Химия. Методичка1 3928
.pdf27.При проведении реакции PbO2 + 4 HCl = PbCl2 + Cl2 + 2 H2O выделилось 1200 мл хлора. Сколько граммов HCl вступило в реакцию?
28.При взаимодействии оксида кальция с углеродом:
2 CaO + 5 С = 2 CaС2 + CO2 образовалось 31.34 г карбида. Вычислите массу оксида кальция.
29.Сколько литров водорода и сколько граммов FeSO4 получится при взаимодействии 18 г железа с кислотой (Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2)?
30.Сколько граммов PbCl2 нужно для получения 31 г Pb(ОH)2:
PbCl2 + 2 КОН = Pb(ОH)2 + 2 KCl?
Т е м а 2. Строение вещества
Задание 1
Для элемента задана электронная формула внешнего слоя (см. вариант в табл. 3).
1.Определите, какой это элемент. Напишите его полную электронную формулу. Укажите электронное семейство.
2.Расположите валентные электроны по энергетическим ячейкам. Укажите квантовые числа валентных электронов и валентность элемента в невозбужденном и возбужденном состояниях.
3.Охарактеризуйте окислительно-восстановительные свойства этого элемента.
4.Определите высшую и низшую степени окисления элемента и приведите примеры соединений, в которых элемент проявляет эти степени окисления.
5.Составьте электронные формулы для элемента в высшей и низшей степенях окисления и охарактеризуйте окислительно-восстанови- тельные свойства элемента в этих степенях окисления.
6.Охарактеризуйте химические свойства элемента, записав формулы его оксидов, гидроксидов, гидридов. С помощью уравнений реакций подтвердите химический характер оксидов и гидроксидов элемента.
7.Покажите, как изменяются свойства элементов периода, в котором находится ваш элемент.
8.Запишите элементы-аналоги и отметьте, как изменяются свойства аналогов с увеличением номера периода.
11
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Электронная |
Номер |
Электронная |
Номер |
Электронная |
|
вариан- |
вариан- |
вариан- |
||||
формула |
формула |
формула |
||||
та |
та |
та |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
3s23p5 |
11 |
5s25p2 |
21 |
3d14s2 |
|
2 |
4s24p4 |
12 |
3d64s2 |
22 |
4s24p2 |
|
3 |
3d54s2 |
13 |
5d106s1 |
23 |
3d34s2 |
|
4 |
3d104s2 |
14 |
5s25p3 |
24 |
2s22p5 |
|
5 |
4s24p4 |
15 |
5s1 |
25 |
6s1 |
|
6 |
4d105s1 |
16 |
3s23p1 |
26 |
3d24s2 |
|
7 |
2s22p4 |
17 |
3d104s1 |
27 |
5s25p4 |
|
8 |
5s1 |
18 |
3d74s2 |
28 |
3s23p4 |
|
9 |
3d54s1 |
19 |
4s1 |
29 |
5s2 |
|
10 |
4d75s1 |
20 |
2s22p5 |
30 |
4s24p5 |
Задание 2
1.Какие ионы более сходны по строению внешних электронных оболочек: Cd2 + и Ag + или Сd2 + и Ba2 + ?
2.Напишите полные электронные формулы атомов углерода (С), кремния (Si) и титана (Ti). К какому семейству по формирующим электронам относится каждый из этих элементов?
3.Какова электронная формула внешних электронных слоев ионов: Cs + , Cu2 + , Mn2 + , S2–? У каких из этих ионов внешняя электронная оболочка сходна с внешней электронной оболочкой инертных газов?
4.Сколько электронов содержат в наружном слое следующие ионы элементов четвертого периода: Ca2 + , Cr3 + , Zn2 + , Se2–, Br–. Какие из них сходны по строению электронной оболочки с атомами инертных газов?
5.Какие ионы элементов P, S и Cl одинаковы по своему строению с атомом аргона?
6.Как изменяются окислительно-восстановительные свойства элементов третьего периода при переходе от натрия к хлору? Объясните это с точки зрения строения электронных оболочек.
12
7.Сколько электронов содержат в наружном слое следующие элементы третьего периода: Mg, Al, P, S, Cl?
8.Одинаково ли строение электронных оболочек: а) у ионов хлора и ионов кальция; б) у ионов натрия и брома?
9.Сколько электронов содержат в наружном слое следующие ионы элементов пятого периода: Sr2 + , Mo3 + , Cd2 + , Te2–, I–. Какие из них сходны по строению электронной оболочки с атомами инертных газов?
10. Ядро атома содержит 10 нейтронов, электронная оболочка – 9 электронов. Какой это элемент? Какова электронная формула этого элемента?
11. Определите по формулам высших оксидов номера групп, в которых находятся элементы Э, образующие следующие оксиды: Э2О;
Э2О3; Э2О5, ЭО3.
12. Какие из ионов элементов пятого периода: Rb + , Sr2 + , Zr4 + , Ag + , Te2–, I– по строению электронной оболочки одинаковы с атомом криптона?
13.Напишите полные электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 18, 19 и 21. Какие это элементы? Назовите формирующие электроны атомов этих элементов.
14.Являются ли частицы: O2– и S2– аналогами по строению внешних электронных оболочек? Являются ли ионы: F– и Mn2 + аналогами по строению внешних электронных оболочек?
15.Какие из ионов: Sb3 + , Te2–, I–, Cs + – по строению электронной оболочки одинаковы с атомом ксенона (Хе)?
16.Найдите в периодической таблице элемент, имеющий конфигурацию внешней электронной оболочки 3d54s2. Какой это элемент? Запишите его полную электронную формулу.
17.Назовите возможные значения всех четырех квантовых чисел для каждого из четырех электронов бериллия.
18.Сколько неспаренных электронов имеет атом каждого из следующих элементов: Si, Mg, Fe, Tl? Какое максимальное количество электронов могут отдать эти элементы при окислении?
19.Какова электронная формула внешних электронных оболочек ионов: Cd2 + , Cr3 + , Mo4 + , Sr2 + ? У каких из этих ионов внешняя электронная оболочка сходна с внешней электронной оболочкой инертных газов?
13
20.Назовите элементы, соответствующие следующим характеристикам:
а) щелочной металл с валентным электроном на орбитали 5s; б) неметаллы с валентными электронами на орбитали 5р.
21.Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число ml при орбитальном квантовом числе l = 0; 1 и 2?
22.Какова электронная формула внешних электронных слоев ионов: K + , Cd2 + , Sn2 + , Se2–? У каких из этих ионов внешняя электронная оболочка сходна с внешней электронной оболочкой инертных газов?
23.На основе периодического закона определите, какой из перечисленных атомов имеет наибольшую энергию ионизации, а какой наименьшую: Al, Mg, P, Ar, S?
24.Какие ионы мышьяка (As) и селена (Se) имеют одинаковое электронное строение с атомом криптона (Kr)?
25.Найдите в периодической таблице элементы, у которых формула внешних электронов (n – 1)d4ns2. Напишите их химические символы
иполную электронную формулу одного из них.
26.Какие ионы одинаковы по строению своих внешних электронных оболочек: S2- и Cl– или Сl– и Br–?
27.Какие ионы элементов второго периода одинаковы по строению электронной оболочки с атомом неона Ne?
28.Какие из частиц: S, Cl + , P3 + , Si2 + – одинаковы по своему электронному строению?
29.Найдите в периодической таблице элемент, имеющий конфигурацию внешней электронной оболочки 5s25р4. Какой это элемент? Запишите формулу его высшего оксида.
30.Элемент со степенью окисления –2 имеет электронную структуру 1s22s22p63s23p63d104s24p6. Определите, какой это элемент.
Т е м а 3. Химическая термодинамика
Задание 1. Термохимические уравнения
Запишите термохимическое уравнение реакции образования вещества (см. вариант в табл. 4). Значение стандартной энтальпии образования fH0298 даны в приложении 4.
14
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Вещество |
Номер |
Вещество |
Номер |
|
Вещество |
варианта |
варианта |
варианта |
|
|||
|
|
|
|
|||
1 |
CH4(г) |
11 |
H2SO4(ж) |
21 |
|
NO2(г) |
2 |
Ca(OH)2(к) |
12 |
MgCl2(к) |
22 |
|
FeS(к) |
3 |
NH4Cl(к) |
13 |
HI(г) |
23 |
|
H2S(г) |
4 |
FeCO3(к) |
14 |
NaOH(к) |
24 |
|
PbO2(к) |
5 |
HNO3(ж) |
15 |
NH3(г) |
25 |
|
CO2(г) |
6 |
СuCO3(к) |
16 |
SiO2(к) |
26 |
|
FeSO4(к) |
7 |
CH3OH(ж) |
17 |
NiS(к) |
27 |
|
SO3(г) |
8 |
CaSO4(к) |
18 |
H2O(ж) |
28 |
|
MgCO3(к) |
9 |
HCl(г) |
19 |
Al2O3(к) |
29 |
|
CuCl2(к) |
10 |
KCl(к) |
20 |
CuI(к) |
30 |
|
CaC2(к) |
Задание 2
Дано уравнение реакции (табл. 5):
а) не прибегая к расчетам, определите знак энтропии реакции rS (> 0, < 0, = 0);
б) укажите, какая это реакция – экзотермическая или эндотермиче-
ская; |
|
|
|
|
|
в) рассчитайте r H 0 |
, |
r S 0 |
, |
r G0 |
и Тр; |
298 |
|
298 |
|
298 |
|
г) вычислите тепловой эффект реакции для заданной массы m или объема V.
Значения стандартных энтальпий образования |
f H2980 и стандарт- |
|||
ных энтропий S2980 см. в приложении 4. |
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 5 |
|
|
|
|
|
|
Номер |
Уравнение реакции A + B = C + D |
|
mА, г |
VC, л |
варианта |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
CH4(г) + 2 O2(г) = CO2(г) + 2 H2O(г) |
|
10.6 |
|
2 |
Na2CO3(т) = CO2(г) + Na2O(т) |
|
|
11.2 |
3 |
NH3(г) + 1.75 O2(г) = NO2(г) + 1.5 H2O(ж) |
|
|
6 |
4 |
СН3ОН(ж) + 1.5 О2(г) = СО2(г) + 2 Н2О(г) |
|
12 |
|
15
О к о н ч а н и е т а б л. 5
Номер |
Уравнение реакции A + B = C + D |
mА, г |
VC, л |
|
варианта |
||||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
5 |
2 СО(г) + O2(г) = 2 СО2(г) |
|
46 |
|
6 |
2 AsH3(г) + 3 O2(г) = 3 H2O (г) + As2О3(т) |
4.5 |
|
|
7 |
H2SO4(ж) = SO3(г) + H2O(г) |
9.8 |
|
|
8 |
4 HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г) |
|
5.6 |
|
9 |
2 NH3(г) + 1.5 O2(г) = N2(г) + 3 H2O(ж) |
|
1.12 |
|
10 |
C(графит) + H2O(г) = CO(г) + H2(г) |
24 |
|
|
11 |
2 C2H2(г) + 5 O2(г) = 4 CO2(г) + 2 H2O(г) |
|
28 |
|
12 |
SO2(г) + 2 H2S(г) = 3S(ромбич.) + 2 H2O(ж) |
5.6 |
|
|
13 |
Al (к) + Fe2O3(к) = Al2O3(к) + 2 Fe (к) |
7.4 |
|
|
14 |
MgCO3(к) = MgO(к) + CO2 (г) |
4.4 |
|
|
15 |
2 C2H4(г) + 6 O2(г) = 4 CO2(г) + 4 H2O(г) |
|
44.8 |
|
16 |
KСlO3(к) = KCl(к) + 1.5 O2(г) |
19 |
|
|
17 |
FeO (к) + SO2 (г) + 0.5 O2(г) = FeSO4 (к) |
22 |
|
|
18 |
3 H2O(г) + N2(г) = 2 NH3(г) + 1.5 O2(г) |
|
8.2 |
|
19 |
2FeSO4(к) = Fe2O3 (к) + 2SO2(г) + 0.5 O2 (г) |
14 |
|
|
20 |
2 C2H6(г) + 7 O2(г) = 4 CO2(г) + 6 H2O(г) |
|
12 |
|
21 |
CuO(к) + C(графит) = Cu(к) + CO(г) |
35 |
|
|
|
|
|
|
|
22 |
FeSO4(к) + CO2 (г) = FeCO3(к) + SO3 (г) |
48 |
|
|
23 |
BaO(к) + CO2(г) = BaCO3(к) |
54 |
|
|
24 |
Ca(OH)2(к) + CO2(г) = СaCO3(к) + H2O(ж) |
16 |
|
|
25 |
NH3(г) + 0.75 O2(г) = 1.5 H2O(ж) + 0.5 N2(г) |
22 |
|
|
26 |
Fe2O3(т) + 3 CO(г) = 2 Fe(т) + 3 CO2(г) |
14.4 |
|
|
27 |
2 Al(т) + 3 H2O(г) = Al2O3(т) + 3 H2(г) |
17.5 |
|
|
28 |
ZnS(к) + 1.5O2(г) = ZnO(к) + SO2(г) |
12.2 |
|
|
29 |
MoS2(т) + 3.5 O2(г) = 2 SO2(г) + MoO3(т) |
|
11.2 |
|
30 |
Mg(OH)2(к) + CO2 (г) = MgCO3(к) + H2O(г) |
18 |
|
16
Задание 3. Закон Гесса
1. Основной процесс, протекающий в доменной печи:
Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2.
Какая теплота выделяется или поглощается при получении 112 кг железа?
2. Реакция горения ацетилена выражается уравнением
C2H2 + 2.5 O2 = 2 CO2 + H2O(ж); rH0 = –1298 кДж/моль.
Определите энтальпию образования ацетилена. 3. Рассчитайте теплоту испарения воды, если
f HH2O(0 ж) = –285.8 кДж/моль, а f HH2O(0 г) = –241.8 кДж/моль.
4. Какая теплота выделится при сгорании 5 молей ацетилена
C2H2 + 2.5 O2 = 2 CO2 + H2O(ж)?
5. Определите энтальпию образования сероуглерода, если протекает реакция
CS2 + 3 O2 = CO2 + 2 SO2; rH0 = –1102 кДж/моль. 6. Разложение хлората калия протекает по уравнению
KСlO3(к) = KCl + 1.5 O2.
Какое количество теплоты выделилось, если объем кислорода после реакции равен 2.24 л (н.у.)?
7. Дана реакция
Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe + 3 CO2, rH0 = –269 кДж/моль.
Определите энтальпию образования Fe2O3.
8.Какое количество теплоты необходимо для разложения 2.5 г карбоната меди CuCO3(к) = CuO(к) + CO2(к)?
9.Определите стандартную энтальпию реакции
Fe2O3 + 2 Al = 2 Fe + Al2O3.
10. Вычислите тепловой эффект реакции 2 Р(к) + 5 Cl2(г) = 2 PCl5(к), если известны тепловые эффекты следующих реакций:
2 Р(к) + 3 Cl2(г) = 2 PCl3(к), |
rH0 = – 645 кДж/моль |
PCl3(к) + Cl2(г) = PCl5(к), |
rH0 = –126 кДж/моль. |
17
11. Дана реакция
SiO2 + CaO = CaSiO3, rH0 = –89.2 кДж/моль.
Определите энтальпию образования CaSiO3.
12.Определите энтальпию образования метана, С + 2 Н2 = СН4, если его энтальпия сгорания равна –890 кДж/моль, а энтальпии сгорания водорода и углерода равны соответственно –285 и –392 кДж/моль.
13.Какая теплота выделится при сгорании 112 л водяного газа
СО + Н2 + О2 = СО2 + Н2О, представляющего смесь равных объемов Н2 и СО?
14.Процесс восстановления железа: Fe2O3 + 3 H2 = 2 Fe + 3 H2O(г). Какая энергия выделяется или поглощается при получении 168 г железа?
15.Тепловой эффект реакции FeO(к) + SO2(г) + 0.5 О2(г) = FeSO4(к) равен –362.7 кДж/моль. Определите энтальпию образования FeSO4(к).
16.Какая энергия выделится при восстановлении 8 г CuO
CuO + H2 = Cu + H2O(ж)?
17. Процесс восстановления никеля: 2 NiO + C = 2 Ni + CO2. Какая теплота выделяется или поглощается при получении 112 г ни-
келя? |
|
|
18. |
Какова энтальпия реакции получения серной кислоты |
|
|
SO2(г) + H2O(г) + ½ O2(г) = H2SO4(ж)? |
|
19. |
Даны уравнения реакций: |
|
|
С(алмаз) + О2 = СО2(г); |
rH0 = – 395.0 кДж/моль, |
|
С(графит) + О2 = СО2(г); |
rH0 = – 393.1 кДж/моль. |
Какова энтальпия превращения графита в алмаз ? |
||
20. |
Реакция горения этилена выражается уравнением |
|
C2H4 + 3 O2 = 2 CO2 + 2 H2O(ж); rH0 = –1411 кДж/моль.
Определите энтальпию образования этилена.
21. Определите энтальпию реакции S(тв) + 2 N2O(г) = SO2(г) + 2 N2(г). Каков тепловой эффект процесса при участии в реакции 2 г серы?
18
22. Реакция горения метана выражается уравнением
CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O(ж); rH0 = –890 кДж/моль.
Определите энтальпию образования метана.
23. Какая тепловая энергия выделится при получении 6.4 г меди
CuO + H2 = Cu + H2O(ж)?
24. Реакция горения метанола выражается уравнением
CH3OH + 3/2 O2 = CO2 + 2 H2O(ж); rH0 = –726.4 кДж/моль.
Определите энтальпию образования метанола.
25. Дано уравнение реакции 1/2 Fe2O3 + Al = Fe + 1/2 Al2O3, rH0 = –419 кДж/моль. Рассчитайте энтальпию образования Al2O3. Ка-
кое количество теплоты выделяется при расходовании 1 г алюминия ? 26. Определите энтальпию образования Fe2O3 при проведении восста-
новления железа углем 3 C + 2 Fe2O3 = 4 Fe + 3 CO2, rH0 = 464 кДж/моль. Какое количество железа было получено, если было затрачено 20.7 кДж энергии?
27.Процесс восстановления хрома: Cr2O3 + 3 CO = 2 Cr + 3 CO2. Какая теплота выделяется или поглощается при получении 112 г хрома?
28.Какова энтальпия реакции серной кислоты
H2SO4(ж) = SO2(г) + H2O(г) + 1/2 O2(г)?
29. При восстановлении 15.9 г оксида меди CuO(к) + С(графит) = Cu(к) + СО(г)
поглотилось 22.2 кДж теплоты. Определите энтальпию образования
CuO(к).
30. Вычислите теплоту, необходимую для разложения 1 кг сульфата железа
2 FeSO4(к) = Fe2O3(к) + 2 SO2(г) + 0,5 О2(г).
Задание 4. Самопроизвольные и несамопроизвольные процессы
1. Будет ли при температуре 25 ºС самопроизвольно протекать реакция
1.5 C(т) + Fe2O3(т) 2 Fe(т) + 1.5 CO2(г)?
19
2. Какая из двух реакций идет самопроизвольно при 100 ºС (все вещества – газы):
а) NH3 + HCl = NH4Cl,
б) 2 H2O + CO2 = CH4 + 2 O2?
3. В каком интервале температур будет самопроизвольно протекать реакция
1/2 N2(г) + 3/2 H2(г) = NH3(г)?
4. Возможна ли при стандартных условиях реакция
2 Н2О(ж) + О2(г) = 2 Н2О2(ж)?
5.Можно ли при 25 oС получить аммиак по реакции
NH4Cl(т) + NaOH(т) = NaCl(т) + Н2О(ж) + NH3(г)?
6.Возможно ли при стандартных условиях горение кальция в ат-
мосфере оксида углерода Са(т) + СО |
СаО(т) + С(т)? |
7. Рассчитайте, по какому уравнению при 25 ºС возможно разло- |
|
жение пероксида водорода: |
|
а) Н2О2(г) = Н2(г) + О2(г); |
|
б) Н2О2(г) = Н2О(ж) + 1/2 О2(г). |
|
8. По знаку rG0298 определите, |
можно ли восстановить водородом |
оксид Li2O при стандартных условиях (Li2O(т) + Н2(г) 2 Li(т) + Н2О(г)). 9. В какой области температур становится возможной реакция
BaCO3(т) = ВаО(т) + СО2(г)?
10. Какие из перечисленных реакций идут самопроизвольно при
200 ºС:
а) 2 CO2 = 2 CO + O2;
б) CO + H2O = CO2 + H2?
11.По величине rG0298 определите, какой из оксидов: Cu2O или CuO – является более устойчивым при стандартных условиях.
12.Рассчитайте, какая из двух реакций при стандартных условиях может идти самопроизвольно:
а) 1/2 Fe2O2 + Al |
Fe + 1/2 Al2O3; |
б) Fe + 1/2 Al2O3 |
1/2 Fe2O3 + Al. |
13. Определите область температур, в которой возможно разложение оксида алюминия 1/2 Al2O3 Al + 0.75 O2.
20