хлорида железа(III) FeCI 3. Добавьте 1 мл раствора гидроксида натрия. Что образуется? Составьте уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Опыт 7. Взаимодействие кислот с солями. К 1-2 мл раствора нитрата свинца(II) Pb(NO 3)2 прилейте 1-2 мл раствора соляной кислоты. Что происходит? Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Опыт 8. Взаимодействия кислот с металлами Налейте в две пробирки по 1-2 мл разбавленной серной кислоты. В первую пробирку добавьте гранулу металлического цинка, а во вторую 14 - кусочек металлической меди. Что наблюдаете? Составьте уравнения реакций. Опыт 9. Получение солей из амфотерных гидроксидов. Даны растворы солей: FeCI2, BaCI2, CuSO4, ZnSO4, NaCI, AI (NO3)3. Какие из этих солей могут служить исходными веществами для получения амфотерных гидроксидов? Отберите подходящие для этой цели растворы солей, налейте в пробирки по 5 мл и добавьте в каждую малыми порциями раствор щелочи до выпадения осадка. Выпавшие осадки разделите в разные пробирки на две части. В первую часть добавьте избыток щелочи, во вторую - немного раствора соляной или серной кислоты до растворения осадка. Объясните происходящие процессы. Составьте уравнения реакций. Лабораторная работа № 2 Определение молярной массы эквивалента металла Для экспериментального определения молярной массы эквивалента металла используют прибор, состоящий из бюретки, соединенной с воронкой резиновой трубкой. Через систему пробок и трубок к бюретке присоединяют пробирку. Система укрепляется на штативе и заливается подкрашенной водой. Следует помнить, что водород - очень летучий газ. Поэтому необходимо проверить герметичность установки, для чего при закрытых пробках и присоединенной пробирке надо опустить кольцо с воронкой. Если прибор герметичен, то уровень воды в бюретке, немного понизившись, останется постоянным. Если уровни жидкости в бюретке и воронке, как в сообщающихся сосудах, выравниваются, то герметичность нарушена, и следует обратиться к преподавателю. В пробирку налейте 3-4 мл раствора серной кислоты (разбавление 1:4). Полоской фильтровальной бумаги снимите со стенок пробирки капли кислоты. Удерживая пробирку наклонно (следить, чтобы не выливалась кислота), поместите на сухую стенку пробирки кусочек металла, взвешенный с точностью до 0,0001 г. (Необходимо следить, чтобы металл не соприкасался с кислотой). Присоедините пробирку к прибору, удерживая ее в наклонном положении. Отметьте уровень воды в бюретке /V1 с точностью до 0,1 мл. Придерживая пробирку, стряхните металл в раствор кислоты. Выделяющийся водород будет собираться в бюретке. При этом вода из бюретки будет собираться в воронке. По окончании реакции дайте системе остыть и опустите кольцо с воронкой до нового уровня жидкости. Отметьте новый уровень жидкости V2. Разность уровней жидкости в бюретке после опыта и до опыта равна объему выделившегося водорода. VH2 = V2 - V1. Отметьте условия проведения опыта: давление (р) и температуру (Т). 15 По табл. 2.1 определите давление насыщенного водяного пара (h) при температуре проведения опыта. Экспериментальные данные внесите в табл. 2.2. Таблица 1 Давление насыщенного пара /h/, мм. рт. ст. h, мм рт.ст. h, мм рт.ст. TС TС 16 13,63 21 18,65 17 14,43 22 19,83 18 15,48 23 21,07 19 16,48 24 22,38 20 17,54 25 23,76 Таблица 2 Экспериментальные наблюдения. Масса р, t, Влажнос Уровень Метал мм рт.ст. C ть h, мм жидкост -ла рт.ст. и до m, г опыта V1, мл Уровень жидкости после опыта V, мл Объем выделивш егося водорода VH2, мл Для определения молярной массы эквивалента металла следует привести полученный объем водорода VH2 к нормальным условиям VH2, используя уравнение объединенного газового закона: p VH2/T = (p – h) VH2. Отсюда находят VH2 = (p – h) VH2 T/ pT И наконец, используя закон эквивалентов, получают: ЭМ = m 11200 / VH2. Вычислите атомную массу металла, если валентность его равна 2. Определите по таблице Д.И.Менделеева металл. Вычислите теоретическое значение молярной массы эквивалента металла. ,% = Эт - Ээ/ Эт, где Эт – рассчитанная эквивалента металла; Ээ - экспериментальная молярная масса эквивалента металла. Типовые задачи 1.Докажите амфотерные свойства оксида хрома(III) и гидроксида цинка, приведите уравнения соответствующих реакций. 2.Приведите формулы всех солей, которые могут образоваться при взаимодействии гидроксида алюминия и соляной кислоты. 3.Составьте формулы сульфата алюминия, дигидрофосфата кальция, гидроксокарбоната меди(II). Приведите их графические формулы. 16 4.Вычислите эквиваленты и молярные массы эквивалентов Ag2O, CaHPO4, (CuOH)2CO3, H3BO3. 5.Составьте формулы оксидов и гидроксидов следующих элементов: S+6, K+, Mn+7, Sn+2, P+5, Si+4. Определите, какие из них обладают основными, кислотными или амфотерными свойствами. Ответ аргументируйте уравнениями соответствующих реакций. 6.Составьте формулы оксидов, соответствующие следующим гидроксидам: Mn(OH)4, NaOH, H3PO4, HPO3. Составьте графические формулы всех соединений. 7.Определите плотность вещества, если 30 см3 его имеют массу 45 г. 8.Сколько сульфида железа должно получиться, если для проведения рекции взяли 8 г серы и 28 граммов железа? 9.Определите простейшую формулу поташа, если массовый состав этого вещества: калия - 56,6%, углерода - 8,7%, кислорода - 34,8%. 10.При сжигании 1,55 г фосфора получено 3,53 г фосфорного ангидрида. Определите количественный состав фосфорного ангидрида. 11.Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалентов ортофосфорной кислоты в реакциях обмена с едким натром, в результате которых образуются нормальная и кислые соли. 12.Из 1,4 г кальция получили 2,52 г его сульфида. Определите молярную массу эквивалента металла. 13.Плотность газа по воздуху 1,52. Определите относительную молекулярную массу газа. 14.Вычислите молекулярную массу газа, если при 25оС и 800 мм рт. ст. 350 мл его имеют массу 0,78 г. Определите его относительную плотность по воздуху. 15.Какой объем при нормальных условиях занимают 1020 молекул газа. 16.Составьте полную электронную формулу элемента, расположенного в 6-ом периоде, 7-й группе, главной подгруппе. 17.Газообразный гидрид элемента "Э" имеет формулу ЭН 2. Определите формулу его высшего оксида и его молекулярную массу, если плотность гидрида по воздуху равна 1,172 18. Объясните, почему сера и хлор проявляют максимальную степень окисления, равную номеру группы, а кислород и фтор таковой не проявляют. 19. Какие из перечисленных молекул будут неполярными: H 2S, HF, CCl4, NH3, BCl3. Дайте мотивированный ответ. 20.Учитывая sp3-гибридизацию углерода, укажите, в какой из молекул дипольный момент наибольший: а) CH4, б) CH3Cl, в) CH2Cl2, г) CHCl3, д) CCl4? 21. Укажите, какие молекулы, из перечисленных ниже, имеют угловую форму: H2O, BeCl2, CO2, H2S? Примеры решения типовых задач 17 1. Составьте формулы оксидов и гидроксидов следующих элементов: Cl+7, Al+3, Cr+6, Sr+2. Решение: Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Кислород во всех соединениях имеет валентность, равную 2. Формула оксида определяется правилом: произведение валентности кислорода на индекс в формуле, указывающий число атомов кислорода в молекуле, равно такому же произведению другого атома в молекуле. Одновременно произведение валентностей элементов равно произведению индексов этих элементов в формуле. Учитывая вышесказанное, имеем, например, для семивалентного хлора: формула оксида хлора (VII) Cl2O7. Аналогично получим: Al2O3, CrO3, SrO. Гидроксиды (гидраты оксидов) – формально можно рассматривать как продукты присоединения воды к молекуле оксида. Основным оксидам в качестве гидратов соответствуют основания. В формуле основания на первое место записывают металл, за ним записывают гидроксогруппы. Число гидроксогрупп равно валентности металла SrO + H2O Sr(OH)2 Кислотным оксидам в качестве гидратов соответствуют кислоты (продукты присоединения молекулы воды к кислотным оксидам). В формуле кислоты на первое место записывают водород, за ним центральный атом и на последнем месте кислород. Cl2O7 + H2O H2Cl2O8 2HClO4. CrO3 + H2O H2CrO4 Амфотерным оксидам соответствуют амфотерные гидроксиды (также могут быть представлены как продукты присоединения воды к молекуле амфотерного оксида). Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3. 2. Докажите амфотерные свойства оксида олова(II) и гидроксида бериллия, приведите уравнения соответствующих реакций. Решение: Чтобы доказать амфотерность оксида или гидроксида, следует составить уравнения реакций взаимодействия данного вещества с кислотой и со щелочью. SnO + 2HCl SnCl2 + H2O SnO + 2NaOH Na2SnO2 + H2O. Be(OH)2 + 2HCl BeCl2 + 2H2O Be(OH)2 + 2NaOH Na2BeO2 + 2H2O 18 3. Приведите формулы всех солей, которые могут образоваться при взаимодействии гидроксида кальция и серной кислоты. Составьте уравнения соответствующих реакций. Назовите продукты реакций. Решение: Различают соли средние – продукт полного замещения гидроксогрупп и ионов водорода в молекулах оснований и кислот: Сa(OH)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H2O CaSO4 – сульфат кальция; Кислые соли – продукт неполного замещения ионов водорода в молекуле кислоты (могут быть образованы неодноосновными кислотами): Сa(OH)2 + 2H2SO4 Ca(НSO4)2 + 2H2O Ca(НSO4)2 – гидросульфат кальция; Основные соли – продукт неполного замещения ионов гидроксила в молекуле основания (могут быть образованы неоднокислотными основаниями): 2Сa(OH)2 + H2SO4 (CaОН)2SO4 + 2H2O (CaОН)2SO4 – гидроксосульфат кальция. 4. Составьте графическую формулу Ca(NO3)2. Решение: В графической формуле указывается порядок соединения атомов в молекуле, где каждая связь обозначается черточкой. В графической формуле не учитываются валентные углы между связями. Двойные связи обозначаются двойной черточкой, а тройные – тройной. В неорганических кислородсодержащих соединениях атомы различных элементов соединяются между собой, преимущественно, через кислородные мостики. O O NOCaON O O 5. Определите простейшую формулу вещества, содержащего 40 % мас. меди, 20% мас. серы, 40 % мас. кислорода. Решение: Обозначим общую формулу вещества СuxSyOz. Индексы в формуле соединения относятся как количества вещества каждого элемента. Из процентного состава вещества известно, что 100 г вещества содержат 40 г меди, 20 г серы и 40 г кислорода. Найдем количество вещества каждого элемента, возьмем их отношение и преобразуем в отношение целых чисел, для чего разделим каждое число в отношении на наименьшее: x : y : z = n(Cu) : n(S) : n(O) = m(Cu)/ M(Cu) : m(S)/ M(S) : m(O)/ M(O) = = (40/64) : (20/32) : (40/16) = 0,625 : 0,625 : 2,5 = 1 : 1 : 4 19 Cледовательно, простейшая формула соединения CuSO4. 6. Определите количественный состав марганца в оксидах марганца (IV) и марганца(VII). Решение: Молекулярная масса марганца равна 55 г/моль, оксида марганца (IV) MnO2 – 87 г/моль, оксида марганца (VII) Mn2O7 – 222 г/моль. 1 моль MnO2 содержит 1 моль атомов марганца Mn. Следовательно: 87 г MnO2 содержат 55 г Mn, а 100 г MnO2 содержат х г Mn. Решая пропорцию, имеем: х = (10055)/87 = 63,2 г. Массовая доля марганца в оксиде марганца (IV) составляет 63,2%. Аналогично для оксида марганца (VII). 1 моль Mn2O7 содержит 2 моль атомов марганца Mn. Следовательно: 222 г Mn2O7 содержат 110 г Mn, а 100 г Mn2O7 содержат y г Mn. Решая пропорцию, имеем: y = (100100)/222 = 49,5 г. Массовая доля марганца в оксиде марганца (VII) составляет 49,5%. 7. Сколько граммов хлорида магния получится, если для реакции взяли 48 г магния и 105 г хлора? Решение: Составим уравнение реакции: Mg + Cl2 MgCl2. По уравнению реакции на 1 моль магния приходится 1 моль хлора. Определим количество вещества каждого компонента, введенных в реакцию. n(Mg) = m(Mg)/M(Mg) = 48 /24 = 2 моль. n(Cl2) = m(Cl2)/M(Cl2) = 105/ 70 = 1,5 моль. Хлор находится в недостатке. Расчеты ведем по недостатку. По уравнению реакции на 1 моль хлора приходится 1 моль хлорида магния. Следовательно, в результате реакции получено 1,5 моль хлорида магния. Тогда масса хлорида магния составляет: m(MgCl2) = n(MgCl2) M(MgCl2) = 1,5 94 = 141 г. 8. Рассчитайте эквиваленты и молекулярные массы эквивалентов соединений: MnO2, H3PO4, Ca(H2PO4)2. Назовите вещества. Решение: Оксид марганца (IV). 20 МЭ(MnO2) = М(MnO2)/n(O)B (O) = (55+162)/22 = 21,75,г/моль где n(O) – число атомов кислорода в молекуле; B (O) – валентность кислорода. Э(MnO2)=1/4 MnO2 Ортофосфорная кислота. МЭ(H3PO4) = М(H3PO4) / n(Н) = (3+31+164)/3 = 32,7 г/моль где n(Н) – число атомов водорода в молекуле кислоты. Э(H3PO4)=1/3 H3PO4 Дигидрофосфат кальция. МЭ(Ca(H2PO4)2) = М(Ca(H2PO4)2)/n(М)B(М) = (40+2+312+1624)/21 = 116 г/моль Э(Ca(H2PO4)2) =1/2 Э(Ca(H2PO4)2) где n(М) – число атомов металла в молекуле; B (М) – валентность металла. 9. Окислением 1,4 г кадмия получили 1,6 г его оксида. Определите молярную массу эквивалента металла. Решение: Оксидами называются сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Согласно условию 1,6 г оксида кадмия содержит 1,4 г металла. Следовательно, остальное составляет кислород – 0,2 г. Молярная масса эквивалента кислорода известна и равна 8 г/моль. Из закона эквивалентов - массы реагирующих веществ относятся, как молярные массы их эквивалентов– следует: MЭ(Cd) = m (Cd)mЭ (O) / m (O) = 1,48/0,2 = 56 г/моль. Относительная плотность газа по водороду равна 35. Определите молярную массу газа и рассчитайте массу 5 л этого газа. Решение: Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молекулярных или молярных масс. D(газа/Н2) = М( газа) / М(Н2) М (газа) = D(газа/Н2) М(Н2) = 35 2 = 70 г/моль. Моль любого газа при нормальных условиях занимает обьем 22,4 л. Следовательно, 5 л газа при тех же условиях имеют: m( газа)= V (газа)М(газа)/VМ(газа)=5л70(г/моль)/22,4 л/моль =15,6 г 10. 1000 л газа при 745 мм рт. ст. и 15С имеют массу 1,825 кг. Определите его молекулярную массу. Решение: Применим уравнение состояния идеального газа Менделеева Клапейрона pV = (m/M) RT. Тогда: M=mRT/(pV)=1825г 62400мммл/мольК288К/(745мм106мл)=44 г/моль. 11. Определите положение никеля в Периодической системе. Составьте его электронную формулу. 21 Решение: Никель находится в Периодической системе в 4-ом периоде, 8-й группе, побочной подгруппе, 3-й элемент триады. Электронная формула определяется положением в Периодической системе: 1s22s22p63s23p64s23d8 12. Обоснуйте положение в периодической системе элемента, имеющего валентные электроны в состоянии 7s26d3. Решение: Главное квантовое число внешнего электронного слоя указанного элемента равно 7. Следовательно, это элемент 7-го периода. Валентные электроны его располагаются на внешнем s- и предвнешнем d- подуровнях. Следовательно, это элемент побочной подгруппы. Общее число валентных электронов данного элемента равно 5 (2 на s- и 3 на d-подуровнях). Следовательно, это элемент 5-й группы. 13.Какой из элементов: кислород, сера или бром является наиболее типичным неметаллом и почему? Решение: Неметаллические свойства тем ярче проявляются, чем выше и правее в Периодической системе находится элемент. Кислород находится во 2-ом периоде, 6-й группе Периодической системы, что характеризует его как наиболее ярко выраженный неметалл из перечисленных. Сера находится в 3 периоде, 6 группе, а бром в 4 периоде 7 группе. 14.Составьте формулы водородных соединений кремния, фосфора и теллура. Решение: Все перечисленные элементы имеют электроотрицательность больше, чем у водорода. При образовании гидридов связывающие электронные пары будут смещаться к более электроотрицательному элементу. Степень окисления элементов будет определяться числом электронов, присоединяющихся к атому. Si – элемент 4-го периода. Он присоединяет при образовании гидрида четыре электрона. Гидрид кремния SiH4. Р – элемент 5-го периода. Он присоединяет при образовании гидрида три электрона. Гидрид фосфора РH3. Те – элемент 6-го периода. Он присоединяет при образовании гидрида два электрона. Гидрид теллура ТеH2. 15.Приведите распределение электронов по орбиталям в основном и возбужденном состояниях атома углерода. Определите состояние 22 гибридизации атома углерода в молекуле тетрахлорметана и ее геометрическое строение. Решение: Углерод находится во 2-м периоде, 4-й группе Периодической системы. В основном состоянии он имеет следующую электронную формулу: 1s22s22p2. В возбужденном состоянии один электрон с 2s-подуровня переходит на свободную орбиталь 2p-подуровня: 1s22s12p3. Валентные орбитали атома углерода в молекуле тетрахлорметана (СН4 - валентность углерода равна 4) находятся в состоянии sp3-гибридизации. Геометрическое строение тетрахлорметана определяется типом гибридизации атома углерода. sp3-гибридизации центрального атома соответствует тетраэдрическое строение молекул. 16.Дипольный момент молекулы сероводорода равен 1,1 Д. Определите геометрическую конфигурацию. Объясните полярность молекулы. Решение: Валентные электроны серы находятся на 3p-орбиталях: 1s22s22p63s23p4. р-орбитали в пространстве взаимно перпендикулярны. Они образуют две взаимно перпендикулярные -связи с s-орбиталями двух атомов водорода. Поэтому молекула сероводорода имеет угол Н-SН близкий 90. Электроотрицательность серы 2,6, а водорода – 2,2. Следовательно, связь Н-S полярна. Рассчитанная по правилу параллелограмма сумма дипольных моментов связей Н-S отличается от нуля. Следовательно молекула H2S полярна. 17. Используя метод молекулярных орбиталей, объясните устойчивость молекулы азота. Определите порядок связи в этой молекуле. Решение: Составим энергетическую диаграмму образования молекулы азота. В молекуле азота электроны заселяют только связывающие орбитали. Энергия молекулы меньше, чем сумма энергий двух атомов азота. Это объясняет высокую устойчивость молекулы азота. Порядок связи определяется по формуле и равен: N = [n(св) + n(разр)]/2 = (6 – 0)/2 = 3. 23 Образцы решения задач из самостоятельных работ по темам 1-4 1. Составьте формулы оксидов и соответствующих им гидратов оксидов элементов Ва+2 и V+5. Решение: Оксидами называются вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород. Кислород в оксидах всегда имеет валентность 2. Гидроксиды можно рассматривать как продукт присоединения воды к молекуле оксида. Оксид бария (II) имеет формулу BaO. Это основный оксид. Ему соответствует основание Ba(OH)2. Оксид ванадия (V) имеет формулу V2O5. Это кислотный оксид. Ему соответствует метаванадиевая кислота HVO3. 2. Гидроксид олова (II) обладает амфотерными свойствами. Составьте уравнения реакций, подтверждающих его амфотерность. Решение: Амфотерными называются вещества, проявляющие, в зависимости от условий, свойства основания и кислоты. Для доказательства необходимо привести уравнения реакций взаимодействия его с кислотой и со щелочью. Sn(OH)2 + 2HCl SnCl2 + 2 H2O; Учитывая, что гидроксид олова амфотерен, его формулу можно записать и в виде основания, и в виде кислоты: Sn(OH)2 H2SnO2. В уравнении реакции гидроксида олова со щелочью удобно исполь- зовать кислотную форму записи формулы амфотерного соединения. H2SnO2 + 2KOH K2SnO2 + 2H2O. 3. Составьте уравнения реакций: а) SrO + H3PO4 … б) Al(OH)3 + H2SeO4 … Решение: а) 3SrO + 2H3PO4 Sr3(PO4)2 + 3H2O 3SrO + 6H+ + PO43- Sr3(PO4)2 + 3H2O; б) 2Al(OH)3 + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42- 2Al3+ + 3SO42- + 6H2O 2Al(OH)3 + 6H+ 2Al3+ + 6H2O 24 4.Составьте формулы всех солей, которые могут получиться при взаимодействии гидроксида бария и угольной кислоты. Назовите образующиеся соли. Решение: В результате взаимодействия двухкислотного гидроксида бария и двухосновной угольной кислоты, в зависимости от соотношения исходных веществ, могут образоваться средняя, кислая и основная соль. Средняя соль – продукт полного замещения гидроксогрупп и ионов водорода в молекулах основания и кислоты: Вa(OH)2 + H2СO3 ВaСO3 + 2H2O ВaСO3 – карбонат бария. Кислая соль – продукт неполного замещения ионов водорода в молекуле кислоты. Вa(OH)2 + 2H2СO3 Вa(НСO3)2 + 2H2O Вa(НСO3)2 – гидрокарбонат бария. Основная соль – продукт неполного замещения ионов гидроксида в молекуле основания. 2Вa(OH)2 + H2СO3 (ВaОН)2СO3 + 2H2O (ВaОН)2СO3 – гидроксокарбонат бария 5.Составьте молекулярные и графические формулы оксида алюминия и соответствующего ему гидроксида. Решение: В графической формуле указывается порядок соединения атомов в молекуле, где каждая связь обозначается черточкой. В неорганических кислородсодержащих соединениях атомы различных элементов соединяются между собой преимущественно через кислородные мостики. OAlOAlO HOAlOH Оксид алюминия OH Гидроксид алюминия 6. Рассчитайте молярную массу эквивалента SiO2. Назовите соединение. К какому классу относится указанное вещество. Решение: SiO2 – оксид кремния (IV) относится к классу оксидов. Молярная масса эквивалента оксида определяется как сумма молярных масс эквивалентов элементов. МЭ(.SiO2) = Э(Si) + Э(O) = 28/4 + 16/2 = 7 + 8 = 15 г/моль 7. Фторид некоторого элемента содержит 48 % фтора. Определите молярную массу эквивалента элемента. Решение: 25 Фториды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых фтор. Процентный состав вещества указывает на то, что в 100 г данного вещества содержится 48 г фтора и 52 г другого элемента (X). Молярная масса эквивалента фтора известна и равна его атомной массе (фтор в соединениях всегда одновалентен). Согласно закону эквивалентов, массы реагирующих веществ прямо пропорциональны молярным массам их эквивалентов. Следовательно: Э(X) = m(X)Э(F)/m(F) = 5219/48 = 20 г/моль 8. Рассчитайте количество молекул в 64 г газообразного кислорода. Решение: Один моль любого вещества содержит число Авогадро молекул. (NA =6,021023 моль-1). Чтобы определить число молекул в какой-либо массе вещества, необходимо определить количество вещества, соответствующее данной массе. n(O2) = m(O2) / M(O2) = 64 г/32 (г/моль) = 2 моль На основании этого можно получить ответ на вопрос задачи: 1 моль вещества содержит NA молекул; 2 моль вещества содержит N = 2NA молекул. Следовательно, N = 26,021023 молекул. 9. Относительная плотность газа по водороду равна 15. Найдите молярную массу газа и массу 10 л его при нормальных условиях. Решение: Относительная плотность одного газа по другому равна отношению молярных масс этих газов. Следовательно, М(газа) = D(газ/Н2)М(Н2) = 152 = 30 г/моль. Моль любого газа при нормальных условиях (Н.У.) занимает объем 22,4 л. Следовательно, 10 л газа при тех же условиях имеют массу: m(газа) = V(газа)M(газа) / VM(газа) = 10 л30 (г/моль)/22,4 л/моль = 13,4 л 10. При 25 оС и 780 мм рт. ст. 10 г газа занимают объем 5,2 л. Найдите молярную массу газа. Решение: Воспользуемся уравнением состояния идеальных газов Менделеева - Клапейрона. pV = nRT = mRT/M . 26 Отсюда, применяя R = 62400 мммл/моль К и переводя температуру в абсолютную шкалу, имеем: M=mRT/(pV)=10 г62400(мммл/мольК)298. К / (780 мм5200 мл)=46 г/моль 11. Газообразный гидрид состава ЭН2 (где Э - некоторый элемент) имеет плотность по водороду 65. Определите формулу и молярную массу эквивалента его высшего оксида. Решение: Определим молекулярную массу гидрида, учитывая, что относительная плотность одного газа по другому определяется отношением молекулярных масс газов: D(газа/Н2) = M(газа)/M(Н2) Тогда М(газа) = D(газа/Н 2)M(Н2) = 652 = 130. Следовательно, атомная масса элемента равна разности молекулярной массы гидрида элемента и двух атомных масс водорода: М(Э) =М(ЭН2) – М(2Н) = 130 – 2 = 128. Учитывая, что гидрид газообразный, делаем вывод, что это гидрид неметалла. Следовательно, это элемент 6-й группы - Te. Высший оксид неметалла 6-й группы Te имеет формулу TeО3. Молярная масса эквивалента оксида равна: МЭ(ЭО3) = М(ЭО3)/(n(Э)В(Э)) = 176/32 = 29,3 г/моль, где n(Э) – число атомов элемента; В(Э) –валентность элемента. 12. Элемент находится в 5-ом периоде, 4-й группе, главной подгруппе периодической системы. Составьте его электронную формулу, определите высшую степень окисления. Решение: Элемент 5-го периода, 4-й группы, главной подгруппы имеет 4 валентных электрона на 5-ом энергетическом уровне на 5s и 5p подуровнях. Его валентные (внешние) электроны имеют формулу 5s 25p2. Полная электронная формула 1s22s22p63s23p64s23d105s24d105p2. 13. Приведите распределение валентных электронов селена по орбиталям в основном и возбужденных состояниях. Определите его возможные валентности. Решение: Селен находится в 4-ом периоде, 6-й группе, главной подгруппе периодической системы. Его электронная формула: 1s22s22p63s23p63d104s24p4. 27 Валентные электроны находятся в состоянии 4s24p4. Из них s-электроны находятся в спин - спаренном состоянии, на р - подуровне два электрона находятся в спин - спаренном состоянии, а два других в спин - свободном – распаренном. Валентность элемента при образовании ковалентной связи определяется числом неспаренных электронов. Следовательно, в основном состоянии селен проявляет валентность, равную двум. При переходе в возбужденное состояние по одному электрону из пар находящиеся на s- и р - подуровнях поочередно могут переходить на свободные орбитали d-подуровня, увеличивая общее число неспаренных электронов в атоме, тем самым, повышая валентность элемента. Первому возбужденному состоянию селена отвечает расположение валентных электронов в следующей конфигурации: 4s 24p34d1. Число неспаренных электронов равно 4 – валентность 4. Второму возбужденному состоянию селена отвечает расположение валентных электронов в следующей конфигурации: 4s 14p34d2. При этом в соответствии с правилом (Хунда) каждый электрон на 4d-подуровне занимает свободную орбиталь. Число неспаренных электронов равно 6 – валентность 6. 14. Какой из перечисленных элементов имеет наибольшее сродство к электрону Cr, K, Br, Zn, As ? Решение: Все перечисленные элементы относятся к 4-му периоду. В периоде сродство к электрону увеличивается от щелочного металла (1-я группа) к галогену (7-я группа). Наибольшим сродством к электрону из перечисленных обладает Br – элемент 7-й группы. 15.Из приведенных соединений: Ni(OH)2, CaO, SO3, BaCl2, Cr2O3 выберите оксид, в составе которого находится элемент, образующий газообразный гидрид типа ЭН2. Какова геометрическая структура такого гидрида? Какого типа химические связи реализуются в его молекуле. Решение: Газообразные гидриды образуют неметаллы. Неметаллы, как правило, имеют большую электроотрицательность, чем водород. Они 28 отнимают недостающие до октета электроны у водорода. Поэтому элемент, образующий газообразный гидрид состава ЭН 2, находится в 6-й группе. Такому элементу отвечает сера, образующая оксид SO 3. Между неметаллами, например, в гидриде Н2S образуются ковалентные связи. Электроотрицательность серы выше, чем у водорода, следовательно, связь полярна. Направленность связи и геометрическая конфигурация молекул определяется ориентацией в пространстве орбиталей и направлением, в котором перекрываются в наибольшей степени орбитали при образовании химической связи. Валентные электроны серы находятся в состоянии 3s 23p4. Из них два неспаренных находятся на взаимно перпендикулярных р-орбиталях. Именно они образуют связь в молекуле H2S при перекрывании с sорбиталями атомов водорода. Перпендикулярность р-орбиталей определяет угловое строение молекулы Н2S (HSH 90). 16. Дипольный момент молекулы AsCl5 равен 0 Д. Полярна ли эта молекула? Определите тип гибридизации атомных орбиталей мышьяка и геометрическую конфигурацию молекулы хлорида мышьяка (V). Решение: Если дипольный момент молекулы равен нулю, то молекула неполярна. Мышьяк находится в 4-м периоде, 5-й группе, главной подгруппе. В молекуле AsCl5 мышьяк пятивалентен. Валентные электроны образуют конфигурацию 4s14p34d1. Гибридизация атомных орбиталей мышьяка sp3d. Геометрическая конфигурация молекулы AsCl5 отвечает тригональной бипирамиде, у которой в центре находится атом мышьяка, а в вершинах атомы хлора. 17. Определите геометрическую конфигурацию молекул NH3, PH3, AsH3, SbH3. Как и почему изменяется валентный угол НЭН в указанном ряду соединений. Решение: Валентные электроны элементов 5-й группы, главной подгруппы находятся в ns2np3 состоянии, где n – главное квантовое число внешнего электронного уровня. Из пяти валентных электронов атома три неспаренных находятся на трех р-орбиталях. р-Орбитали взаимно перпендикулярны. Они образуют три взаимно перпендикулярные -связи с s-орбиталями атомов водорода. Поэтому молекулы ЭН 3 имеет угол Н-ЭН, близкий 90. В ряду NH3, PH3, AsH3, SbH3 угол Н-Э-Н постоянно уменьшается, приближаясь к 90. Электроотрицательность азота наибольшая в группе, а радиус атома наименьший. Следовательно связь Н-N наиболее полярна в указанном ряду соединений. Набольшие искажения прямого угла валентных связей следует ожидать именно в молекуле аммиака. 29 Наименьшие искажения валентного угла проявляются в молекуле SbH 3, так как сурьма имеет наибольший радиус и наименьшую электроотрицательность в 5-й группе. Наименьшие искажения валентного угла проявляются в молекуле SbH3, так как сурьма имеет наибольший радиус и наименьшую электроотрицательность в 5-й группе. Вопросы к коллоквиуму 1 1. Основные классы неорганических соединений. Оксиды, основания, кислоты, соли. 2. Основные способы получения оксидов, оснований, кислот, солей. 3. Валентность. Графические формулы, правила их составления. 4. Виды оксидов: основные, кислотные, амфотерные оксиды. Особенности и свойства. 5. Виды гидратов оксидов. Кислоты, основания, амфотерные гидроксиды. 6. Соли средние, кислые, основные. Особенности строения и свойства. 7. Основные положения атомно-молекулярной теории. 8. Основные понятия в химии. Атом, молекула, элемент, атомная масса, молекулярная масса, моль, число Авогадро, молярная масса. 9. Законы сохранения массы и постоянства состава. 10.Законы кратных и объемных отношений. 11.Закон эквивалентов. Эквивалент, эквивалентная масса. Способы вычисления эквивалентов простых и сложных веществ по формулам. 12.Закон Авогадро. Следствия к закону Авогадро. 13.Основные сведения о строении атомов. Состав атомных ядер. Основные характеристики протона, нейтрона, электрона. Изотопы. 14.История развития представлений о сложном строении атома. 15.Катодные лучи, термоэлектронная эмиссия, фотоэффект, рентгеновское излучение, радиоактивность. Модель атома Дж. Томсона. 16.Опыт Резерфорда. Гипотеза Резерфорда. Достоинства и недостатки гипотезы Резерфорда о строении атома. 17.Теория строения атома водорода Н. Бора. 18.Основные положения квантовой теории строения атома. 19. Квантовые числа. Электронные спектроскопические формулы атомов. 20.История открытия Периодического закона Д.И. Менделеева. 21. Экспериментальное обоснование Периодического закона 22.Закон Мозли. Роль закона Мозли. Современная формулировка Периодического закона. 23.Причины периодичности свойств элементов. 24.Связь свойств элементов, с зарядом ядра, электронным строением атомов и положением в Периодической системе. 25.Радиус атома. Энергия ионизации. Энергия сродства к электрону. 26.Электроотрицательность. Изменение свойств элементов в зависимости от положения в Периодической системе. 30 27.Виды и особенности химической связи. 28.Ковалентная связь. Метод валентных связей. 29.Метод молекулярных орбиталей. 30.Валентность в ковалентных соединениях. Насыщаемость. 31.Полярность химической связи. Полярность молекул. Дипольный момент. 32.Направленность химической связи. Гибридизация атомных орбиталей. Строение простейших молекул. 33.Ионная связь. Механизм образования ионной связи. Свойства ионной связи. 34.Донорно-акцепторная связь. Механизм образования донорноакцепторной связи. 35.Металлическая связь. 36.Силы Ван-дер-Ваальса. БЛОК 2 Общие задания для всех вариантов по темам 7-11 Максимальное количество баллов 1. Выполните лабораторную работу «Химическая кинетика и равновесие»……………. …………………………………………........ 20 2. Выполните лабораторную работу «Свойства растворов электролитов».…................…………………………………………..... 20 3. Выполните лабораторную работу «Окислительно-восстановительные реакции».………………………………………………………………..... 20 4. Выполните лабораторную работу «Свойства металлов»…..... 20 5. Выполните самостоятельные работы ............………............. 504 6. Сдайте коллоквиум .....................................………......................100 Индивидуальные задания по темам 7-11(блок 2) Максимальное количество баллов за каждое задание-10 7. Решите задачу… 8. Вычислите рН … 9. Составьте уравнения гидролиза солей… 10.Расставьте коэффициенты в уравнениях, пользуясь методом электронно-ионных уравнений 11.Составьте уравнения реакций 12.Составьте схему работы гальванического элемента. Напишите электронные уравнения катодного и анодного процессов. Рассчитайте Э.Д.С. источника тока 13.Решите задачу 31 14. Составьте схему контактной коррозии металлов в кислой среде и в атмосферных условиях 15. Решите задачу 16. Решите задачу Задание 7 231. Сколько граммов пятиводного сульфата меди надо взять для приго –товления 2 л 2 М раствора соли? 232. Насыщенный раствор хлорида натрия содержит 18% соли ( = 1,16). Определите молярную и моляльную концентрации раствора 233. Определите молярность и нормальность 10 %-ного раствора сульфата кобальта с плотностью 1,08 г/см3 234. Концентрированный раствор соляной кислоты содержит 36,5 % хлороводорода и имеет плотность 1,18 г/см3. Определите массу хлороводорода в 1 л раствора 235. 10 %-ный раствор гидроксида натрия имеет плотность 1,12 г/см3. Сколько граммов растворенного вещества содержат 5 л этого раствора? 236. Плотность 30 %-ного раствора азотной кислоты 1,18 г/см3. Определите молярность и моляльность раствора 237. Сколько граммов карбоната калия надо взять для приготовления 5 л 0,05 М водного раствора с плотностью 1,085 г/см3 ? 238. 26 г хлорида натрия растворили в 100 г воды. Определите процентную концентрацию и мольные доли компонентов раствора . 239. 50 г медного купороса CuSO4 растворили в 450 г воды. Определите процентную концентрацию соли 240. К 500 мл 30 %-ного раствора азотной кислоты ( = 1,2 г/см3) прибавили 1 л воды. Определите процентную концентрацию раствора. 241. Вычислите процентную концентрацию 9н раствора гидроксида натрия с плотностью 1,31 г/см3 242. Для приготовления 5 %-ного раствора сульфида натрия взяли 400 г соли. Определите массу раствора 243. Сколько граммов Na2SO4 надо растворить в 800 граммах воды, чтобы получить 10 %-ный раствор ? 244. Необходимо приготовить 1 л 8 %-ного водного раствора сульфата меди с плотностью 1,084 г/см3. Найдите массу воды и соли в растворе 245. Какой объем воды нужно прибавить к 200 мл 30 %-го раствора NaOH с плотностью 1,33 г/см3 для получения 10 %-го раствора ? 246. В 1 кг воды растворили 200 г СН3СООNa. Определить процентную концентрацию раствора 247. В 500 г воды растворили 100 г сульфата железа (II). Определите 32 процентную концентрацию раствора 248. Сколько граммов Na2CO3 надо взять для приготовления 2 л 10 %ного водного раствора? 249. Какой объем воды нужно прибавить к 200 мл 30 %-ного раствора КОН с плотностью 1,32 г/см3 для получения 10 %-ного раствора? 250. Вычислите мольные доли компонентов расплава шлака, содержащего 54 % оксида кремния (IV), 20 % оксида железа (II), 26 % оксида кальция 251. В 500 г воды растворили 75 г MgCl2. Вычислите массовые доли компонентов в растворе. 252. Сколько молей неэлектролита должен содержать 0,5 л раствора, чтобы его осмотическое давление при 25 оС было равно 2,47 кПа ? 253. Вычислите осмотическое давление 0,25 М раствора неэлектролита при 27 оС . 254. При какой температуре должен кристаллизоваться водный раствор, содержащий 54 г глюкозы С6Н12О6 в 250 г воды ? КН2О = 1,86 град/моль 255. Даны 0,01 молярные растворы хлорида калия, хлорида кальция, хло рида алюминия. Во всех растворах =1. В каком случае осмотическое давление наибольшее ? 256. При 25 оС давление насыщенного пара воды составляет 3,166 кПа. Найдите давление насыщенного пара 5 %-ного водного раствора мочевины CO(NH2)2 при той же температуре 257. Даны 0,1 моляльные растворы нитрата свинца (II), нитрата калия и нитрата железа (III). Какой из растворов замерзнет при наиболее низкой температуре? 258. Вычислите давление насыщенного пара 30%-ного водного раствора мочевины CO(NH2)2 при 100 оС. 259. При какой температуре должен кристаллизоваться водный раствор, содержащий 15 г сахарозы С12Н22О11 в 200 г воды ? 260. В каком массовом соотношении следует смешать воду и этиловый спирт С2Н5ОН, чтобы получить смесь, замерзающую при –20 оС. КН2О = 1,86 град/моль? 261. Вычислите жесткость воды, зная что для ее устранения пошло 265 г Na2CO3 в расчете на 1 м3 воды. 262. . Вычислите жесткость воды, зная что в 250 л ее содержится 101,25 г гидрокарбоната кальция. 263. Определите массу сульфата кальция в 0,5 м3 природной воды, если жесткость ее равна 2 ммоль/л. 264. Какую массу карбоната натрия надо добавить к 1 м 3 воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 10 ммоль/л? 265. Определите формулу мицеллы, образующейся при прибавлении раствора иодида калия к избытку раствора нитрата серебра. 33 266. Определите формулу коллоидной частицы, образующейся при прибавлении раствора нитрата серебра к избытку раствора иодида калия. 267. Определите формулу ядра мицеллы, образующейся при прибавлении раствора серной кислоты к избытку раствора хлорида бария. 268. Определите формулу мицеллы, образующейся при прибавлении раствора нитрата бария к избытку раствора сульфата натрия. 269. Определите формулу коллоидной частицы, образующейся при прибавлении раствора хлорида кальция к избытку раствора карбоната натрия. 270. Определите формулу мицеллы, образующейся при прибавлении раствора карбоната калия к избытку раствора хлорида бария. Задание 8 271. 0,00001 М раствора азотной кислоты (=1) 272. 0,00001 М раствора гидроксида натрия (=1) 273. 0,001 М раствора гидроксида лития (=1) 274. 0,00001 М раствора соляной кислоты (=1) 275. рН 0,05 М раствора серной кислоты (=1) 276. 0,005 М раствора гидроксида бария (=1) 277. 0,0001 М раствора гидроксида натрия (=1). 278. 0,0001 М раствора азотной кислоты (=1) 279. 0,0005 М раствора Са(ОН)2 (=1) 280. 0,01 М раствора гидроксида рубидия (=1) 281. 0,0001 М раствора гидроксида лития (=1) 282. 0,0000001 М раствора азотной кислоты (=1) 283. 0,000001 молярного раствора гидроксида цезия (=1) 284. 0,00001 молярного раствора гидроксида натрия (=1) 285. 0,00005 молярного раствора серной кислоты (=1) 286. 0,005 молярного раствора гидроксида кальция (=1) 287.0,005 молярного раствора гидроксида стронция (=1) 288.0,005 молярного раствора гидроксида бария (=1) 289. 0,0005 молярного раствора серной кислоты (=1) 290. 0,0001 молярного раствора гидроксида калия (=1) 291. 0,001 молярного раствора соляной кислоты (=1) 292. 0,00001 молярного раствора гидроксида натрия (=1) 293. 0,0 5 молярного раствора серной кислоты (=1) 294. 0,0005 нормального раствора серной кислоты (=1) 295. 0,0005 нормального раствора гидроксида бария (=1) 296. 0,0005 нормального раствора гидроксида стронция (=1) 297. 0,000001 нормального раствора соляной кислоты (=1) 34 298. 0,0001 нормального раствора азотной кислоты (=1) 299. 0,000005 нормального раствора серной кислоты (=1) 300. 0,0005 молярного раствора гидроксида кальция (=1) Задание 9 301. KCl, (NH4)2S, AlCl3 316. СоSO4, RbCl, Zn(NO2)2 302. Na2SO4, CuCl2, KCN 317. FeSO3, КCl, Zn(NO3)2 303. NaNO3, Cr(NO3)3, Li2SO4 318. FeСO3, RbNO3, КNO2 304. NiSO4, AgNO3, Ba(NO3)2 319. NiSO4, RbNO2, Ba(NO3)2 305.FeSO4, RbNO3, Zn(NO3)2 320. Na2SO4, NaNO2, Al(NO3)3 306. FeCO3, SrSO4, Cs2CO3 321. FeSiO3, NaVO3, Cu(NO3)2 307.Al2(SO4)3, RbNO2, Sr(NO3)2 322. Zn(NO3)2, NaNO3, Ca(NO2)2 308. FeSO3, Со(NO3)2, Са(NO3)2 323. Al2(SO4)3, Cu(NO3)2, Ba(NO3)2 309. СаSO4, RbNO2, Al(NO3)3 324. Cr2(SO4)3, со(NO2)2, LiNO3 310. К2SO4, КСN, Zn(NO2)2 325. СаSO4, RbNO2, Zn(NO3)2 311. Al(NO3)3, Na2CO3, KNO3 326. CdSO4, Ba(NO3)2, Pb(NO2)2 312. Fe2(SO4)3, КNO3, Na3BO3 327. Ni(NO3)2, K2CO3, ZnSiO3 313. СоSO4, Сu(NO3)2, Ва(NO3)2 328. CuSO4, NaNO3, Cd(NO2)2 314. ВаSO4, К2СO3, Ni(NO3)2 329. HgSO4, NaNO2, Ba(NO3)2 315. Fe2(SO4)3, AgNO3, Cu(NO2)2 330. ВаSO4, LiNO2, ZnCО3 Задание 10 331. Mn(OH)2 + Cl2 + KOH MnO2 + KCl + H2O 332. KCrO2 + Cl2 + KOH K2CrO4 + KCl + H2O 333. Cr2O3 + KMnO2 + KOH K2CrO4 + MnO2 + H2O 334. MnO2 + O2 + KOH K2MnO4 + H2O 335. K2Cr2O7 + K2S + H2SO4 Cr2(SO4)3 + S + K2SO4 + H2O 336. I2 + Cl2 + H2O HIO3 + HCl 337. Cl2 + H2S + H2O H2SO4 + HCl 338. HClO3 + H2S HCl + H2SO4 339. KI + K2Cr2O7 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + H2O 340. I2 + Ba(OH)2 Ba(IO3)2 + BaI2 + H2O 341. Na2SO3 + K2S + H2SO4 Na2SO4 + K2SO4 + S + H2O 342. NaMnO4 + K2SO3 + H2O MnO2 + K2SO4 + NaOH 343. KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O 344. FeSO4 + Br2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + HBr + H2O 345. KIO3 + P + KOH K3PO4 + KI + H2O 346. NaAsO2 + Cl2 + NaOH Na3AsO4 + NaCl + H2O 347. KAsO2 + Br2 + KOH K3AsO4 + NaBr + H2O 348. NaClO3 + H2S H2SO4 + NaCl + H2O 349. Cr2O3 + Br2 + KOH K2CrO4 + KBr + H2O 35 350. KMnO4 + FeCl2 + HCl FeCl3 + MnCl2 + KCl + H2O 351. HBr + H2SO4 Br2 + SO2 + H2O 352. NO2 + KMnO4 + H2O MnO2 + KNO3 + KOH 353. NaAsO2 + I2 + NaOH Na3AsO4 + NaI + H2O 354. KAsO2 + Cl2 + KOH K3AsO4 + KCl + H2O 355. K2Cr2O7 + HCl Cl2 + CrCl3 + KCl + H2O 356. KMnO4 + K2S + H2O MnO2 + S + KOH 357. KClO3 + FeSO4 +H2SO4 KCl + Fe2(SO4)3 + H2O 358. K2S + K2MnO4 + H2O S + MnO2 + KOH + H2O 359. KCrO2 + Cl2 + KOH K2CrO4 + KCl + H2O 360. Mn(OH)2 + Cl2 + KOH MnO2 + KCl + H2O Задание 11 361. а)Сu + AgNO3 ; б) Ni + HNO3(разб) ; в) Ag + H2SO4 (конц). 362. а)Fe + Cu(NO3)2 ; б)Cu + HNO3(разб) ; в)Cu + H2SO4 (конц). 363. а)Сu + Hg(NO3)2; б)Na + HNO3(разб) ; в)Cd + H2SO4 (конц). 364. а) Al + ZnSO4 ; б)K + HNO3(разб) ; в)Cu + H2SO4 (конц). 365. а)Сr + NiSO4 ; б)Mg + HNO3(разб) ; в)Na + H2SO4 (конц). 366. а)Fe + AgNO3 ; б)Со + HNO3(разб) ; в)Bi + H2SO4 (конц). 367. а)Al + Fe(NO3)2 ; б)Mn + HNO3(разб) ; в)Na + H2SO4 (конц). 368. а) Zn + HgCl2 ; б)Со + HNO3(разб) ; в)Bi + H2SO4 (конц). 369. а)Cd + CuCl2 ; б)Hg + HNO3(разб) ; в)Mn + H2SO4 (конц). 370. а)Pb + CuSO4 ; б)Pb + HNO3(разб) ; в)Pt + H2SO4 (конц). 371. а)Al + Zn(NO3)2 ; б)Pb + HNO3(разб) ; в)Mn + H2SO4 (конц). 372. а)Sn + Cu(NO3)2 ; б)Ni + HNO3(конц) ; в)Mg + H2SO4 (конц). 373. а)Mg + NiCl2 ; б)Ag + HNO3(конц) ; в)Hg + H2SO4 (конц). 374. а)Mg + AgNO3 ; б)Mn + HNO3(конц) ; в)Ag + H2SO4 (конц). 375. а)Сu + Hg(NO3)2 ; б)Ca + HNO3(разб) ; в)Hg + H2SO4 (конц) . 376. а)Сo + AgNO3 ; б)Na + HNO3(разб) ; в)Ni + H2SO4 (конц). 377. а)Zn + CdCl2 ; б)Mg + HNO3(разб) ; в)Zn + H2SO4 (конц). 378. а)Ni + AgNO3 ; б)Pt + HNO3(разб) ; в)Со + H2SO4 (конц). 379. а)Mg + AuCl3 ; б)Mg + HNO3(разб) ; в)K + H2SO4 (конц) . 380. а)Cd + PtCl4 ; б)Pb + HNO3(конц) ; в)Bi + H2SO4 (конц). 381. а)Mn + Bi(NO3)3 ; б)Ag + HNO3(разб) ; в)Mn + H2SO4 (конц). 382. а)Fe + Cu(NO3)2 ; б)Mg + HNO3(разб) ; в)Na + H2SO4 (конц). 383. а)Fe + Pb(NO3)2 ; б)Na + HNO3(разб) ; в)Li + H2SO4 (конц). 384. а)Ti + Fe(NO3)2 ; б)Cr + HNO3(разб) ; в)Mg + H2SO4 (конц) . 385. а)Сr + AgNO3 ; б)Cu + HNO3(разб) ; в)Bi + H2SO4 (конц). 386. а)Mg + AgNO3 ; б)Со + HNO3(разб) ; в)Mn + H2SO4 (конц). 387. а)Al + Zn(NO3)2 ; б)Hg + HNO3(разб) ; в)Sn + H2SO4 (конц) . 388. а)Al + AgNO3 ; б)Ni + HNO3(разб) ; в)Na + H2SO4 (конц). 36 389. а)Mg + AgNO3 ; 390. а)Al + Zn(NO3)2 ; б)Со + HNO3(разб) ; б)Pb + HNO3(конц) ; в)Ni + H2SO4 (конц). в)Mg + H2SO4(конц) Задание 12 391. Медно-никелевого элемента, [Cu2+] = 0,1 М, [Ni2+] = 0,001 М 392. Железо-хромового элемента. Fe2+] = 0,1 М, [Cr2+] = 0,001 М 393. Медно-магниевого элемента.[Cu2+] = 0,01 М, [Мg2+] = 0,001 М 394. Железо-никелевого элемента, [Fe2+] = 0,0001 М, [Ni2+] = 0,001 М 395. Магний-хромового элемента, [Mg2+] = 0,001М, [Cr3+] = 0,001 М 396. Висмут-кадмиевого элемента, [Bi3+] = 0,1 М, [Cd2+] = 0,01 М 397. Магний-кобальтового элемента, [Mg2+] = 0,001 М, [Co2+] = 0,01 М 398. Алюминий-цинкового, [Al3+] = 0,01 моль/л, [Zn2+] = 0,01 моль/л 399. Железо-серебряного элемента, [Fe2+] = 0,0001М, [Ag+] = 0,01М 400. Медно-висмутового элемента, [Сu2+] = 0,1 М, [Bi3+] = 0,001М 401. Медно-серебряного элемента, [Cu2+] = 0,1М, [Ag+] = 0,001 М 402. Хром-медного элемента, [Cr3+] = 0,01 М, [Cu2+] = 0,1 М 403. Медно-хромового элемента, [Cu2+] = 0,0001М, [Сr3+] = 0,001М 404. Магний-никелевого элемента, [Mg2+] = 0,0001 М, [Ni2+] = 0,001М 405. Магний-серебряного элемента, [Мg2+] = 0,1 М, [Ag+] = 0,001 М 406. Висмут-свинцового элемента, [Bi3+] = 0,0001 М, [Pb2+] = 0,001М 407. Висмут-марганцевого элемента, [Bi3+] = 0,00001М, [Mn2+] = 0,001 М 408. Кобальт-платинового элемента, [Co2+] = 0,1 М, [Pt2+] = 0,001 М 409. Магний-хромового элемента, [Mg2+] = 0,1 М, [Cr3+] = 0,0001М 410. Алюминий-золотого элемента, [Al3+] = 0,01 М, [Au3+] = 0,0001 М 411. Висмут-медного элемента, [Cu2+] = 0,00001 М, [Bi3+] = 0,001 М 412. Титан-железного элемента, [Ti3+] = 0,01М, [Fe2+] = 0,1 М 413. Золото-железного элемента, [Fe2+] = 0,1М, [Au3+] = 0,001 М 414. Медно-цинкового элемента, [Cu2+] = 0,1 М, [Zn2+] = 0,0001 М 415. Железо-серебряного элемента, [Fe2+] = 0,00001 М, [Ag+] = 0,001 М 416. Хромо-никелевого элемента, [Cr2+] = 0,1 М, [Ni2+] = 0,001 М 417. Олово-медного элемента, [Cu2+] = 0,1 М, [Sn2+] = 0,001 М 418. Кадмий-цинкового элемента, [Cd2+] = 0,0001 М, [Zn2+] = 0,001 М 419. Магний-сурьмяного элемента, [Mg2+] = 0,01 М, [Sb3+] = 0,01 М 420. Алюминий-оловянного элемента, [Al3+] = 0,01 М, [Sn2+] = 0,001 М Задание 13 421.Составьте схему электролиза водного раствора нитрата серебра с серебряными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 15 мин., сила тока 5 А 422. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата магния с угольными электродами. Напишите электронные уравнения 37 анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 15 мин., сила тока 5 А 423. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида марганца с золотыми электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 40 мин., сила тока 15 А. 424.Составьте схему электролиза водного раствора карбоната нат-рия с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 1,5 час., сила тока 5 А 425. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида бария с золотыми электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 30 мин., сила тока 15 А 426. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата висмута с платиновыми электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 215 мин., сила тока 50 А. 427. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата кобальта с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 150 мин., сила тока 50 А. 428. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида натрия с медным анодом. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если электролиз проводили 40 минут при силе тока 6 А. 429. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата железа с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если электролиз проводили 100 минут при силе тока 7 А , выход по току металла составляет 73% 430. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата меди с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 15 час., сила тока 15 А. 431. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата железа с железным анодом. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если электролиз проводили 15 часов при силе тока 1 А, выход металла по току 75%. 432. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата никеля с угольными электродами. Напишите электронные уравнения 38 анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 415 мин., сила тока 15 А 433. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата хрома с платиновыми электрордами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если электролиз проводили 30 минут при силе тока 25 А, выход металла по току составляет 53%. 434. Составьте схему электролиза водного раствора ацетата свинца с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если электролиз проводили 25 минут при силе тока 2 А, выход металла по току 95%. 435. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата каль-ция с золотыми электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 115 мин., сила тока 50 А. 436. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата висмута с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 115 мин., сила тока 25 А 437. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата марганца с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если электролиз проводили 215 минут при силе тока 15 А, выход металла по току 65% . 438. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида платины(IV) с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 115 мин., сила тока 35 А. 439. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата магния с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 315 мин., сила тока 5 А. 440. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида золота (III) с золотым анодом. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если электролиз проводили 40 минут при силе тока 10 А. 441. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата хрома с платиновыми электродами. Напишите электронные уравнения 39 анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 215 мин., сила тока 25 А. 442. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата калия с золотыми электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 615 мин., сила тока 25 А. 443. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата алюминия с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 3 час., сила тока 5 А. 444. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида бария с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 65 мин., сила тока 5 А 445. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата стронция с золотыми электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 45 мин., сила тока 15 А. 446. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида натрия с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 95 мин., сила тока 10 А 447. Составьте схему электролиза водного раствора хлорида лития с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 515 мин., сила тока 5 А 448. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата кадмия с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если электролиз проводили 45 минут при силе тока 15 А, выход металла по току 75% 449. Составьте схему электролиза водного раствора сульфата лития с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на аноде, если время электролиза 215 мин., сила тока 25 А 450. Составьте схему электролиза водного раствора нитрата олова с угольными электродами. Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите массу вещества, выделившегося на катоде, если время электролиза 35 мин., сила тока 35 А. 451.Висмута и хрома 452. Меди и магния 453. Никеля и кадмия Задание 14 466. Алюминия и платины 467. Магния и кадмия 468. Серебра и свинца 40 454. Меди и свинца 455. Хрома и алюминия 456. Марганца и магния 457. Алюминия и меди 458. Серебра и хрома 459. Цинка и алюминия 460. Золота и меди 461. Железа и магния 462. Алюминия и ртути 463. Железа и меди 464. Свинца и хрома 465. Магния и железа 469. Цинка и платины 470. Хрома и магния 471. Железа и алюминия 472. Титана и железа 473. Меди и железа 474. Никеля и цинка 475. Алюминия и платины 476. Марганца и титана 477. Меди и золота 478. Железа и магния 479. Никеля и меди 480. Марганца и золота Задание 15 Таблица 3 Стандартные энтальпии образования ∆Но298 (кДж/моль) веществ Вещество Состояние ∆Но298 Вещество Состояние ∆Но298 C2H2 г +226,75 CO г -110,52 CS2 г +115,28 CH3OH г -201,17 NO г +90,37 C2H5OH г -235,31 C6H6 г +82,93 H2O г -241,83 C2Н4 г +52,28 H2O ж -285,84 H2S г -20,15 NH4Cl к -315,39 NH3 г -46,19 CO2 г -393,51 CH4 г -74,85 Fe2O3 к -822,10 C2H6 г -84,67 TiO2 к -943,90 HCl г -92,31 Ca(OH)2 к -986,50 Al2O3 к -1669,80 481. Вычислите количество теплоты, которое выделится при восстановлении оксида железа (III) металлическим алюминием, если получено 33, 5 г железа. 482. Газообразный этанол можно получить реакцией этилена и водяных паров. Вычислите тепловой эффект реакции. 483. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерода. Определите тепловой эффект реакции. 484. Сколько теплоты выделится при взаимодействии оксида углерода (II) и водорода, в результате чего образуется метан и пары воды. Если получено 134,4 л метана (н.у.) 41 485. Сколько теплоты выделится в реакции образования кристаллического хлорида аммония из газообразных ам миака и хлороводорода, если израсходовано 20 л аммиака (н.у.) 486. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и оксида углерода (IV) равен -3135,58 кДж/моль. Определите теплоту образования бензола. 487. Сколько теплоты выделится при сгорании 330 л (н.у.) ацетилена, если продуктами сгорания являются оксид углерода (IV) и пары воды? 488. Сколько теплоты выделится при сгорании аммиака, если образовалось 22,4 л (н.у.) оксида азота (II). 489. При сгорании 23 г жидкого этанола выделяется 617,42 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования жидкого этанола, если продуктами реакции являются пары воды и оксид углерода (IV). 490. При взаимодействии 12,6 г железа с серой выделяется 22,61 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа (II). Задание 16 491. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +Br2 +NaOH +Br2 +2KOH Этан ----- X1 ---- X2 ---- этен ---- X3 ---- X4. hv H2O H2 O Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3, Х4. 492. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +Cl2 +Na +CH3Cl + Cl2 пропан ----- X1 ---- X2 ---- бензол ---- X3 ---- X4. hv AlCl3 FeCl3 Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3, Х4. 493. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +2H2 + Br2 +KOH +Na метан ацетилен ---- X1 ---- X2 ---- X3 ---- X4. Ni hv H2O Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3, Х4. 494. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +Cl2 +Na + О2 карбид алюминия метан ---- X1 ---- X2 этилен ----------- X3. hv PdCl2+CuCl2 Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3. 495. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +Cl2 +NaОН + 3Br2 метан ацетилен бензол ----- X1 ------ X2 -------- X3. FeCl3 H2O Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3. 42 496. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +2HBr +HBr +CH3COOH этиленгликоль ------ X1 этен ---- X2 этанол ------------- X3. H2SO4, t0 Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3. 497. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +HBr +KOH + CuО CH3-CH2-COONa пропан пропен ----- X1 --------- X2 ----------- X3. H2O t0 Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3. 498. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +Cl2 +NaОН +КОН карбид кальция ацетилен бензол ------- X1 --------- X2 ------- X3. FeCl3 +H2O, t0 Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3. 499. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +HCl +H2 +Cl2 бутанол-2 ------- X1 бутен-2 ------- X2 2-метилпропан------- X3. t0 Ni, t0 hv Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3. 500. Напишите уравнения реакций, согласно схеме превращений: +Br2 +KOH +H2 +Br2 бензол этилбензол ---- X1 ------------ X2 ------ X3 ------- X4. hv C2H5OH Ni ,t0 FeBr3 Назовите продукты реакций Х1, Х2, Х3, Х4. Лабораторные работы к блоку 2 Лабораторная работа № 3 Химическая кинетика и равновесие Опыт 1. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. Эту зависимость изучают на примере реакции: Na2S2O3 + H2SO4 = H2S2O3 + Na2SO4; H2S2O3 = SO2 + S + H2O, которая идёт с образованием нерастворимой в воде мелкодисперсной серы (коллоидный раствор), вызывающей опалесценцию раствора (светорассеяние). По времени появления опалесценции можно судить о скорости химической реакции. 43 В 4 стаканчика налейте разбавленный раствор Na2S2O3 : в первый – 5 мл, во второй – 10 мл, в третий – 15 мл и в четвёртый – 20 мл; затем добавьте в 1-й стаканчик 15 мл дистиллированной воды, во 2-й – 10 мл, в 3-й – 5 мл воды. В четыре пробирки отмерьте цилиндром по 5 мл разбавленной серной кислоты. В четыре стаканчика с растворами тиосульфата вылейте из четырёх пробирок раствор серной кислоты. После сливания заметьте время появления опалесценции и внесите в табл. 5.1. № стакана Объем H2O, мл 1 Объем Na2S2O3, мл 5 15 Объем H2SO4, мл 5 2 10 10 5 3 15 5 5 Таблица 4 Время появления опалесценции в сек 4 20 0 5 Начертите график зависимости скорости данной реакции от концентрации тиосульфата натрия. На оси абсцисс нанесите в определённом масштабе концентрации тиосульфата в мл, на оси ординат – величины, обратные времени появления опалесценции, где t – время в сек. Запишите вывод о зависимости скорости реакции от концентрации реагирующих веществ для данного опыта. Как согласуются ваши наблюдения с законом действующих масс? Опыт 2. Зависимость скорости реакции от температуры. Для опыта возьмите те же растворы, что и в опыте 1 (Na2S2O3 и H2SO4). Налейте в две пробирки по 5 мл тиосульфата, в другие две пробирки - по 5 мл серной кислоты и разделите их на две пары: по пробирке с H2SO4 и Na2S2O3 в каждой паре. Отметьте температуру раствора тиосульфата, опустив в него термометр, затем извлеките термометр и слейте растворы первой пары пробирок. Отметьте, через сколько секунд появится опалесценция. Вторую пару пробирок поместите в химический стакан с водой и нагрейте на 10 выше температуры первой пары пробирок. За температурой следите по термометру, опущенному в раствор тиосульфата натрия. Слейте содержимое пробирок и отметьте время протекания реакции (от начала реакции до появления опалесценции). Вычислите температурный коэффициент данной реакции, исходя из формулы Вант-Гоффа: Vt2 = Vt1 · t2- t1/10 где – температурный коэффициент. 44 Опыт 3. Влияние концентрации реагирующих веществ на химическое равновесие. В пробирке смешайте по 5 мл разбавленных растворов хлорного железа и роданида калия. Появляющийся красный цвет раствора обусловлен образованием роданида железа. Напишите уравнение реакции. По изменению интенсивности окраски можно судить об изменении концентрации роданида железа – Fe(CNS)3, т.е. о смещении равновесия в ту или другую сторону. Для этого разделите полученный раствор на 4 пробирки. В одну пробирку добавьте несколько капель концентрированного хлорного железа FeCl3, во 2-ю – концентрированного роданида калия KCNS, в 3-ю – кристаллического хлорида калия KCl, а 4-ю – оставьте для сравнения. Растворы во всех пробирках размешайте энергичным встряхиванием. Отметьте изменение интенсивности окраски в каждом случае (сравните с раствором в контрольной пробирке). В каком направлении смещается равновесие в случае добавления: а) хлорида железа, б) роданида калия, в) хлорида калия? Подтвердите свои наблюдения, исходя из общего выражения константы равновесия данной реакции. Лабораторная работа № 4 Свойства растворов электролитов Опыт 1. Сравнение степени диссоциации растворов кислот и оснований: а) В три пробирки налейте по 2-3 мл 0,1 N раствора серной, уксусной и борной кислот. В каждую из них добавьте по 2-3 капли раствора метилоранжа. Какую окраску приобрел раствор в каждой из пробирок? В каждую пробирку бросьте по небольшому кусочку магния. Что при этом наблюдается? Какой газ выделяется? Изменяется ли окраска индикатора к концу реакции? Почему? Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном видах. От концентрации каких ионов в растворе зависит скорость реакции между кислотой и магнием? б) В две пробирки налейте 1-2 мл хлорида кальция. В одну пробирку добавьте немного 0,2 N раствора гидроксида натрия, а в другую - 0,2 N раствора гидроксида аммония. Что при этом наблюдается? Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном видах. Опыт 2.Реакции на ион хлора. Налейте в пробирку 1-2 мл разбавленной соляной кислоты и добавьте в неё 2-3 капли раствора нитрата серебра. 45 Что при этом наблюдается? Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном виде. Проведите в отдельных пробирках реакции между растворами хлорида натрия, хлорида кальция и раствором нитрата серебра. Какой ион является аналитическим на ион хлора? Опыт 3. Реакции на ион SO42Налейте в пробирку 1-2 мл разбавленной серной кислоты и добавьте в неё 2-3 капли хлорида бария. Что наблюдается? Напишите уравнения реакций в молекулярном и ионном виде. Между какими ионами идет реакция? Проведите в отдельных пробирках реакции между растворами сульфата натрия, сульфата магния и раствором хлорида бария. Какой ион является аналитическим на ион SO42-? Опыт 4. Смещение ионного равновесия слабого электролита. Налейте в одну пробирку 3 мл 0,1 N раствора уксусной кислоты, а в другую - 3 мл чистой воды. Прибавьте в обе пробирки по 2-3 капли метилоранжа. Какую окраску имеет индикатор в каждой пробирке? Почему? Оставьте пробирку с водой для сравнения. В пробирку с раствором уксусной кислоты насыпьте немного сухого ацетата натрия. Слегка взболтайте содержимое пробирки. Как изменится окраска раствора? Почему? Опыт 5. Гидролиз солей. В 4 отдельные пробирки налейте по 2-3 мл разбавленных растворов следующих солей: в первую - раствор карбоната натрия, во вторую - сульфата алюминия, в третью - карбоната аммония, в четвертую хлорида натрия. В каждую пробирку опустите поочередно розовую и синюю лакмусовые или универсальную индикаторную бумажки. Как изменится окраска индикаторной бумажки в каждой из пробирок? Почему? Напишите в молекулярном и ионном виде уравнения реакций гидролиза солей. В какой пробирке гидролиз не происходит? Почему? Определите рН растворов Лабораторная работа № 5 Окислительно-восстановительные реакции Опыт 1. К 2 - 3 см3 раствора иодида калия KI прилейте несколько капель раствора серной кислоты H2SO4 и добавьте 2 - 3 см3 нитрита калия KNO2. Наблюдайте и опишите изменения в пробирке. Определите изменение степени окисления иода и азота. Какие свойства проявляют эти элементы в данной реакции? Составьте уравнение реакции. Опыт 2. К 2 - 3 см3 раствора перманганата калия KMnO4 прилейте несколько капель раствора серной кислоты H2SO4 и добавьте 2 - 3 см3 46 нитрита калия KNO2. Наблюдайте и опишите изменения в пробирке. Определите изменение степени окисления азота и марганца. Какие свойства проявляют эти элементы в данной реакции? Сравните роль азота в первом и во втором опытах. Составьте уравнение реакции. Опыт 3. К 2 - 3 см3 раствора перманганата калия KMnO4 прилейте несколько капель раствора серной кислоты H2SO4 и добавьте 2 - 3 см3 сульфита натрия Na2SO3. Наблюдайте и опишите изменения в пробирке. Определите изменение степени окисления серы и марганца. Какие свойства проявляют эти элементы в данной реакции? Сравните роль марганца во втором и третьем опытах. Составьте уравнение реакции. Опыт 4. К 2 - 3 см3 раствора перманганата калия KMnO4 добавьте 2 - 3 см3 сульфита натрия Na2SO3. Наблюдайте и опишите изменения в пробирке Определите изменение степени окисления серы и марганца. Какие свойства проявляют эти элементы в данной реакции? Составьте уравнение реакции. Опыт 5. К 2 - 3 см3 раствора перманганата калия KMnO4 прилейте немного раствора щелочи NaOH или KOH и добавьте 2 - 3 см3 сульфита натрия Na2SO3. Наблюдайте и опишите изменения в пробирке. Определите изменение степени окисления серы и марганца. Какие свойства проявляют эти элементы в данной реакции? Сделайте вывод о глубине протекания процесса восстановления марганца в кислой, нейтральной и щелочной средах. Составьте уравнение реакции. Опыт 6. К 2 - 3 см3 раствора бихромата калия K2Cr2O7 прилейте несколько капель раствора серной кислоты H2SO4 и добавьте немного кристаллического сульфата железа (II) FeSO4. Наблюдайте и опишите изменения в пробирке. Определите изменение степени окисления хрома и железа. Какие свойства проявляют эти элементы в данной реакции? Составьте уравнение реакции. Лабораторная работа № 6 Свойства металлов Опыт 1. Действие кислот на металлы. 1.1. В 1 н. растворы соляной, серной, уксусной кислот поместите по кусочку магния, цинка, железа, меди. Какие продукты получаются? Напишите уравнения реакций. Опыт 2. Сравнительная активность металлов. 2.1. В пробирки с 2-3 мл водного раствора медного купороса поместите по кусочку железа, цинка, магния. Оставьте на 10 мин. Опишите наблюдения. Напишите реакции. 47 2.2. Используя кусочки меди, железа, цинка, магния, растворы их солей и разбавленную серную кислоту, по методике 2.1. составьте вытеснительный ряд для предложенных металлов. Определите место водорода в этом ряду. Опыт 3. Гальванические элементы. 3.1. В 10%-ный раствор серной кислоты поочередно поместите пластинку меди и пластинку цинка. Опишите наблюдения. Напишите уравнения протекающих реакции. Соберите схему, состоящую из двух электродов медь-цинк, поместите электроды в раствор серной кислоты. Объясните наблюдения. Напишите реакции, протекающие на электродах. Замкните цепь через лампочку /1В/. Опишите наблюдения в момент замыкания цепи и через 1 мин. Определите разность потенциалов с помощью вольтметра. Замкните цепь через насыщенный раствор сульфата натрия /на часовом стекле/, добавив несколько капель спиртового раствора фенолфталеина. Опишите наблюдения. 3.2. Составьте концентрационный гальванический элемент. В стакан, содержащий 1 М раствор сульфата меди, поместите медный электрод. В другой стакан, содержащий 0.0001 М раствор сульфата меди, также поместите медный электрод. Растворы соедините электрохимическим ключом (U -образная трубка, заполненная коллоидным раствором агар-агар, содержащим сульфат магния или натрия). С помощью милливольтметра определите разность потенциалов между электродами. ТИПОВЫЕ ЗАДАЧИ 1.Составьте математические выражения для скорости прямой реакции: а) CO + Cl2 COCl2 ; г) 2SO2 + O2 + 2H2O 2H2SO4; б) 2NO + O2 2NO2; д) 2C(кр.) + O2 2CO. в) CaO(кр.) + CO2 CaCO3; 2. Как изменится состояние равновесия в системах: 2Н2 + O2 2Н2О – 483,6 кДж, N2 + O2 2NO – 180,8 кДж, если а) повысить температуру; б) увеличить давление; в) увеличить концентрации продуктов реакции? 3. Вычислите массовую долю, моляльную концентрацию и мольную долю хлорида бария в растворе, содержащем 50 г BaCl 2 в 1000 г воды. 4. Cоставьте полные ионные и молекулярные уравнения, соответствующие приведенным кратким уравнениям реакций: NiOH+ + H+ Ni2+ + H2O; BO33- + 3H+ H3BO3. 48 5. Составьте уравнения гидролиза Be(NO3)2, Rb2S, BaCl2 в молекулярном и ионном виде. Укажите рН среды. 6. Определите молярные концентрации ионов Н+ и ОН-; рН и рОН 0,00001 М растворов азотной кислоты и едкого кали, если их степени диссоциации принять равными 1. 7. Вычислить степень окисления подчеркнутых элементов: КBrO3, BaWO4, Cl2O5 8. Определите окислитель и восстановитель в следующих превращениях: NO2 + H2O HNO3 + HNO2, HNO2 HNO3 + NO + H2O, HI + H2SO4 I2 + SO2 + H2O. 9. Подберите коэффициенты в уравнениях реакций, пользуясь методом полуреакций: a) HBr + H2SO4 Br2 + SO2 + H2O, б) SO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O, в) CuS + HNO3 Cu(NO3)2 + H2SO4 + H2O + NO, г) Na2SO3 + KIO3 + H2SO4 Na2SO4 + I2 + K2SO4 + H2O, д) Ag + HNO3 AgNO3 + NO2 + H2O, е) Al + KNO2 + KOH + H2O KAlO2 + NH3, ж) MnSO4 + KMnO4 + H2O MnO2 + K2SO4 + H2SO4 10.Составьте уравнения возможных реакций: Zn + H2SO4(разб); Сu + HCl ; Na + HCl ; Al + H2SO4(конц) ; Ag + H2SO4(конц) ; Mg + HNO3(очень разб) . 11. Определите направление перемещения электронов во внешней цепи следующих гальванических элементов: FeFe(NO3)2 Pb(NO3)2Pb; CuCu(NO3)2 AgNO3Ag; ZnZnSO4 MgSO4Mg. Составьте уравнения реакций, протекающих на электродах. 12. Вычислите Э.Д.С. гальванического элемента, образованного никелевым электродом с концентрацией ионов никеля(II) 0,1 моль/л, и хромовым электродом с концентрацией ионов хрома(III) 0,0001 моль/л. 13. Определите массу веществ, выделившихся на золотых электродах в процессе электролиза сульфата меди при силе тока 2 А в течение 40 минут. Составьте уравнения электродных процессов. Примеры решения типовых задач 1. Как измениться скорость реакции N2 + 3H2 2NH3, если объем системы уменьшить в 4 раза. Решение: При уменьшении объема газовой смеси, молярные концентрации компонентов смеси прямо пропорционально увеличиваются. В данном 49 случае концентрации реагирующих веществ и продуктов реакции увеличиваются в 4 раза. Согласно закону действующих масс, скорость гомогенной реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициентов: V(пр) = k[N2][ H2]3. Если концентрации реагирующих веществ увеличены в 4 раза, то V’(пр) = k4[N2](4[ H2]3). Тогда V’(пр)/ V(пр) = (k4[N2](4[ H2])3)/( k[N2][ H2]3) = 44 = 256. Скорость прямой реакции возрастет в 256 раз. 2. При 150С время протекания реакции 40 секунд. Определите время протекания реакции при 90С, если температурный коэффициент реакции равен 2. Решение: Зависимость скорости гомогенной реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: V2 = V1 (t2 - t1)/10. Скорость реакции обратно пропорциональна времени протекания реакции, тогда: 1/2 = (1/1) (t2 -t1)/10 ; 2 = 1 / (t2 -t1)/10 = 40/ 2 (90-150)/10 = 40/ 2-6 = 40 26 = 2560 с = 42,7 мин. Время протекания данной реакции при 90С составит 42,7 минуты. 3.Вычислите массовую долю, моляльную концентрацию и мольную долю гидроксида натрия в растворе, содержащем 40 г NaOH в 1000 г воды. Решение: Массовая доля – масса растворенного вещества, которая приходится на 1 г раствора: = m(в-ва)/m(р-ра) = 40/(1000+40) = 0,038. Моляльная концентрация - количество молей растворенного вещества в 1 кг растворителя: СН = [m(в-ва)1000]/[M(в-ва)m(р-ля)] = (40 г1000 г/кг)/(40г/моль1000г) = 1 моль/кг Мольная доля – отношение количества молей данного компонента к общему числу молей всех компонентов в системе: 50 N(в-ва) = n(в-ва)/[n(в-ва) + n(р-ля )] = = [m(в-ва)/M(в-ва)]/[m(в-ва)/M(в-ва) + m(р-ля)/M(р-ля)] = = (40 г/40 г/моль)/( 40 г/40 г/моль + 1000 г/18 г/моль) = = 1 моль/(1 моль + 55,56 моль) = 0,018. 4. Составьте уравнения электролитической диссоциации указанных соединений: а) NH4NO3; б) KH2PO3; в) (Cr(OH)2)2SO4. Решение: Электролитическая диссоциация – распад молекул электролитов на ионы под действием полярных молекул растворителя: а) NH4NO3 NH4+ + NO3-; б) KH2PO3 K+ + H2PO3-; H2PO3- Н+ + HPO32-; HPO32- Н+ + PO33в) (Cr(OH)2)2SO4 2Cr(OH)2+ + SO42-. Cr(OH)2+ Cr(OH)2+ + OHCr(OH)2+ Cr 3+ + OH5. Cоставьте молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза солей и укажите рН среды: а) NH4Cl; б) K3PO3; в) Na2SO4. Решение: а) NH4Cl + H2O NH4OH + HCl; NH4+ + Cl-+ H2O NH4OH + H+ + Cl-; NH4+ + H2O NH4OH+ H+ . В результате гидролиза в растворе кислая среда - рН 7 б) K3PO3 + H2O K2HPO3 + KOH; 3K+ + PO33- + H2O 3K+ + HPO32- + OH- ; PO33- + H2O HPO32- + OH-. В результате гидролиза в растворе щелочная среда - рН 7. В данном случае соль образована многоосновной слабой кислотой, и поэтому гидролиз аниона осуществляется ступенчато и в определенных условиях может продолжаться. В обычных условиях гидролиз дальше не идет. 2-я ступень гидролиза: K2HPO3 + H2O KH2PO3 + KOH; 2K+ + HPO32- + H2O 2K+ + H2PO3- + OH- ; HPO32- + H2O H2PO3- + OH-. 3-я ступень гидролиза: KH2PO3 + H2O H3PO3 + KOH; K+ + H2PO3- + H2O K+ + H3PO3- + OH- ; H2PO3- + H2O H3PO3 + OH-. в) Na2SO4 В случае в) соль образована сильным основанием и сильной кислотой, поэтому гидролизу не подвергается. 51 6.Определите pH, pOH, [H+], [OH-] 0,00001 молярного раствора КОН. =1 Решение: Составим уравнение диссоциации КОН: КОН К+ + ОН-. По уравнению реакции видно, что концентрация ОН- равна концентрации КОН, если степень диссоциации = 1. Тогда [OH-] = 0,00001моль/л; рОН = 5; рН = 14 – рОН = 14 – 5 = 9; [H+] = 10-9. 7. Определите степени окисления подчеркнутых элементов в соединениях: а) CaCr2O7, б) KClO3, в) K2S . Решение: Все молекулы электрически незаряжены. Сумма зарядов всех элементов, входящих в состав молекулы, равна нулю. Зная степени окисления двух элементов в составе молекулы из трех элементов, можно определить степень окисления третьего элемента. Обозначим неизвестную степень окисления через «x». Составим уравнение, в котором сумма зарядов всех атомов в молекуле равна нулю и решим его. а) Ca+2Cr2xO7-2. 2 + 2x +(-2)7 = 0, x = +6; б) K+ClxO3-2, 1 + x + (-2)3 = 0, x = +5; в) K2+Sx, 2 + x = 0, x = -2. 8. Определите, какие реакции являются окислительновосстановительными: а) NH4NO3 = N2O + 2H2O; б) Fe + S = FeS в) HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3 Решение: Окислительно-восстановительной называется реакция, в которой имеет место изменение степени окисления элементов. Определим степени окисления элементов в левой и правой частях уравнений. а) N-3H4+N+5O3-2 = N2+O-2 + 2H2+O-2. Данная реакция является внутримолекулярной окислительновосстановительной. N-3 - восстановитель, окисляется до N+, N+5 – окислитель восстанавливается до N+. б) Fe0 + S0 = Fe+2 S-2. Реакция б) относится к типу межмолекулярных окислительновосстановительных реакций. Fe0 – восстановитель, окисляется до Fe+2, S0 – окислитель, восстанавливается до S-2. в) H+Cl- + Ag+N+5O3-2 = Ag+Cl- + H+N+5O3-2. 52 Реакция в) не является окислительно-восстановительной, так как в ходе ее протекания степени окисления элементов не изменяются. 9. Какие свойства – окислителя, восстановителя или двойственные могут проявлять следующие вещества: а) H3AsO3, б) NH3, в) Sb2O5 Решение: Высшая степень окисления элемента равна номеру группы, в которой находится элемент. Элемент в высшей степени окисления может выполнять только функцию окислителя в окислительновосстановительной реакции. Низшая степень окисления элемента равна : для металлов - нулю; для неметаллов - разности между номером группы, в которой находится элемент и 8 (N группы – 8). Элемент в низшей степени окисления может выполнять только функцию восстановителя в окислительновосстановительной реакции. Элементы в промежуточной степени окисления могут выполнять функцию и окислителя и восстановителя. а) H3As+3O3, Низшая степень окисления As-3 , высшая степень окисления As+5. As+3 – промежуточная степень окисления – может как понижать степень окисления – выполнять роль окислителя, так и повышать степень окисления – выполнять роль восстановителя. б) N-3H3, N-3 - низшая степень окисления – может только повышать степень окисления – выполнять роль восстановителя. в) Sb2+5O5 . Sb+5 - высшая степень окисления – может только понижать степень окисления – выполнять роль окислителя. 10. Расставьте коэффициенты в уравнении окислительновосстановительной реакции методом электронно-ионных уравнений: KMnO4 + KNO3 + H2SO4 MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O. Решение: KMn+7O4 + KN+3O3 + H2SO4 Mn+2SO4 + KN+5O3 + K2SO4 + H2O. Окислителем является Mn+7, в составе иона MnO4-. Восстановителем является N+3 , в составе иона NO3-. 2 MnO4- + 8H+ +5e = Mn2+ + 4H2O - восстановление окислителя 5 NO3- + H2O - 2e = NO3- + 2H+ - окисление восстановителя 2MnO4- + 16H+ + 5e2 + 5NO2- + 5H2O - 2e5 = 2Mn2+ + 5NO3-+ 10H+ +8H2O 2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 3H2 11. Составьте уравнения возможных реакций: а) Сu + KCl ; б) Mn + AgNO3 ; в) Сd + H2SO4(разб); г) Na + H2SO4(конц) ; д) K + HNO3(очень разб) . 53 Решение: а) Металлы вытесняют из растворов солей менее активные металлы, расположенные в ряду напряжений правее вытесняемого металла: Сu + KCl Реакция невозможна, так как калий – активный металл, расположенный в ряду напряжений левее меди. б) Mn + 2AgNO3 Mn(NO3)2 + 2Ag; Mn – 2e Mn+2; Ag+ + 1e Ag. в) С кислотами, в которых окислителем является катион водорода Н+, реагируют металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода. При этом образуются соль и газообразный водород. Сd + H2SO4(разб) Сd SO4 + H2; Сd –2e Сd+2; 2H+ + 2e H2. г) С кислотами, в которых окислителем является анион кислотного остатка, реагируют все металлы, кроме золота и платины. При этом образуются соль, вода и продукт восстановления кислотного остатка, природа которого зависит от положения металла в ряду напряжений, концентрации кислоты, температуры и других факторов. 2Ag + 2H2SO4(конц) Ag2SO4 + 2H2O + SO2; Ag –1e Ag+ ; 2 SO42- + 4H+ + 2e SO2 + 2H2O. 1 2Ag + SO42- + 4H+ 2Ag+ + SO2 + 2H2O. д) 8K + 10HNO3(очень разб) 8KNO3 + NH4NO3 + 3H2O; K –1e K+ 8 NO3- + 10H+ + 8e NH4 + + 3H2O 1 8K + NO3- + 10H+ NH4 + + 3H2O + 8K+. 12. Вычислите Э.Д.С. гальванического элемента, образованного медным электродом с концентрацией ионов меди(II) 0,1 моль/л, и алюминиевым электродом с концентрацией ионов алюминия(III) 0,0001 моль/л. Составьте уравнения электродных процессов. Решение: Al | AlCl3 || CuCl2 | Cu В данном гальваническом элементе более активным металлом является алюминий, выступающий в роли анода, а медь – катода. Анод в процесе работы окисляется: Al – 3e Al3+. На катоде идет восстановление: Cu2+ +2e Cu. 54 Величина электродного потенциала определяется по уравнению Нернста: E = E + (0,059/n) lg[Mn+]. ECu = 0,34 + (0,059/2) lg10-1 = 0,31 B. EAl = -1,66 + (0,059/3) lg10-4 = -1,74 B. Э.Д.С. = Екатода – Еанода = 0,31 – (-1,74) = 2,05 В. 13. Определите массу веществ, выделившихся на золотых электродах в процессе электролиза сульфата меди при силе тока 2 А в течение 40 минут. Составьте уравнения электродных процессов. Решение: Составим уравнения электродных процессов: CuSO4 Cu 2+ + SO4 2H2O H+ + OHСu2+, H+ , H2O H2O, OH-, SO4 2На катоде (-): На аноде(+): Сu2+ + 2е Cu; 2H2O – 4e O2 + 4H+. Масса вещества, выделяющаяся на электродах, прямо пропорциональна количеству электричества, пропущенному через раствор. m(Cu) = kIt = (A(Cu)/2F)It = (63,55/(296500))22400 = 1,58 г. m(O2) = kIt = (A(O)/2F)It = (16/(296500))22400 = 0,40 г 14. Цинк покрыт серебром. Какой из металлов будет корродировать в случае нарушения покрытия? Составьте уравнения электронных реакций контактной коррозии этих металлов а) в соляной кислоте; б) в атмосферных условиях. Решение: При контакте двух металлов в среде электролита всегда образуется гальванический элемент. При этом разрушается более активный металл, который выполняет роль анода. В случае контакта цинка с серебром корродирует болоее активный цинк. Пассивное серебро является катодом. На катоде идут процессы восстановления. а) В кислой среде: Zn HCl Ag На катоде: На аноде: 2H+ + 2e H2; Zn –2e Zn2+. Полное уравнение: Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 б) В атмосферных условиях – в присутствии атмосферного кислорода и влаги воздуха: 55 Zn H2O + O2 Ag На катоде: 2H2O + O2 + 4e 4OH-; На аноде: Zn –2e Zn2+. Полное уравнение: Zn + 2H2O + O2 2Zn(OH)2. Образцы решения задач из самостоятельных работ по темам 7-11 1. Рассчитайте константу равновесия реакции СоО(тв) + СО(газ) Со(тв) + СО2(газ), если равновесные концентрации равны [CO] = 0,0001 моль/л, [CO2] = 0,3 моль/л. Решение: Данная реакция является гетерогенной. Константа равновесия реакции определяется отношением произведения концентраций продуктов реакции к произведению концентраций исходных веществ. СоО и Со – твердые вещества – их концентрации не учитываются. Константа равновесия указанной реакции имеет вид и равна: К =[СО2] 2/ [СО]2 = 0,3/(0,0001)2 = 3107. 2. Как изменится скорости прямой и обратной реакций 2NО + О2 2NО2, если концентрации всех веществ в системе увеличить в 3 раза? Решение: Согласно закону действующих масс, скорость прямой гомогенной реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степени их стехиометрических коэффициентов, а скорость обратной гомогенной реакции прямопропорциональна произведению концентраций продуктов реакции в степени их стехиометрических коэффициентов. Тогда скорость прямой реакции равна: V(пр) = k1[NО]2[ О2]. Если концентрации реагирующих веществ увеличены в 3 раза, то скорость прямой реакции изменяется и становится равной: V’(пр) = k1(3[NО])23[О2]. Тогда V’(пр)/ V(пр) = (k 1(3[NО])23[О2])/( k1[NО]2[О2]) = 323= 27. Скорость прямой реакции возрастет в 27 раз. Скорость обратной реакции равна: V(обр) = k2[NО2]2. 56 При увеличении концентрации продуктов реакции в 3 раза, скорость обратной реакции изменяется и становится равной: V’(обр) = k2(3[NО2])2. Тогда V’(обр)/ V(обр) = (k 2(3[NО2])2)/( k2[NО2]2) = 32= 9. Скорость обратной реакции возрастет в 9 раз.6. При 50 оС некоторая реакция заканчивается за 30 минут. Рассчитайте время протекания реакции при 90 оС, если термический коэффициент реакции равен 2. Решение: Зависимость скорости гомогенной реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа: V2 = V1 (t2 -t1)/10. Скорость реакции обратно пропорциональна времени протекания реакции. Тогда: время протекания реакции связано с температурой следующим соотношением: 1/2 = (1/1) (t2 -t1)/10 ; 2 = 1 / (t2 -t1)/10 = 1800/ 2 (90-50)/10 = 1800/ 24 = 1800/ 24 = 112 с = 1,9 мин. Время протекания данной реакции при 90С составит 1,9 минуты. 6. В каком направлении сместится равновесие в системе N 2 + 3H2 2NH3, если а) увеличить концентрацию аммиака; б) уменьшить давление в системе. Решение: а) Согласно принципу Ле-Шателье, увеличение концентрации продуктов реакции увеличивает выход исходных веществ. Следовательно, если концентрацию аммиака увеличить, равновесие сместится влево, увеличится концентрация водорода и азота в системе. б) С другой стороны, по принципу Ле-Шателье, понижение давления в системе увеличивает выход реакции, в результате которой образуется большее число газообразных молекул. Следовательно, при уменьшении давления в системе также увеличится выход азота и водорода. 7.Составьте уравнения диссоциации соединений: а) (NH4)2SO4; б) NaHS; в) NiOHCl. Решение: Электролитическая диссоциация – распад молекул электролитов на ионы под действием полярных молекул растворителя. а) (NH4)2SO4 2NH4+ + SO42-; б) NaHS Na+ + HS-; 57 HS H+ + S-2; в) NiOHCl NiOH+ + ClNiOH+ Ni 2+ + OH+ 8. Составьте молекулярные и ионные (полные и краткие) уравнения реакций: а) Be(OH)2 + KOH; б) CuOHCl + HNO3. Решение: а) Be(OH)2 + 2KOH K2BeO2 + 2H2O; Be(OH)2 + 2K+ + 2OH- 2K+ + BeO22- + 2H2O; Be(OH)2 + 2OH- BeO22- + 2H2O. б) CuOHCl + HNO3 CuClNO3 + H2O; CuOH+ +Cl- + H+ + NO3- Cu2+ + Cl-+ NO3- + H2O; CuOH+ + H+ Cu2+ + H2O. 9. Составьте в ионном и молекулярном виде уравнения гидролиза солей и укажите рН среды: a) CuCl2; б) K2SO4. Решение: а) Хлорид меди – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой. Гидролиз идет по катиону. CuCl2 + H2O CuOHCl + HCl; Cu2+ + 2Cl- + H2O CuOH+ + H+ + 2Cl-; Cu2+ + H2O CuOH+ + H+ . В результате гидролиза в растворе кислая среда - рН 7 В обычных условиях хлорид меди дальнейшему гидролизу не подвергается. б) Сульфат калия – соль, образованная сильным основанием и сильной кислотой – гидролизу не подвергается. K2SO4 + H2O гидролиз не идет. 10. Концентрация соляной кислоты равна 0,01 моль/л. Определите рН и рОН раствора, если степень электролитической диссоциации кислоты считать равной 1. Решение: Составим уравнение диссоциации HCl: HCl H+ + Cl-. По уравнению реакции видно, что концентрация H+ равна концентрации HCl, если степень диссоциации = 1. Тогда [H+] = 0,01моль/л; рН = - lg[H+] = -lg 10-2 = 2; рOН = 14 – рН = 14 – 2 = 12. 11. Определите степени окисления подчеркнутых элементов в соединениях: а) H2SeO4, б) Al(NO3)3. Решение: 58 Обозначим неизвестную степень окисления через «x». Составим уравнение, в котором сумма зарядов всех ионов в молекуле равна нулю, и решим его. а) H2+SeхO4-2 . 2 + x +(-2)4 = 0, x = +6; б) Al+3(NхO3-2)3 3 +3x + (-2)33 = 0, x = +5; 12. Определите, какие реакции являются окислительновосстановительными: а) Zn + HCl = ZnCl 2 + H2; б) BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4 + NaCl Решение: Определим степени окисления элементов в левой и правой частях уравнений. а) Zn0+ H+Cl = Zn+2Cl2 + H20; Реакция (а) является окислительно-восстановительной, т.к. Zn0 восстановитель, окисляется до Zn+2, H+ – окислитель восстанавливается до H0. б) Ba+2Cl2- + Na2+S+6O4-2 = Ba+2S+6O4-2 + Na+ClРеакция б) не является окислительно-восстановительной, так как в ходе ее протекания степени окисления элементов не изменяются. 13. Какие свойства – окислителя, восстановителя или двойственные- могут проявлять следующие вещества: а) H2SO3, б) Na2S, в) CrO3. Решение: а) H2S+4O3, Низшая степень окисления S-2 , высшая степень окисления S+6. S+4 – промежуточная степень окисления – может как понижать степень окисления – выполнять роль окислителя, так и повышать степень окисления – выполнять роль восстановителя. S-2 проявляет окислительно-восстановительную двойственность. б) Na2S-2, S-2 - низшая степень окисления – может только повышать степень окисления – выполнять роль восстановителя. в) Cr+6O3. Cr+6 - высшая степень окисления – может только понижать степень окисления – выполнять роль окислителя. 14. Составьте электронно-ионные уравнения, расставьте коэффициенты в уравнении, укажите окислитель и восстановитель в реакции: KMnO4 + H2S + H2SO4 MnSO4 + S + K2SO4 + H2O. Решение: KMn+7O4 + H2S-2 + H2SO4 Mn+2SO4 + S0 + K2SO4 + H2O. Окислителем является Mn+7, в составе иона MnO4-. Восстановителем является S-2 , в составе молекулы H2S. 59 2 MnO4- + 8H+ +5e = Mn2+ + 4H2O - восстановление окислителя 5 H2S - 2e = S + 2H+ - окисление восстановителя 2MnO4- + 16H+ + 5e2 + 5H2S - 2e5 = 2Mn2+ + 5S + 10H+ +8H2O 2KMnO4 + 5H2S + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5S + K2SO4 + 8H2O. 15. Закончите, где возможно, уравнения реакций: Zn + Pb(NO 3)2 ; HCl + Bi ; H2SO4(конц.) + К ; расставьте коэффициенты в уравнениях. Решение: а) Металлы вытесняют из растворов солей менее активные металлы, расположенные в ряду напряжений правее вытесняемого: Zn + Pb(NO3)2 Zn(NO3)2 + Pb; Zn – 2e Zn+2; Pb2+ + 2e Pb. б) С кислотами, у которых окислителем является катион водорода Н+, реагируют металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода. При этом образуются соль и газообразный водород. C металлами, расположенными в ряду напряжений правее водорода такие кислоты не реагируют. Bi + HCl реакция не идет.; в) С кислотами, у которых окислителем является анион кислотного остатка, реагируют все металлы, кроме золота и платины. При этом образуются соль, вода и продукт восстановления кислотного остатка, природа которого зависит от положения металла в ряду напряжения, концентрации кислоты, температуры и других факторов. К + H2SO4(конц) К2SO4 + H2O + Н2S; К –1e К+ ; 8 SO42- + 10H+ + 8e Н2S + 4H2O. 1 8K + SO42- + 10H+ 8Ag+ + H2S + 4H2O. 8К + 5H2SO4(конц) 4К2SO4 + 4H2O + Н2S; 16. Составьте схему гальванического элемента, электронные уравне-ния работы гальванического элемента СгСrCl3 (0,001 моль/л)NiCl2 (0,1 моль/л)Ni, рассчитайте ЭДС. Решение: Cr | CrCl3 || NiCl2 | Ni В данном гальваническом элементе более активный металл хром выполняет роль анода, а никель – катода. Анод в процесе работы окисляется: Cr – 3e Cr3+. На катоде идет восстановление ионов из раствора: Ni2+ +2e Ni. Величина электродного потенциала определяется по уравнению Нернста: 60 E = E + (0,059/n) lg[Mn+]. ENi = -0,23 + (0,059/2) lg10-1 = -0,26 B. ECr = -0,73 + (0,059/3) lg10-3 = -0,79 B. Э.Д.С. = Екатода – Еанода = -0,26 – (-0,79) = 0,54 В. 17. Составьте уравнения электродных процессов, протекающих при электролизе водного раствора K2SO4. Решение: В водном растворе сульфат калия диссоциирует на ионы. Составим уравнения электродных процессов, учитывая, что активный калий не восстанавливается на катоде – вместо него восстанавливается водород; а сульфат-анион не окисляется в водном растворе, на аноде – выделяется кислород: K2SO4 2K+ + SO42-. H2O H+ + OH+ + К , H , H2O H2O, OH-, SO4 2На катоде(-): На аноде(+): 2H2O + 2e Н2 + 2ОH-; 2H2O – 4e O2 + 4H+. Составим уравнения электродных процессов, учитывая, что активный калий не восстанавливается на катоде – вместо него восстанавливается водород; а сульфат-анион не окисляется в водном растворе, на аноде – выделяется кислород: 18. Определите какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных катоде и аноде при электролизе расплава KCl. Время электролиза – 1 час при силе тока 5 А. Решение: Составим уравнения электродных процессов: KCl K+ +Cl -. H2O H+ + OHК+, H+ , H2O H2O, OH-, Cl -. На катоде(-): На аноде(+): 2H2O + 2e Н2 + 2ОH-; 2Cl- – 2e Cl2 . Масса вещества, выделяющаяся на электродах прямо пропорциональна количеству электричества, пропущенному через раствор. m(H2) = kIt = (A(H)/1F)It = (1/(196500))53600 = 0,18 г. m(Cl2) = kIt = (A(Cl)/1F)It = (35/(196500))53600 = 6,53 г. 19.Опишите коррозию на стыке меди и никеля в кислой среде и во влажном воздухе Решение: 61 При контакте двух металлов в среде электролита образуется гальванический элемент. При этом разрушается более активный металл, который выполняет роль анода. а) В кислой среде: NiHCl Cu pH<7 На катоде: На аноде: + 2H + 2e H2; Ni – 2e Ni2+. Полное уравнение: Ni + 2HCl NiCl2 + H2 б) В атмосферных условиях – в присутствии атмосферного кислорода и влаги воздуха: Ni H2O , O2 Cu pH 7 На катоде: На аноде: 2H2O + O2 + 4e 4OH-; Ni – 2e Ni2+. Полное уравнение: 2Ni + 2H2O + O2 2Ni(OH)2. Вопросы к коллоквиуму 2 1.Скорость гомогенной и гетерогенной химической реакции. 2.Факторы, влияющие на скорость химической реакции. 3.Влияние концентрации на скорость химической реакции. 4.Влияние температуры на скорость химической реакции. 5.Катализ. Влияние катализаторов на скорость химической реакции. 6.Химическое равновесие. Константа равновесия. 7.Смещение химического равновесия. Принцип Ле-Шателье. 8.Влияние концентрации, давления, температуры на состояние химического равновесия. 9.Понятие раствора. Типы растворов. 10.Физическая и химическая теории растворов. 11.Способы выражения концентрации растворов. 12.Осмотическое давление. Закон Вант-Гоффа. 13.Давление насыщенного пара над раствором. Закон Рауля. 14.Повышение температуры кипения растворов. Эбулиоскопическая постоянная. 15.Понижение температуры замерзания растворов. Криоскопическая постоянная. 16.Основные положения теории электролитической диссоциации С.Аррениуса. 17.Особенности диссоциации кислот, оснований, солей (средних, кислых, основных). 18.Сильные и слабые электролиты. Степень электролитической диссоциации. 19.Особенности протекания химических реакций в растворах электролитов. 62 20.Ионное произведение воды. Водородный показатель (рН). Гидролиз солей. 21. Понятие окислительно-восстановительной реакции. Типы окислительно-восстановительных реакций. 22. Степень окисления. Окислитель. Восстановитель. Процесс окисления. Процесс восстановления. 23. Метод электронного баланса. 24. Метод полуреакций. 25. Физические свойства металлов. 26. Ряд напряжений Н.Н.Бекетова. Взаимодействие металлов с растворами солей. 27. Действие кислот на металлы. 28. Действие щелочей на металлы. 29. Возникновение двойного электрического слоя на границе металлраствор. Электродный потенциал. 30.Нормальный водородный электрод. Стандартный электродный потенциал. Ряд напряжений металлов. 31. Гальванические элементы. Э.Д.С. гальванического элемента. 32.Концентрационный гальванический элемент. 33.Электролиз расплавов электролитов. 34.Электролиз водных растворов электролитов с инертным анодом. 35.Электролиз водных растворов электролитов с активным анодом. 36.Коррозия металлов. Виды коррозии. 37.Контактная коррозия металлов. 38.Коррозия под действием блуждающих токов. 39.Методы защиты металлов от коррозии. 40.Покрытия неорганические и органические. 41.Металлические покрытия. 42.Протекторная и катодная защита металлов от коррозии. Номер варианта 01, блок 1 блок 2 02, блок 1 блок 2 03, блок 1 блок 2 04, блок 1 блок 2 05, блок 1 блок 2 Таблица вариантов контрольных заданий Номера задач 1, 61, 91, 151, 171, 201, 231, 331, 361, 391, 421, 481 2, 62, 92, 152, 172, 202 232,332, 362, 392, 422, 482 3, 63, 93, 153, 173, 203 233, 333, 363, 393, 423, 483 4, 64, 94, 154, 174, 204, 234, 334, 364, 394, 424, 484 5, 65, 95, 155, 175, 205 235. 335, 365, 395, 425, 485 63 06, блок 1 блок 2 07, блок 1 блок 2 08, блок 1 блок 2 09, блок 1 блок 2 10, блок 1 блок 2 11, блок 1 блок 2 12, блок 1 блок 2 13, блок 1 блок 2 14, блок 1 блок 2 15, блок 1 блок 2 16, блок 1 блок 2 17, блок 1 блок 2 18, блок 1 блок 2 19, блок 1 блок 2 20, блок 1 блок 2 21, блок 1 блок 2 22, блок 1 блок 2 23, блок 1 блок 2 24, блок 1 блок 2 25, блок 1 блок 2 26, блок 1 блок 2 6, 66, 96, 156, 176, 206 236, 336, 366, 396, 426, 486 7, 67, 97, 157, 177, 207 237, 337, 367, 397, 427, 487 8, 68, 98, 158, 178, 208 238,338, 368, 398, 428, 488 9, 69, 99, 159, 179, 209 239, 339, 369, 399, 429, 489 10, 70, 100, 160, 180, 210 240, 340, 370, 400, 430, 490 11, 71, 101, 161, 181, 211 241, 341, 371, 401, 431, 491 12, 72, 102, 162, 182, 212, 242, 342, 372, 402, 432, 492 13, 73, 103, 163, 183, 213 243, 343, 373, 403, 433, 493 14, 74, 104, 164, 184, 214 244, 344, 374, 404, 434, 494 15, 75, 105, 165, 185, 215 245, 345, 375, 405, 435, 495 16, 76, 106, 166, 186, 216 246, 346, 376, 406, 436, 496 17, 77, 107, 167, 187, 217 247, 347, 377, 407, 437, 497 18, 78, 108, 168, 188, 218 248, 348, 378, 408, 438, 498 19, 79, 109, 169, 189, 219 249, 349, 379, 409, 439, 499 20, 80, 110, 170, 190, 220 250, 350, 380, 410, 440, 500 21,81, 111, 151, 191, 221 251, 351, 381, 411, 441, 481 22, 82, 112, 152, 192, 222 252, 352, 382, 412, 442,482 23, 83, 113, 153, 193, 223 253, 353, 383, 413, 443, 483 24, 84, 114,154, 194, 224 254, 354, 384, 414, 444, 484 25, 85, 115, 155, 195, 225 255, 355, 385, 415, 445, 485 26, 86, 116, 156, 196, 226 256 356, 386, 416, 446, 486 64 27, блок 1 блок 2 28, блок 1 блок 2 29, блок 1 блок 2 30, блок 1 блок 2 31,блок 1 блок 2 32,блок 1 блок 2 33,блок 1 блок 2 34,блок 1 блок 2 35,блок 1 блок 2 36,блок 1 блок 2 37,блок 1 блок 2 38,блок 1 блок 2 39,блок 1 блок 2 40,блок 1 блок 2 41,блок 1 блок 2 42,блок 1 блок 2 43,блок 1 блок 2 44,блок 1 блок 2 45,блок 1 блок 2 46,блок 1 блок 2 47,блок 1 блок 2 27, 87, 117, 157, 197, 227 257, 357, 387, 417, 447, 487 28, 88, 118, 158, 198, 228 258, 358, 388, 418, 448, 488 29, 89, 119, 159, 199, 229 259, 459, 389, 419, 449, 489 30, 90, 120, 160, 200, 230 260, 360, 390, 420, 450, 490 31, 92, 121, 161, 181, 211 261, 331, 361, 391, 451, 491 32, 93, 122, 162, 182, 212 262, 332, 362, 392, 452, 492 33, 94, 123, 163, 183, 213 263, 333, 363, 393, 453, 493 34, 95, 124, 164, 184, 214 264, 334, 364, 394, 454, 494 35, 96, 125, 165, 185, 215 265, 335, 365, 395, 455, 495 36, 97 126, 166, 186, 216 266, 336, 366, 396, 456, 496 37,98, 127, 167, 187, 217 267, 337, 367, 397, 457, 497 38, 99, 128, 168, 188, 218 268, 338, 368, 398, 458, 498 39, 100, 129, 169, 189, 219 269, 339, 369, 399, 459, 499 40, 101, 130, 170, 190, 220, 270, 340, 370, 400, 460, 500 41, 102, 131, 151, 191, 221 271,341, 371, 401, 461, 481 42, 103, 132, 152, 192, 222 272, 342, 372, 402, 462, 482 43, 104, 133, 153, 193, 223 273, 343, 373, 403, 463, 483 44, 105, 134, 154, 194, 224 274, 344, 374, 404, 464, 484 45, 106, 135, 155, 195, 225 275, 345, 375, 405, 465, 485 46, 107, 136, 156, 196, 226 276, 346, 376, 406, 466, 486 47, 108, 137, 157, 197, 227 277,347, 377, 407, 467, 487 65 48,блок 1 блок 2 49,блок 1 блок 2 50,блок 1 блок 2 51,блок 1 блок 2 52,блок 1 блок 2 53,блок 1 блок 2 54,блок 1 блок 2 55,блок 1 блок 2 56,блок 1 блок 2 57,блок 1 блок 2 58,блок 1 блок 2 59,блок 1 блок 2 60блок 1 блок 2 61,блок 1 блок 2 62,блок 1 блок 2 62,блок 1 блок 2 64,блок 1 блок 2 65,блок 1 блок 2 66,блок 1 блок 2 67,блок 1 блок 2 68,блок 1 блок 2 48, 87, 138, 158, 198, 228 278, 348, 378, 408, 468, 488 49, 109, 139, 159, 199, 229 279, 349, 379, 409,469, 489 50, 110, 140, 160, 200, 230 280,350, 380, 410, 470, 490 51, 111, 141, 161, 171, 201 281, 351, 381, 411, 471, 491 52, 112, 142, 162, 172, 202 282, 352, 382, 412, 472, 492 53, 113, 143, 163, 173, 203 283, 353, 383, 413, 473, 493 54, 114, 144, 164, 174, 204 284, 354, 384, 414, 474, 494 55, 115, 145, 165, 175, 205 285, 355, 385, 415, 475, 495 56, 116, 146, 166, 176, 206 286, 356, 386, 416, 476, 496 57,117, 147, 167, 177, 207 287, 357, 387, 417, 477, 497 58,118, 148, 168, 178, 208 288, 358, 388, 418, 478, 498 59,119, 149, 169, 179, 209 289, 359, 389, 419, 479, 499 60, 120, 150, 170, 180, 210 290, 360, 390, 420, 480, 500 1, 121, 61, 151, 181, 211 291, 331, 361, 391, 421, 481 2, 122, 62, 152, 182, 212 292, 332, 362, 392,422, 482 3, 123, 63, 153, 183, 213 293, 333, 363, 393, 423, 483 4, 124, 64, 154, 184, 214 294, 334, 364, 394, 424, 484 5, 125, 65, 155, 185, 215 295, 335, 365, 395, 425, 485 6, 126, 66, 156, 186, 216 296, 336, 366, 396, 426, 486 7, 127, 67, 157, 187, 217 297, 337, 367, 397, 427, 487 8, 128, 68, 158, 188, 218 298, 338, 368, 398, 428, 488 66 69,блок 1 блок 2 70,блок 1 блок 2 71,блок 1 блок 2 72,блок 1 блок 2 73,блок 1 блок 2 74,блок 1 блок 2 75,блок 1 блок 2 76,блок 1 блок 2 77,блок 1 блок 2 78,блок 1 блок 2 79,блок 1 блок 2 80,блок 1 блок 2 81,блок 1 блок 2 82,блок 1 блок 2 83,блок 1 блок 2 84,блок 1 блок 2 85,блок 1 блок 2 86,блок 1 блок 2 87,блок 1 блок 2 88,блок 1 блок 2 89,блок 1 блок 2 9, 129, 69, 159, 189, 219, 299, 339, 369, 399, 429, 489 10, 130, 70, 160, 190, 220, 300, 340, 370, 400, 430, 490 11, 131, 71, 161, 191, 221 301, 341, 371, 401, 431, 491 12, 132, 72, 162, 192, 222 302, 342, 372, 402, 432, 492 13, 133, 73, 163, 193, 223 303, 343, 373, 403, 433, 493 14, 134, 74, 164, 194, 224 304, 344, 374, 404, 434, 494 15, 135, 75, 165, 195, 225 305, 345, 375, 405, 435, 495 16, 136, 76, 166, 196, 226 306, 346, 376, 406, 436, 496 17, 137, 77, 167, 197, 227 307, 347, 377, 407, 437, 497 18, 138, 78, 168, 198, 228 308, 348, 378, 408, 438, 498 19, 139, 79, 169, 199, 229 309, 349, 379, 409, 439, 499 20, 140, 80, 170, 200, 230 310, 350, 380, 410, 440, 500 21, 141, 81, 151, 181, 201 311, 351, 381, 411, 441, 481 22, 142, 82, 152, 182, 202 312, 352, 382, 412, 442, 482 23, 143, 83, 153, 183, 203 313, 353, 383, 413, 443, 483 24, 144, 84, 154, 184, 204 314, 354, 384, 414, 444, 484 25, 145, 85, 155, 185, 205 315, 355, 385, 415, 445, 485 26, 146, 86, 156, 186, 206 316, 356, 386, 416, 446, 486 27, 147, 87, 157, 187, 207 317, 357, 387, 417, 447, 487 28, 148, 88, 158, 188, 208 318, 358, 388, 418, 448, 488 29, 149, 89, 159, 189, 209 319, 359, 389, 419, 449, 489 67 90,блок 1 блок 2 91,блок 1 блок 2 92,блок 1 блок 2 93,блок 1 блок 2 94,блок 1 блок 2 95,блок 1 блок 2 96,блок 1 блок 2 97,блок 1 блок 2 98,блок 1 блок 2 99,блок 1 блок 2 00,блок 1 блок 2 30, 150, 90, 160, 190, 210 320, 360, 390, 420, 450, 490 31, 61, 91, 161, 191, 211 321, 331, 361, 401, 451, 491 32, 62, 92, 162, 192, 212 322, 332, 362, 402, 452, 492 33, 63, 93, 163, 193, 213 323, 333, 363, 403, 453, 493 34, 64, 94, 164, 194, 214 324, 334, 364, 404, 454, 494 35, 65, 95, 165, 195, 215 325, 335, 365, 405, 455, 495 36, 66, 96, 166, 196, 216 326, 336, 366, 406, 456, 596 37, 67, 97, 167, 197, 217 327, 337, 367, 407, 457, 497 38, 68, 98, 168, 198, 218 328, 338, 368, 408, 458, 498 39, 69, 99, 169, 199, 219 329, 339, 369, 409, 459, 499 40, 70, 100, 170, 200, 220 330, 340, 370, 410, 460, 500 Рекомендуемая литература. 1. А.С.Кужаров. Общая химия в машиностроительном ВУЗе. Ростов н/Д, РИСХМ, 1992. 2. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 2001 3. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. Л.: Химия, 2001. 4. Н.Н.Павлов. Общая и неорганическая химия. М.: Дрофа, 2002 68
