Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Автор: доцент кафедры «Химия», кандидат технических наук, Фроленков К.Ю.
по «Химии»
Орел 2000
Эквиваленты простых и сложных веществ.
Закон эквивалентов
Пример 1. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода, измеренного при н. у.31 Вычислить эквивалент оксида и эквивалент металла. Чему равен атомный вес2 металла?
Решение. По закону эквивалентов массы веществ m1 и m2, вступающих в реакцию, пропорциональны их эквивалентам Э1 и Э2:
|
(1) |
|
|
(2) |
Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то, как правило, его количество измеряется в объемных единицах (см3, л, м3).
В (2) отношение заменяем равным ему отношением , где , - объем водорода; - объем грамм-эквивалента водорода.
|
(3) |
Грамм-эквивалент водорода (1,008 г) равен половине его грамм-молекулы (2,016 г), поэтому согласно следствию из закона Авогадро (при н. у.)
Из (3) находим эквивалент оксида металла (МеО):
По закону эквивалентов
ЭMeO = ЭMе + отсюда
ЭMе = ЭMeO - = 35,45 - 8 = 27,45.
Атомный вес металла определяем из соотношения Э= А/В,
где Э - эквивалент, А - атомный вес, В - валентность элемента. А = ЭВ = 27,452=54,9.
Пример 2. Сколько металла, эквивалент которого 12,16, взаимодействует с 310 см3 кислорода, измеренного при н.у.?
Решение. Грамм-молекула О2 (32 г) при н.у. занимает объем 22,4 л, а объем грамм-эквивалента кислорода (8 г)
По закону эквивалентов , или, откуда
Пример 3. Вычислить эквиваленты Н2SО4 и А1(ОН)3 в реакциях, выражаемых уравнениями:
|
Н2SО4 + КОН = КНSО4 + Н2О |
(1) |
|
Н2SО4 + Мg = МgSO4 + Н2 |
(2) |
|
А1(ОН)3 + НС1 = А1(ОН)2С1 + Н2О |
(3) |
|
А1(ОН)3 + ЗНNО3 = А1(NО3)3 + ЗН2О |
(4) |
Решение. Эквивалент сложного вещества, так же как и эквивалент элемента, может иметь различные значения и зависит от того, в какую реакцию обмена вступает это вещество. Эквивалент кислоты (основания) равен молекулярному весу (М), деленному на число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл (на число вступающих в реакцию гидроксильных групп). Следовательно, эквивалент Н2SО4 в реакции (1) равен , а в реакции (2) Эквивалент Аl (ОН)3 в реакции (3) равен, а в реакции (4)
Задачу можно решить и другим способом.
Так как Н2SО4 взаимодействует с одним эквивалентом КОН и двумя эквивалентами магния, то ее эквивалент равен в реакций (1) М/1 и в реакции (2) М/2.
Аl(ОН)3 взаимодействует с одним эквивалентом НС1 и тремя эквивалентами НNО3, поэтому его эквивалент в реакции (3) равен М/1, в реакции (4) М/3.
Пример 4. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислить эквивалент металла.
Решение. При решении задачи следует иметь в виду: а) эквивалент гидроксида равен сумме эквивалентов металла и гидроксильной группы; б) эквивалент соли равен сумме эквивалентов металла и кислотного остатка. Учитывая сказанное, подставляем соответствующие данные в (1) (см. пример 1):
Ответ: ЭМе = 15.
1. При восстановлении водородом 10,17 г оксида двухвалентного металла образовалось 2,25 г воды, эквивалент которой 9,00. Вычислите эквивалент оксида и эквивалент металла. Чему равен атомный вес металла?
2. Эквивалент трехвалентного металла равен 9. Вычислите атомный вес металла, эквивалент его оксида и процентное содержание кислорода в оксиде.
3. Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислите эквивалент металла. Ответ: 32,5.
4. Из 1,3 г гидроксида металла получается 2,85 г сульфата этого же металла. Вычислите эквивалент металла. Ответ: 9.
5. Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58% кислорода. Вычислите эквивалент и атомный вес этого элемента.
6. Один оксид марганца содержит 22,56% кислорода, а другой - 50,50%. Вычислите эквиваленты марганца в этих оксидах и составьте их формулы.
7. При сгорании серы в кислороде образовалось 12,8 г SO2. Сколько эквивалентов кислорода требуется на эту реакцию? Чему равны эквиваленты серы и ее оксида?
8. Вычислите эквиваленты Н3РО4 в реакциях образования; а) гидрофосфата, б) дигидрофосфата, в) ортофосфата.
9. В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Вычислите эквиваленты металла и его оксида.
10. Чему равен эквивалент воды при взаимодействии ее: а) с натрием, б) с оксидом натрия. Ответ: 9.
11. При восстановлении 1,2 оксида металла водородом образовалось 0,27 г воды. Вычислите эквивалент оксида и эквивалент металла.
12. Напишите уравнения реакций Fе(ОН)3 с соляной кислотой, при которых образуются следующие соединения железа: а) дигидроксохлорид, б) гидроксохлорид, в) три - хлорид. Вычислите эквивалент Fе(ОН)3 в каждой из этих реакций.
13. Избытком едкого кали подействовали на растворы: а) дигидрофосфата калия, б) дигидроксонитрата висмута(+3). Напишите уравнения реакций этих веществ с КОН и определите их эквиваленты.
14. Вещество содержит 39,0% серы, эквивалент которой 16,0, и мышьяк. Вычислите эквивалент и валентность мышьяка, составьте формулу этого вещества.
15. Избытком соляной кислоты подействовали на растворы: а) гидрокарбоната кальция, б) гидроксодихлорида алюминия. Напишите уравнения реакций этих веществ с КОН и определите их эквиваленты.
16. При окислении 16,74 г двухвалентного металла образовалось 21,54 г оксида. Вычислите эквиваленты металла и его оксида. Чему равен атомный вес металла?
17. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода, измеренного при н. у. Вычислите эквивалент и атомный вес металла.
18. В оксидах азота на два атома азота приходится: а) пять, б) четыре, в) один атом кислорода. Вычислите эквиваленты азота в оксидах и эквиваленты оксидов.
19. Одна и та же масса металла соединяется с 1,591 г галогена и с 70,2 см3 кислорода, измеренного при н.у. Вычислите эквивалент галогена. Ответ: 126,9.
20. На нейтрализацию 0,943 г фосфористой кислоты Н3РО3 израсходовано 1,291 г КОН. Вычислите эквивалент кислоты и ее основность. Ответ: Э = 41.
21. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относится каждый из них?
21. Напишите электронные формулы атомов фосфора и ванадия. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
22. Какое максимальное число электронов могут занимать s-, р-, d- и f - орбитали данного энергетического уровня? Почему?
23. Напишите электронные формулы атомов марганца и селена. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
24. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше 4s или 3d; 5s или 4р? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента, порядковый номер которого 21.
26. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 17 и 29. Учтите, что у последнего происходит провал одного 4s-электрона на 3d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
27. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s; 6s или 5p? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента, порядковый номер которого 43.
28. Что такое изотопы? Чем можно объяснить дробность атомных весов большинства элементов периодической системы? Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковый вес? Как называются подобные атомы?
29. В чем сущность - радиоактивного распада? Изотоп какого элемента получится в результате последовательного излучения 4- и - частиц атомным ядром238U?
30. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Какие электроны этих атомов являются валентными?
31. Какую радиоактивность называют искусственной? Изотоп какого элемента образуется в результате ядерной реакции, происходящей при бомбардировке ядер атомов27Аl протонами, если при этом поглощается один протон и выделяется одна - частица. Составьте уравнение этой ядерной реакции.
32. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 16 и 28. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов и какие электроны их атомов являются валентными?
33. Изотоп какого элемента образуется в результате ядерной реакции, происходящей при бомбардировке ядер атомов54 Fе -частицами, если при этом поглощается одна -частица и выделяется один нейтрон. Составьте уравнение этой ядерной реакции.
34. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число ml при орбитальном квантовом числе l = 0; 1; 2 и 3? Какие элементы в периодической системе носят название s-, р-, d-, f-элементов? Приведите примеры.
35. Какие значения могут принимать квантовые числа п, l, ml , и тs, характеризующие состояние электронов в атоме. Какие значения они принимают для внешних электронов атома магния?
36. Чем отличается последовательность в заполнении атомных орбиталей у атомов d-элементов, от последовательности заполнения их у атомов s - и р - элементов. Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 46, учитывая, что, находясь в пятом периоде, атомы этого элемента на пятом энергетическом уровне не содержат ни одного электрона.
37. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит провал одного 4s - электрона на 3d - подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов и какие электроны их атомов являются валентными?
38. Значения какого квантового числа определяют число s-, р-, d- и f - орбиталей на энергетическом уровне? Сколько всего s-, р- и d-электронов в атоме кобальта?
39. В чем заключается принцип несовместимости Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома р7- или d12- электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.
40. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит провал одного 5s-электрона на 4d - подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов и какие электроны их атомов являются валентными?
41. Исходя из положения германия, цезия и технеция в периодической системе составьте формулы следующих соединений: мета - и ортогерманиевой кислот, дигидро - фосфата цезия и оксида технеция, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.
42. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как изменяется восстановительная активность s- и р - элементов в группах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?
43. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроотрицательность р - элементов в периоде; в группе периодической системы с увеличением порядкового номера?
44. Исходя из положения германия, молибдена и рения в периодической системе составьте формулы следующих соединений: водородного соединения германия, рениевой кислоты и оксида молибдена, отвечающего его высшей степени окисления. Изобразите графически формулы этих соединений.
45. Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выражается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и в группе периодической системы с увеличением порядкового номера. Ответ мотивируйте строением атома соответствующих элементов.
46. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при переходе от натрия к хлору?
47. Какой из элементов четвертого периода - ванадий или мышьяк - обладает более выраженными металлическими свойствами? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте исходя из строения атомов данных элементов.
48. Какие элементы образуют газообразные соединения с водородом? В каких группах периодической системы находятся эти элементы? Составьте формулы водородных и кислородных соединений хлора, теллура и сурьмы, отвечающих их низшей и высшей степеням окисления.
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.
50. Какую низшую степень окисления проявляют хлор, сера, азот и углерод? Почему? Составьте формулы соединений алюминия с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?
51. У какого из р - элементов пятой группы периодической системы - фосфора или сурьмы - сильнее выражены неметаллические свойства? Какой из водородных соединений данных элементов является более сильным восстановителем? Ответ мотивируйте строением атома этих элементов.
52. Исходя из положения металла в периодической системе дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов более сильное основание: Ва(ОН)2 или Мg(ОН)2; Са(ОН)2 или Fе(ОН)2; Сd(ОН)2 или Sr(ОН)2?
53. Почему марганец проявляет металлические свойства, а хлор - неметаллические? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов. Напишите формулы оксидов и гидроксидов хлора и марганца.
54. Какую низшую степень окисления проявляют водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соединений кальция с данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствующие соединения?
55. Какую низшую и высшую степень окисления проявляют кремний, мышьяк, селен и хлор? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.
56. К какому семейству относятся элементы, в атомах которых последний электрон поступает на 4f - и на 5f - орбитали? Сколько элементов включает каждое из этих семейств. Как отражается на свойствах этих элементов электронное строение их атомов?
57. Атомные веса элементов в периодической системе непрерывно увеличиваются, тогда, как свойства простых тел изменяются периодически? Чем это можно объяснить?
58. Какова современная формулировка периодического закона? Объясните, почему в периодической системе элементов аргон, кобальт, теллур и торий помещены соответственно перед калием, никелем, йодом и протактинием, хотя и имеют больший атомный вес?
59. Какую низшую и высшую степень окисления про являют углерод, фосфор, сера и йод? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.
60. Какую высшую степень окисления могут проявлять германий, ванадий, марганец и ксенон? Почему? Составьте формулы оксидов данных элементов, отвечающих этой степени окисления.
61. Какую химическую связь называют ковалентной. Чем можно объяснить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекулы воды?
62. Какая ковалентная связь называется неполярной и какая полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Составьте электронные схемы строения молекул N2, Н2О, НI. Какие из них являются диполями?
63. Какой способ образования ковалентной связи называется донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NН4+ и ВF4? Укажите донор и акцептор.
64. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение молекулы ВеСl2 и тетраэдрическое - СН4?
65. Какая ковалентная связь называется - связью и какая -связью. Разберите на примере строения молекулы азота.
66. Сколько неспаренных электронов имеет атом хлора в нормальном и возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспаренными электронами?
67. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и возбужденном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами?
68. Что называется дипольным моментом? Какая из молекул НСl, НВr, НI имеет наибольший дипольный момент? Почему? Составьте электронную схему строения молекулы NН3.
69. Какие кристаллические структуры называются ионными, атомными, молекулярными и металлическими? Кристаллы каких из веществ: алмаз, хлорид натрия, диоксид углерода, цинк - имеют указанные структуры?
70. Составьте электронные схемы строения молекул С12, Н2S, ССl4. В каких молекулах ковалентная связь является полярной? Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молекулы Н2S?
71.Чем отличается структура кристаллов NaСl от структуры кристаллов натрия? Какой вид связи осуществляется в этих кристаллах? Какие кристаллические решетки имеют натрий и NaCl? Чему равно координационное число натрия в этих решетках?
72. Какая химическая связь называется водородной? Между молекулами, каких веществ она образуется? Почему Н2O и НF, имея меньший молекулярный вес, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги?
73. Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм ее образования. Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.
74. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления и валентность, определяемую числом неспаренных электронов, атома углерода в соединениях СН4, СН3ОН, НСООН, СО2.
75. Какие силы молекулярного взаимодействия называются ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают и какова природа этих сил?
76. Какая химическая связь называется координационной или донорно-акцепторной? Разберите строение комплекса [Zn(NН3)4]2+. Укажите донор и акцептор. Как метод валентных связей (ВС) объясняет тетраэдрическое строение этого иона?
77. Какие электроны атома бора участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (ВС) объясняет симметричную треугольную форму молекулы ВF3?
78. Как метод молекулярных орбиталей объясняет парамагнитные свойства молекулы кислорода? Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы О2 в методе молекулярных орбиталей (МО).
79. Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы F2 в методе МО. Сколько электронов находится на связующих и разрыхляющих орбиталях?
80. Как метод молекулярных орбиталей объясняет большую энергию диссоциации молекулы азота? Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы N2 в методе МО. Сколько электронов находится на связующих и разрыхляющих орбиталях?
Энергетика химических процессов (термохимические расчеты)3
Наука о взаимных превращениях различных видов энергии называется термодинамикой. Термодинамика устанавливает законы этих превращений, а также направление самопроизвольного течения различных процессов в данных условиях. При химических, реакциях происходят глубокие качественные изменения в системе, рвутся связи в исходных веществах и возникают новые связи в конечных продуктах. Эти изменения сопровождаются поглощением или выделением энергии. В большинстве случаев этой энергией является теплота. Раздел термодинамики, изучающий тепловые эффекты химических реакций, называется термохимией. Реакции, которые сопровождаются выделением теплоты, называются экзотермическими, а те, которые сопровождаются поглощением теплоты, - эндотермическими. Теплоты реакций являются, таким образом, мерой изменения свойств системы и знание их может иметь большое значение при определении условий протекания тех или иных реакций.
При любом процессе соблюдается закон сохранения энергии как проявление более общего закона природы - закона сохранения материи. Теплота (Q), поглощенная системой, идет на изменение ее внутренней энергии (U) и на совершение работы (А): Q = U + А.
Внутренняя энергия системы U -это общий ее запас, включающий энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию внутримолекулярных колебаний атомов и атомных групп, энергию движения электронов, внутриядерную энергию и т. д. Внутренняя энергия - это полная энергия системы без потенциальной энергии, обусловленной положением системы в пространстве и без кинетической энергии системы как целого. Абсолютное значение U веществ неизвестно, так как нельзя привести систему в состояние, лишенное энергии. Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, является функцией состояния, т.е. ее изменение однозначно определяется начальным и конечным состоянием системы и не зависит от пути перехода, по которому протекает процесс U = U2 – U1, где U - изменение внутренней энергии системы при переходе от начального состояния (U1) в конечное (U2).
Если U2 > U1, то U >0;
» U2 < U1, » U < 0.
Теплота и работа функциями состояния не являются, ибо они служат формами передачи энергии и связаны с процессом, а не с состоянием системы. При химических реакциях А - это работа против внешнего давления, т. е. в первом приближении А = рU, где U - изменение объема системы (U2 - U1). Так как большинство химических реакций проводят при постоянном давлении, то для изобарно - изотермического процесса (р = const, Т = const) теплота Qр будет равна
Qр = U + рU;
Qр = (U2 - U1) + (V2 - V1);
Qр = (U2 + pV1) (U1 + PV1).
Сумму U + pV1 обозначим через H, тогда Qр = H2 H1 = U. Величину H называют энтальпией. Таким образом, теплота при р = const t и Т = const, приобретает свойство функции состояния и не зависит от пути, по которому протекает процесс. Отсюда теплота реакции в изобарно - изотермическом процессе Qр равна изменению энтальпии системы H (если единственным видом работы является работа расширения). Qр = H
Энтальпия (H), как и внутренняя энергия (U), является функцией состояния, ее изменение (H) определяется только начальными и конечными состояниями системы и не зависит от пути перехода.
Нетрудно видеть, что теплота реакции в изохорно-изотермическом процессе (Qv) (V = const; Т = const), при котором V = 0, равна изменению внутренней энергии системы U. Qv = U. Теплоты химических процессов, протекающих при р, Т = const; и V, Т = const, называют тепловыми эффектами.
При экзотермических реакциях Qр > 0 энтальпия системы уменьшается и H < О (H2 < H1), а при эндотермических Qр < 0 энтальпия системы увеличивается и H >О (H2 > H1). В дальнейшем тепловые эффекты всюду выражаются через H. В основе термохимических расчетов лежит закон Г. И. Гесса (1840): «Тепловой эффект реакции зависит только от природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не зависит от пути перехода». Часто в термохимических расчетах применяют следствие из закона Гесса: «Тепловой эффект реакции (Hx. p) равен сумме теплот образования (Hобр) продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ, с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции».
В табл. 1 даны стандартные теплоты (энтальпии) образования H0298 некоторых веществ, значениями которых следует пользоваться при решении соответствующих задач.
Таблица 1
Стандартные теплоты (энтальпии) образования некоторых веществ
|
Вещество |
Состояние |
H0298 , кДж/моль |
|
СS2 |
Г |
+115,28 |
|
NO |
Г |
+90,37 |
|
С6Н6 |
Г |
+82,93 |
|
С2Н4 |
Г |
+52,28 |
|
Н2S |
Г |
20,15 |
|
NН3 |
Г |
–46,19 |
|
СН4 |
Г |
–74,85 |
|
С2Н6 |
Г |
–84,67 |
|
НСl |
Г |
–92,31 |
|
СО |
Г |
–110,52 |
|
СН3ОН |
Г |
–201,17 |
|
С2Н6ОН |
Г |
–235,31 |
|
Н2O |
Г |
–241,83 |
|
Н2О |
Ж |
–285,84 |
|
NН4С1 |
К |
–315,39 |
|
СO2 |
Г |
–393,51 |
|
Fе2O3 |
К |
–822,10 |
|
Са(ОН)2 |
К |
–986,50 |
|
А12О3 |
К |
–1669,80 |
Пример 1. При взаимодействии кристаллов хлорида фосфора (+5) с парами воды образуются жидкая хлорокись РОС13 и хлористый водород. Реакция сопровождается выделением 111,4 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции.
Решение. Уравнения реакций, в которых около символов химических соединений указываются их агрегатные состояния или кристаллическая модификация, а также численное значение тепловых эффектов, называются термохимическими. Термохимические уравнения, если это специально не оговорено, содержат тепловые эффекты при постоянном давлении Qр, равные изменению энтальпии системы H. Значение H приводят обычно в правой части уравнения, отделяя их запятой или точкой с запятой. Приняты следующие сокращенные обозначения агрегатного состояния веществ: г – газообразное, ж – жидкое, к – кристаллическое. Эти символы опускаются, если агрегатное состояние веществ очевидно.
Если теплота в результате реакции выделяется Qр > 0, то энтальпия системы уменьшается H < 0, т. е. имеет отрицательное значение.
Учитывая сказанное, составляем термохимическое уравнение данной в примере реакции:
РСl5 (к) + Н2О (г) = РОС13 (ж) + 2НС1 (г);
H = 111,4 кДж.
Пример 2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением
С2Н6 (г) + 3 1/2 O2 (г) = 2СO2 (г) + 3Н2O (ж);
H = 1559,84 кДж.
Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО2 (г) и Н2О (ж) (см. табл. 1).
Решение: Теплотой образования (энтальпией) данного соединения называют тепловой эффект реакции образования одного моля этого соединения из простых веществ, взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях. Обычно теплоты образования относят к стандартному состоянию, т. е. к 25° С (298 К) и 1 атм и обозначают через H0298 .Так как тепловой эффект с температурой изменяется незначительно, то здесь и в дальнейшем индексы опускаются и тепловой эффект обозначается через H. Следовательно, нам нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид
2С(граф) + 3Н2(г) = С2Н6(г); H = …,
исходя из следующих данных:
а) С2Н6 (г) + 3 1/2 O2 (г) = 2СО2 (г) + ЗН2О (ж);
H = 1559,87 кДж;
б) С (граф) + О2 (г) = СО2 (г); H = 393,51 кДж;
в) Н2 (г) + 1/2 О2 (г) = Н2О (ж); H = 285,84 кДж.
На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на два, уравнение (в) — на три, а затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения (а):
С2Н6 + 3 1/2 О2 2С 2О2 3Н2 3/2 О2 =
= 2СО2 + 3Н2О 2СО2 3Н2О
H = 1559,87 + 787,02 + 857,52;
С2Н6 = 2С + ЗН2; H = + 84,67 кДж.
Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то = 84,67 кДж. К тому же результату мы придем, если для решения задачи применить вывод из закона Гесса:
H х.р = 2 + 3 3 1/2
Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю,
= 2 + 3 + H х.р
= 2(—393,51) + 3( 285,84)+ 1559,87 =
= 84,67;
= 84,67 кДж.
Пример 3. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением:
С2Н5ОН (ж) + 3О2 (г) = 2СО2 (г) + 3Н2О (ж); H = ?
Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что мольная теплота парообразования С2Н5ОН (ж) равна + 42,36 кДж и известны теплоты образования С2Н5ОН (г); СО2(г); Н2O(ж) (см. табл. 1).
Решение. Для определения H реакции необходимо знать теплоту образования С2Н5ОН(ж). Последнюю находим из данных задачи:
С2Н5ОН (ж) = С2Н5ОН (г); H =: + 42,36 кДж
+ 42,36 = 235,31 (ж).
(ж) = 235,31 – 42,36 = 277,67
Теперь вычисляем H реакции, применяя следствие из закона Гесса:
H х.р =2 ( 393,51)+ 3 ( 285,84) + 277,67 = 1366,87 кДж.
Пример 4. Растворение моля безводной соды Nа2СO3 в достаточно большом количестве воды сопровождается выделением 25,10 кДж теплоты, тогда как при растворении кристаллогидрата Na2СО310Н2О поглощается 66,94 кДж теплоты. Вычислите теплоту гидратации Nа2СО3 (теплоту образования кристаллогидрата).
Решение. Составляем термохимические уравнения соответствующих реакций:
а) Nа2СO3 + аq = Nа2СO3 аq; H = 25,10 кДж;
б) Nа2СО3 10Н2О + аq = Nа2СО3 аq; H = + 66,94 кДж.
Теперь, вычитая уравнение (б) из уравнения (а) (см. пример 2), получаем ответ:
Nа2СO3 + 10Н2O = Nа2С03 10Н2О; H = 92,04 кДж,
т. е. при образовании Nа2СО310Н2O выделяется 92,04 кДж теплоты.
Пример 5. Зная теплоты образования воды и водяного пара (см. табл. 1), вычислить теплоту испарения воды.
Решение. Задача решается аналогично задачам в примерах 3 и 4:
а) Н2 (г) + 1/2 O2 (г) = Н2О (г); H = 241,83 кДж;
б) Н2 (г) + 1/2 О2 (г) = Н20 (ж); H = 285,84 кДж.
Вычитая уравнение (б) из уравнения (а), получаем ответ:
Н2О (ж) = Н2О (г); H = — 241 ,83 + 285,84 =
= + 44,01 кДж,
т. е. для перевода моля воды в пар необходимо затратить 44,01 кДж теплоты.
81. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления одного моля Fе2О3 металлическим алюминием. Ответ: 847,7 кДж.
82. Газообразный этиловый спирт С2Н5ОН можно получить при взаимодействии этилена С2Н4(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект. Ответ: 45,76 кДж.
83. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления оксида железа (+2) водородом исходя из следующих термохимических уравнений:
FеО (к) + СО (г) = Fе (к) + СO2 (г); H = 13,18 кДж;
СО (г) + 1/2 О2 (г) = СO2 (г); H = 283,0 кДж;
Н2 (г) + 1/2 O2 (г) = Н2O (г); H = 241,83 кДж.
Ответ: +27,99 кДж.
84. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод СS2(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект. Ответ: +65,57 кДж.
85. Напишите термохимическое уравнение реакции образования одного моля метана СН4(г) из оксида углерода СO(г) и водорода. Сколько теплоты выделится в результате, этой реакции? Ответ: 206,1 кДж.
86. При взаимодействии газообразных метана и сероводорода образуются сероуглерод СS2(г) и водород. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислителе тепловой эффект. Ответ: +230,43 кДж.
87. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходована10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 79,82 кДж.
88. Вычислите теплоту образования метана исходя из следующих термохимических уравнений:
Н2 (г) + 1/2 O2 (г) = Н2O (ж); H = 285,84 кДж;
С (к)+O2 (г) = СО2 (г); H = 393,51 кДж;
СН4(г) + 2O2(г) = 2Н2О (ж)+СО2(г); H = 890,31 кДж.
Ответ: 74,88 кДж.
89. Вычислите теплоту образования гидроксида кальция исходя из следующих термохимических уравнений:
Са (к) + 1/2 О2 (г) = СаО (к); H = 635,6 кДж;
Н2 (г) + 1/2 O2 (г) = Н2О (ж); H = 285,84 кДж;
СаО (к) + Н2О (ж) = Са(ОН)2 (к); H = 65,06 кДж.
Ответ: —986,52 кДж.
90. Тепловой эффект реакции сгорания жидкого бензола с образованием паров воды и диоксида углерода равен 3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С6Н6(ж): Ответ: +49,03 кДж.
91. При взаимодействии трех молей гемиоксида азота N20 с аммиаком образуются азот и пары воды. Тепловой эффект реакции равен 877,76 кДж. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования N2О (г). Ответ: +81,55 кДж.
92. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и моноксид азота NО(г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект в расчете на один моль NН3(г). Ответ: 226,695 кДж.
93. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением:
СН3ОН (ж) + 3/2 O2 (г) = СО2 (г) + 2Н2O (ж); H = ?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН3ОН (ж) равна +37,4 кДж. Ответ: 726,62 кДж.
94. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этилового спирта, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С2Н5ОН (ж), если известно, что при сгорании 11,5 г его выделилось 308,71 кДж теплоты. Ответ: 277,67 кДж.
95. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:
С6Н6 (ж) + 71/2 O2 (г) = 6СO2 (г) + ЗН2O (г); H =?
Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: –3135,58 кДж.
96. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана С2Н6(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м3 этана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 63742,86 кДж.
97. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:
4NH3 (г) + 3O2 (г) = 2N2 (г) + 6Н2О (ж);
H = –1530,28 кДж.
Вычислите теплоту образования NH3(г). Ответ: –46,19 кДж.
98. Теплота растворения безводного хлорида стронция SrCl2 равна – 47,70 кДж, а теплота растворения кристаллогидрата SrCl26H2O равна +30,96 кДж. Вычислите теплоту гидратации SrCl2. Ответ: –78,66 кДж.
99. Теплоты растворения сульфата меди CuSO4 и медного купороса CuSO45Н2О соответственно равны –66,11 кДж и +11,72кДж. Вычислите теплоту гидратации CuSO4. Ответ: –77,83 кДж.
100. При получении одного грамм-эквивалента гидроксида кальция из СаО (к) и Н2О (ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: –635,6 кДж.
Согласно принципу Бертло (1879) самопроизвольно могут протекать только те химические реакции, которые сопровождаются выделением теплоты (H < 0). Причем чем больше в результате реакции выделяется теплоты, тем большим сродством обладают реагирующие вещества и тем прочнее продукты реакции. Оказалось, что это не совсем так. Самопроизвольно могут протекать, реакции, сопровождающиеся и поглощением теплоты. Кроме того, обратимость реакции также противоречит принципу Бертло. Реакция, идущая при данной температуре с выделением теплоты, при другой температуре идет в обратном направлении, т. е. с поглощением теплоты. Здесь проявляется диалектический закон единства и борьбы противоположностей. С одной стороны, система стремится к упорядочению (агрегации) уменьшению Н, с другой стороны, система стремится к беспорядку (дезагрегации). Первая тенденция растет с понижением температуры, а вторая растет с повышением температуры. Тенденцию к беспорядку характеризует величина, которую называют энтропией.
Энтропия (S), так же как внутренняя энергия (U), энтальпия (H), объем (V) и др., является свойством вещества, пропорциональным его количеству. S, U, H, V обладают аддитивными свойствами, т, е. при соприкосновении систем суммируются.
Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц: при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т. п. Процессы, связанные с упорядоченностью системы: конденсация, кристаллизация, сжатие, упрочнение связей, полимеризация и т. п. – ведут к уменьшению энтропии. Энтропия является функцией состояния, т. е. ее изменение (S) зависит только от начального (S1) и конечного (S2) состояния и не зависит от пути процесса,
S = S2 – S1. Если S2 > S1 , то S > 0.
|
» |
S2<S , |
» |
S < 0 |
Так как энтропия растет с повышением температуры, то можно считать, что мера беспорядка 7S. Энтропия выражается в Дж/мольград. Таким образом, движущая сила процесса складывается из двух сил: стремление к упорядочению (Н) и стремление к беспорядку (TS). При р const общую движущую силу процесса, которую обозначают G, можно найти из соотношения
G = (H2 – H1) – (TS2 ТS1) = H ТS;
G = H – ТS.
Таблица 2
Стандартные изобарные потенциалы образования
некоторых веществ
|
Вещество |
Состояние |
, кДж/моль |
Вещество |
Состояние |
, кДж/моль |
|
BaCO3 |
К |
—1138,8 |
FeO |
К |
—244,3 |
|
CaCO3 |
К |
—1128,75 |
H2O |
Ж |
—237,19 |
|
Fe3CO4 |
К |
—1014,2 |
H2O |
Г |
—228,59 |
|
BeCO3 |
К |
—944,75 |
CO |
Г |
—137,27 |
|
CaO |
К |
—604,2 |
CH4 |
Г |
—50,79 |
|
BeO |
К |
—581,61 |
NO2 |
Г |
+51,84 |
|
BaO |
К |
—528,4 |
NO |
Г |
+86,69 |
|
CO2 |
Г |
—394,38 |
C2H2 |
Г |
+209,20 |
Таблица 3
Стандартные абсолютные энтропии некоторых веществ
|
Вещество |
Состояние |
, Дж/мольград |
Вещество |
Состояние |
, Дж/мольград |
|
C |
Алмаз |
2,44 |
NH3 |
Г |
192,50 |
|
C |
Графит |
5,69 |
CO |
Г |
197,91 |
|
S |
Ромб. |
31,9 |
C2H2 |
Г |
200,82 |
|
FeO |
К |
54,0 |
O2 |
Г |
205,03 |
|
H2O |
Ж |
69,94 |
H2S |
Г |
205,64 |
|
NH4Cl |
К |
94,5 |
NO |
Г |
210,20 |
|
CH3OH |
Ж |
126,8 |
CO2 |
Г |
213,65 |
|
H2 |
Г |
130,59 |
C2H4 |
Г |
219,45 |
|
Fe3O4 |
К |
146,4 |
Cl2 |
Г |
222,95 |
|
CH4 |
Г |
186,19 |
NO2 |
Г |
240,46 |
|
HCl |
Г |
186,68 |
PCl3 |
Г |
311,66 |
|
H2O |
Г |
188,72 |
PCl5 |
Г |
352,71 |
|
N2 |
Г |
191,49 |
Величина G называется изобарно-изотермическим потенциалом или энергией Гиббса. Итак, мерой химического сродства является убыль G потенциала или G.
G зависит от природы вещества, его количества и от температуры. Энергия Гиббса является функцией состояния, поэтому
Самопроизвольно протекающие процессы идут в сторону уменьшения любого потенциала и, в частности, в сторон уменьшения G.
Если G < 0, процесс принципиально осуществим, если G > О – процесс самопроизвольно проходить не может Чем меньше G, тем сильнее стремление к протеканию данного процесса и тем дальше он от состояния равновесия; при котором G = 0 и G = ТS.
Из соотношения G = H – ТS видно, что самопроизвольно могут протекать и процессы, для которых H > О (эндотермические). Это возможно, когда S > 0, но |ТS | > |H | и тогда G < 0. С другой стороны, экзотермические реакции (H < 0) самопроизвольно не протекают, если при S < 0 окажется, что G > 0.
В табл. 2 и 3 даны стандартные изобарные потенциалы образования и стандартные абсолютные энтропии некоторых веществ, значениями которых следует пользоваться при решении задач.
Пример 1. Что имеет большую энтропию: 1 моль кристаллического вещества или 1 моль его паров при той же температуре?
Решение. Энтропия есть мера неупорядоченного состояния вещества. В кристалле частицы (атомы, ионы) имеют упорядоченное расположение и могут находиться лишь в некоторых точках пространства, а для газа таких ограничений нет. 1 моль газа имеет гораздо больший объем, чем 1 моль кристалла, и возможность хаотичного движения молекул газа больше. А так как энтропию можно рассматривать как количественную меру хаотичности атомно-молекулярной структуры вещества, то энтропия моля паров вещества больше энтропии моля его кристаллов при одинаковой температуре.
Пример 2. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе
СН4 (г) + СO2 (г) 2СО (г) + 2Н2 (г)?
Решение. Для ответа на поставленный вопрос следует вычислить прямой реакции. Значения соответствующих веществ даны в табл. 2. Зная, что G есть функция состояния и что G для простых веществ, находящихся в агрегатных состояниях, устойчивых при стандартных условиях, равны нулю, находим процесса:
= 2( 137,27) + 2(0) (50,79 394,38) =
= + 170,63 кДж.
То, что > 0, указывает на невозможность самопроизвольного протекания прямой реакции при Т = 298 К и равенстве давлений взятых газов 1 атм.
Пример 3. На основании стандартных теплот образования (табл. 1) и абсолютных стандартных энтропии веществ (табл. 3) вычислите реакции, протекающей по уравнению
СО (г) + Н2О (ж) = СО2 <г) + Н2 (г)
Решение. G0 = H0 – ТS0; H и S - функции состояния, поэтому – 2 S
= (–393,51 + 0) – (– 110,52 – 285,84) =
= + 2,85 кДж;
= (213,65 + 130,59) – (197,91 +69,94) =
= + 76,39 = 0,07639 кДж/моль-град;
G0 = + 2,85 – 298 (0,07639) = – 19,91 кДж.
Пример 4. Восстановление Fe2O3 водородом протекает по уравнению Fе2О3(к) + 3Н2(г) = 2Fе(к) + ЗН2O(г); H = +96,61 кДж.
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если изменение энтропии S = 0,1387 кДж/мольград? При какой температуре начнется восстановление Fe2O3?
Решение. Вычисляем G0 реакции:
G = H – ТS = 96,61 –298- 0,1387= +55,28 кДж.
Так как G > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; наоборот, при этих условиях идет обратная реакция окисления железа (коррозия).
Найдем температуру, при которой G = 0:
H = ТS;
Следовательно, при температуре 696,5 К начнется реакция восстановления Fe2O3. Иногда эту температуру называют температурой начала реакции.
101. Теплоты образования оксида и диоксида азота соответственно равны +90,37 кДж и +33,85 кДж. Определите и для реакций получения NO и NO2 из простых веществ. Можно ли получить эти оксиды при стандартных условиях? Какой из оксидов образуется при высокой температуре? Почему? Ответ: +11,94 Дж/мольград;–60,315 Дж/мольград; + 86,81 кДж; + 51,82 кДж.
102. При какой температуре наступит равновесие системы:
4НСl (г) +O2 (г) 2Н20 (г) + 2Сl2 (г);
H = –114,42 кДж.
Что является более сильным окислителем: хлор или кислород в этой системе и при каких температурах? Ответ: 891 К.
103. Восстановление Fе3О4 оксидом углерода идет по уравнению Fе3О4(к) + СО(г) = 3FеО(к) + СО2(г). Вычислите и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно в этом процессе? Ответ: +24,19 кДж; +31,34 Дж/мольград.
104. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению
С2Н2 (г) + 5/2 O2 (г) = 2СO2 (г) + Н2O (ж)
Вычислите и и объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: –1235,15 кДж; –216,15 Дж/мольград.
105. Уменьшается или увеличивается энтропия при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях. Ответ: а) 118,78 Дж/мольград; б) –3,25 Дж/моль град.
106. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция, протекающая по уравнению Н2(г) + СО2(г) = СО (г) + Н2О (ж); H = –2,85 кДж. Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите этой реакции. Ответ: + 19,91 кДж.
107. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе 2NO (г) + О2(г) 2NО2(г)? Ответ мотивируйте, вычислив прямой реакции. Ответ: –69,70 кДж.
108. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению
NH3 (г) + НСl (г) = NН4С1 (к)
Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно? Ответ: –92,08 кДж.
109. При какой температуре наступит равновесие системы
СО (г) + 2Н2 (г) СН3ОН (ж); H = –128,05 кДж.
Ответ: 385,5 К.
110. Эндотермическая реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает по уравнению
СН4 (г) + СО2 (г) = 2СО (г) + 2Н2 (г);
H = + 247,37 кДж.
При какой температуре начнется - эта реакция? Ответ:961,9 К.
111. Определите реакции, протекающей по уравнению.
4NH3 (г) + 5O2 (г) = 4NO (г) + 6Н2O (г)
Вычисления сделайте на основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ. –959,81 кДж.
112. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению
СO2 (г) + 4Н2 (г) = СН4 (г) + 2Н2O (ж)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: –130,86 кДж.
113. Вычислите изменение энтропии в результате реакции образования аммиака из азота и водорода. При расчете можно исходить из соответствующих газов, так как S с изменением температуры изменяется незначительно. Чем можно объяснить отрицательные значения S? Ответ: –198,26 Дж/мольград.
114. Какие из карбонатов: ВеСО3, СаСО3 или ВаСО3можно получить по реакции взаимодействия соответствующих оксидов с СО2? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделайте, вычислив реакций. Ответ: +31,24 кДж; –130,17 кДж; –216,02 кДж.
115. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению
СО (г) + ЗН2 (г) = СН4 (г) + Н2O (г)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: 142,16 кДж.
116. Образование сероводорода из простых веществ протекает по уравнению
Н2 (г) + Sромб = H2S (г); H = 20,15 кДж.
Исходя из значений соответствующих веществ определите и для этой реакции. Ответ: +43,15 Дж/мольград; –33,01 кДж.
117. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропии соответствующих веществ вычислите реакции, протекающей по уравнению
С2Н4 (г) + 3O2 (г) = 2СО2 (г) + 2Н2О (ж)
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Ответ: –1331,21 кДж.
118. Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe3O4, протекающая по уравнению
Fe3O4 (к) + СО (г) = 3FеО (к) + СО2 (к);
H = +34,55 кДж.
Ответ: 1102,4 К.
119. Вычислите, при какой температуре начнётся диссоциация пентахлорида фосфора, протекающая по уравнению
РСl5 (г) = РСl3 (г) + Сl2 (г); H = + 92,59 кДж.
Ответ: 509 К.
120. Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям:
2СН4 (г) = С2Н2 (г) + 3Н2 (г)
N2 (г) + 3H2 (г) = 2NH3 (г)
Сграфит + O2 (г) = СO2 (г)
Почему в этих реакциях > 0; <0; 0? Ответ: 220,21 Дж/мольград, –198,26 Дж/мольград, 2,93 Дж/мольград.
Кинетика - учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакции является неравенство Gp,T < 0. Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Так, = – 228,59 кДж/моль, а = – 313,8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 К и р = 1 атм возможны реакции, идущие по уравнениям:
V2O2 (г) + Н2 (г) = Н2O (г) (1)
2А1 (к) + 3I2 (к) = 2АlI3 (к) (2)
Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платины для первой и воды для второй). Катализатор как бы снимает кинетический «тормоз» и тогда проявляется термодинамическая природа вещества. Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основными из которых являются концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.
Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе 2SO2 (г) + О2(г) 2SO3(г), если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?
Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: [SO2] = а, [О2] = b, [SO3] = с.
Согласно закону действия масс скорости (v) прямой и обратной реакций до изменения объема
vпр = K a2b
vобр = K1 c2
После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO2] = 3а, [O2] = 3б, [SO3] = 3с. При новых концентрациях скорости (v') прямой и обратной реакций:
v'пр = K (3a)2(3b)
v'обр = K1 (3c)2 = 9K1 c2
Отсюда
Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной - только в 9 раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования серного ангидрида.
Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70 °С, если температурный коэффициент реакции равен 2.
Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле
Следовательно, скорость реакции (), протекающей при температуре 70 °С, увеличилась по сравнению со скоростью реакции (), протекающей при температуре 30 °С, в 16 раз.
Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы
СО (г) + Н2O (г) СO2 (г) + Н2 (г)
при 850 °С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО]исх = 3 моль/л, [Н2О]исх = 2 моль/л.
Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей есть тоже величина постоянная и называется константой, равновесия данной системы:
vпр = K1 [СО] [Н2O];
vобр = [СО2] [Н2]
В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение Kравн входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО2]равн = х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н2О расходуется для образования по х молей СО2 и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ будут:
[СО2]равн = [Н2]равн = х моль/л,
[СО]равн = (3 - х) моль/л,
[Н2О]равн = (2 - х) моль/л.
Зная константу равновесия, находим значение х, а затем и исходные концентрации всех веществ:*-
х2 = 6 - 2х - Зх + х2; 5х = 6, х = 1,2 моль/л.
Таким образом, искомые равновесные концентрации:
[СО2]равн = 1,2 моль/л;
[Н2]равн = 1,2 моль/л;
[СО]равн = 3- 1,2 = 1,8 моль/л;
[Н2О]равн = 2 - 1,2 = 0,8 моль/л.
Пример 4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению
РСl5 (г) РСl3 (г) + Сl2 (г); H = + 129,7 кДж.
Как надо изменить: а) температуру, б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции - разложения РСl5?
Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле-Шателье: а) так как реакция разложения РСl5 эндотермическая (H >0), то для смещения равновесия, в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РСl5 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление; в) смещение равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl5, так и уменьшением концентрации РСl3 или Сl2.
121. Окисление серы и ее диоксида протекают по уравнениям: а) S(к) + O2(г) = SO2(г); б) 2SО2(г) + О2(г) = = 2SO3(г). Как изменятся скорости этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза? Ответ: увеличатся: а) в 4 раза, б) в 64 раза.
122. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы N2 + ЗН2 2NН3. Как изменится скорость прямой реакции - образования аммиака, если увеличить концентрацию водорода в 3 раза? Ответ: увеличится в 27 раз.
123. Реакция идет по уравнению N2 + О2 = 2NО. Концентрации исходных веществ до начала реакции были: [N2] = 0,049 моль/л; [O2] = 0,01 моль/л. Вычислите концентрацию этих веществ в момент, когда [NО] стала равной 0,005 моль/л. Ответ: [N2] = 0,0465 моль/л; [О2] = 0,0075 моль/л.
124. Реакция идет по уравнению N2 + 3Н2 = 2NН3. Концентрации участвующих в ней веществ были: [N2] = 0,80 моль/л; [Н2] = 1,5 моль/л; [NН3] = 0,10 моль/л. Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [Н2] стала равной 0,50 моль/л. Ответ: [NН31 = 0,70 моль/л; [Н2] = 0,60 моль/л.
125. Реакция идет по уравнению Н2 + I2 = 2НI. Константа скорости этой реакции при 508°С равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ были: [Н2] = 0,04 моль/л; [I2] = 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и скорость ее, когда [Н2] стала равной 0,03 моль/л. Ответ: 3,2104; 1,92104.
126. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до 80°С. Температурный коэффициент скорости реакции равен трем. Ответ: в 81 раз.
127. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60 град, если температурный коэффициент скорости данной реакции равен двум? Ответ: увеличится в 64 раза.
128. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при понижении температуры на 30 град, если температурный коэффициент скорости данной реакции равен трем? Ответ: уменьшится в 27 раз.
129. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы 2SO2 + О2 2SO3. Как изменится скорость прямой реакции – образования серного ангрида, если увеличить концентрацию SO2 в 3 раза? Ответ: увеличится в 9 раз.
130. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы СН4 + СО2 2СО + 2Н2.
Как следует изменить температуру и давление, чтобы повысить выход водорода? Прямая реакция – образования: водорода эндотермическая.
131. Реакция идет по уравнению 2NO + О2 = 2NО2 (Концентрации исходных веществ были: [NO] = 0,03 моль/л, [О2] = 0,05 моль/л. Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию кислорода до 0,10 моль/л и концентрацию NO до 0,06 моль/л. Ответ: увеличится в 8 раз.
132. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы: СО2 + С 2СО. Как изменится скорость прямой реакции – образования СО, если концентрацию СО2 уменьшить в четыре раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО?
133. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы С + Н2О (г) СО + Н2. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции – образования водяных паров?
134. Равновесие гомогенной системы
4НСl (г) + O2 (г) 2Н2O (г) + 2Сl2 (г)
установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [Н2О] = 0,14 моль/л; [Сl2] = 0,14 моль/л; [НСl] = 0,20 моль/л; [О2] = 0,32 моль/л. Вычислите исходные концентрации хлористого водорода и кислорода. Ответ: [НСl]исх = 0,48 моль/л; [О2] исх = 0,39 моль/л.
135. Вычислите константу равновесия для гомогенной системы СО(г) + Н2О(г) СО2(г) + Н2(г), если равновесные концентрации реагирующих веществ [СО] = 0,01моль/л; [H2О] = 0,064 моль/л; [СО2] = 0,016 моль/л; [H2] = 0,016 моль/л. Ответ; K = 1.
136. Константа равновесия гомогенной системы
СО (г) + Н2О (г) СО2 (г) + Н2 (г)
при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации [СО] = 0,10 моль/л; [H2О] = 0,40 моль/л. Ответ: [СО2] = [Н2] = 0,08 моль/л; [СО] -= 0,02 моль/л; [Н2О] = 0,32 моль/л.
137. Константа равновесия гомогенной системы
N2 + 3H2 2NH3
при температуре. 400 °С равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 моль/л и 0,08 моль/л. Вычислите равновесную и начальную концентрации азота. Ответ: 0,8 моль/л; 0,84 моль/л.
138. При некоторой температуре равновесие гомогенной системы 2NO + О2 2NO2 установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [NO] = 0,2 моль/л;[O2] = 0,1 моль/л; [NO2] = 0,1 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходную концентрацию NO и О2. Ответ: К = 2,5; [NO] = 0,3 моль/л; [О2] = 0,15 моль/л.
139. Почему при изменении давления смещается равновесие системы N2 + ЗН2 2NH3 и не смещается равновесие системы N2 + О2 2NO? Напишите выражения для констант равновесия каждой из данных систем.
140. Исходные концентрации NO и С12 в гомогенной системе 2NO + С12 2NOCl составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% NO. Ответ: 0,416.
Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества, содержащееся в определенном весовом или объемном количестве раствора или растворителя.
Пример 1. Вычислите: а) процентную (С%), б) молярную (СM), в) нормальную (Сн.) и г) моляльную (См) концентрации раствора Н3РО4, полученного при растворении 18 г кислоты в 282 см3 воды, если плотность его 1,031 г/см3. Чему равен титр (Т) этого раствора?
Решение:
а) Весовая процентная концентрация доказывает число граммов (единиц массы) вещества, содержащееся в 100 г (единиц массы) раствора. Так как массу'282 см3 воды можно принять равной 282 г, то масса полученного раствора 18 + 282 = 300 г и, следовательно,
б) мольно-объемная концентрация или молярность показывает число грамм-молекул растворенного вещества, содержащееся в 1 л раствора. Масса 1 литра раствора 1031 г. Массу кислоты в литре раствора находим из соотношения
Молярность раствора получим делением числа граммов Н3РO4 в 1 л раствора на молекулярный вес Н3РО4:
в) нормальная концентрация, или нормальность, показывает число грамм-эквивалентов растворенного вещества, содержащееся в 1 л раствора.
Так как 1 г-экв Н3РО4 г,
то н.;
г) мольно-весовая концентрация, или моляльность, показывает число грамм-молекул растворенного вещества, содержащееся в 1000 г растворителя. Массу Н3РО4 в 1000 г растворителя находим из соотношения
Отсюда .
Титром раствора называется количество граммов растворенного вещества в 1 см3 (мл) раствора. Так как в 1 л раствора содержится 61,86 г кислоты, то
г/см3.
Зная нормальность раствора и эквивалент (Э) растворенного вещества, титр легко найти по формуле
Пример 2. На нейтрализацию 50 см3 раствора кислоты израсходовано 25 см3 0,5 н. раствора щелочи. Чему равна формальность кислоты?
Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах, то растворы равной нормальности реагируют в равных объемах. При разных формальностях объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям, т. е.
или
50 = 250,5, откуда н.
Пример 3. К 1 л 10%-ного раствора КОН (плотность 1 092 г/см3) прибавили 0,5 л 5%-ного раствора КОН (плотность 1,045 г/см3). Объем смеси довели до 2 литров. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.
Решение. Масса одного литра 10%-ного раствора КОН 1092 г. В этом растворе содержится
г KOH
Масса 0,5 л 5%-ного раствора 10450,5 = 522,5 г. В этом растворе содержится
г KOH
В общем объеме полученного раствора (2л) масса КОН составляет 109,2 + 26,125 = 135,325 г. Отсюда молярность этого раствора
где 56,1 – молекулярный вес КОН.
Пример 4. Какой объем 96%-ной кислоты, плотность которой 1,84 г/см3, потребуется для приготовления 3 л 0,4 н. раствора?
Решение. Эквивалент H2SO4 .
Для приготовления 3 л 0,4 н. раствора требуется 49,040,43 = 58,848 г. Масса 1 см3 96%-ной кислоты 1,84 г. В этом растворе содержится
г H2SO4
Следовательно, для приготовления 3 л 0,4 н. раствора надо взять 58,848: 1,766 = 33,32 см3 этой кислоты.
141. Вычислите молярную и нормальную концентрации 20%-ного раствора хлорида кальция, плотность которого1,178 г/см3. Ответ: 2,1 М; 4,2 н.
142. Чему равна нормальность 30%-ного раствора NaOH, плотность которого 1,328 г/см3? К 1 л этого раствора прибавили 5 л воды. Вычислите процентную концентрацию полученного раствора. Ответ: 9,96 н.; 6,3%.
143. К 3 литрам 10%-ного раствора HNO3, плотность которого 1,054 г/см3, прибавили 5 л 2%-ного раствора той же кислоты с плотностью 1,009 г/см3. Вычислите процентную и молярную концентрации полученного раствора, если считать, что его объем равен 8 л. Ответ: 5,0%; 0,82 М.
144. Вычислите нормальную и моляльную концентрации 20,8%-ного раствора HNO3, плотность которого 1,12 г/см3. Сколько граммов кислоты содержится в 4 л этого раствора? Ответ: 3,70 н.; 4,17 м; 931,8 г.
145. Вычислите молярную, нормальную и моляльную концентрации 16%-ного раствора хлорида алюминия, плотность которого 1,149 г/см3. Ответ: 1,38 М; 4,14 н.; 1,43 м.
146. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 см3 0,3 н. раствора H2SO4 прибавить 125 см3 0,2 н. раствора КОН? Ответ: 0,14 г КОН.
147. Для осаждения в виде AgCl всего серебра, содержащегося в 100 см3 раствора AgNO3, потребовалось 50 см3 0,2 н. раствора НСl. Чему равна нормальность раствора AgNO3? Сколько граммов AgCl выпало в осадок? Ответ:0,1 н.; 1,433 г.
148. Какой объем 20,01%-кого раствора НСl (плотность 1,100 г/см3) требуется для приготовления 1 л 10,17%-ного раствора (плотность 1,050 г/см3)? Ответ: 485,38 см3.
149. Смешали 10 см3 10%-ного раствора HNO3 (плотность 1,056 г/см3) и 100 см3 30%-ного раствора HNO (плотность 1,184 г/см3). Вычислите процентную концентрацию полученного раствора. Ответ: 28,38%.
150. Какой объем 50%-ного раствора КОН (плотность 1,538 г/см3) требуется для приготовления 3 л 6%-ного раствора (плотность 1,048 г/см3)? Ответ: 245,5 см3.
151. Какой объем 10%-ного раствора карбоната натрия Na2CO3 (плотность 1,105 г/см3) требуется для приготовления 5 л 2%-ного раствора (плотность 1,02 г/см3)? Ответ:923,1 см3.
152. На нейтрализацию 31 см3 0,16 н. раствора щелочи требуется 217 см3 раствора H2SO4. Чему равны нормальность и титр раствора H2SO4? Ответ: 0,023 н.; 1,12710-3 г/см3.
153. Какой объем 0,3 н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 см3? Ответ: 26,6 см3.
154. На нейтрализацию 1 л раствора, содержащего 1,4 г КОН, требуется 50 см3 раствора кислоты. Вычислите нормальность раствора кислоты. Ответ: 0,53 н.
155. Сколько граммов HNO3 содержалось в растворе, если на нейтрализацию его потребовалось 35 см3 0,4 н. раствора NaOH? Чему равен титр раствора NaOH? Ответ:0,882 г, 0,016 г/см3.
156. Сколько граммов NaNO3 нужно растворить в 400 г воды, чтобы приготовить 20%-ный раствор? Ответ: 100 г.
157. Смешали 300 г 20%-ного раствора и 500 г 40%-ного раствора NaCl. Чему равна процентная концентрация полученного раствора? Ответ: 32,5%.
158. Смешали 247 г 62%-ного и 145 г 18%-ного растворов серной кислоты. Какова процентная концентрация раствора после смешения? Ответ: 45,72%.
159. Из 700 г 60%-ной серной кислоты выпариванием удалили 200 г воды. Чему равна концентрация оставшегося раствора? Ответ: 84%.
160. Из 10 кг 20%-ного раствора при охлаждении выделилось 400 г соли. Чему равна процентная концентрация охлажденного раствора? Ответ: 16,7%.
Пример 1. Вычислить температуры кристаллизации и ; кипения 2%-ного водного раствора глюкозы С6Н12О6.
Решение. По закону Рауля понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения раствора (t) по сравнению с температурами кристаллизации и кипения растворителя выражается уравнение
(1)
где К - криоскопическая или эбуллиоскопическая константы.
Для воды они соответственно равны 1,86 и 0,52 град; m и М – соответственно масса растворенного вещества и его молекулярный вес; m1 – масса растворителя.
Понижение температуры кристаллизации 2%-ного раствора
град.
Вода кристаллизуется при 0°, следовательно, температура кристаллизации раствора 0 – 21 = –0,21 град.
Из формулы (1) повышение температуры кипения 2%-ного раствора С6Н12О6
град.
Вода кипит при 100 °С, следовательно, температура кипения этого раствора 100 + 0,06 = 100,06°С.
Пример 2. Раствор, содержащий 1,22 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 100 г сероуглерода, кипит при 46,529°С. Температура кипения сероуглерода 46,3°С. Вычислить эбуллиоскопическую константу сероуглерода.
Решение. Повышение температуры кипения t = 46,529–46,3 = 0,229 град.
Грамм-молекула бензойной кислоты 122 г. Из формулы (1) находим эбуллиоскопическую константу:
град.
Пример 3. Раствор, содержащий 11,04 г глицерина в 800 г воды, кристаллизуется при –0,279°С. Вычислить молекулярный вес глицерина.
Решение. Температура кристаллизации чистой воды 0°С следовательно, понижение температуры кристаллизации t = 0 –( –0,279) = 0,279 град.
Масса глицерина, приходящаяся на 1000 г воды,
г.
Подставляя в уравнение
(2)
соответствующие данные, вычисляем грамм-молекулярный вес глицерина:
г.
Молекулярный вес глицерина 92.
Пример 4. Сколько граммов сахара С12Н22О11 растворено в 1600 г воды, если раствор закипает при 100,104°С?
Решение: Температура кипения воды 100°С, следовательно, повышение температуры кипения t = 100,104–100 = 0,104 град. Грамм-молекула сахара 342 г.
Из формулы (1) находим количество сахара, растворенного в 1600 г воды:
г.
Пример 5. Вычислить процентную концентрацию водного раствора мочевины (NH2)2CO, зная, что температура кристаллизации этого раствора равна –0,465°С.
Решение. Температура кристаллизации чистой воды 0°С, следовательно, Д/ = 0–(–0,465) = 0,465 град.
Зная, что грамм-молекула мочевины 60 г., находим массу растворенного вещества, приходящуюся на 1000 г воды, из формулы [2]:
г.
Общий вес раствора, содержащего 15 г мочевины, составляет 1000 + 15 = = 1015 г. Процентное содержание мочевины в данном растворе находим из пропорции
1015 г раствора 100%
15 г растворенного вещества х.
161. Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в100 г бензола, кристаллизуется при 5,296°С. Температура кристаллизации бензола 5,5°С. Криоскопическая константа 5,1 град. Вычислите молекулярный вес растворенного вещества.
162. Вычислите процентную концентрацию водного раствора сахара С12Н22О11, зная, что температура кристаллизации раствора равна –0,93°С. Криоскопическая константа воды 1,86 град.
163. Вычислите температуру кристаллизации раствора мочевины (NH2)2CO, содержащего 5 г мочевины в 150 г воды. Криоскопическая константа воды 1,86 град.
164. Раствор, содержащий 3,04 г камфоры С10Н16О в100 г бензола, кипит при 80,714°С. Температура кипения бензола 80,2°С. Вычислите эбуллиоскопическую константу бензола.
165. Вычислите процентную концентрацию водного pacтвора глицерина С3Н5(ОН)3, зная, что этот раствор кипит при 100,39 С. Эбуллиоскопическая константа воды 0,52 град.
166. Вычислите молекулярный вес неэлектролита, зная, что раствор, содержащий 2,25 г этого вещества в 250 г воды, кристаллизуется при –0,279°С. Криоскопическая константа воды 1,86 град.
167. Вычислите температуру кипения 5%-ного раствора нафталина С10Н8 в бензоле. Температура кипения бензола 80,2°С. Эбуллиоскопическая константа его 2,57 град.
168. Раствор, содержащий 25,65 г некоторого неэлектролита в 300 г воды, кристаллизуется при –0,465°С. Вычислите молекулярный вес растворенного вещества, зная что криоскопическая константа воды 1,86 град.
169. Вычислите криоскопическую константу уксусной кислоты, зная, что раствор, содержащий. 3,56 г антрацена С14Н10 в 100 г уксусной кислоты, кристаллизуется при 15,718°С. Температура кристаллизации уксусной кислоты16,65°С.
170. Равные весовые количества камфоры С10Н16О и нафталина С10Н8 растворены в одинаковых количествах бензола. Какой из растворов кипит при более высокой температуре?
171. Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторого неэлектролита в 500 г воды, равна –0,558°С. Вычислите молекулярный вес растворенного вещества, зная, что криоскопическая константа воды 1,86,1 град.
172. Сколько граммов анилина С6Н5NН2 следует растворить в 50 г этилового эфира, чтобы температура кипения раствора была выше температуры кипения этилового эфира на 0,53 град? Эбуллиоскопическая константа этилового эфира 2,12 град.
173. Вычислите температуру кристаллизации 2%-ного раствора этилового спирта С2Н5ОН, зная, что криоскопическая константа воды 1,86 град.
174. Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 75 г воды, чтобы температура кристаллизации понизилась на 0,465 град? Криоскопическая константа воды 1,86 град.
175. Вычислите процентную концентрацию водного раствора глюкозы С6Н12О6 зная, что этот раствор кипит при 100,26°. Эбуллиоскопическая константа воды 0,52 град
176. Сколько граммов фенола С6Н5ОН следует растворить в 125 г бензола, чтобы температура кристаллизации раствора была ниже температуры кристаллизации бензола на 1,7 град? Криоскопическая константа бензола 5,1 град.
177. Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 250 г воды, чтобы температура кипения повысилась на 0,26 град? Эбуллиоскопическая константа воды 0,52 град.
178. При растворении 2,3 г некоторого неэлектролита в 125 г воды температура кристаллизации понижается на 0,372 град. Вычислите молекулярный вес растворенного вещества, зная, что криоскопическая константа воды 1,86 град.
179. Вычислите температуру кипения 15%-ного водного раствора пропилового спирта С3Н7ОН, зная, что эбуллиоскопическая константа воды 0,52 град.
180. Вычислите процентную концентрацию водного раствора метанола СН3ОН, зная, что температура кристаллизации раствора –2,79°С.
181. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами NaHCO3 и NaOH; K2SiO3 и НСl; ВаСl2 и Na2SO4.
182. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: K2S и НСl; FeSO4 и (NH4)2S; Cr(OH)3 и КОН.
183. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионными уравнениями:
Zn2+ + H2S = ZnS + 2H+
Mg2+ + CO32 = MgCO3
H+ + OH = H2O
184. К каждому из веществ: А1(ОН)3; H2SO4, Ba(OH)2 прибавили раствор едкого кали. В каких случаях произошли реакции? Выразите их ионными и молекулярными уравнениями.
185. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: КНСО3 и H2SO4; Zn(ОН)2 и NaOH; СаСl2 и AgNO3.
186. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: CuSO4 и H2S; ВаСО3 и HNO3; FeCl3 и КОН.
187. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионными уравнениями:
Cu2+ + S2= CuS
Pb(OH)2 + 2ОН = PbO22 + 2H2O
SiO32 + 2H+ = H2SiO3
188. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: Sn(OH)2 и НСl; BeSO4 и КОН; NH4C1 и Ва(ОН)2.
189. К каждому из веществ: КНСО3; СН3СООН, NiSO4, Na2S прибавили раствор серной кислоты. В каких случаях произошли реакции? Выразите их ионными и молекулярными уравнениями.
190. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: Hg(NO3)2 и NaI; Pb(NO3)2 и KI; CdSO4 и Na2S.
191. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионными уравнениями:
СаСО3 + 2Н+ = Са2+ + Н2О + СО2
А1(ОН)3 +ОН= А1О2 + 2Н2О
2I + Pb2+ = РbI2
192. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций растворения двугидроксида бериллия в растворе едкого натра; двугидроксида меди в растворе азотной кислоты.
193. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: Na3PO4 и CaCl2; К2СО3 и ВаСl2; Zn(OH)2 и КОН.
194. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионными уравнениями:
Fe(OH)3 + 3Н+ = Fe3+ + 3Н2О
Cd2+ + 2OН = Cd(OH)2
NO2 + H+ = HNO2
195. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: CdS и НСl; Сr(ОН)3 и NaOH; Ba(OH)2 и СаСl2.
196. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионными уравнениями:
Zn2+ + H2S = ZnS + 2Н+
НСО3+ Н+ = Н2О + СО2
Ag+ + Cl = AgCl
197. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: H2SO4 и Ва(ОН)2; FеС13 и NH4OH; CH3COONa и НСl.
198. Составьте ионные и молекулярные уравнения реакций, протекающих между веществами: FeCl3 и КОН; NiSO4 и (NH4)2S; MgCO3 и HNO3.
199. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионными уравнениями:
Ве(ОН)2 + 2ОН = ВеО22 + 2Н2О
СН3СОО +Н+ = СН3СООН
Ва2+ + SO24 = BaSO4
200. К каждому из веществ: NaCl, NiSO4, Be(OH)2, КНСO3 – прибавили раствор гидроксида натрия. В каких случаях произошли реакции? Выразите их ионными и молекулярными уравнениями.
201. Составьте ионное и молекулярное уравнения гидролиза, происходящего при смешивании растворов K2Sи СrСl3 (образуются Сr(ОН)3 и H2S).
202. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы солей: МnСl2, Na2CO3, Ni(NO3)2. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
203. Какие из солей: A12(SO4)3, K2S, Pb(NO3)2, KC1 – подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
204. При смешивании концентрированных растворов FеС13 и Na2CO3 образуются Fe(OH)3 и СО2. Выразите гидролиз ионным и молекулярным уравнениями.
205. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей: СН3СООК, ZnSO4, A1(NO3)3. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?
206. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы солей: Li2S, A1C13, NiSO4. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
207. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей: Pb(NO3)2, Na2CO3, СоС12. Какое значение pН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?
208. Составьте ионное и молекулярное уравнения гидролиза соли, раствор которой имеет щелочную реакцию; кислую реакцию.
209. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы солей: Na3PO4, K2S, CuSO4. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.
210. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей: CuCl2, Cs2CO3, ZnCl2. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?
211. Какие из солей: RbCl, Cr2(SO4)3, Ni(NO3)2 – подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
212. При смешивании растворов CuSO4 и К2СО3 выпадает осадок основной соли (СuОН)2СО3 и выделяется СО2. Составьте ионное и молекулярное уравнения происходящего гидролиза.
213. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей: K2S, Cs2CO3, NiCl2, Pb(CH3COO)2. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы этих солей?
214. При смешивании растворов сульфата алюминия и карбоната натрия образуются А1(ОН)3 и СО2. Составьте ионное и молекулярное уравнения происходящего гидролиза.
215. Какие из солей: NaBr, Na2S, K2CO3 СоС12, (NH4)2CO3 подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
216. Какие из солей: KNO3, СrС13, Cu(NO3)2, NaI –подвергаются гидролизу? Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза соответствующих солей.
217. Составьте ионное и молекулярное уравнения гидролиза, происходящего при смешивании растворов Cr(NO3)3 и (NH4)2S (образуются Сr(ОН)3 и H2S).
218. Какое значение рН (больше или меньше 7) имеют растворы следующих солей: К3РО4, Pb(NO3)2, Na2S. Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей.
219. Какие из солей: К2СО3, FeCl3, K2SO4, ZnQ2 – подвергаются гидролизу? Составьте молекулярные и ионные уравнения гидролиза соответствующих солей.
220. При смешивании растворов A12(SO4)3 и Na2S образуются А1(ОН)3 и H2S. Выразите этот гидролиз ионными молекулярным уравнениями.
221. Окислительно-восстановительные реакции выражаются ионными уравнениями.
Сг2O72- + 14Н+ + 6Cl- 3С12 + 2Сг3+ + 7Н2О
2Fe3+ + S2- 2Fe2+ + S
Составьте электронные и молекулярные уравнения. Для каждой реакции укажите, какой ион является окислителем, какой – восстановителем; какой ион окисляется, какой – восстанавливается.
222. Реакции выражаются приведенными схемами.
Р + НIO3 + Н2O Н3РO4 + HI
H2S + Сl2 + Н2O H2SO4 + НСl
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем; какое вещество окисляется, какое – восстанавливается. .
223. Какие из приведенных реакций, протекающих по схемам, являются окислительно-восстановительными?
К2Сr2O7 + 4 H2SO4 (конц) СrO3 + K2SO4 + Н2О
KBr + KBrO3 + H2SO4 Вr2 + K2SO4 + Н2O
Na2SO3 + КМnО4 + Н2О Na2SO4 + MnO2 + КОН
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Для каждой из этих реакций укажите, какое вещество является окислителем, какое – восстановителем.
224. См. условие задачи 223.
Са(НСO3)2 + Са(ОН)2 2СаСО3 + 2Н2О
PbS + HNO3 S + Pb(NO3)2 + NO + H2O
KMnO4 + H2SO4 + KI I2 + K2SO4 +MnSO4 + H2O
225. См. условие задачи 222.
KMnO4 + Na2SO3 + KOH K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
P + HNO3 + H2O H3PO4 +Н2O
226. См. условие задачи 223.
А1(ОН)3 + NaOH NaAlO2 + 2Н2О
Na3AsO3 + I2 + Н2O Na3AsO4 + HI
Cu2O + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
227. См. условие задачи 222.
K2S + KMnO4 + H2SO4 S + K2SO4 + MnSO4 + H2O
HNO3 + Ca NH4NO3 + Ca(NO3)2 + H2O
228. См. условие задачи 221,
Hg2+ + Sn2+ Hg +- Sn4+
2Fe3+ + 2I = 2Fe2+ + I2
229. См. условие задачи 222.
К2Сr2O7 + H2S + H2SO4 S + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
H2S + C12 + H2O H2SO4 + HC1
230. См. условие задачи 222.
KC1O3 + Na2SO3 + H2SO4 KCI + Na2SO4 + H2O
KMnO4 + HBr Br2 + KBr + MnBr2 + H2O
231. См. условие задачи 223.
CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4
H3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 H3AsO4 +MnSO4 +
+ K2SO4 + H2O
P + HC1O3 + H2O H3PO4 + HCI
232. См. условие задачи 222.
NaCrO2 + Br2 + NaOH Na2CrO4 + NaBr + H2O
FeS + HNO3 Fe(NO3)2 + S + NO + H2O
233. См. условие задачи 222.
HNO3 + Zn N2O + Zn(NO3)2 + H2O
FeSO4 + KC1O3 + H2SO4 Fe2(SO)3 + KCI + H2O
234. См. условие задачи 222.
K2Cr2O7 + HCI C12 + СrС13 + KCI + H2O
Au + HNO3 + HCI AuCl3 + NO + H2O
235. См. условие задачи 223.
(NH4)2S + Pb(NO3)2 PbS + 2NH4NO3
NaCrO2 + PbO2 + NaOH Na2CrO4 + Na2PbO2 + H2O
KMnO4 + KNO2 + H2SO4 MnSO4 + KNO3 +
+ K2SO4 + H2O
236. См. условие задачи 222.
HCI + CrO3 C12 + CrCls + H2O
Cd + KMnO4 + H2SO4 CdSO4 + K2SO4 + MnSO4 + H2O
237. См. условие задачи 222.
I2 + NaOH NaOI + NaI
MnSO4 + PbO2 + HNO3 HMnO4 + Pb(NO3)2 +
+ PbSO4 + H2O
238. См. условие задачи 221.
O2 + 4H+ + 4C1 2C12 + H2O
Ti4+ + Zn Ti3+ + Zn2+
239. См. условие задачи 222.
I2 + C12 + H2O HIO3 + HCI
FeCO3 + KMnO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + CO2 + MnSO4 +
+ K2SO4 + H2O
240. См. условие задачи 223.
SbCl3 + H2O Sb(OH)Cl2 + HCI
H2SO3 + HC1O3 H2SO4 + HCI
EuSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 Eu2(SO4)3 + K2SO4 +
+ Cr2(SO4)8 + H2O
Если металлическую пластинку опустить в воду, то расположенные на ее поверхности катионы металла будут гидратироваться полярными молекулами воды и переходить, в жидкость. При этом электроны, в избытке остающиеся в металле, заряжают его поверхностный слой отрицательно, Возникает электростатическое притяжение между перешедшими в жидкость гидратированными катионами и поверхностью металла. В результате этого в системе устанавливается подвижное равновесие:
в растворе на металле
где п – число электронов, принимающих участие в процессе. На границе металл – жидкость возникает двойной электрический слой, характеризующийся определенным скачком потенциала – электродным потенциалом. Абсолютные значения электродных потенциалов измерить не удается. Электродные потенциалы зависят от целого факторов (природы металла, концентрации, температуры др.). Поэтому обычно определяют относительные электродные потенциалы в определенных условиях, которые называют стандартными электродными потенциалами (Е°).
Стандартным электродным потенциалом металла называют его электродный потенциал, возникающий при погружении металла в раствор собственного иона с концентрацией или активностью, равной 1 г-ион/л, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого при 25°С условно принимается равным нулю (Е° = 0; G° = 0).
Располагая металлы в ряд по мере возрастания их стандартных электродных потенциалов (Е°), получаем так называемый «ряд напряжений».
Положение того или иного металла в ряду напряжений характеризует его восстановительную способность, а также окислительные свойства его ионов в водных растворах при стандартных условиях. Чем меньше значение Е°, тем большими восстановительными способностями обладает данный металл в виде простого вещества и тем меньше окислительные способности проявляют его ионы. И наоборот.
Таблица 4
Стандартные электродные потенциалы Е° некоторых металлов (ряд напряжений)
|
Электрод |
Е°, В |
Электрод |
Е°, В |
|
Li+/L |
–3,045 |
Cd2+/Cd |
–0,403 |
|
Rb+/Rb |
–2,925 |
Co2+/Co |
–0,277 |
|
K+/K |
–2,924 |
Ni2+/Ni |
–0,25 |
|
Cs+/Cs |
–2,923 |
Sn2+/Sn |
–0,136 |
|
Ва2+/Ва |
–2,90 |
Pb2+/Pb |
–0,126 |
|
Са2+/Са |
–2,87 |
Fe3+/Fe |
–0,037 |
|
Na+/Na |
–2,714 |
2H+/H2 |
–0,000 |
|
Mg2+/Mg |
–2,37 |
Sb3+/Sb |
+0,20 |
|
Al3+/А1 |
–1,70 |
Bi3+/Bi |
+0,215 |
|
Ti2+/Ti |
–1,603 |
Cu2+/Cu |
+0,34 |
|
Zr4+/Zr |
-1,58 |
Cu+/Cu |
+0,52 |
|
Mn2+/Mn V2+/V Cr3+/Cr Zn2+/Zn Cr3+/Cr Fe2+/Fe |
-1,18 –1,18 –0,913 –0,763 –0,74 –0,44 |
Hg22+/2Hg Ag+/Ag Hg2+/Hg Pt2+/Pt Au3+/Au Au+/Au |
+0,79 +0,80 +0,85 + 1,19 + 1,50 + 1,70 |
Электродные потенциалы измеряют в приборах, которые получили название гальванических элементов. Окислительно-восстановительная реакция, которая лежит в основе работы гальванического элемента, протекает в направлении, в котором э.д.с. элемента имеет положительное значение. В этом случае G0 < 0, так как G0 = –nFE°.
Пример 1. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем у кобальта (см. табл. 4). Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией 0,001 г-ион/л, а кобальта – 0,1 г-ион/л?
Решение. Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Эта зависимость выражается уравнением Нернста:
где Е° – стандартный электродный потенциал; n – число электронов, принимающих участие в процессе; С – концентрация (при точных вычислениях – активность) гидратированных ионов металла в растворе в г-ион/л. Е° для никеля и кобальта соответственно равны —0,25 и—0,277В. Определим электродные потенциалы этих металлов при данных в условии концентрациях:
Таким образом, при изменившейся концентрации потенциал кобальта стал больше потенциала никеля.
Пример 2. Магниевую пластинку опустили в раствор era соли. При этом электродный потенциал магния оказался равен - 2,41В. Вычислите концентрацию ионов магния в г-ион/л.
Решение. Подобные задачи также решаются на основании уравнения Нернста (см. пример 1):
Пример 3. Составьте схему гальванического элемента, в котором электродами являются магниевая и цинковая пластинки, опущенные в растворы их ионов с активной концентрацией 1 г-ион/л. Какой металл является анодом, какой катодом? Напишите уравнение окислительно-восстано вительной реакции, протекающей в этом гальваническом элементе, и вычислите его э.д.с.
Решение. Схема данного гальванического элемента:
()Mg|Mg2+||Zn2+|Zn(+)
Вертикальная черта обозначает поверхность раздела между металлом и раствором, а две черточки - границу раздела двух жидких фаз - пористую перегородку (или соединительную трубку, заполненную раствором электролита). Магний имеет меньший потенциал (—2,37 В) и является анодом, на котором протекает окислительный процесс:
Цинк потенциал которого -0,763 В, - катод, т. е. электрод на котором протекает восстановительный процесс:
(2)
Уравнение окислительно-восстановительной реакции, которая лежит в основе работы данного гальванического элемента, можно получить, сложив электронные уравнения анодного (1) и катодного (2) процессов.
Для определения электродвижущей силы - э.д.с. гальванического элемента из потенциала катода следует вычесть потенциал анода. Так как концентрация ионов в растворе равна 1 г-ион/л, то э.д.с. элемента равна разности стандартных потенциалов двух его электродов:
241. В два сосуда с голубым раствором медного купороса поместили: в первый цинковую пластинку, а во второй серебряную. В каком сосуде цвет раствора постепенно пропадает? Почему? Составьте электронные и молекулярное уравнения соответствующей реакции.
242. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса цинковой пластинки при взаимодействии ее с растворами: a) CuSO4, б) MgSO4, в) Pb(NO3)2. Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
243. При какой концентрации ионов Zn2+ (в г-ион/л)потенциал цинкового электрода будет на 0,015 В меньше его стандартного электродного потенциала. Ответ: 0,30 г-ион/л.
244. Увеличится, уменьшится или останется без изменения масса кадмиевой пластинки при взаимодействии ее с растворами: a) AgNO3, б) ZnSO4, в) NiSO4? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
245. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал —1,23 В. Вычислите концентрацию ионов Мn2+ в г-ион/л. Ответ: 1,89l0-2 г-ион/л.
246. Потенциал серебряного электрода в растворе AgNO3 оставил 95% от величины его стандартного электродного потенциала. Чему равна концентрация ионов Ag+ в г-ион/л? Ответ: 0,20 г-ион/л.
247. Никелевый и кобальтовый электроды опущены соответственно в растворы Ni(NO3)2 и Co(NO3)2. В каком соотношении должна быть концентрация ионов этих металлов чтобы потенциалы обоих электродов были одинаковыми Ответ: .
248. Составьте схемы двух гальванических элементов в одном из которых медь была бы катодом, а в другом - анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и на анода
249. При какой концентрации ионов Сu2+ в г-ион/л значение потенциала медного электрода становится равным стандартному потенциалу водородного элемента? Ответ: 1,89-10-12 г-ион/л.
250. Какой гальванический элемент называется концетрационным. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов опущенных первый в 0,01 н., а второй – в 0,1 н. растворы AgNО3. Ответ: 0,058 В.
251. При каком условии будет работать гальванический элемент, электроды которого сделаны из одного и того же металла? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, в котором один никелевый электрод находится в 0,001 М растворе, а другой такой же электрод - в 0,01 М растворе сульфата никеля. Ответ: 0,029 В.
252. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из свинцовой и магниевой пластид опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Рb2+]=|= [Mg2+] = 0,01 г-ион/л. Изменится ли э.д.с. этого элемента, если концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ: 2,244 В.
253. Составьте схемы двух гальванических элементов в одном из которых никель является катодом, а в другом - анодом. Напишите для каждого из этих элементов электронные уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде.
254. Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов, происходящих на аноде и на катоде.
255. Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите э.д.с. гальванического элемента, состоящего из пластин кадмия и магния, опущенных в растворы своих солей с концентрацией [Mg2+] = [Cda+] = 1 г-ион/л. Изменится ли величина э.д.с., если концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 г-ион/л? Ответ: 1,967 В.
256. Составьте схему гальванического элемента, состоящего из пластин цинка и железа, погруженных в растворы их солей. Напишите электронные уравнения процессов, протекающих на аноде и на катоде. Какой концентрации надо было бы взять ионы железа (в г-ион/л), чтобы э.д.с. элемента стала равной нулю, если [Zn2+] = 0,001 г-ион/л? Ответ: 7,310-15 г-ион/л.
257. Составьте схему гальванического элемента, в основе которого лежит реакция, протекающая по уравнению
Ni + Pb (NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb
Напишите электронные уравнения анодного и катодного процессов. Вычислите э.д.с. этого элемента, если [Ni2+] = 0,01 г-ион/л, [Рb2+] = 0,0001 г-ион/л. Ответ: 0,066 В.
258. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке свинцового аккумулятора?
259. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке кадмий - никелевого аккумулятора?
260. Какие химические процессы протекают на электродах при зарядке и разрядке железо-никелевого аккумулятора?
Пример 1. Сколько граммов меди выделится на катоде при электролизе раствора CuSO4 в течение 1 ч при силе тока 4 А?
Решение. Согласно законам Фарадея
где m - мaсса вещества, окисленного или восстановленного тока на электроде; Э - грамм-эквивалент вещества; i – сила тока, А; t - продолжительность электролиза, с.
Грамм-эквивалент меди в CuSO4 63,54: 2 = 31,77 г
Подставив в формулу (1) значение Э = 31,77, i = 4, t = 6060=3600, получим
г.
Пример 2. Сколько времени надо проводить электролиз при силе тока 8А, чтобы из раствора AgNO3 выделить 5,3935 г серебра?
Решение. Из формулы (1)
мин 3 с,
где т = 5,3935 г; ЭAg = 107,87; i = 8.
Пример 3. Вычислить эквивалент металла, зная, что при электролизе раствора хлорида этого металла затрачена 3880 Кл электричества и на катоде выделяется 11,742 г металла.
Решение. Из формулы (1)
где m=11,742 г; it = Q 3880 Кл.
Пример 4. На сколько граммов уменьшится масса серебряного анода, если электролиз раствора AgNO3 проводить при силе тока 2 А в течение 33 мин 20 с?
Решение. Из формулы (1)
г,
где ЭАg = 107,87; i = 2; t = 3360 + 20 = 2000.
Пример 5. Чему равна сила тока при электролизе раствора в течение 1 ч 40 мин 25 с, если на катоде выделилось 1,4 л водорода, измеренного при нормальных условиях?
Решение. Из формулы (1)
Так как количество водорода дано в объемных единицах, то отношение т/Э заменяем отношением, где – объем водорода в литрах; – объем грамм-эквивалента водорода в литрах.
Тогда
Объем грамм-эквивалента водорода при н.у. равен половине грамм-молекулярного объема 22,4/2=11,2 л. Подставим в приведенную формулу значения =1,4, =11,2, t=6025 (1 ч 40 мин 25 с=6025 с), находим
Пример 6. Сколько граммов едкого кали образовалось у катода при электролизе раствора K2SO4, если на аноде выделилось 11,2 л кислорода, измеренного при нормальных условиях?
Решение. Объем грамм-эквивалента кислорода (н.у.) 22,4/4 = 5,6 л. Следовательно, 11,2 л составляют 2 г-экв кислорода. Столько же, т. е. 2 г-экв, КОН образовалось у катода или 56,11-2 = 112,22 г (56,11 г – г-экв КОН).
261. Электролиз раствора К2SО4 проводили при силе тока 5 А в течение 3 ч. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах, вычислите объем выделяющихся на электродах веществ.
262. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов А1С13, NiSO4. В обоих случаях анод угольный.
263. При электролизе раствора CuSO4 на аноде выделилось 168 см3 кислорода, измеренного при н.у. Сколько граммов меди выделилось на катоде?
264. Сколько граммов воды разложилось при электролизе раствора Na2SO4 при силе тока 7 А в течение 5 ч?
265. Электролиз раствора нитрата серебра проводили при силе тока 2А в течение 4 ч. Сколько граммов серебра выделилось на катоде?
266. Электролиз раствора сульфата некоторого металла проводили при силе тока 6 А в течение 45 мин, в результате чего на катоде выделилось 5,49 г металла. Вычислите эквивалент металла.
267. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН, расплава КОН.
268. Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода, измеренного при н.у. Вычислите силу тока.
269. Составьте электронные уравнения процессов, проводящих на электродах при электролизе раствора A12(SO4)3 в случае угольного анода; в случае алюминиевого анода.
270. Какие вещества и в каком количестве выделятся на угольных электродах при электролизе раствора NaI в течение 2,5 ч, если сила тока равна 6 А?
271. При электролизе раствора AgNO3 масса серебряного анода уменьшилась на 5,4 г. Сколько кулонов электричества израсходовано на этот процесс?
272. Какие вещества и в каком количестве выделяются на угольных электродах при электролизе раствора КВr в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15 А?
273. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе СuС12, если анод медный; если анод угольный?
274. На электролиз раствора СаС12 израсходовано 10722,2 Кл электричества. Вычислите массу выделяющихся на угольных электродах и образующегося возле катода веществ.
275. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КСl ,расплава КСl.
276. Сколько времени проводят электролиз раствора электролита при силе тока 5 А, если на катоде выделяется 0,1 г-экв вещества? Сколько выделится вещества на аноде?
277. При электролизе растворов MgSO4 и ZnCl2, соединенных последовательно с источником тока, на одном из катодов выделилось 0,25 г водорода. Сколько граммов вещества выделится на другом катоде; на анодах?
278. Чему равна сила тока, если при электролизе раствора MgCl2 в течение 30 мин на катоде выделилось 8,4 л водорода, измеренного при н.у. Вычислите массу вещества выделяющегося на аноде.
279. Сколько граммов H2SO4 образуется возле анода при электролизе раствора Na2SO4, если на аноде выделяется 1,12 л кислорода, измеренного при н.у.? Вычислите массу вещества, выделяющегося на катоде.
280. Вычислите силу тока, зная, что при электролизе раствора КОН в течение 1 ч 15 мин 20 с на аноде выделилось 6,4 г кислорода. Какое вещество и в каком количестве выделяется на катоде?
281. Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении цельности покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
282.Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако если к медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой, то на меди начинается бурное выделение водорода. Дайте этому объяснение, составив электронные уравнения анодного и катодного процессов. Напишите уравнение протекающей химической реакции.
283. Как происходит атмосферная коррозия луженого железа и луженой меди при нарушении цельности покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
284. Если пластинку из чистого цинка опустить в разбавленную кислоту, то начинающееся 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 уравнение протекающей химической реакции.
285. В чем заключается сущность протекторной защиты металлов от коррозии? Приведите пример протекторной защиты никеля в электролите, содержащем растворенный кислород. Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
286. Если на стальной предмет нанести каплю воды, то коррозии подвергается средняя, а не внешняя часть смоченного металла. После высыхания капли в ее центре появляется пятно ржавчины. Чем это можно объяснить? Какой участок металла, находящийся под каплей воды, является анодным и какой катодным? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов.
287. Если гвоздь вбить во влажное дерево, то ржавчиной покрывается та его часть, которая находится внутри дерева. Чем это можно объяснить? Анодом или катодом является эта часть гвоздя? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов.
288. В раствор соляной кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Ответ мотивируйте, составив электронные уравнения соответствующих процессов.
289. Почему химически чистое железо является более стойким против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в сильнокислой среде.
290. Какое покрытие металла называется анодным и какое катодным? Назовите несколько металлов, которые могут служить для анодного и катодного покрытия железа. Составьте электронные уравнения анодного и катодном процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью во влажном воздухе и в сильнокислой среде.
291. Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении цельности покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
292. Железное изделие покрыли свинцом. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении цельности покрытия во влажном воздухе и в соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях.
293. Две железные пластинки, частично покрытые одна оловом, другая медью, находятся во влажном воздухе. На какой из этих пластинок быстрее образуется ржавчина. Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этих пластинок. Каков состав продуктов коррозии железа?
294. В обычных условиях во влажном воздухе оцинкованное железо при нарушении цельности покрытия не ржавеет, тогда как при температуре выше 70°С оно покрывается ржавчиной. Чем это можно объяснить? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии оцинкованного железа в первом и во втором случаях!
295. Если пластинку из чистого железа опустить в соляную кислоту, то выделение на ней водорода идет медленно и со временем почти прекращается. Однако если цинковой палочкой прикоснуться к железной пластинке, то на последней начинается бурное выделение водорода. Почему? Какой металл при этом растворяется? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
296. Цинковую и железную пластинки опустили в раствор сульфата меди. Составьте электронные и ионные уравнения реакций, происходящих на каждой из этих пластинок. Какие процессы будут проходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?
297. Как влияет рН среды на скорость атмосферной коррозии железа и цинка? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии этих металлов.
298. В раствор электролита, содержащего растворенный кислород, опустили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.
299. Железные бочки применяют для транспортировки концентрированной серной кислоты, но после освобождения от кислоты бочки часто совершенно разрушаются вследствие коррозии. Чем это можно объяснить? Что является анодом и что катодом? Составьте электронные уравнения соответствующих процессов.
300. Как протекает атмосферная коррозия железа, покрытого слоем никеля, если цельность слоя нарушена? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?
301. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях [Cu(NH3)4]SO4, K2[PtCl6], K[Ag(CN)2]. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
302. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений платины: PtCl46NH3; PtC144NH3; PtCl42NH3. Координационное число платины (+4) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах. Какое из них является комплексным неэлектролитом?
303. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта: CoCl36NH3; CoСl35NН3; СоС134NН3. Координационное число кобальта (+3) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
304. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число сурьмы в соединениях Rb[SbBr6]; K[SbCl6]; Na[Sb(SO4)2]. Как диссоцируют эти соединения в водных растворах?
305. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений серебра: AgCl2NH3; AgCNKCN; AgNO2NaNO2. Координационное число серебра(+1) равно двум. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах.
306. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях K[Fe(CN)6]; К4[TiС18]; K2[HgI4]. Как диссоциируют эти соединения в водных растворах?
307. Из сочетания частиц Со3+, NH3, NO2 и К+ можно составить семь координационных формул комплексных соединений кобальта, одна из которых [Co(NH3)6](NO2)3.Составьте формулы других шести соединений и напишите .уравнения их диссоциации в водных растворах.
308. Определите, чему равен заряд следующих комплексных ионов: [Сr(Н2О)4С12]; [HgBr]; [Fe(CN)6], если комплексообразователями являются Cr3+, Hg2+, Fe3+. Напишите формулы соединений, содержащих эти комплексные ионы.
309. Определите, чему равен заряд следующих комплексных ионов: [Cr(NH3)5NO3]; [Pd(NH3)Cl3]; [Ni(CN)4], если комплексообразователями являются Сг3+, Pd2+, Ni2+. Haпишите формулы комплексных соединений, содержащих эти ионы.
310. Из сочетания частиц Сr3+, Н2О, С1 и К+ можно составить семь координационных формул комплексных соединений хрома, одна из которых [Сr(Н2О)6]С13. Составьте формулы других шести соединений и напишите уравнения их диссоциации в водных растворах.
311. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений кобальта:
3NaNO2Co(NO2)3; CoCl33NH32H2O; 2KNO2NH3Co(NO2)3.
Координационное число кобальта (+3) равно шести. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных раствоpax.
312. Напишите выражения для констант нестойкости комплексных ионов [Ag(NH3)2]+; [Fe(CN)6]4-; [PtCl6]2-. Чему равны степень окисления и координационное число комплексообразователей в этих ионах?
313. Константы нестойкости комплексных ионов [Co(CN)4]2-; [Hg(CN)]2-; [Cd(CN)4]2- соответственно равны: 810-20; 410-41; 1,410-17. В каком растворе, содержащем эти ионы (при равной молярной концентрации), ионов CN- больше? Напишите выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов.
314. Напишите выражения для констант нестойкости следующих комплексных ионов: [Ag(CN)2]-; [Ag(NH3)2]+; [Ag(NCS)3]-. Зная, что они соответственно равны 1,010-21; 6,810-8; 2,010-11, укажите, в каком растворе, содержащем эти ионы (при равной молярной концентрации), больше ионов Ag+.
315. При прибавлении раствора KCN к раствору[Zn(NH3)]SO4 образуется растворимое комплексное соединение K2[Zn(CN)4]. Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции. Константа нестойкости какого иона:[Zn(NH3)4]2+или [Zn(CN)4]2- больше? Почему?
316. Напишите уравнения диссоциации солей K3[Fe(CN)6] и NH4Fe(SO4)2 в водном растворе. К каждой из них прилили раствор щелочи. В каком случае выпадает осадок гидроксида железа? Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции. Какие комплексные соединения называются двойными солями?
317. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений платины (+2), координационное число которой равно четырем: PtCl23NH3; PtCl2NH3KC1;PtCl22NH3. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах. Какое из них является комплексным неэлектролитом?
318. Хлорид серебра растворяется в растворах аммиака и тиосульфата натрия. Дайте этому объяснение и напишите молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.
319. Какие комплексные соединения называются двойными солями? Напишите уравнения диссоциации солей K[Fe(CN)6] и (NH4)2Fe(SO4)2 в водном растворе. В каком случае выпадает осадок гидроксида железа, если к каждой из них прилить раствор щелочи? Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции.
320. Константы нестойкости комплексных ионов [Co(NH3)6]3+; [Fe(CN)6]4-; [Fe(CN)6]3- соответственно равны: 6,210-36; 1,010-37; 1,010-44. Какой из этих ионов является более прочным? Напишите выражения для констант нестойкости указанных комплексных ионов и формулы соединений, содержащих эти ионы.
321. Какую степень окисления может проявлять водород в своих соединениях? Приведите примеры реакций, в которых газообразный водород играет роль окислителя, и в которых – роль восстановителя.
322. Напишите уравнения реакций взаимодействия натрия с водородом, кислородом, азотом и серой. Какую степень окисления приобретают атомы окислителя в каждой из этих реакций?
323. Напишите уравнения реакций взаимодействия с водой следующих соединений натрия: Na2O2; Na2S; NaH; Na3N.
324. Как получают металлический натрий? Составьте электронные уравнения процессов, проходящих на электродах при электролизе расплава NaOH.
325. Какие свойства может проявлять перекись водорода в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? На основании электронных уравнений напишите уравнения реакций взаимодействия Н2О2: а) с Ag20 и б) с КI
326. Почему перекись водорода способна диспропорционировать (самоокисляться – самовосстанавливаться)? Составьте электронные и молекулярное уравнения процесса разложения Н2О2.
327. Как можно получить гидрид и нитрид кальция? Напишите уравнения реакций взаимодействия этих соединений с водой. К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.
328. Назовите три изотопа водорода. Укажите состав их ядер. Что такое тяжелая вода? Как она получается и каковы ее свойства?
329. Гидроксид какого из s-элементов проявляет амфотерные свойства? Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций взаимодействия этого гидроксида: а) с кислотой и б) со щелочью.
330. При пропускании диоксида углерода через известковую воду (раствор Са(ОН)2) образуется осадок, который при дальнейшем пропускании СО2 растворяется. Дайте объяснение этому явлению. Составьте уравнения реакций.
331. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия: а) бериллия с раствором щелочи; б) магния с концентрированной серной кислотой, имея ввиду максимальное восстановление последней.
332. При сплавлении оксид бериллия взаимодействует с диоксидом кремния и с оксидом натрия. Напишите уравнения соответствующих реакций. О каких свойствах ВеО говорят эти реакции?
333. Какие соединения магния и кальция применяются в качестве вяжущих строительных материалов? Чем обусловлены их вяжущие свойства.
334. Как можно получить карбид кальция? Что образуется при его взаимодействии с водой? Напишите уравнения соответствующих реакций.
335. Как можно получить гидроксиды щелочных металлов? Почему едкие щелочи необходимо хранить в хорошо закрытой посуде? Составьте уравнения реакций, происходящих при насыщении едкого натра: а) хлором, б) сернистым ангидридом, в) сероводородом.
336. Чем можно объяснить большую восстановительную способность щелочных металлов. При сплавлении едкого натра с металлическим натрием последний восстанавливает водород щелочи в гидрид-ион. Составьте электронные и молекулярное уравнения этой реакции.
337. Какое свойство кальция позволяет применять его в металлотермии для получения некоторых металлов из их соединений? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия кальция: а) с V2O5,б) с CaS04. В каждой из этих реакций окислитель восстанавливается максимально.
338. Какие соединения называются негашеной и гашеной известью? Составьте уравнения реакций их получения. Какое соединение образуется при накаливании негашеной извести с углем? Что является окислителем и восстановителем в последней реакции? Составьте электронные и молекулярные уравнения.
339. Составьте электронные и молекулярные уравнения Реакций взаимодействия: а) кальция с водой, б) магния с азотной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.
340. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: Са СаН2 Са(ОН)2 СаСО3 Са(НСО3)2
Пример 1. Вычислить жесткость воды, зная, что в 500 л ее содержится 202,5 г Са(НСО3)2.
Решение. В1л воды содержится 202,5 : 500 = 0,405 г Са (НСO3)2, что составляет 0,405:81 = 0,005 г-экв, или 5 мг-экв (81 – эквивалент Са(НСO3)2). Следовательно, жесткость воды 5 мг-экв.
Пример 2. Сколько граммов CaSO4 содержится в 1 м3 воды, если жесткость, обусловленная присутствием этой соли, равна 4 мг-экв?
Решение. Грамм-молекула CaSO4 136,14; грамм-эквивалент равен половине грамм-молекулы, т. е, 68,07 г, а миллиграмм-эквивалент 68,07 мг.
В 1 м3 воды с жесткостью 4 мг-экв содержится 41000 = 4000 мг-экв, или 400068,07 = 272280 мг = 272,280 г CaSO4
Пример 3. Сколько граммов соды надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 5 мг-экв?
Решение. В 500 л воды содержится 5005 = 2500 мг-экв, или 2,5 r-экв солей, обусловливающих жесткости воды. Для устранения жесткости следует прибавить 2,553 = 132,5 г соды (53 г – г -экв Na2CO3).
Пример 4. Вычислить карбонатную жесткость воды, зная, что на титрование 100 см3 этой воды, содержащей! гидрокарбонат кальция, потребовалось 6,25 см3 0,08 н. раствора НСl.
Решение. Вычисляем нормальность раствора гидрокарбоната кальция. Обозначив число грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора, т. е. нормальность через х, составляем пропорцию:
, х = 0,005 г-экв.
Таким образом, в 1 л исследуемой воды содержится 0,0051000 = 5 мг-экв гидрокарбоната кальция или 5 мг-экв Са2+-ионов. Карбонатная жесткость воды 5 мг-экв.
Приведенные выше примеры можно решить, используя формулу
где m–масса вещества, обусловливающего жесткость воды или применяемого для устранения жесткости воды, мг; Э – эквивалент этого вещества; V – объем воды, л;
Решение примера 1.
мг-экв
81 – эквивалент Са(НСО3)2, равный половине его молекулярного веса.
Решение примера 2. Из формулы т = ЖЭV = =468,071000 = 272280 мг 272,280 г CaSO4.
341. Сколько граммов Na3PO4 надо прибавить к 500 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5 мг-экв?
342. Какие соли обусловливают жесткость природной воды? Какую жесткость называют карбонатной, некарбонатной? Как можно устранить карбонатную, некарбонатную жесткость? Напишите уравнения соответствующих реакций.
343. Вычислите карбонатную жесткость воды, зная, что для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в200 см3 воды, требуется 15 см3 0,08 н. раствора НCl.
344. В 1 л воды содержится 36,47 мг-ион магния и 50,1мг-ион кальция. Чему равна жесткость этой воды?
345. Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 400 л воды, чтобы устранить жесткость, равную 3 мг-экв?
346. Вода, содержащая только сульфат магния, имеет жесткость 7 мг-экв. Сколько граммов сульфата магния содержится в 300 л этой воды?
347. Вычислите жесткость воды, зная, что в 600 л ее содержится 65,7 г гидрокарбоната магния и 61,2 г сульфата кальция.
348. В 220 л воды содержится 11 г сульфата магния. Чему равна жесткость этой воды?
349. Жесткость воды, в которой растворен только гидрокарбонат кальция, равна 4 мг-экв. Сколько 0,1 н. раствора НСl потребуется для реакции с гидрокарбонатом кальция, содержащимся в 75 см3 этой воды?
350. В 1 м3 воды содержится 140 г сульфата магния. Вычислите жесткость этой воды.
351. содержащая только гидрокарбонат магния, имеет жесткость 3,5 мг-экв. Сколько граммов гидрокарбоната магния содержится в 200 л этой воды?
352. К 1 м3 жесткой воды прибавили 132,5 г карбонада натрия. На сколько миллиграмм-эквивалентов понизилась жесткость?
353. Чему равна жесткость воды, если для ее устранения к 50 л воды потребовалось прибавить 21,2 г карбоната натрия?
354. Сколько граммов CaSO4 содержится в 200 л воды, если жесткость, обусловливаемая этой солью, равна8 мг-экв?
355. Вода, содержащая только гидрокарбонат кальция, имеет жесткость 9 мг-экв. Сколько граммов гидрокарбоната кальция содержится в 500 л этой воды?
356. Какие ионы надо удалить из природной воды, чтобы сделать ее мягкой? Введением, каких ионов можно умягчить воду? Составьте уравнения соответствующих реакций.
357. Сколько граммов карбоната натрия надо прибавить к 0,1 м3 воды, чтобы устранить жесткость, равную 4 мг-экв?
358. К 100л жесткой воды прибавили 12,95 г гидроксида кальция. На сколько миллиграмм-эквивалентов понизилась карбонатная жесткость?
359. Чему равна карбонатная жесткость воды, если в1 л ее содержится 0,292 г гидрокарбоната магния и 0,2025 г гидрокарбоната кальция?
360. Сколько граммов гидроксида кальция надо прибавить к 275 л воды, чтобы устранить ее карбонатную жесткость, равную 5,5 мг-экв?
361. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:
Al A12(SO4)3 Na [А1(ОН)4] A1(NO3)3
362. Составьте электронные и молекулярные уравнения, реакций взаимодействия: а) алюминия с раствором щелочи, б) бора с концентрированной азотной кислотой.
363. Какой процесс называется алюминотермией? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции, на которой основано применение термита.
364. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:
В Н3ВО3 Na2B4O7 Н3ВО3
Уравнение окислительно-восстановительной реакции составьте на основании электронных уравнений.
365. Какая степень окисления наиболее характерна для олова и какая для свинца? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия олова и свинца с концентрированной азотной кислотой.
366. Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (+2) и окислительные свинца (+4)?На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций взаимодействия: a) SnCl2 с HgCl2 б) РЬО2 с НСlКОНЦ.
367. Какие оксиды и гидроксиды образуют олово и свинец? Как изменятся их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства в зависимости от степени окисления элементов. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций взаимодействия раствора едкого натра: а) с оловом, б) с дигидроксидом свинца.
368. Какие соединения называются карбидами и силицидами? Напишите уравнения реакций взаимодействия: а) карбида алюминия с водой, б) силицида магния с соляной кислотой. Являются ли эти реакции окислительно-восстановительными? Почему?
369. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции взаимодействия фосфора с азотной кислотой, учитывая, что фосфор окисляется максимально, а азот восстанавливается минимально.
370. Почему атомы большинства p-элементов способны к реакциям диспропорционирования (самоокисления – самовосстановления)? На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения серы в концентрированном растворе щелочи. Один из продуктов реакции содержит серу со степенью окисления +4.
371. Почему сернистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций взаимодействия H2SO3: а) с сероводородом, б) с хлором.
372. Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции взаимодействия раствора сероводорода: а) с хлором, б) с кислородом.
373. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций взаимодействия HNO2: а) с бромной водой, б) с HI.
374. Почему диоксид азота способен к реакциям самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений напишите уравнение реакции растворения NO2 в едком натре.
375. Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной – с медью. Укажите окислитель и восстановитель.
376. В каком газообразном соединении азот проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций получения этого соединения: а) при взаимодействии хлорида аммония с гидроксидом кальция, б) разложением нитрида магния водой.
377. Почему фосфористая кислота способна к реакциям самоокисления – самовосстановления (диспропорционирования)? На основании электронных уравнений составьте уравнение процесса разложения Н3РО3, учитывая, что при этом фосфор приобретает минимальную и максимальную степень окисления.
378. В каком газообразном соединении фосфор проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций: а) получения этого соединения при взаимодействии фосфида кальция с соляной кислотой, б) горения его в кислороде.
379. Какую степень окисления проявляют мышьяк, сурьма и висмут. Какая степень окисления является более характерной для каждого из них. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия: а) мышьяка с концентрированной азотной кислотой; б) висмута с концентрированной серной кислотой.
380. Как изменяются окислительные свойства галогенов при переходе от фтора к йоду и восстановительные свойства их отрицательно заряженных ионов? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций:
а) Сl2 + I2 + Н2O =
б) KI + Вr2 =
Укажите окислитель и восстановитель.
381. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции, происходящей при пропускании хлора через горячий раствор едкого кали. К какому типу окислительно-восстановительных процессов относится данная реакция?
382. Какие реакции нужно провести для осуществления следующих превращений: NaCl НС1 С12 КCl3. Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.
383. К раствору, содержащему SbCl3 и BiCl3, добавили избыток раствора едкого кали. Напишите молекулярные и ионные уравнения происходящих реакций. Какое вещество находится в осадке?
384. Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия соляной и разбавленной серной кислот? Что является окислителем в первом случае, что – в двух других. Приведите примеры.
385. Напишите формулы и назовите кислородные кислоты хлора, укажите степень окисления хлора в каждой из них. Какая из этих кислот более сильный окислитель? На основании электронных уравнений закончите уравнение реакции:
KI + NaOCl + H2SO4 I2 + …
Хлор приобретает минимальную степень окисления.
386. Какие реакции нужно провести, имея азот и воду, чтобы получить нитрат аммония? Составьте уравнения соответствующих реакций.
387. Какую степень окисления может проявлять кремний в своих соединениях? Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений: Mg2Si SiH4 SiO2 K2SiO3. При каком превращении происходит окислительно-восстановительная реакция?
388. Какое применение находит кремний? Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений: SiO2 Si K2SiO3 H2SiO3. Окислительно-восстановительные реакции напишите на основании электронных уравнений.
389. Как получают диоксид углерода в промышленности и в лаборатории. Напишите уравнения соответствующих реакций и реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
NaHCO3 СО2 СаСО3 Са(НСО3)2
390. Какие из солей угольной кислоты имеют наибольшее промышленное применение? Как получить соду исходя из металлического натрия, соляной кислоты, мрамора и воды? Почему в растворе соды лакмус приобретает синий цвет? Ответ подтвердите составлением уравнений соответствующих реакций.
391. Серебро не взаимодействует с разбавленной серной кислотой, тогда как в концентрированной оно растворяется. Чем это можно объяснить? Составьте электронные и молекулярное уравнения соответствующей реакции.
392. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Сu Cu(NO3)2 Сu(ОН)2 СuСl2 [Cu(NH3)4]Cl2
393. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия цинка: а) с раствором едкого нагара, б) с концентрированной серной кислотой, учитывая восстановление серы до нулевой степени окисления.
394. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Ag AgNO3 AgCl [Ag(NH3)2]Cl AgCl
395. При постепенном прибавлении раствора KI к раствору Hg(NO3)2 образующийся вначале осадок растворяется. Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.
396. При постепенном прибавлении раствора аммиака к раствору сульфата кадмия образующийся вначале осадок основной соли растворяется? Составьте молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.
397. При сливании растворов нитрата серебра и цианида калия выпадает осадок, который легко растворяется в избытке KCN. Какое комплексное соединение при этом получается? Составьте молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.
398. К какому классу соединений относятся вещества, полученные при действии избытка едкого натра на растворы ZnCl2, CdCl2, HgCl2? Составьте молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.
399. При действии на титан концентрированной соляной кислоты образуется трихлорид титана, а при действии азотной – осадок метатитановой кислоты. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
400. При растворении титана в концентрированной серной кислоте последняя восстанавливается минимально, а титан переходит в катион с максимальной степенью окисления. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакций.
401. Какую степень окисления проявляют медь, серебро и золото в соединениях? Какая степень окисления наиболее характерна для каждого из них? Иодид калия восстанавливает ионы меди (+2) в соединения меди со степенью окисления + 1. Составите электронные и молекулярное уравнения взаимодействия KI с сульфатом меди.
402. Диоксиды титана и циркония при сплавлении взаимодействуют со щелочами. О каких свойствах оксидов говорят эти реакции? Напишите уравнения реакций между: a) ТiO2 и ВаО, б) ZrO2 и NaOH. В первой реакции образуется метатитанат, а во второй – ортоцирконат соответствующих металлов.
403. На гидроксиды цинка и кадмия подействовали избытком растворов серной кислоты, едкого натра и аммиака. Какие соединения цинка и кадмия образуются в каждом из этих случаев? Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций.
404. Золото растворяется в царской водке и в селеновой кислоте, приобретая при этом максимальную степень окисления. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
405. В присутствии влаги и диоксида углерода медь окисляется и покрывается зеленым налетом. Как называется и каков состав образующегося соединения? Что произойдет, если на него подействовать соляной кислотой? Напишите уравнения соответствующих реакций. Окислительно - восстановительную реакцию составьте на основании электронных уравнений.
406. Кусок латуни обработали азотной кислотой. Раствор разделили на две части. К одной из них прибавили избыток раствора аммиака, к другой – избыток раствора щелочи. Какие соединения цинка и меди образуются при этом? Составьте уравнения соответствующих реакций.
407. Ванадий получают алюмотермически или кальцийтермически восстановлением ванадиевого ангидрида V2O5.Последний легко растворяется в щелочах с образованием метаванадатов. Напишите уравнения соответствующих реакций. Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.
408. Азотная кислота окисляет ванадий до метаванадиевой кислоты. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.
409. Какую степень окисления проявляет ванадий в соединениях? Составьте формулы оксидов ванадия, отвечающих этим степеням окисления. Как меняются кислотно-основные свойства оксидов ванадия при переходе от низшей к высшей степени окисления. Составьте уравнения реакций взаимодействия: a) V2O3 с H2SO4 б) V2O5 с NaOH.
410. При внесении цинка в подкисленный серной кислотой раствор метаванадата аммония NH4VO3 желтая окраска постепенно переходит в фиолетовую за счет образования сульфата ванадия (+2). Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.
411. Хромит калия окисляется бромом в щелочной среде. Зеленая окраска раствора переходит в желтую. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции. Какие ионы обусловливают начальную и конечную окраску раствора?
412. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения молибдена в азотной кислоте, б) растворения вольфрама в щелочи в присутствии кислорода. Учтите, что молибден и вольфрам приобретают высшую степень окисления.
413. При сплавлении хромита железа (+2) с карбонатом натрия в присутствии кислорода хром (+3) окисляется и приобретает степень окисления +6. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.
414. К подкисленному серной кислотой раствору дихромата калия прибавили порошок алюминия. Через некоторое время оранжевая окраска раствора стала зеленой. Составьте электронные и молекулярное уравнения происходящей реакции.
415. Хром получают алюмотермически из его оксида(+3), а вольфрам восстановлением вольфрамового ангидрида водородом. Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
416. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:Na2Cr2O7 Na2CrO4 Na2Cr3O7 СrСl3. Уравнение окислительно-восстановительной реакции напишите на основании электронных уравнений.
417. Марганец азотной кислотой окисляется минимально, а рений максимально. Какие соединения при этом получаются? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
418. Хлор окисляет манганат калия. Какое соединение при этом получается? Как меняется окраска раствора в результате этой реакции. Составьте электронные и молекулярное уравнения.
419. Как меняется степень окисления марганца при восстановлении КМnО4 в кислой, нейтральной и щелочной средах? Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции взаимодействия КМnО4 с KNO2 в нейтральной среде.
420. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции получения манганата калия сплавлением диоксида марганца с хлоратом калия в присутствии едкого натра. Хлорат восстанавливается максимально.
421. Почему диоксид марганца может проявлять и окислительные, и восстановительные свойства? Исходя из электронных уравнений составьте уравнения реакций:
a) MnO2 + KI + H2SO4 = …
б) MnO2 + KNO3 + КОН = …
422. Для получения хлора в лаборатории смешивают диоксид марганца с хлоридом натрия в присутствии концентрированной серной кислоты. Составьте электронные и молекулярное уравнения этой реакции.
423. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Fe FeSO4 Fe(OH)2 Fe(OH)3
Уравнения окислительно-восстановительных реакций напишите на основании электронных уравнений.
424. Какую степень окисления проявляет железо в соединениях? Как можно обнаружить ионы Fe2+ и Fe3+ в растворе? Составьте молекулярные и ионные уравнения соответствующих реакций.
425. Чем отличается взаимодействие тригидроксидов кобальта и никеля с кислотами от взаимодействия тригидроксида железа с кислотами? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения соответствующих реакций.
426. Могут ли в растворе существовать совместно следующие вещества: а) FеС13 и SnCl2; б) FeSO4 и NaOH; в) FеС13 и К3[Fе(СN)6]? Ответ подтвердите, составив уравнения соответствующих реакций.
427. Составьте уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Ni Ni(NO3)2 Ni(OH)2 Ni(OH)3
Уравнения окислительно-восстановительных реакций напишите на основании электронных уравнений.
428. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций: а) растворения платины в царской водке, б) взаимодействия осмия с фтором. Платина окисляется до степени окисления +4; а осмий – до +8.
429. Составьте молекулярные и ионные уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:
Fe FeCl2 Fe(CN)2 K4[Fe(CN)6)
430. Феррат калия K2FeO4 образуется при сплавлении Fe2O3 с калийной селитрой KNO2 в присутствии едкого кали. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.
431. Напишите структурную формулу простейшей непредельной одноосновной карбоновой кислоты и уравнение реакции взаимодействия этой кислоты с метиловым спиртом. Составьте схему полимеризации образовавшегося при этом продукта.
432. Как из карбида кальция и воды можно получить винилацетат, применив реакцию Кучерова? Напишите уравнения реакций. Составьте схему полимеризации винил ацетата.
433. Какие соединения называют аминами? Составьте схему поликонденсации адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Как называют полимер, образующийся в результате этой реакции?
434. Как можно получить винилхлорид, имея карбид кальция, хлорид натрия, серную кислоту и воду? Напишите уравнения соответствующих реакций. Составьте схему полимеризации винилхлорида.
435. Полимером какого непредельного углеводорода является натуральный каучук? Напишите структурную формулу этого углеводорода. Как называют процесс превращения каучука в резину? Чем по строению и свойствам различаются каучук и резина?
436. Напишите уравнения реакций получения ацетилена, превращения ацетилена в ароматический углеводород. При взаимодействии какого вещества с ацетиленом образуется акрилонитрил? Составьте схему полимеризации акрилонитрила.
437. Напишите структурную формулу метакриловой кислоты. Какое соединение получается при взаимодействии ее с метиловым спиртом? Напишите уравнение реакции. Составьте схему полимеризации образующегося при этом продукта.
438. Какие углеводороды называют диеновыми? Приведите пример. Какой общей формулой выражают состав диеновых углеводородов. Составьте схему полимеризации одного из диеновых углеводородов.
439. Какие соединения называют олефинами? Приведите пример. Какой общей формулой выражают состав олефинов? Составьте схему полимеризации одного из олефинов.
440. Какой общей формулой выражают состав этиленовых углеводородов? Какие химические реакции наиболее характерны для них? Что такое полимеризация, поликонденсация? Чем отличаются друг от друга эти реакции?
441. Каковы различия в свойствах предельных и непредельных углеводородов? Составьте схему образования каучука из дивинила и стирола. Что такое вулканизация?
442. Какие соединения называют аминокислотами? Напишите формулу простейшей аминокислоты. Составьте схему поликонденсации аминокапроновой кислоты. Как называют полимер, образующийся в результате этой реакции?
443. Какие соединения называют альдегидами? Укажите важнейшие свойства альдегидов. Что такое формалин? Составьте схему получения мочевино-формальдегидной смолы.
444. Как называют углеводороды, представителем которых является изопрен? Составьте схему сополимеризации изопрена и изобутилена.
445. Какие соединения называют элементорганическими, кремнийорганическими? Укажите важнейшие свойства кремний органических полимеров. Как влияет на свойства кремний органических полимеров увеличение числа органических радикалов, связанных с атомами кремния?
446. Какие соединения называют диолефинами? Составьте схему полимеризации одного из диолефинов. Укажите три состояния линейных полимеров. Чем характеризуется переход из одного состояния в другое?
447. Напишите уравнение реакции дегидратации пропилового спирта. Составьте схему полимеризации полученного углеводорода.
448. Какие полимеры называют стереорегулярными? Чем объясняется более высокая температура плавления и значительно большая механическая прочность стереорегулярных полимеров по сравнению с нерегулярными полимерами?
449. Как получают в промышленности стирол? Приведите схему его полимеризации. Изобразите при помощи схем линейную, трехмерную структуры полимеров.
450. Какие полимеры называются термопластичными, термореактивными? Приведите примеры.
Таблица 5
Наименование наиболее важных кислот и их солей
|
Название кислоты |
Формула |
Общее название солей |
Примеры названий отдельных солей |
|
Азотистая |
HNO2 |
Нитриты |
Нитрит калия |
|
Азотная Бромоводородная |
НNO3 НВг |
Нитраты Бромиды |
Нитрат калия Бромид калия |
|
Двухромовая |
Н2Сг2О7 |
Дихроматы |
Дихромат калия |
|
Иодоводородная |
HI |
Иодиды |
Иодид калия |
|
Кремниевая метакислота |
H2SiO3 |
Метасиликаты |
Метасиликат калия |
|
Марганцовая |
HMnO4 |
Перманганаты |
Перманганат калия |
|
Сернистая Сероводородная |
H2SO3 H2S |
Сульфиты Сульфиды |
Сульфит натрия Сульфид аммония |
|
Серная |
H2SO4 |
Сульфаты |
Сульфат меди |
|
Соляная |
HCl |
Хлориды |
Хлорид натрия |
|
Угольная Уксусная |
H2CO3 CH3COOH |
Карбонаты Ацетаты |
Карбонат натрия Ацетат натрия |
|
Фосфорная ортокислота Фтороводородная Хлорноватистая Хлорноватая Хлорная Хромовая Синильная или циано-водородная |
Н3РO4 НF HClO HClO3 HClO4 H2CrO4 HCN |
Ортофосфаты Фториды Гипохлориты Хлораты Перхлораты Хроматы Цианиды |
Ортофосфат калия Фторид кальция Гипохлорит натрия Хлорат калия Перхлорат калия Хромат калия Цианид калия |
Таблица 6
Константы диссоциации и степени диссоциации некоторых слабых электролитов
1 Нормальные условия: 760 мм рт. ст.= 1 атм, или по системе СИ 1,013105 Па, 273 К. или 00 С.
2 В химической литературе понятия атомный вес и молекулярный вес выражают и аналогичными терминами; относительная атомная масса и относительная молекулярная масса.
3 При решении задач этого раздела см. табл. 1.
4 При решении задач этого раздела см. табл. 1–3.
5 При решении задач этого раздела см. табл. 6 и 7.
6 При решении задач этого раздела см. табл. 4.
7 При решении задач этого раздела см. табл. 4.
8 Общая электронная формула, где п - главное квантовое число.
9 Общая электронная формула, где п – главное квантовое число.
10 Общая электронная формула, где n – главное квантовое число.
75