Общая и неорганическая химия. Методические указания для студентов-заочников нехимических специальностей (часть 1)

3

Калининградский государственный университет

ОБЩАЯ и НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

методические указания для студентов-заочников нехимических специальностей ( часть 1 ) .

КАЛИНИНГРАД 1997

4

Печатается по решению редакционно-издательского совета Калининградского государственного университета Методическое пособие составлено доцентом, кандидатом биологических наук Н.В. Чибисовой. Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры неорганической и аналитической химии 27 января 1997 года. Утверждено учебно-методической комиссией химического факультета 29 января 1997 года.

5

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Химия относится к числу фундаментальных наук, изучение которых обязательно специалистам естественно-научного профиля. Изучение химии позволяет получить современное научное представление о материи и формах ее движения, о механизме превращения химических соединений, свойствах веществ и применении химических процессов в современной технике. Необходимо усвоить законы и теории химии, овладеть техникой химических расчетов, выработать навыки самостоятельного выполнения экспериментов и обобщения наблюдаемых фактов. Общая и неорганическая химия является основной дисциплиной, необходимой для успешного изучения всех последующих химических и специальных дисциплин. Работа студента над курсом общей и неорганической химии слагается из следующих элементов: самостоятельное изучение материала по учебникам и учебным пособиям; выполнение контрольных заданий, лабораторного практикума, посещение лекций; сдача зачета и экзамена. Контрольная работа является формой методической помощи студентам при изучении курса. Решения задач и ответы на теоретические вопросы должны быть коротко и четко обоснованы. При решении задач нужно приводить весь ход решения и математические преобразования, избирая простейший путь решения. Контрольная работа должна быть аккуратно оформлена. Для замечаний рецензента надо оставлять достаточно широкие поля, писать четко и ясно. Номера и условия задач следует переписывать в том порядке, в каком они указаны в задании. В конце работы следует привести список использованной литературы с указанием года издания. Работа должна быть датирована и подписана студентом. Каждый студент выполняет вариант контрольных заданий, обозначенный двумя последними цифрами номера зачетной книжки. Таблица вариантов контрольных заданий приведена в конце пособия. Контрольная работа, выполненная не по своему варианту, преподавателем не рецензируется и не зачитывается. Если контрольная работа не учетом указаний зачтена, ее нужно выполнить повторно с рецензента и выслать на рецензирование вместе с не зачтенной работой. Исправления следует выполнять в конце тетради, а не в рецензируемом тексте. Рекомендуемая литература

6

1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия М.: Химия, 1994. 2. Глинка Н.Л. Общая химия - Л.: Химия, 1989. 3. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия - М.: Высшая школа,1988. 4. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т.1, 2. - М. : Химия, 1973. 5. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. - M.: Химия,1987. 6. Романцева Л.M., Лещинская З. Л., Cуханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии - M.: Высшая школа, 1991. 7. Беляева И.И., Сутягин Е.И., Шелепина В.Л. Задачи и упражнения по общей и неорганической химии - М. : Просвещение, 1989. 8. Гольбрайх З.Е. Сборник задач и упражнений по химии. - М. : Высшая школа, 1976. TEМА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ. Пример 1. Какой объем при температуре 20о С и давлении 250 кПа аммиак массой 51 г ? Решение: Вычислить объем газа можно, используя уравнение Менделеева- Клайперона: pV = mRT/ M, где m - масса газа; M молярная масса газа; R - универсальная газовая постоянная, значение которой определяется принятыми единицами измерения. Если давление измерять в Па, а объем в м3, то R= 8,314 × 103 Dж / кмоль К . Находим объем газа по уравнению Менделеева-Клайперона, предварительно определив молярную массу аммиака M( NH3) = 17 г/ моль, V= 51 × 8,314 × 293 / 250 × 17 = 29,2 л. Пример 2. Газообразное вещество занимает объем 2,56 л при температуре 37o C и давлении 2,0 × 105 Па. Какой объем займет газ при нормальных условиях? Решение: Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются общей формулой, объединяющей законы БойляМариотта и Гей-Люссака: PV/ T = P0V0/ T0 ; V0 = PVT0 / P0T = 2,0 × 10 5 Па × 2,56 л × 273К / 1,03 × 105 Па × 310 К = 4,45л. где T0 = 273 K; T = 373 + 37 = 310 K ; P0 = 1,013 × 105 Па. Пример 3. В состав вещества входят 30, 7 % калия, 25,2 % серы и 44% кислорода. Вывести простейшую формулу этого соединения. Решение: Простейшая формула показывает только соотношение между числом атомов различных элементов в молекуле вещества.

7

Для вывода простейшей формулы сложного вещества достаточно знать его количественный состав и атомные массы элементов, его образующих.Формулу искомого вещества можно представить как Kx SyOz. Находим соотношение между числом атомов калия, серы и кислорода в молекуле делением содержания ( % ) каждого элемента в молекуле на его атомную массу. Согласно условию задачи M ( K ) = 39 г/моль; M ( S ) = 32 г/моль; M ( О ) = 16 г/моль. Находим отношения числа атомов: K : S : O = 30,7 / 39 : 25,2 / 32 : 44 / 16 = 0,785 : 0,786 : 2,750 = 1 : 1 : 3,5 K : S : O = 2 : 2 : 7 . Искомая формула соединения K2S2O7. Пример 4. Элемент образует гидрид, где его массовая доля 75%. Определите эквивалентную массу элемента. Решение: Эквивалентом элемента называется такое его количество, которое соединяется с одним молем атомов водорода или замещает его в химических реакциях. Массу одного моля эквивалента элемента называют молярной массой эквивалента. Эта задача решается на основе закона эквивалентов, согласно которому химические элементы ( сложные вещества) соединяются между собой или замещают друг друга в количествах, пропорциональных их молярным массам эквивалентов. Вычислим массовую долю водорода в гидриде ω (Э) = 100% - 75% = 25% Согласно закону эквивалентов m ( Э ) / m ( H ) = M Э( Э ) / M Э ( H) . При образовании 100 г гидрида 25 г водорода соединяются с 75 г элемента. Исходя из этого MЭ( Э) = 1 г/моль × 75г / 25 г = 3 г/моль Пример 5. При сгорании 15 г металла образуется 28,32 г оксида металла. Вычислите эквивалентную массу металла. Решение: Эквивалентная масса кислорода MЭ (О) = 8 г/моль. Масса кислорода в оксиде m (O) = 28,32 - 15,00 = 13,32 г. Тогда согласно закону эквивалентов: MЭ( Ме ) = МЭ(О) × m( Me) / m ( O) = 8 г/моль × 15г / 13,32 г = 9 г/моль. Пример 6. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла, если 1,168 г его вытеснили из кислоты 438 мл водорода, измеренного при 17оС и давлении 98642 Па. Решение: Приведем объем вытесненного водорода к нормальным условиям, воспользовавшись объединенным газовым уравнением V0 = P × V × Т0 / P0 × Т = 98642 × 438 × 273 / 1,013 × 10 5 × 298 = 401,5 мл

8

Эквивалентный объем водорода VЭ ( H2 ) = 11,2 л/моль при нормальных условиях, поэтому m( Me ) / V ( H2 ) = MЭ ( Ме ) / VЭ ( H2) ; MЭ ( Me )= 1,168г × 11,2 г/моль / 0,4015л = 32,58 г/моль. Пример 7. На нейтрализацию 0,471 г фосфористой кислоты израсходовано 0,644 KOH. Вычислите молярную массу эквивалента кислоты. Решение: Эквивалентная масса КОН равна ее молярной массе, так как основание содержит одну гидроксогруппу и составит MЭ ( КОН) = 56 г/моль. Тогда согласно закону эквивалентов: m ( кислоты) / m ( КОН) = MЭ ( кислоты) / MЭ ( КОН) ; MЭ ( кислоты) = 56 г/моль × 0,471 г / 0, 644 г = 40, 96 г/моль 1. Вещество состоит из Na, C и О. Массовые доли элементов соответственно равны: 43,4% , 11,3 % , 45,3 % . Какова его формула? 2. Вещество содержит 27 % кремния и 73 % фтора. Плотность по водороду равна 52. Вывести формулу вещества. 3. Определить формулу вещества если известен его состав: медь - 40 % , сера - 20 %, кислород - 40 % . 4. Вывести формулу вещества, если массовые доли составляющих его элементов соответственно равны: натрия - 0,3243, серы - 0,2255, кислорода - 0,4502. 5. Два оксида свинца соответственно содержат а) 92,8 % свинца и 7,2 % кислорода; 86,6 свинца и 13, 4 % кислорода. Определить формулы оксидов. 6. Вещество содержит 30% мышьяка и 70 % хлора. Вывести его формулу. 7. Вещество содержит 20 % кальция, 48 % молибдена и 33 % кислорода. Какова его формула? 8. Соединение содержит 21, 83 % магния, 27, 85 % фосфора и 50,32 % кислорода. Вывести простейшую формулу соединения. 9. Вывести истинную формулу соединения, молекулярная масса которого равна 84, а содержание элементов следующее: магния - 28,5 %, углерода - 14,3 % и кислорода - 57, 2 %. 10. Драгоценный камень изумруд содержит 5 % бериллия, 10 % алюминия, 31 % кремния и 54 % кислорода. Зеленая окраска его вызвана ничтожной примесью соединений хрома. Вывести простейшую формулу изумруда. 11. Минерал бирюза содержит 24,8 % алюминия, 2,3 % водорода, 14,2 % фосфора, 57,8 % кислорода и ничтожные примеси меди, обу-

9

славливающие окраску минерала. Вывести простейшую формулу вещества этого минерала. 12. Вывести истинную формулу соединения, молекулярная масса которого равна 136, а содержание элементов следующее: кальция - 29,4 % , водорода - 0,74 %, фосфора - 22,8 % и кислорода - 47, 06 %. 13. Вывести простейшую формулу соединения, содержащего 44,87 % калия,18,40 % серы и 36, 73 % кислорода. 14. Соединение содержит 21,83 % магния, 27,85 % фосфора и 50,32 % кислорода. Вывести простейшую формулу соединения. 15. Вывести истинную формулу соединения, молекулярная масса которого равна 85, а содержание элементов следующее: 27,08 % натрия, 16,47 % азота и 36, 45 % кислорода. 16. Сколько г кальция вступило в реакцию с водой, если объем выделившегося газа при 250С и 745 мм рт ст равен 480 мл? Ответ: 0,8 г. 17. Сколько л водорода при 120 С и 770 мм рт ст выделится при взаимодействии 1 кг цинка с соляной кислотой? Ответ: 344,45 л. 18. Сколько л кислорода при нормальных условиях требуется для сжигания серы массой 6,4 г и алюминия массой 5,4 ? Ответ: 7,84 л. 19. Сколько весит 1 л хлора при нормальных условиях, какова его плотность по воздуху? Какой объем занимают 142 г хлора при нормальных условиях? Ответ: 3,16г ; 2,44 ; 44,8 л. 20.При нормальных условиях 500 мл газа имеют массу 1,8 г. Определить плотность газа по воздуху и его молекулярную массу. Ответ: 80,4 г/ моль ; 0,35 г. 21. Аммиак при давлении 454,2 мм рт ст и температуре 180 С занимает объем 832 мл. Определить число молей и массу аммиака. Ответ: 0,02 моль; 0,35 г. 22. 0,111 г некоторого газа заняли 25 мл при 170 С и 780 мм рт ст. Вычислить молекулярную массу газа. Ответ : 103 г/моль. 23. Вычислить массу 450 мл диоксида серы при 800 С и 740 мм рт ст. Ответ: 0, 968 г. 24. Какой объем водорода при нормальных условиях выделится при действии избытка соляной кислоты на 130 г цинка? Ответ: 44, 8 л. 25. Сколько л кислорода при 210 С и 784 мм рт ст выделится при разложении 490 г бертолетовой соли? Ответ:140,3 л. 26. В закрытом баллоне находится 160 г кислорода под давлением 1 атм и 120 С. Вычислить массу углекислого газа в объеме баллона, если газ находится под давлением 2 атм. и 370 С . Ответ: 404, 5 г. 27. Вычислить массу: а) 1 л водорода при 100 С и 720 мм рт ст ; б) 8 л кислорода при 130 С и 780 мм рт ст ; в) 224 л углекислого газа при 270 С и 1,5 атм. Ответ: а) 0,08 г; б) 11,2 г ; в) 600,6 г.

10

28. Какой объем в мл займут при нормальных условиях : а) 0,85 г аммиака; б) 1,4 г этилена ; в) 128 мг иодоводорода; г) 17 мг фосфина? Ответ: а) 1,12 л ; б) 1,12 л ; в) 0,0224 л ; г) 0,0112 л. 29. При разложении нитрита аммония получено 7 л азота при температуре 270 С и давлении 760 мм рт ст. Сколько соли было подвергнуто разложению? Ответ: 21 г. 30. Неизвестное вещество массой 0,582 г находится в парообразном состоянии при температуре 350 С и давлении 0,99 х 105 Па и занимает объем 205 мл. Определить его молярную массу. Ответ: 73,4 г/моль. 31. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить молярную массу эквивалента металла и его атомную массу. Ответ: 9 г/моль; 27 г/моль. 32. Рассчитать молярную массу эквивалента металла, если при соединении 7,2 г металла с хлором было получено 28,2 г соли. Молярная масса эквивалента хлора равна 35,45 г/моль. Ответ: 12, 15 г/моль. 33. При нагревании 20,06 г металла было получено 21,66 оксида. Найдите молярную массу эквивалента металла. Ответ: 100,3 г/моль. 34. Вычислите молярную массу эквивалента цинка, если 1,168 г его вытеснили из кислоты 438 мл водорода, измеренного при 170 С и давлении 98642 Па . Ответ:32,62 г/моль. 35. На нейтрализацию 0,471 г фосфористой кислоты израсходовано 0,644 г гидроксида калия. Вычислить молярную массу эквивалента кислоты. Ответ: 40,95 г/моль. 36. Определите молярную массу эквивалента двухвалентного металла, если 14,2г оксида этого металла образуют 30,2г сульфата металла. Ответ: 27,5г/моль. 37. Определите молярную массу эквивалента двухвалентного металла, если из 48,15 г его оксида можно получить 88,65 г его нитрата. Ответ : 56,2 г/моль. 38. Рассчитайте молярную массу эквивалента кислоты, если на нейтрализацию 0,009 кг ее израсходовано 0,008 кг гидроксида натрия. Ответ: 45 г/моль. 39. При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 2,98 г хлорида некоторого одновалентного металла, образуется 2,2 г его сульфида. Вычислить молярную массу эквивалента металла. Ответ: 39 г/моль. 40. Металл массой 2 г соединяется с 17,78 г брома и 3,56 г серы. Молярная масса эквивалента серы равна 16 г/моль. Определить молярные массы эквивалентов металла и брома. Ответ : 9 г/моль; 80 г/моль.

11

41. Металл массой 0,150 г вытесняет из раствора никелевой соли никель массой 0,367 г , а из раствора кислоты водород объемом 140 мл при нормальных условиях. Определить молярную массу эквивалента никеля. Ответ: 29, 4 г /моль. 42. В оксиде металла массовая доля кислорода равна 28,57 % . В его же соединении со фтором - массовая доля фтора равна 48,72 %. Определите молярную массу эквивалента фтора. Ответ : 19 г/ моль. 43. При восстановлении водородом оксида металла массой 2,68 г обр азовалась вода массой 0,648 г. Вычислите молярную массу эквивалента металла. Ответ: 29,2 г /моль. 44. Элемент образует гидрид, где его массовая доля равна 75 %. Определите молярную массу эквивалента металла. Ответ: 3 г / моль. 45. Алюминий массой 0,752 г при взаимодействии с кислотой вытеснил водород объемом 0,936 л при нормальных условиях. Определите эквивалентный объем водорода. Молярная масса эквивалента алюминия равна 8,99 г/ моль. Ответ: 11,19 л. ТЕМА 2. ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ. Пример 1. Определите количество теплоты, при гашении 100 кг извести водой при 250 С, если известны стандартные теплоты образования веществ, участвующих в химической реакции: ΔН0298, Cа O (тв) = - 635,1 кДж/ моль; ΔН0298,Н2О(ж)= -285,84 кДж/моль; ΔН0298, Ca(OH)2(тв) = - 986,2 кДж/моль. Решение: Реакция гашения извести: СаО(тв) + Н2O(Ж) = Са(ОН)2(тв) Согласно первому следствию из закона Гесса тепловой эффект химической реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции минус сумма теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коеффициентов в уравнении реакции. Для данной реакции: ΔH0298,реакции = ΔН0298,Cа(ОН)2 - ΔН0298,CаО(тв) - ΔН0298, H2O(ж) ΔН0298,реакции= - 986,2 - ( - 635,1 ) - ( - 285,84) = - 65,26 кДж Таким образом при гашении водой 1 моль извести выделяется 65,26 кДж, при гашении 1 кмоль извести - 65260 кДж. М(СаО) = 56 г/моль =56кг/кмоль, m (CаО) = 100 кг. n (CаО) = m ( CaO ) / M(CaO). При гашении 100 кг извести выделяется 100/56 × 65260 = 116536 кДж. Пример 2. С помощью термохимического уравнения Н2S (г) + 3/2 О2 = SO2(г) + Н2О(ж) + 562,8 кДж определите объем сгоревшего сероводорода, если известно, что в результате реакции выделилось 281,4 кДж теплоты. Решение: Проведем расчет по уравнению реакции и определим объем сероводорода:

12

хл 3/2 O2 = SO2 (г) + H2O(ж) + Н2S(г) + 22,4 л 22,4 / х = 562,8 / 281,4 , х = 11,2 л ( Н2S)

281, 4 кДж 562, 8 кДж

Пример 3. Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса для химической реакции NH3(г) + НCl (г)= NH4Cl(тв) по значениям стандартных теплот образования и энтропий веществ, участвующих в реакции. HCl NH4Cl Вещество NH3 0 - 92,3 - 315,39 ΔH 298, кДж/моль - 46,19 0 186,7 94,56 S 298, Дж/мольК 192,5 Решение: Изменение энергии Гиббса в химической реакции при температуре Т можно вычислить по уравнению ΔG = ΔH - TΔS. Тепловой эффект химической реакции ΔН0298 определяем по первому следствию из закона Гесса: ΔН0298 = ΔН0298,NH4Сl(тв)-ΔН0298, NH3 (г) - ΔH0298, HСl(г)= - 315, 39 - ( 46,19 + - 92,3) = - 176, 9 кДж Изменение энтропии в химической реакции: ΔS0298 = S0298,NH4Cl(тв)-S0298, NH3(г) - S0298, HCl(г)= 94,56 -192,5 -186,7 = 284,64 Дж/моль К Изменение энергии Гиббса в химической реакции в стандартных условиях: T=298 K ΔG0298 = ΔH0298 - TΔS0298 0 -3 ΔG 298 = -176,9 - 298 × 284,64 × 10 = - 92,08 кДж ; ΔG0298 = - 92,08 кДж ; ΔG0298 меньше нуля, cледовательно в стандартных условиях данная реакция возможна. 46. При взаимодействии 1 моль металлического калия с водой выделяется 188,4 кДж теплоты. Определите, какая масса калия прореагировала, выделилось 28,65 кДж теплоты. Ответ: 5,85 г. 47. Вычислите стандартную энтальпию образования уксусной кислоты ,используя следующие данные: ΔН = - 871,54 1). СН3СООН (ж) + 2 О2 = 2 СО2 (г) + 2 Н2О (ж) кДж ΔН = - 393,5 кДж 2). С (графит) + О2 = СО2 (г) ΔН = - 285,8 кДж 3). Н2 + 1/2 О2 = Н2О (ж) Ответ: - 487,06 кДж 48. Энтальпия растворения сульфата меди равна - 66,5 кДж, а энтальпия гидратации: CuSO4 (кр) + 5 Н2О (ж) = CuSO4 х 5 Н2О ( кр), ΔН0298= -78,22 кДж. Вычислите энтальпию растворения кристаллогидрата. Ответ: 11,72 кДж/моль.

13

49. Различные виды топлива характеризуются удельной теплотой сгорания - величиной, равной отношению теплоты сгорания к массе сгоревшего топлива. Вычислите удельную теплоту сгорания молока, считая, что в молоке массовая доля белка 3,2 %, жира 2,5 % и углеводов 5,6 %. ( Считать, что при метаболизме белков в среднем выделяется 17 кДж/г, при метаболизме жиров 38 кДж/г и удельная теплота сгорания углеводов в среднем 17 кДж/г) Ответ: 2446 кДж/кг. 50. Какая масса ядер грецких орехов может компенсировать половину суточной потребности человека в энергии, равной 6276 кДж, если известно, что в орехах массовая доля жира 64,4 %, белка 15,6 % и углеводов 12 %? ( Удельные теплоты сгорания жира, белка и углеводов соответственно равны - 38 кДж/г, 17 кДж/г и 17 кДж/г ). Ответ: 0,215 кг. 51. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна реакция, протекающая по уравнению ΔН = - 2,85 кДж Н2 (г) + СО2 (г) = СО (г) + Н2О ( ж) Вывод сделайте на основании качественного изменения энтропии. Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ ( см. табл. 1 ) определите ΔG0298 этой реакции. Ответ: 19,91 кДж. 52. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ΔG0298 реакции СО2 (г) + 4 Н2 (г) = СН4 (г) + 2 Н2O (ж) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: - 130,89 кДж. 53. При какой температуре наступит равновесие системы ΔН = - 114,2 кДж 4 НСl (г) + О2(г) = 2 Н2О (г) + 2 Сl2(г) Что в этой системе является более сильным окислителем - хлор или кислород и при каких температурах? Ответ: 891 K. 54. Определить ΔS0298 системы, пользуясь данными табл.1: Ответ: 43,16 Дж/ моль К. Н2(г) + S (к) = Н2S (г) 0 55. Рассчитайте ΔS 298 реакции разложения бертолетовой соли, если S0298 KClO3= 142,97 Дж/мольК, а S0298 KCl = 82,68 Дж/мольК. Ответ: 494,50 Дж/мольК. 56. Вычислите ΔН0298, ΔS0298, ΔG0298 для процесса MgCO3(кр) = MgO (кр) + СО2(г) Ответ: 101,46 кДж/моль; 174, 9 Дж/мольК ; 43,33 кДж/моль. Процесс невозможен при стандартных условиях. 57. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлороводорода. Приведите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.

14

Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 78,97 кДж. 58. Восстановление Fe2O3 водородом протекает по уравнению ΔН0298=96,61 кДж Fe2O3 (к) + 3 Н2 (г) = Fe (к) + 3 Н2О (г) Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии ΔS0298= 0, 1387 кДж/моль? При какой температуре начинается восстановление оксида железа? Ответ: 696 K. 59. При взаимодействии газообразных метана и сероводорода образуются газообразные сероуглерод и водород. Напишите термохимическое уравнение реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: 230,43 кДж. 60. Определите ΔG0298 реакции, протекающей по уравнению 4 NH3(г) + 5 О2 (г) = 4 NO (г) + 6 Н2О (г) Вычисления сделайте на основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: - 957,77 кДж. Табл. 1 Стандартные теплоты (энтальпии) образования Δ Н0298 и стандартные абсолютные энтропии S 0298 некоторых веществ. Вещество Н2 СО2 CO H2O H2O CH4 HCl O2 C12 S H2S MgCO3 MgO NH3 NH4Cl Fe2O3 Fe CS2

Состояние газ газ газ газ жидкость газ газ газ газ ромбическая газ крист. крист. газ крист. крист. крист. газ

ΔН0298,кДж/мол ь 0 -393,51 -110,52 -241,83 -285,84 -74,85 -92,31 0 0 0 -20,15 -1096,21 -601,24 -46,19 -315,39 -821,32 0 115,28

S0298 , Дж/мольК 130,59 213,65 197,91 188,72 69,94 186,19 186,68 205,03 222,95 31,90 205,64 65,69 26,94 192,50 94,56 89,96 27,15 237,80

15

NO

газ

90,37

210,62

ТЕМА 3. СТРОЕНИЕ АТОМА. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА. 61. Объясните принципы и правила, определяющие последовательность заполнения атомных орбиталей электронами. Напишите электронную формулу элемента с порядковым номером 23. 62. Что характеризуют квантовые числа? Каково соотношение между ними? Комбинация каких атомных орбиталей и в каком количестве возможна для главного квантового числа равного 4 ? 63. Что понимают под возбужденным состоянием атома? Напишите электронные формулы атома фосфора, находящегося в нормальном в нормальном и возбужденном состояниях. Представьте графические электронные формулы для этих двух состояний. 64. Как зависит энергия электрона от орбитального квантового числа в многоэлектронном атоме при постоянном значении главного квантового числа? Какой из подуровней 3d или 4s будет заполнятся электронами раньше? 65. Определите последовательность заполнения электронных подуровней, если l+n=5. Что понимают под атомной орбиталью? 66. Напишите электронные формулы атомов элементов с зарядом ядра 10, 15, 35. Какой смысл вкладывают в понятие s- , p- , d- электронных облаков. Как изобразить их графически? 67. Приведите графическую электронную формулу атома железа. Как располагаются d-электроны в атоме железа? Объясните порядок заполнения d- орбиталей. 68. Какую информацию дает электронная формула элемента? Запишите электронную формулу и представьте графическую формулу валентных орбиталей атома хрома. Определите основные химические свойства хрома. 69. Какие элементы называются электронными аналогами? Перечислите электронные аналоги в шестой группе периодической системы элементов. Какой общей электронной формулой можно описать конфигурацию внешнего электронного слоя халькогенов? 70. Объясните исходя из электронного строения атомов, каков физический смысл номера периода и номера группы. Напишите электронные формулы атомов следующих элементов: а) калия, б) ванадия, в) мышьяка.

16

71. Что понимают под атомным радиусом? Как изменяются атомные радиусы элементов в периодах и группах? Можно ли определять атомные радиусы элементов в периодах и группах? Можно ли определять атомные радиусы хлора, азота, серы по межъядерным расстояниям в молекулах Cl2, HСl, N2, N2H4, S8 ? 72.Что такое эффект экранирования и эффективный заряд ядра? У какого элемента заряд и эффективный заряд ядра равны? 73. Дайте определение энергии ионизации атома. В каких единицах она измеряется? Как можно объяснить тот факт, что энергия ионизации у бериллия больше, чем у бора? 74. Как изменяется энергия ионизации в периоде и группе? Энергия ионизации Е(Cs) = 375, E(Au) = 888 кДж/моль; их атомы содержат по одному электрону на внешнем энергетическом уровне. Чем объясняется значительное различие в энергиях ионизации? 75. Что характеризует относительная электроотрицательность элемента? Исходя из величин электроотрицательности, укажите, как в приведенном ряду F, Cl, Br, I изменяется способность атомов принимать электроны. ТЕМА 4. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛ. 76. Какую химическую связь называют ионной? Как она образуется и какими свойствами обладает? На основе разности относительных электроотрицательностей атомов элементов укажите, как изменяется степень ионности в соединениях HF, HCl, HBr, HI. 77. Какой тип связи осуществляется в кристаллах металлов? Каковы особенности этого типа связи? 78. В каком из приведенных соединений : LiF, BeF2, BF3, CF4 - связь Э-F будет больше всего приближаться к ковалентной? 79. Какую ковалентную связь называют δ -, π -, σ-связью? Как метод ВС объясняет строение молекулы азота? 80. Молекула СО2 имеет нулевое значение дипольного момента. Предложите структурно-графическую формулу углекислого газа. Чем объяснить, что у структуры СОCl2 величина дипольного момента отлична от нуля? 81. Сравните способы образования ковалентных связей в молекуле NH3 и в ионе NH+4. 82. Молекула BF3 имеет плоскостную структуру, а NF3 - объемную ( пирамидальную). В чем причина различия в строении молекул? 83. Почему молекула CF4 имеет тетраэдрическую,COF2 - треугольную,a CO2 - линейную формы? Каково гибридное состояние валентных орбиталей атома углерода в данных молекулах?

17

84. Перичислите основные положения метода молекулярных орбиталей ( МО ). Напишите электронную формулу молекулы азота и определите в ней порядок связи. 85. Что такое связующие и разрыхляющие молекулярные орбитали? Каковы энергии электронов на них по сравнению с энергиями на исходных атомных орбиталях? Какая из частиц He или He+2 более устойчива? Объясните причину устойчивости с точки зрения метода молекулярных орбиталей. 86. Что такое диамагнетизм и парамагнетизм? Какие молекулы обладают диамагнитными свойствами, а какие парамагнитными? Объясните парамагнитные свойства молекулы кислорода с позиций метода МО. Возможно ли это сделать с помощью метода ВС? 87. Какая из частиц в ряду Ве+2 - Ве2 - Ве-2 наиболее устойчива? Каков порядок связи в этих частицах? 88. Почему отрыв одного электрона от молекулы СО приводит к ослаблению связи, а от молекулы NO - к ее усилению? 89. Составьте энергетические диаграммы молекулярных орбиталей молекул азота и оксида углерода ( II ). Что общего у этих молекул? 90. Составьте энергетическую диаграмму молекулы HF. Почему возможно образование молекулярной орбитали за счет атомных орбиталей с разным значением главного квантового числа? ТЕМА 5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ. Пример 1. Реакция протекает по уравнению 4А + В = 2С + 2Р. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции, ? В какую сторону сместится равновесие системы? Решение: Первоначальные скорости прямой и обратной реакций были следующие: υобр.= k2 × C2C × С2Р υпрям.= k1 × С4А × СВ ; После увеличения концентраций скорость прямой реакции была υпрям.= k1× ( 2СА)4 × ( 2СВ) ; υобр. = k2 × ( 2СС)2 × ( 2СР), после преобразования получим υпрям. = 25 × k1 × С4А × СВ = 32 × k1 C4А × СВ , т.е. возросла в 32 раза υобр. = 24 × k2 × С2С × С2Р = 16 × k2 × С2С × С2 Р , т.е. возросла в 16 раз Следовательно равновесие сместится в сторону прямой реакции. Пример 2. Вычислите, во сколько раз возрастет скорость реакции при увеличении температуры на 400 С, если температурный коэффициент реакции равен 3? Решение: Согласно математическому выражению правила ВантГоффа υТ2/υТ1 = γТ2-Т1/10 В нашем примере Т2 - Т1 = 400 С, подставив данные задачи в уравнение, получим

18

υТ2/ υТ1 = 3 40/10 = 34 = 81, т.е. скорость реакции возросла в 81 раз. Пример 3. При 353 К реакция заканчивается за 20 сек. Сколько времени длится реакция при 293 К, если температурный коэффициент реакции равен 2,5? Решение: Между скоростью протекания химических реакций и их продолжительностью существует обратно - пропорциональная зависимость υТ2/ υТ1 = τ1/ τ2 , где τ1 и τ2 - время протекания реакции при температурах Т1 и Т2. Таким образом в данном случае правило ВантГоффа можно записать следующим выражением τ1/ τ2 = γТ2 -Т1/10 ; τ1 = τ2 × γТ2-Т1/ 10 = 20 × 2,5 353-293/ 10 =20 × 2,56 = 4879 сек = 1 час 21 мин 19 сек. Пример 4. При синтезе аммиака равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: С (N2) = 2,5 моль/л; С(Н2) = 1,8 моль/л; С(NH3) = 3,6 моль/л. Рассчитайте константу равновесия этой реакции и исходные концентрации азота и водорода. Решение: Исходя из уравнения реакции получения аммиака N2 + 3 H2 = 2 NH3 определяем константу равновесия этой реакции Кр : Кр = С2 (NH3) / C(N2) × С3 (Н2) = (3,6)2 / 2,5 × ( 1,8 )3 = 0,89 Исходные концентрации азота и водорода находим на основе уравнения реакции. На образование 2 моль аммиака расходуется 1 моль азота, а на образование 3,6 моль потребовалось 3,6 /2 = 1,8 моль азота. Учитывая равновесную концентрацию азота, находим первоначальную концентрацию Сисх. ( N2 ) = 2,5 + 1,8 = 4,3 моль/л. На образование 2 моль аммиака необходимо истратить 3 моль водорода, а для получения 3,6 молей аммиака требуется 3,6 × 3 / 2 = 5,4 моль/л; Сисх. ( Н2) = 1,8 + 5,4 =7,2 моль/л. Таким образом реакция начиналась при концентрациях азота и водорода соответственно 4,3 и 7,2 моль/л. 91. Две реакции при 283 К протекают с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой и второй реакции равны соответственно 2,5 и 3,0. Как будут относится скорости реакций, если первую из них провести при 350 К, а вторую при 330 К ? Ответ: 2,65: 1,00. 92. В начальный момент протекания реакции N2 + 3 H2 = 2 NH3 концентрации были равны ( моль/л) : азота - 1,5 ; водорода - 2,5; аммиака -0. Каковы концентрации азота и водорода при концентрации аммиака равной 0,5 моль/л? Ответ: 1,25 моль/л ; 1,75 моль/л. 93. Начальные концентрации веществ в реакции СО + Н2О = СО2 + Н2 были равны ( моль/л ): С( СО) = 0,05; С( Н2О газ) = 0,06; С(СО2) = 0,4; С(Н2) = 0,2. Вычислите концентрации всех реагирующих веществ после того как прореагировало 60 % Н2О. Ответ: 0,24 моль/л ; 0,14 моль/л; 0,76 моль/л ; 0,56 моль/л.

19

94. Реакция идет по уравнению 4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O. Как изменится скорость реакции, если увеличить давление в 2 раза? Ответ: возрастет в 512 раз. 95. Реакция протекает по уравнению Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SO3 + S. Как изменится скорость реакции после разбавления реагирующей смеси в 4 раза ? Ответ: уменьшится в 16 раз. 96. Вычислите при какой температуре реакция закончится за 45 минут, если при 293 К на это требуется 3 часа. Температурный коэффициент равен 3,2. Ответ:304,9 К . 97. На сколько градусов нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 90 раз ? Температурный коэффициент равен 2,7 . Ответ: 45,3 0 C. 98. Определите равновесную концентрацию водорода в реакции 2 HI = H2 + I2 , если исходная концентрация HI составляет 0,55 моль/л, а константа равновесия равна 0,12. Ответ: 0,11 моль/л. 99. При синтезе фосгена имеет место равновесие реакции Сl2 + CO = COCl2 Определите исходные концентрации хлора и оксида углерода, если равновесные концентрации в моль/л равны: [ Cl2] = 2,5 ; [CO] = 1,8 ; [COCl2] = 3,2 . Ответ: 5,0 ; 5,7 моль/л. 100. Реакция протекает по уравнению 2А = В . Исходная концентрация вещества А равна 0,2 моль/л. Константа равновесия реакции 0,5. Вычислите равновесные концентрации реагирующих веществ. Ответ: 0,015 и 0,17 моль/л. 101. В каком направлении сместится равновесие реакции 2 СО + 2 Н2 = СН4 + СО2, если концентрации всех реагирующих веществ уменьшить в 3 раза ? 102. Равновесие в системе 2 NO2 = 2 NO + O2 при некоторой температуре установилось при концентрациях в моль/л : [ NO2] = 0,06 ; [NO] =0,24; [ O2] = 0,12. Определите константу равновесия и рассчитайте исходную концентрацию NO2. Ответ: 1,92 ; 0,3 моль/л. 103. Определите равновесные количества веществ в реакции СО2 + Н2 = СО + Н2О(газ), если константа равновесия при некоторой температуре равна 1 и для реакции было взято 1 моль углекислого газа и 3 моль водорода. Ответ: [ H2] = 2,25; [ CO2] = 0,25; [CO] = 0,75; [H2O] = 0,75 моль/л. 104. При некоторой температуре константа равновесия реакции Н2+ Вr2 =2 НВr равна 1 . Определите состав равновесной смеси ,если для реакции были взяты 1 моль водорода и 2 моль брома. Ответ С(Н2) = 0,55 моль. С ( Вч2) = 1,55 моль. С (НВr) = 0,90 моль. 105. Для практической остановки реакции применяют быстрое охлаждение реакционной смеси. Определите во сколько раз изменится

20

скорость реакции при охлаждении реакционной смеси с 40 до -10 градусов Цельсия , если температурный коэффициент реакции равен 2.7 . Ответ : в 143,5 раза.

ТЕМА 6. КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ И СПОСОБЫ ИХ ВЫРАЖЕНИЯ. Пример 1. Массовая доля растворенного вещества. Определите массовую долю в % хлорида калия в растворе содержащем 0,072 г КС1 в 0,3 л раствора плотность которого 1.12 г/ мл. Решение: Массовая доля показывает сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора. Массовая доля безразмерная величина , ее выражают в долях единицы или в процентах : ω (x) =100 m (x)/ m , где ω( x ) - массовая доля в % растворенного вещества , г ; m - масса раствора , г. Масса раствора равна произведению объема раствора на его плотность m = V × ρ . Тогда ω(x) =m(x) / V × ρ ×100 %. Массовая доля хлорида калия в растворе равна : ω (KCl ) = 0,072x 100 / 1,12 × 300 = 0, 02 %. Пример 2. Молярная концентрация раствора. Какова масса соляной кислоты содержащаяся в 0.4 л раствора , если молярная концентрация раствора равна 0,25 моль / л . Решение . Молярная концентрация раствора ( молярность) показывает количество растворенного вещества , содержащегося в 1 литре раствора. Молярную концентрацию ( моль/ л ) выражают формулой где m(x) - масса растворенного вещества , г ; М молярная масса растворенного вещества , г/ моль - объем раствора , л. М(НС1) = 36, 5 г/ моль. Масса НС1 , содержащегося в растворе равна m( HCl ) = С M(НС1) × М(НС1) × V = 0, 25 × 36, 5 × 0, 4 = 3, 65 (г). Пример 3. Молярная концентрация эквивалента ( нормальная концентрация). Определите молярную концентрацию эквивалента хлорида кальция, если в 0, 5 л раствора содержится 33, 3 г СаС12. Решение : Молярная концентрация эквивалента ( нормальность раствора) показывает число молярных масс эквивалентов растворенного вещества , содержащихся в 1 литре раствора ( моль/ л) : СН= m (x) /MЭ(x) × V , где m(x) -масса растворенного вещества , г ; МЭ(х) молярная масса эквивалента растворенного вещества , г/моль ; V объем раствора , л . Молярная масса эквивалента СаСl2 равна МЭ (СаС12) = М (СаС12 )/ 2 = 111 / 2 = 55, 5 г/ моль. Молярная концен-

21

трация эквивалента раствора СаС12 равна СН ( СаС12 ) = 33, 3 / 55, 5 × 0, 5 = 1, 2 моль/ л. Пример 4. Моляльность раствора. В какой массе воды надо растворить 3,5 г глюкозы C6H12O6 , чтобы получить раствор, моляльность которого равна 0,5 моль/ кг ? Решение : Моляльность раствора Сm ( моль/ кг ) показывает количество растворенного вещества , находящееся в 1 кг растворителя : Cm (x) = m(x) / M(x) × m , где m - масса растворителя , кг ; M(x) - молярная масса растворенного вещества , г/ моль; m(x) - масса растворенного вещества , г. М ( С6Н12О6) = 180 г / моль. Масса растворителя равна : m = m ( x ) / C (x ) × M (x ) = 3,25 / 180,0 × 0,5 = 0,036 кг. Пример 5. Титр раствора ( Т ). Определите титр 0,01 н раствора КОН. Решение: Титр раствора показывает массу в граммах растворенного вещества, содержащегося в 1 мл раствора: T (x) = m(x) / V, где m(x) - масса растворенного вещества в граммах ; V - объем раствора в мл. В 1 л 0,01н КОН содержится 0,561г гидроксида калия. Титр этого раствора равен - Т ( КОН ) = 0,561 / 1000 = 0, 000561 г / мл. Пример 6. Молярная доля растворенного вещества и растворителя в растворе. Рассчитайте молярные доли спирта С2Н5ОН и воды в растворе с массовой долей спирта 40 %. Решение: Молярная доля χ i вещества в растворе равна отношению количества данного вещества к общему количеству всех веществ, содержащихся в растворе : χ i = ni / ∑ ni , где ∑ n i - количество всех веществ, содержащихся в растворе. В 100 г раствора с массовой долей спирта равной 40 % , содержится 40 г спирта и 60 г воды. Определяем количество спирта и воды - n (C2H5OH ) = 40 / 46 = 0,87 моль ; n ( H2O ) = 60 / 18 = 3,33 моль ; n ( C2H5OH ) + n ( H2O ) = 0,87 + 3,33 = 4,2 моль. χ ( С2Н5ОН ) = 0,87 /4,2 = 0,21 ; χ (H2O ) = 3,33 / 4, 2 = 0,79. Пример 7. Вычисления, связанные с пересчетом концентраций растворов из одних единиц в другие. Вычислите молярную концентрацию эквивалента, молярную концентрацию и моляльность раствора в котором массовая доля СаСО3 равна 5 %. Плотность раствора равна 1,12 г / мл. Решение: Определим молярную массу и молярную массу эквивалента СаСО3. М ( СаСО3 ) = 100 г / моль; Мэ ( СаСО3) = 100 / 2 = 50 г / моль. В 100 г раствора с массовой долей СаСО3 5 % содержится 5г СаСО3 и 95 г воды. Следовательно, моляльность раствора СаСО3 равна Сm ( CaCO3) = 5 / 100 × 0,095 = 0,526 моль / кг. Молярная кон-

22

центрация и молярная концентрация эквивалента относятся к 1 литру раствора, т.е. m = 1000 мл × 1,12 г / мл = 1120 г. В этой массе раствора содержится 1120 × 0,05 = 56г карбоната кальция. Молярная концентрация и молярная концентрация эквивалента соответственно равны : СМ ( СаСО3) = 56 / 100 × 1 = 0,56 моль/ л ; СН ( СаСО3) = 56 / 50 × 1 = 1,12 моль / л. Пример 8. Расчеты связанные с приготовлением растворов. Какой объем раствора соляной кислоты с массовой долей НС1 37,23 % и плотностью 1,19 г / мл требуется для приготовления 20 л 0,1 М раствора этой кислоты ? Решение: Сначала определяем массу соляной кислоты в 20 л О, 1 M раствора: CM ( HCl ) = m ( HCl ) / M ( HCl ) × V ; M ( HCl ) = 36, 5 г / моль ; m ( HCl ) = 0,1 × 36,5 × 20 = 73 г . Чтобы ответить на вопрос задачи, надо определить , в каком объеме раствора с массовой долей НС1 37, 23 % содержится 73 г НС1 : V = HCl × 100 % / ω % × ρ = 73 x 100 / 37, 23 × 1,19 = 164, 8 мл. Следовательно, чтобы приготовить 20 л 0,1 М НС1 надо израсходовать всего 164,8 мл раствора соляной кислоты с массовой долей 37, 23 %. 106. Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента и моляльность раствора серной кислоты с массовой долей Н2SO4 20 % и плотностью 1,14 г / мл . Ответ : 2,33 г / моль ; 4,6 моль / л ; 2,55 моль / кг. 107. Какой объем раствора НС1 с массовой долей соляной кислоты 10 % и плотностью 1,049 г / мл надо взять для приготовления раствора объемом 350 мл с молярной концентрацией эквивалента 0, 2 моль /л ? Ответ : 24,36 мл. 108. До какого объема нужно разбавить 30 % -ный раствор нитрата свинца ( II ) объемом 25 мл плотностью 1,33 г / мл , чтобы получить раствор соли с концентрацией СМ = 0,2 моль / л и плотностью 1,08 г / мл ? Ответ : 150 мл. 109. До какого объема следует разбавить раствор НС1 объемом 25 мл с молярной концентрацией 6 моль / л , чтобы концентрация стала равной 0,2 моль / л ? Ответ : 0,75 л. 110. В растворе объемом 200 мл содержится гидроксид натрия массой 12 г . Определите молярную концентрацию данного раствора. Ответ: 1,5 моль / л. 111. В лаборатории имеется раствор фосфорной кислоты с молярной концентрацией 6 моль/ л. Как приготовить из него раствор кислоты объемом 0,5 л с молярной концентрацией эквивалента СН ( Н3РО4) = 0, 1 моль / л , считая , что фосфорная кислота используется для получения гидрофосфата натрия ? Ответ : 4,17 мл.

23

112. В 45 г воды растворено 6,84 г сахара. Вычислите молярные доли сахара и воды. Ответ : 0,008 ; 0,992 . 113. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента и титр иодида калия 1 литр которого содержит 0,0037 г иодида калия. Ответ : 0,02 моль/ л. 114. Водный раствор содержит 577 г серной кислоты в 1 литре. Плотность раствора 1,335 г/мл. Вычислите массовую долю, молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалента, мояльность и молярные доли серной кислоты и воды в полученном растворе. Ответ : 43,22 % ; 11,76 моль / л ; 5,88 моль/ л ; 7,76 моль / кг ; 0,123 ; 0,877. 115. Определите молярную концентрацию эквивалента , моляльность и массовую долю сульфата железа ( Ш) в растворе и титр 0,8 М раствора сульфата железа (Ш), если плотность раствора равна 1,00 г/ мл. Ответ : 4,8 моль/л ; 1,18 моль / кг ; 32 % ; 0,3199 г / мл. 116. Вычислите массовую долю азотной кислоты в растворе и моляльность 8н раствора азотной кислоты с плотностью 1,246 г / мл. Каковы молярные доли азотной кислоты и воды в этом растворе ? Ответ: 40,5 % ; 10,8 моль / кг; 0,162 и 0,838. 117. Вычислите молярную массу эквивалента двухосновной кислоты , в 12,5 н растворе которой массовая доля этой кислоты 37 % , а плотность 1,664 г / мл. Какая это кислота ? Чему равны молярная концентрация, моляльность и титр раствора этой кислоты ? Ответ : 49,2 г / моль ; 6,25 моль / л ; 5,94 моль / кг ; 0,6156 г / мл. 118. Какой объем раствора серной кислоты с массовой долей серной кислоты 96 % и плотностью 1,835 г / мл нужно взять для приготовления 5 л 0,5 н раствора серной кислоты ? Ответ : 0,14 л. 119. Смешаны 0,8 л 1,5 н раствора гидроксида натрия и 0,4 л 0,6 н раствора гидроксида натрия. Какова молярная концентрация эквивалента полученного раствора? 1,2 моль / л . 120. Какой объем раствора фосфорной кислоты с массовой долей Н3РО4 36 % и плотностью 1,216 г / мл требуется для приготовления 13 литров 0,15 н раствора фосфорной кислоты. Ответ : 0,142 л. ТЕМА 7. ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА Пример 1. Составление молекулярно-ионных уравнений реакций обмена между электролитами. Напишите в молекулярной и молекулярно-ионной формах реакции взаимодействия между следующими веществами : а) ВаС12 и К2SO4; б) К2СО3 и НС1 ; в) СН3СООК и НС1 ; г) NaOH и НС1 . Решение: Обменные реакции между электролитами практически необратимы и идут до конца в случае образования малорастворимых,

24

малодиссоциирующих и газообразных соединений. При составлении молекулярно-ионных уравнений подобные соединения записываются в виде молекул , а сильные электролиты в виде тех ионов , на которые они диссоциируют: а) ВаС12 + К2SO4 = BaSO4↓ + 2 KCl ; Ba2+ + SO42- = BaSO4↓ ; б) К2СО3 + 2 НС1 = 2 КС1 + СО2↑ + H2O ; CO2-3 + 2 H+ = CO2↑ +H2O . в) СН3СООК + НС1 = CH3COOH + KCl ; CH3COO- + H+ =CH3COOH г) NaOH + HCl = NaCl + H2O ; H+ + OH- = H2O Пример 2. Составление молекулярно-ионных уравнений реакций обмена , если среди исходных веществ есть малорастворимые и слабодиссоциирующие вещества. Напишите в молекулярно-ионном виде реакции взаимодействия между а) гидроксидом аммония и соляной кислотой ; б) гидроксидом цинка и гидроксидом калия ; в) гидроксидом цинка и соляной кислотой.. Решение: Если исходными веществами реакции являются малодиссоциирующие или малорастворимые вещества , то кроме реакций связывания тех или иных ионов этих электролитов протекают реакции постепенной диссоциации слабого электролита или перехода ионов малорастворимого электролита в раствор: а) NH4OH + HCl = NH4Cl + H2O ; NH4OH + H+ = NH+4 + H2O ; б) [ Zn(H2O)2(OH)2] + 2 KOH = K2[Zn(OH)4] + 2 H2O ; [ Zn(H2O)2(OH)2] + 2OH- = [ Zn(OH)4]2- + 2 H2O . в) [Zn(H2O)2(OH)2] + 2 HCl = ZnCl2 + 4 H2O ; [Zn(H2O)2(OH)2] + 2 H+ = Zn2+ + 4 H2O. Пример 3. Составление молекулярных уравнений реакций к молекулярно-ионным уравнениям. Дано краткое молекулярно-ионное уравнение: CH3COO- + H+ = CH3COOH. Составьте к нему три возможных молекулярных уравнения. Решение: В левой части молекулярно-ионного уравнения указаны свободные ионы СН3СОО- и Н+. Эти ионы образуются при диссоциации каких-либо растворимых сильных электролитов. Ионы СН3СООмогут образовываться при диссоциации, например СН3СООК, CH3COONa, (CH3COO)2Mg ; донорами ионов Н+ могут быть любые сильные кислоты. Итак молекулярные уравнения реакций, которым отвечает данное молекулярно-ионное уравнение могут быть: 1. CH3COOK + HCl = CH3COOH + KCl ; 2. CH3COONa + HNO3 = CH3COOH + NaNO3 ;

25

3. (CH3COO)2Mg + H2SO4 = 2 CH3COOH + MgSO4 121. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций, приводящих к образованию малорастворимых осадков, газов или малодиссоциированных соединений : a) Ba(OH)2 + H2SO4 = ; б) FeCl3 + NaOH =; в) Pb ( NO3)2 + KI = . 122. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций, приводящих к образованию малорастворимых осадков , газов или малодиссоциированных соединений : a) HCl + Ba(OH)2 = ; б) AlBr3+ Ag NO3 = ; в) Na2S + H2SO4 =. 123. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций , приводящих к образованию малорастворимых осадков, газов или малодиссоциированных соединений : a) CuSO4 + NaOH = ; б) NiCl2 + Na2S = ; в) NH4 Cl + NaOH = . 124. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций : а) Са( НСО)3 + Н2SO4 = ; б) KHSO4 + NaOH = ; в) AgNO3 + FeCl3 =. 125. Напишите в молекулярно-ионной форме уравнения реакций : a) Pb( NO3)2 + K2SO4 = ; б) KHSO3 + H2SO4 =; в) Na2S + FeSO4 = . 126. Напишите в молекулярной и молекулярно-ионной форме уравнения реакций взаимодействия следующих веществ : а) K2S + HCl = ; б) H2SO4 + KOH = ; в) Pb( NO3)2 + NaI =. 127. Cоставьте молекулярные и молекулярно-ионные уравнения реакций взаимодействия между : а) нитратом бария и сульфатом натрия ; б) карбонатом натрия и серной кислотой ; цианидом калия и азотной кислотой . 128. Составьте молекулярные и молекулярно-ионные реакции взаимодействия между : а) сульфатом меди и гидроксидом натрия ; б) сульфитом натрия и серной кислотой ; в) сульфатом кадмия и сульфитом натрия. 129. Составьте по три молекулярных уравнения реакций к каждому из молекулярно-ионных уравнений : а) Ca2+ + CO2-3 = CaCO3↓; б) СO2-3 + 2 H+ = CO2↑ + H2O ; в) Н+ + ОН- = Н2О . 130. Составьте по три молекулярных уравнения реакций, которые выражаются молекулярно-ионными уравнениями : а) Zn2+ + H2S = ZnS↓ + 2 H+ ; в) НСО-3 + Н+ = Н2О + СО2↑ ; в) Ag + + Cl - = AgCl↓. 131. Составьте по два молекулярных уравнения к каждому из молекулярно-ионных уравнений : а) Cu (OH)2 + 2H + = Cu 2+ + 2 H2O ; б) Cr (OH)3 + 3 OH - = [ Cr (OH)6 ] 3 - ; в) NH +4 + OH - = NH3↑ + H2O . 132. Представьте в молекулярном и молекулярно-ионном виде реакции взаимодействия между : а) гидроксидом хрома ( Ш ) и

26

серной кислотой ; б) метахромистой кислотой и гидроксидом калия ; в) метафосфорной кислотой и гидроксидом стронция. 133. Можно ли приготовить раствор , содержащий одновременно следующие пары веществ : а) гидроксид цинка и гидроксид калия ; б) гидроксид бария и соляную кислоту ; в) гидроксид железа (Ш) и гидроксид натрия. Представьте возможные реакции в молекулярном и молекулярно-ионном виде. 134. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций , протекающих между веществами а) Sn(OH)2 и НС1 ; б) BeSO4 и КОН ; NH4Cl и Ba(ОН)2.. 135. Можно ли приготовить раствор , содержащий одновременно следующие пары веществ : a) NaOH и Са(ОН)2 ; б) Sn(OH)2 и NaOH ; в) Sn(OH)2 и HNO3 . Представьте возможные реакции в молекулярном и молекулярно-ионном виде. ТЕМА 8. ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ. Пример 1. Составление молекулярного и молекулярно- ионного уравнений гидролиза соли сильной кислоты и слабого основания. Напишите молекулярные и молекулярно-ионные уравнения гидролиза солей : а) нитрата аммония ; б) хлорида алюминия. Решение : а) при растворении в воде кристаллическая соль нитрата аммония диссоциирует : NH4NO3 = NH +4 + NO -3. При составлении уравнений гидролиза в первую очередь необходимо определить ионы соли, cвязывающие ионы воды в малодиссоциирующее соединение, т.е. ионы , обусловливающие гидролиз. В данном случае ионы NH +4 связывает ионы ОН - образуя молекулы слабого основания NH4OH , что выражается следующим молекулярно-ионным уравнением гидролиза : NH+4 + HOH = NH4OH + H+ . Уравнение гидролиза в ионной форме: NH4NO3 + HOH = NH4OH + HNO3 . Избыток ионов Н + в растворе дает кислую реакцию среды, т.е. рН< 7. б) При гидролизе соли AlCl3 ион А l 3+ cоединяется с ионами ОН ступеньчато , образуя гидроксо-ионы ( Al OH)2 , [ Al (OH)2 ] + и молекулы Al(OH)3. Практически гидролиз соли ограничивается первой ступенью : Al 3+ + HOH = ( AlOH) 2+ + H + . В данном случае продуктами гидролиза являются основная соль и кислота : AlCl3 + HOH = AlOHCl2 + HCl Реакция раствора кислая , pH< 7. Пример 2. Составление молекулярного и молекулярно-ионного уравнений гидролиза соли сильного основания и слабой кислоты. Составьте молекулярные и молекулярно-ионные уравнения гидролиза солей : а) СН3СООК ; б) Na2CO3.

27

Решение: а) гидролиз соли СН3СООК обусловливают ионы СН3СОО- , связывая катионы Н + в слабодиссоциирующее соединение - уксусную кислоту : CH3COO - + HOH = CH3COOH + OH В молекулярной форме : CH3COOK + HOH = CH3COOH + KOH Реакция раствора щелочная рН > 7 ; б) гидролиз соли Na2CO3 практически ограничивается первой ступенью : продукты гидролиза -кислая соль и основание : Na2CO3 + HOH = NaHCO3 + NaOH CO2-3 + HOH = HCO -3 + OH Реакция раствора щелочная рН> 7. Пример 3. Составление молекулярного уравнения гидролиза соли слабого основания и слабой кислоты. Напишите молекулярное уравнение гидролиза соли СН3СООNH4. Решение : Ионы соли СН3СОО - и NH+4 взаимодействуют с ионами воды , образуя малодиссоциирующие соединения СН3СООН и NH4OH. Cоль гидролизуется полностью : CH3COONH4 + HOH = CH3COOH + NH4OH Реакция среды близка к нейтральной. Пример 4. Составление уравнений реакций взаимодействия при смешении растворов солей, взаимно усиливающих гидролиз. Составьте уравнение реакции, происходящей при смешении растворов солей Fe(NO3)3 и K2CO3. Решение : В растворе нитрата железа (Ш) гидролиз обусловливает катион Fe3+ : Fe3+ + HOH = Fe(OH)2+ + H + , а в растворе карбоната калия - анион СО2-3 : CO2-3 + HOH = HCO-3 + OH- . Гидролиз этих солей обычно ограничивается первой ступенью. При смешении этих солей ионы Н+ и ОН- взаимодействуют, образуя молекулы слабого электролита Н2О , который уходит из сферы реакции. Это приводит к тому, что усиливается гидролиз каждой из солей до образования Fe(OH)3 и СО2 : 2 Fe(NO3)3 + 3 K2CO3 + 3 H2O = 2 Fe(OH)3 ↓ + 3 CO2 ↑ + 6 KNO3 . 136.Запишите уравнения реакций гидролиза в полной и сокращенной молекулярно-ионной форме и укажите характер среды для следующих солей : a) Na2S ; б) CuSO4 ; в) NaCl ; г) KCN. 137.Какую реакцию имеют растворы солей нитрата цинка , сульфата алюминия , карбоната калия , нитрата калия и цианида натрия? Ответ подтвердите ионно-молекулярными и молекулярными уравнениями. 138. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения реакций , протекающих при сливании растворов : а) нитрата алюминия и сульфида натрия ; сульфата хрома и карбоната натрия.

28

139. Какие из пар солей в водных растворах взаимно усиливают гидролиз друг друга : а) AlCl3 и K2 S ; б) CrCl3 и К2СО3 ; в) FeCl3 и Na2SO3 . Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения соответствующих реакций. 140. Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярном и ионно-молекулярном виде : а) хлорида хрома ; б) цианида натрия ; в) нитрата меди ; г) ацетата лития . 141. К раствору FeCl3 добавили : a) HCl ; б) KOH ; в) K2CO3 ; г) Н2О. В каких случаях гидролиз хлорида железа (Ш) усилится ? Составьте соответствующие молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций. 142. К растворам сульфата натрия , хлорида хрома , хлорида магния , сульфата алюминия и нитрата железа (Ш) добавили раствор соды Na2CO3 . В каких случаях будет наблюдаться выделение СО2 ? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения соответствующих реакций. 143. Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза , происходящие при смешивании следующих пар растворов : а) нитрата хрома (Ш) и сульфида натрия ; б) сульфата меди (П) и карбоната калия . 144. Какие из солей : NaBr, Na2S, K2CO3, CoCl2 - подвергаются гидролизу ? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза солей. 145. Какое значение рН ( больше или меньше 7 ) имеют растворы солей Na3PO4 , K2S, CuSO4, ZnCl2 ? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей. 146. Почему растворы солей KF и K2S имеют щелочную , а растворы ZnSO4 и NH4NO3 кислую реакцию ? Ответ подтвердите ионно-молекулярными и молекулярными уравнениями реакций. 147. Как будут действовать на изменение окраски лакмуса растворы солей K2S , KI , CuSO4, Cd (NO3)2 ? Ответ подтвердите уравнениями гидролиза этих солей. 148. Запишите уравнения реакций гидролиза и укажите характер среды для растворов следующих солей : а) сульфита натрия ; б) хлорида меди (П) ; в) карбоната калия ; г) сульфата калия ; д) хлорида железа (Ш). 149. Расположите предложенные соли в порядке возрастания рН их водных растворов ( концентрации солей равны ) : а) нитрат меди (П) ; б) сульфит натрия ; в) хлорид натрия ; г) сульфид калия . Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций. 150. Написать в ионно-молекулярной и молекулярной форме уравнения реакций гидролиза следующих солей и указать реакцию сре-

29

ды ( больше или меньше 7 ) : KOCl, CaCl2 , NaClO4 , KHCOO, KNO3, ZnBr2. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Табл. 2. Таблица вариантов контрольных заданий. Номер варианта

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Номера задач, относящихся к данному заданию 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 2 3 4 5 6 7

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 23 24 25 26 27 28 29 30 16 17 18 19 20 21 22 23

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 31 32 33

46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 53 54 55 56 57 58 59 60 46 47 48 49 50 51 52 53

61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 61 62 63 64

76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 76 77 78 79 80

91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 100 101 102 103 104

106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 109 110 111 112 113 114

121 122 123 124 125 126 127 129 129 130 131 132 133 134 135 128 129 130 131 132 133 134 135 121 122 123 124 125 126 127 128

136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 136 137

30

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

8 9 10 11 12 13 14 15 11 12 13 14 15 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

24 25 26 27 28 29 30 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 23 24

34 35 36 37 38 39 40 41 44 45 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 31 32 33 34

54 55 56 57 58 59 60 46 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 46 47 48 49

65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73

81 82 83 84 85 86 87 88 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 77 78 79 80

105 91 92 93 94 95 96 97 99 100 101 102 103 104 105 91 92 93 94 95 96 97 98 99

115 116 117 118 119 120 106 107 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 106 107 108 109 110

129 130 131 132 133 134 135 126 130 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135

138 139 140 141 142 143 144 145 150 149 148 147 146 145 144 143 142 141 140 139 138 137 136 150