Решение задач по химии
Подождите немного. Документ загружается.
5. Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58 % кислорода.
Вычислите молярную массу эквивалента, молярную и атомную массу
этого элемента.
Решение
32
OX
%100
вещ
э
э
m
m
Отсюда
152%100
58,31
316
%100
э
э
вещ
m
m
Следовательно,
52
2
48152
X
m
Значит искомое вещество X – это оксид хрома
32
OCr
.
Молярная масса эквивалента (
экв
M
) – это масса одного моль
эквивалента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор
эквивалентности:
эквэкв
fMM
,
где
)(
1
ЭB
f
экв
,
3
1
)(
32
OCrэкв
Crf
17
3
1
52)(
32
OCrэкв
CrM
г/моль.
Молярная масса эквивалента оксида равна сумме молярных масс
эквивалентов образующих его составных частей:
8)()()()( элементаMOMэлементаMоксидаM
эквэквэквэкв
25817)(
32
OCrM
экв
г/моль.
Ответ: оксид хрома
32
OCr
, 25 г/моль, 52 г/моль и 52.
27. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d и
5s; 6s или 5p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента
с порядковым номером 43.
Решение
В соответствии с принципом наименьшей энергии (правило Клечковского)
энергетическому подуровню 4d соответствует сумма
624 ln
, а 5s соответствует
сумма 5 + 0 =5. Следовательно, сначала заполнится подуровень 5s, а затем 4d.
Аналогично, энергетическому подуровню 6s соответствует сумма
606 ln
, а 5p
соответствует сумма 5 + 1=6. Однако, для 6s-орбитали главное квантовое число n равно 6,
а для 5р-орбитали – 5. Следовательно, 5р-орбиталь заполняется раньше 6s-орбитали.
Элемент с порядковым номером 43 – Tc (Технеций).
Электронная формула атома Tc:
52610262622
4543433221 dspdspspss
49. У какого элемента четвертого периода – хрома или селена –
сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элементов
образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте
строением атомов хрома и селена.
Решение
2
С позиций теории строения атома легко объясняется возрастание
металлических свойств элементов в каждой группе с ростом заряда ядра
атома. Сравнивая, распределение электронов по уровням в атомах
Cr
24
5162622
3433221 dspspss
1
и
Se
34
410262622
43433221 pdspspss
2
. Внешние
электроны в атоме селена находятся дальше от ядра и поэтому слабее
удерживаются. По этой причине атомы селена могут отдавать электроны или,
иными словами, проявлять сильнее металлические свойства, чем хром.
С водородом хром непосредственно не взаимодействует.
Водород непосредственно реагирует с селеном при температурах ниже
250°; с максимальным выходом реакция протекает при 575°. Выше этой
температуры реакция становится обратимой. Образующийся селенистый
водород
SeH
2
представляет собой бесцветный газ, легко
воспламеняющийся, но относительно устойчивый в сухом кислороде.
Селенистый водород обладает неприятным запахом и чрезвычайно ядовит.
71. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы
2
He
и
молекулярного иона
2
He
по методу молекулярных орбиталей. Как метод
МО объясняет устойчивость иона
2
He
и невозможность существования
молекулы
2
He
?
Решение
Построим энергетическую схему для этих частиц по методу МО (рис.1) и
определим порядок связи (ПС)
Рис.1 Энергетическая схема образования молекулы
2
He
и молекулярного иона
2
He
по методу молекулярных орбиталей
Из рис. 1а видно, что в молекуле
2
He
число электронов на
связывающих и разрыхляющих орбиталях одинаково (по 2), следовательно,
порядок связи здесь равен: ПС = (2–2) / 2 = 0. Энергия молекулы не
понижается по сравнению с энергией атомов. Таким образом, эта молекула
существовать в нормальном состоянии не может.
В молекулярном же ионе
2
He
ПС = 0,5 (рис. 1б). Существование
такого иона возможно, так как число связывающих электронов больше числа
разрыхляющих, и общая энергия молекулярной системы понижается.
1
слои расположены в порядке заполнения подуровней.
2
слои расположены в порядке заполнения подуровней.
3
92. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и
оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции, если было
получено 44,8 л NO в пересчете на нормальные условия? Ответ: 452,37
кДж.
Решение
)(645)(4
223
гOHNOOгNH
Известно, что теплота образования
19,46
3
NH
кДж,
83,2410
2
H
кДж,
NO
= 90,37 кДж
74,904)05)19,46(4()83,241(637,904
..
px
H
кДж.
Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным
знаком, то
.. px
H
= 904,74 кДж - найдено количество теплоты при
образовании 4 моль продукта (4NO).
1 моль продукта равен 22,4 литра, а из условия получено 44,8 литра (2
моль), поэтому нужно полученный результат разделить на 2:
.. px
H
(44,8 литра NO) = 904,74 / 2 = 452,37 кДж.
Ответ: 452,37 кДж.
113. Вычислите
0
H
,
0
S
,
0
Т
G
реакции, протекающей по
уравнению
)(3)(2)(3)(
2232
гOHкFeгHкOFe
Возможна ли реакция восстановления
32
OFe
водородом при 500 и
2000 К?
Решение
Значения стандартных энтальпий образования ΔH0, энтропии S0 и энергия Гиббса
ΔG0 образования веществ при 298 К (25 °С) и давлении 1атм = 101325 Па = 760 мм.рт.ст
представлены в табл. 1:
Таблица 1
Вещество ΔH0, кДж/моль
S0 •10
3
, Дж/моль•K
ΔG0, кДж/моль
)(
32
кOFe
-822,2 87,4 -740,3
)(
2
гH
0
130,52
0
)(кFe
0
27,15
0
)(
2
гOH
-241,83 188,72 -228,61
Теперь найдем
0
H
,
0
S
,
0
Т
G
реакции:
61,96)03)16,822((02)81,241(3
0
H
кДж
45,141)52,13034,87(72,188315,272
0
S
Дж/K
)03)34,740((02)61,228(3
0
T
G
54,51кДж
4
500
G
=96,61-500
1000
45,141
=25,89кДж
29,186
1000
45,141
200061,96
2000
G
кДж
Так как
0
500
G
, а
0
2000
G
, то восстановление Fe2O3 водородом
возможно при 2000 K и невозможно при 500 К.
Ответ: 96,61 кДж; 141 Дж/К; 25,89 кДж;-186,29 кДж.
134. Равновесие гомогенной системы
)(2)(2)(4
222
гCIгOHOгHCI
Установилось при следующих концентрациях реагирующих
веществ (моль/л):
14,0
2
p
OH
,
14,0
2
p
CI
,
20,0
p
HCI
,
32,0
2
p
O
.
Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода. Ответ:
48,0
исх
HCI
моль/л;
39,0
2
исх
O
моль/л.
Решение
израсхисхравн
ССС
израсхравнисх
ССС
Для нахождения исходных концентраций веществ
HCl
и
2
O
необходимо учесть,
что, согласно уравнению реакции, из 4 молей
HCl
и 1 моля
2
O
образуется 2 моля
OH
2
и 2 моля
2
Cl
. Таким образом, искомые исходные концентрации равны:
48,014,014,020,0
22
рр
рисх
ClOHHClHCI
моль/л.
39,007,032,02
222
ррисх
OHOO
моль/л.
Ответ:
48,0
исх
HCI
моль/л;
39,0
2
исх
O
моль/л.
151. Какой объем 10 % -ного раствора карбоната натрия (пл. 1,105
г/см
3
) требуется для приготовления 5 л 2 % - ного раствора (пл. 1,02
г/см
3
).
Дано:
%10
1
(0,1)
105,1
1
г/см
3
%2
2
(0,02)
02,1
2
г/см
3
5
2
V
л
Решение
Определяем массу конечного раствора:
кгVрарm 1,502,15)(
222
Определяем массу растворенного вещества в
конечном растворе:
кграрmврm 102,002,01,5)(.).(
222
Обозначим массу 10% -ного раствора через
x
кг
.
В
x
кг
10% -ного раствора содержится
x1,0
карбоната натрия.
102,01,0 x
гкгx 102002,1
Теперь найдем
1
V
:
3
1
1
1
1,923
105,1
1020
см
m
V
Ответ: 923,1 см
3
Найти:
1
V
173. Вычислите температуру кристаллизации 2 % - ного раствора
этилового спирта
OHHC
52
. Криоскопическая константа воды 1,86º.
Ответ: - 0,82º С.
5
Решение
Понижение температуры кристаллизации раствора неэлектролита по
сравнению с температурой начала кристализации чистого растворителя
рассчитывается по формуле:
mкр
CKt
где
кр
K
- криоскопическая константа растворителя,
m
C
- моляльная
концентрация раствора неэлектрлита (т.е количество моль растворенного
вещества в 1000 граммах растворителя).
Найдем моляльность.
М(
OHHC
52
) = 46,069 г/моль.
43,0
100069,46
100021000
воды
m
mM
m
С
(моль/кг)
Поэтому
82,043,086,1 t
Поскольку температура начала кристаллизации чистого растворителя
(воды) равна 0 град. Цельсия, то данный раствор начинает замерзать при
-0,82 град. Цельсия.
Ответ: -0,82°.
193. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения
реакций взаимодействия в растворах между: а)
43
PONa
и
2
CaCl
; б)
32
COK
и
2
BaCl
; в)
2
)(OHZn
и
KOH
.
а)
NaClPOCaCaClPONa 6)(32
243243
243
23
4
)(6663)(26 POCaClNaClCaPONa
243
23
4
)(3)(2 POCaCaPO
б)
KClBaCOBaClCOK 2
3232
ClKBaCOClBaCOK 222)(2
3
22
3
3
22
3
)( BaCOBaCO
в)
422
)(2)( OHZnKKOHOHZn
422
)()(22)( OHZnKOHKOHZn
204. При смешивании
3
FeCl
и
32
CONa
каждая из взятых солей
гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих
основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-
молекулярным и молекулярным уравнениями.
Решение
Совместный гидролиз хлорида железа, гидролизующегося по катиону,
и карбоната натрия, гидролизующегося по аниону, приводит к гидроксиду
железа(III) и оксиду углерода(IV). Эти вещества являются продуктами
последних ступеней гидролиза исходных солей. Соли, образованные слабым
основанием и слабой кислотой, полностью гидролизуются, то есть
взаимодействуют с водой, переставая существовать.
Молекулярное уравнение реакции:
NaClCOOHFeOHCONaFeCl 63)(2332
232323
6
2Fe
3
+ 3CO
2
3
+ 3H2O = 2Fe(OH)
3
↓ + 3CO
2
↑.
Гидролиз ионов
3
Fe
и
2
3
CO
:
226. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс –
окисление или восстановление происходит при следующих
превращениях:
26
MnMn
;
CICI
5
;
53
NN
На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в
уравнении реакции, идущей по схеме:
OHNONOCuHNOOCu
22332
)(
Решение
1.
26
4 MneMn
- восстановление;
CIeCI 6
5
- восстановление;
53
8 NeN
- окисление.
2.
OHNONOCuHNOOCu
22332
)(
Перепишем этот процесс чуть иначе:
OHONNOCuHNOразбOHNOCu
II
окислениястепень
неизменяетN
окислитель
I
2
2
23
2
)_
_(
3
3
51
2
)(.
Чтобы не загромождать схему реакции, указали степень окисления
только в тех случаях, когда в процессе реакции они изменяются.
Напишем теперь электронные уравнения и подберем коэффициенты
при окислителе и восстановителе.
21
222
CueCu
3
- восстановитель, окисляется.
25
3
NeN
2
- окислитель, восстанавливается.
Общее кратное для 2 и 3 равно 6.
OyHONNOCuxHNOразбOHNOCu
II
окислениястепень
неизменяетN
окислитель
I
2
2
23
2
)_
_(
3
3
51
2
2)(6.23
Общее число атомов азота слева и справо должно быть одинаково.
Поэтому количество атомов
5
N
, которые не меняют степень окисления,
слева равно количеству атомов
5
N
, в составе
23
)(NOCu
. Отсюда
1262 x
.
Тогда общее количество молекул
3
HNO
равно
14122
, а общее количество
молекул
OH
2
7
2
)122(
y
.
Окончательно имеем:
OHNONOCuHNOOCu
22332
72)(6143
244. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса
кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: а)
3
AgNO
; б)
4
ZnSO
; в)
4
NiSO
? Почему? Составьте электронные и молекулярные
уравнения соответствующих реакций.
Решение
7
Необходимо обратиться к электрохимическому ряду напряжений, вот в
каком порядке расположены исходные металлы:
Zn Cd Ni Ag
Кадмий электроотрицательнее никеля и серебра, то есть более активен,
чем эти металлы, но электроположительнее цинка, то есть менее активен, чем
цинк.
Процесс вытеснения более электроположительного металла из водного
раствора его соли более активным металлом в электрохимии называют
цементацией.
Следовательно:
233
)(22 NOCdAgAgNOCd
- (масса кадмиевой пластинки
уменьшится).
1
3
201
3
10
)(22)(22
NOCdAgNOAgCd
4
ZnSOCd
(масса кадмиевой пластинки не изменится).
44
CdSONiNiSOCd
- (масса кадмиевой пластинки уменьшится).
2
4
202
4
20
)()(
SOCdNiSONiCd
.
Но необходимо уточнить, что при цементации вытесняемый металл
будет осаждаться на кадмиевой пластинке и по сути замещать растворенный
кадмий, поэтому если оценивать вес кадмиевой пластинки с потенциальным
покрытием, то в растворе :
3
AgNO
- произойдет увеличение веса (два иона серебра тяжелее иона
кадмия).
4
ZnSO
- вес останется неизменным цинк активнее - обменной реакции
не будет.
4
NiSO
- произойдет уменьшение веса (ион никеля легче иона кадмия).
268. Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч,
в результате чего выделилось 6 л кислорода (н.у.). Составьте уравнения
электродных процессов и вычислите силу тока. Ответ: 5,74 А.
Решение
Электролиз водного раствора сульфата цинка:
Анод:
HOeOH 442
0
22
.
Катод:
02
2 ZneZn
,
OHHeOH 222
0
22
Суммарная реакция:
42
0
2
0
2
0
.
24
2 SOHOHZnOHZnSO
токэл
Теперь вычислим силу тока.
Согласно законам Фарадея:
F
tIAzM
Am
),1(
)(
где m(А) — масса вещества А, окисленного или восстановленного на
электроде (г); М(1/z,А) — молярная масса эквивалента вещества А
(г/моль); I — сила тока (А); t — продолжительность электролиза (с); F –
число Фарадея, (F ≈ 96500 Кл/моль).
8
Отсюда выразим :
tAzM
FAm
I
),1(
)(
.
Так как дан объем кислорода, то отношение
),1( AzMm
заменяем
отношением
)(
2
2
OVV
экO
, где
2
O
V
- объем кислорода (л);
)(
2
OV
эк
-
эквивалентный объем кислорода (л).
Эквивалентный объем кислорода (н.у.):
л
n
V
OV
m
эк
6,5
4
4,22
)(
2
Подставив в приведенную формулу значения
лV
O
6
2
,
лOV
эк
6,5)(
2
,
ct 18000
(5 ч = 18000 с), находим:
AI 74,5
180006,5
965006
Ответ: 5,74 А.
284. Если пластинку из чистого цинка опустить в разбавленную
кислоту, то начавшееся выделение водорода вскоре почти
прекращается. Однако при прикосновении к цинку медной палочкой на
последней начинается бурное выделение водорода. Дайте этому
объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного
процессов. Напишите уравнения протекающей реакции.
Решение
Разбавленная и концентрированная серные кислоты ведут себя по-
разному. Разбавленная серная кислота ведет себя, как обычная кислота.
Активные металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода
Li, К, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H
2
, Cu, Hg, Ag, Au
вытесняют водород из разбавленной серной кислоты. Поэтому при
опускании пластинки из чистого цинка в разбавленную серную кислоту
видим пузырьки водорода.
H
2
SO
4
+ Zn = Zn SO
4
+ H
2
↑
Чистый металлический цинк медленно взаимодействует с
разбавленными кислотами, поскольку образовавшийся атомарный водород
покрывает поверхность цинка и выделение водорода уменьшается.
Медь стоит в ряду напряжений после водорода – поэтому разбавленная
серная кислота не действует на медь. Медь, стоящая в электрохимическом
ряду напряжений правее цинка, осаждается им, покрывает поверхность цинка
и ускоряет, таким образом, растворение его в серной кислоте.
Поэтому при прикосновении к цинку медной палочкой на последней
начинается бурное выделение водорода.
Анодный процесс:
20
2
ZneZn
.
Катодный процесс:
в кислой среде
0
2
22 HeH
анодного растворения меди:
20
2
CueCu
9
Список литературы
1. Глинка Н.Л. Общая химия. Учебное пособие. –М. КноРус. – 2009 г.
2. Курс лекций по общей химии/ С.Ю. Елисеев, А.В. Врублевский. –
Мн.: УП «ЦНИИТУ», 2006.
3. Лебедева М.И., Анкудимова И.А. Сборник задач и упражнений по
химии с решением типовых и усложненных задач:
Практикум.Москва: "Изд-во Машиностроение-1", 2002.
4. Новиков А.Ф., Успенская М.В., Шконда С.Э. Типовые задачи и их
решение по основным разделам курса химии/ Учеб.пособие. -
СПб:СПбГУИТМО, 2005
10