Бурак Г.А. и др. Задачи и упражнения по химии
Подождите немного. Документ загружается.
Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра химии
ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ
ПО ХИМИИ
Учебно-методическое пособие
2-е издание, исправленное и дополненное
Под редакцией В.Н. Яглова
НАВУКСВйЯ 816Л1ЯТЭКА
Беларускага «ацыянальиага
тэхн!чнага ушвереЛтэта
1нв.
з т 0 4 о
Минск 2006
УДК 546(076.1)
Авторы:
Г.А. Бурак, И.М. Гранщикова, Е.А. Евсеева, А.А. Кречко,
Э.Ф. Марчик, Д.И. Медведев, А.А. Меженцев, И.М. Проворова,
Л.М. Слепнева, И.А. Шнып, В.О. Шункевич, В.Н. Яглов
Рецензенты:
А.К.Баев, Я.Н.Ковалев
Бурак, Г.А.
Задачи и упражнения по химии: учебно-методическое пособие /
Г.А. Бурак [и др.]; под ред. В.Н. Яглова. - 2-е изд., испр. и доп. - Мн.:
БИТУ, 2006. - 124 с; вкл.
ISBN 985-479-309-5.
Издание содержит задачи и упражнения по химии, предназначен-
ные для выполнения индивидуальных домашних заданий, предлабо-
раторного контроля, а также практических занятий. В каждой главе
представлено 17 простых задач (например, 4.1 - 4.17) и 17 более
сложных (например, 4.18 - 4.34). Индивидуальное домашнее задание
включает две задачи - одну простую и одну более сложную.Темы
расположены в соответствии с программой курса химии для техниче-
ских высших учебных заведений.
УДК 546 (076.1)
ISBN 985-479-309-5
© БИТУ, 2006
Введение
При изучении курса химии наряду с усвоением теории и выпол-
нением лабораторных работ необходимы систематические упраж-
нения в решении задач.
В данном сборнике помещены задачи в основном расчетного ха-
рактера, в соответствии с базовой программой курса химии для сту-
дентов Белорусского национального технического университета.
В задачнике использована Международная система единиц (СИ).
Все задачи имеют двойную нумерацию: первая цифра - номер
главы, вторая - порядковый номер задачи в пределах данной главы.
Например, 5-14 означает, что это 14-я задача 5-й главы. В каждой
главе представлены задачи двух уровней сложности. Простые - их
номера с
1
по 17 и более сложные - их номера с
18
по 34.
При выполнении домашнего задания по каждой теме студент
обязан решить одну простую (уровня В) и одну сложную (уровня С)
задачи. В конце задачника приведены номера индивидуальных до-
машних заданий.
1.
ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ
Неорганические соединения могут классифицироваться как по
составу, так и по свойствам. По составу они подразделяются на
простые вещества, состоящие из атомов одного и того же элемента
(Н
2
,
Cl
2
, 0
2
, Na, Zn, Fe, Не), и сложные вещества, которые состоят
из атомов разных элементов (С0
2
, КОН, Na
2
S04,
HNO3).
Классификация основных классов неорганических соединений
Металлы Неметаллы Оксиды Основания Кислоты Соли
3
Оксиды - бинарные соединения элементов с кислородом. Об-
щая формула оксидов Э
х
О
у
. Название оксидов состоит из слова «ок-
сид» плюс название элемента в родительном падеже. Если элемент
проявляет переменную степень окисления, то в скобках дополни-
тельно указывают степени окисления элемента: SO2 и S0
3
соответ-
ственно оксиды серы (IV) и (VI).
Оксиды
Несолеобразующие
(безразличные)
NO,
СО, SiO, N
2
0
Амфотерные
Li
2
0 - оксид лития В
2
0
3
- оксид бора ВеО - оксид бериллия
MgO - оксид магния СО, - оксид углерода А1
2
0
3
- оксид алюми-
(IV) ния
МпО - оксид марган- Сг0
3
- оксид хрома Сг
2
0
3
- оксид хрома (III)
ца (II) (VI)
ZnO - оксид цинка
SnO - оксид олова (II)
РЬО - оксид свинца (II)
. СВОЙСТВА ОКСИДОВ:
Основные Кислотные
CuO + H
2
S0
4
= CuS0
4
+ Н
2
0; СО, + Ва(ОН), = ВаС0
3
| + Н
2
0;
Na
2
0 +Н
2
0 = 2NaOH; " S0
3
+ Н
2
0 = H
2
S0
4
;
CaO + С0
2
= СаС0
3
. С0
2
+ NaOH = NaHC0
3
.
4
Амфотерные
А1
2
0з +Na
2
C0
3
=°2NaAI0
2
+C0
2
;
Al
2
Oj+2NaOH - 2NaA10
2
+H
2
0 ;
Ai
2
0
3
+ 6HC) -
2A1
Cl
3
+ 3H
2
0;
ZnO + 2 NaOH + H
2
0 = Na
2
[Zn(OH)
4
];
ZnO + 2HCI = ZnCl
2
+ H
2
0 .
Основания - химические соединения, которые в растворе диссо-
циируют с образованием гидроксид-ионов (ОН*). Название оснований
состоит из слова "гидроксид" плюс название металла в родительном
падеже. Если металл проявляет переменную степень окисления, то в
скобках после названия металла указывается степень его окисления.
Число гидроксид-ионов определяет кислотность основания:
NaOH - гидроксид натрия (однокислотное основание);
Мп(ОН)з - гидроксид марганца (III) (трехкислотное основание);
Fe(OH)
2
- гидроксид железа (II) (двухкислотное основание);
NH4OH
- гидроксид аммония.
СВОЙСТВА ОСНОВАНИЙ
КОН + НС1 = КС1 + Н
2
0;
Са(ОНЬ + С0
2
= СаС0
3
| + Н
2
0;
2NaOH + C11SO4 = Cu(OH)
2
| + Na
2
S0
4
;
Zn(OH)
2
+ 2NaOH = Na
2
Zn0
2
+ 2 H
2
0;
Zn(OH)
2
+ 2HCI = ZnCl
2
+ 2H
2
0;
Zn(OH)
2
+ 2NaOH = Na
2
[Zn(OH)
4
];
Cu(OH)
2
= CuO + H
2
0.
Кислоты - химические соединения, содержащие атомы водорода,
способные замещаться атомами металлов. С позиций теории электро-
литической диссоциации к кислотам относятся вещества, способные
диссоциировать в растворе с образованием ионов водорода (ИТ).
5
Кислоты
Кислородсодержащие
НО
-
хлороводородная
HJ
-
иодоводородная
НВг
-
бромоводородная
H
2
S
-
сероводородная
HCN
-
циановодородная
Н3ВО3
- ортоборная
НВОз
-
метаборная
Н
2
СОз
-
угольная
HNO3
-
азотная
HN0
2
-
азотистая
Н3РО4
- ортофосфорная
НРОз
-
метафосфорная
Н3РО3
- фосфористая
НМп0
4
-
марганцовая
Н
2
Сг0
4
-
хромовая
H
2
S0
4
-
серная
H
2
S0
3
-
сернистая
HOCI
-
хлорноватистая
НСЮ
2
-
хлористая
НС
1
Оз
-
хлорноватая
НСЮ
4
-
хлорная
СН
3
СООН
-
уксусная
H
2
Si03
-
кремниевая
Название кислот производят
от
названия элементов, которые
их
об-
разовали.
В
случае бескислородных кислот
к
названию элемента
до-
бавляют слово "водородная". НС1
-
хлороводородная,
H
2
S -
сероводо-
родная,
HCN -
циановодородная. Если элемент образует
две
кисло-
родсодержащие кислоты (H
2
S0
4
и
H
2
S0
3
),
то их
названия отличаются
окончанием:
(н)ая и -
(н)истая. Первое соответствует кислотам,
в ко-
торых элемент, образовавший кислоту, находится
в
высшей степени
окисления, второе соответствует кислотам,
в
которых элемент нахо-
дится
в
промежуточной степени окисления (HN
+5
0
3
-
азотная,
HN
+3
0
2
-
азотистая). Количество атомов водорода, которые способны
замещаться
на
атомы металла, определяет основность кислоты
(НО -
одноосновная, H
2
S0
4
-
двухосновная, Н
3
Р0
4
-
трехосновная).
В зависимости
от
числа молекул воды
к
названию кислоты при-
бавляется приставка орто-
или
мета-.
При
максимальном количестве
воды добавляется приставка орто-,
а при
минимальном количестве
6
воды - приставка мета-. Кислота Н
3
Р0
4
, в которой на одну молеку-
лу фосфорного ангидрида (Р
2
0
5
) приходятся три молекулы воды,
называется ортофосфорной, а кислота НР0
3
- метафосфорной.
СВОЙСТВА КИСЛОТ
НС1 + NaOH = NaCl + Н
2
0; 2НС1 + ВаО =
ВаС1
2
+ Н
2
0;
2НС1+ Zn = ZnCl
2
+ Н
2
|; H
2
S0
4
+ CuO = CuS0
4
+ H
2
0;
H
2
S0
4
+ 2KOH = K
2
S0
4
+ 2H
2
0; H
2
S0
4
+ K
2
Si0
3
- H
2
Si0
3
| + K
2
S0
4
.
Соли - сложные вещества, которые являются продуктами пол-
ного или частичного замещения ионов водорода кислоты ионами
металла или гидроксид-ионов основания кислотными остатками.
Одним из способов получения солей является взаимодействие ки-
слот и оснований.
(Основание+кислота) ->. Соли
Средние
Полное замещение
Н+ в кислоте на ион
металла
Na
2
S0
4
- сульфат натрия
NiS0
3
- сульфит никеля (II)
K
2
S - сульфид калия
(NH4)
2
S0
4
- сульфат аммония
N
,
Основные
Ж.
Неполное замещение
ОН" в основании на
кислотный остаток
CuOHCl - хлорид гидроксомеди (II)
Fe(OH)
2
N0
3
- нитрат дигидроксо-
железа (III)
Кислые
Неполное замещение РГ в
кислоте на ионы металла
KHS0
3
- гидросульфит калия;
А1(Н
2
Р0
4
)
3
- дигидроортофосфат алюминия;
FeHP0
4
- гидроортофосфат железа (II). Название важнейших ки-
слот и солей представлены в табл. Ш.
СВОЙСТВА СОЛЕЙ
Hg(N0
3
)2 + Zn - Zn(N0
3
)2 + Hg;
CuS0
4
+ 2 NaOH = Cu(OH)
2
j+ Na
2
S0
4
;
Fe(N0
3
)
2
+ H
2
S - FeSJ. + 2HN0
3
;
CaCI
2
+ Na
2
C0
3
= CaC0
3
| + 2NaCl;
KHSO4
+ KOH - K
2
S0
4
+ H
2
0;
KHS0
4
+
BaCI
2
= BaS0
4
l + KC1
+.HC1;
CuOHCl + HC1 = CuCl
2
+ H
2
0;
CuOHCl + H
2
S = CuS j + НС
1
+ H
2
0.
При написании формул химических соединений следует учиты-
вать,
что:
1.
Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю.
Например: Н
2
°; N
2
°, 0
2
°, Na°, Cu°, Fe°, Hg°, S°, P°, B° и др.
2.
Атомы кислорода в соединениях проявляют степень окисле-
ния (-2). Например: Ca
+2
0"
2
,
S
+4
0
2
-
2
и т.д.
Исключения: фторид кислорода 0
+2
F
2
_1
- степень окисления ки-
слорода (+2), пероксиды - степень окисления кислорода (-1), Н
2
+1
0
2
"'.
3.
Для водорода степень окисления равна (+ 1). Например: H
2
+1
S"
2
,
№
3
Н
3
+1
,Н
2
+1
0-
2
ит.д.
Исключения: гидриды металлов типа Са
+2
Н
2
"'; Na
+1
H"', в которых
степень окисления водорода (-1).
4.
Элементы, имеющие постоянную степень окисления в боль-
шинстве соединений.
I
II III
IV V
VI
VII
н+
Li
+1
Be
+2
B
+J
О"
2
F"
Na
+1
Mg
+2
Al
+i
K+
i
Ca*
2
Zn
+2
Sc
+3
Rb
+1
Sr
+/
Cd
+2
Cs
+I
Ba
+2
"
Fr
+I
Ra~
8
5.
Алгебраическая сумма степеней окисления отдельных атомов,
образующих молекулу, с учетом стехиометрических индексов
равна нулю. Например, можно определить степень окисления азота
в молекуле HNOi, зная степени окисления кислорода (-2) и водо-
рода (+1): H
+1
N*0
3
"
J
(+1)+х+(-2)-3 = 0; х = +5,
или степень окисления хрома в молекуле К/'Сг^О?"
2
:
(+1)-2+х-2+(-2)-7 = 0, х = +6.
6. Атомы одного и того же элемента в различных соединениях
могут иметь различные степени окисления, например: К
+,
Мп
+7
0
4
";
Н
2
+1
Мп
+6
0
4
"
2
; Мп
+4
0
2
-
2
.
Задачи
1.1. Хром образует соединения, в которых он проявляет степени
окисления +3 и +6. Составить формулы его оксидов и гидроксидов,
отвечающих этим степеням окисления. Написать уравнения реак-
ций, доказывающих амфотерность гидроксида хрома (III).
1.2. Какие из перечисленных оксидов: CaO, С0
2
, Fe О, АЬОз,
С1
2
0
7
,
ZnO являются основными, кислотными или амфотерными?
Составить уравнения реакций взаимодействия вышеуказанных ок-
сидов с хлороводородной кислотой и гидроксидом натрия, назвать
полученные продукты реакций.
1.3. Составить уравнения реакций взаимодействия с водой сле-
дующих оксидов: Na
2
0,
SO3,
CaO, Р
2
0
5
. К какому классу соедине-
ний относятся полученные вещества? Назвать их.
1.4. Ангидридами каких кислот являются Р
2
0
5
, Cl
2
0
7
, S0
2
,
N
2
0
3
,
СгОз? Привести примеры реакций образования соответствующих
кислот.
1.5. Какие из перечисленных соединений образуют:
а) кислые соли: HF, H
2
S, H
2
S0
4
, H
3
P0
4
, HCN?
б) основные соли: Са(ОН)
2
, А1(ОН)
3
, NaOH?
Привести примеры соответствующих реакций и назвать полу-
ченные соединения.
9
1.6. Написать уравнения реакции и определить объем газа (н.у.),
выделившегося при взаимодействии 11,6 г карбоната железа (II) с
хлороводородной кислотой.
1.7. Сколько граммов гидроксида цинка подверглось разложе-
нию,
если при этом выделилось 72 г воды? Сколько моль оксида
цинка образовалось в результате реакции?
1.8. При взаимодействии гидроксида меди (II) с азотной кисло-
той образовалось 47 г соли. Определить массы вступивших в реак-
цию:
а) гидроксида меди; б) азотной кислоты. Написать уравнение
соответствующей реакции.
1.9. Определить массу оксида фосфора (V), пошедшего на взаи-
модействие с водой, если при этом образовалось метафосфорной
кислоты: а) 0,5 моль; б) 320 г.
1.10. Написать уравнение реакции получения серной кислоты из
оксида серы (VI) и определить, сколько граммов серной кислоты
образуется из 2 моль оксида серы (VI).
1.11. Определить объем газа (н.у.), выделившегося при взаимо-
действии 5,4 г алюминия с хлороводородной кислотой, и написать
уравнение реакции.
1.12. Указать, к каким классам неорганических соединений отно-
сятся следующие вещества, и назвать эти соединения: HBr, N0
2
,
ZnS,
Ni(OH)
2
, Na
2
S0
4
, CuOHN0
3
, KH
2
P0
4
, HCN.
1.13. Написать формулы следующих химических соединений:
оксид хрома (VI), гидроксид калия, угольная кислота, хлорид гидро-
ксоалюминия, гидроортофосфат калия, хлорид железа (II). Назвать
следующие соединения:
N
2
0
5
,
Ca(N0
3
)
2
, (FeOH)
2
S0
3
, Mg(HC0
3
)
2
.
1.14. Какие из перечисленных солей относятся к средним, кис-
лым и основным: Na
2
HP0
4
, А1(Н
2
Р0
4
)
3
, (ZnOH)
2
S0
4
, А1(ОН)
2
Ж>
3
,
FeCl
3
, Na
2
C0
3
, CuOHCl, K
2
S? Назвать эти соли.
1.15. Какие соли можно получить имея в наличии: a) CuS0
4
,
б) AgN0
3
, в) К
3
Р0
4
, г) ВаС1
2
? Написать уравнения реакций и на-
звать полученные соли.
1.16. Какие из перечисленных веществ будут реагировать с гид-
роксидом калия: С0
2
, CaO, H
3
P0
4
, Zn(OH)
2
, Mg(OH)
2
, А1(ОН)
3
, H
2
S?
Составить уравнения реакций и назвать продукты реакций.
1.17. Составить уравнения реакций получения основных солей маг-
ния и кислых солей натрия, образованных кислотами: а) угольной,
б) сероводородной, в) ортофосфорной. Назвать полученные соли.
10