Добавил:
volobl035@yandex.ru Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

428052

.pdf
Скачиваний:
9
Добавлен:
01.03.2018
Размер:
609.1 Кб
Скачать

22. , ∙ кг металла вытесняют из кислоты 1,4 л водорода, измеренного при н.у. Эта же масса металла вытесняет , ∙ кг свинца из растворов его солей.

Вычислите эквивалентную массу свинца.

Ответ.

По закону эквивалентов массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ, а также массы (объемы) продуктов этой реакции пропорциональны эквивалентным массам (объемам) этих веществ. Следовательно, можно записать:

(Me) (H2)Э(Me) = Э(H2)

(Me) (Pb)Э(Me) = Э(Pb)

Отсюда выражаем и рассчитываем эквивалентную массу свинца, учитывая, что эквивалентный объем водорода равен 11,2 л/моль:

 

(Pb) ∙ (Me)

 

(Pb) ∙ (H

)

 

12,95 ∙ 10−3 ∙ 11,2

 

(Pb) =

Э

=

Э 2

 

=

 

 

= 103,6 ∙ 10−3 кг/моль

 

 

 

 

 

 

Э

(Me)

 

(H2)

 

 

1,4

 

 

 

 

 

 

 

 

47. В чем заключается принцип Паули? Может ли быть на каком-нибудь подуровне атома или -электронов? Почему? Составьте электронную формулу атома

элемента с порядковым номером 22 и укажите его валентные электроны.

Ответ.

Принцип Паули, который часто называют еще принципом запрета, ограничивает число электронов, которые могут находиться на одной орбитали. Согласно принципу Паули, на любой орбитали может находиться не более двух электронов и то лишь в том случае, если они имеют противоположные спины (неодинаковые спиновые числа). Поэтому в атоме не должно быть двух электронов с одинаковыми четырьмя квантовыми числами.

На подуровне со значением орбитального квантового числа, равным , находится (2 + 1) орбиталь, на каждой из которых может находиться не более двух электронов.

На подуровне атома не может быть 7-электронов, так как для -подуровня орбитальное квантовое число = 1 и, следовательно, на -подуровне может находиться не более 2 ∙ (2 ∙ 1 + 1) = 6 электронов.

На подуровне атома не может быть 12-электронов, так как для -подуровня орбитальное квантовое число = 2 и, следовательно, на -подуровне может находиться не более 2 ∙ (2 ∙ 2 + 1) = 10 электронов.

Так как число электронов в атоме равно заряду ядра, то есть порядковому номеру элемента, то для атома элемента №22 электронная формула запишется следующим образом: 1 22 22 63 23 63 24 2 (валентные электроны подчеркнуты).

72. Исходя из степени окисления атомов соответствующих элементов, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов является более сильным основанием: CuOH или ( ) ; ( ) или ( ) ; ( ) или

( ) ? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида

олова(II).

Ответ.

Если элемент проявляет переменную степень окисления и образует несколько оксидов и гидроксидов, то с увеличением степени окисления свойства этих соединений изменяются от основных через амфотерные к кислотным.

Гидроксид меди(I) CuOH проявляет основные свойства; с ростом степени окисления меди меняются и свойства образуемых гидроксидов – гидроксид меди(II) Cu(OH)2 проявляет слабоосновные свойства. Таким образом, CuOH является более сильным основанием.

Гидроксид железа(II) Fe(OH)2 проявляет основные свойства, для гидроксида железа(III) Fe(OH)3 характерны слабоосновные свойства, с долей амфотерности. Таким образом, Fe(OH)2 является более сильным основанием.

Гидроксид олова(II) Sn(OH)2 проявляет амфотерные свойства, гидроксид олова(IV) Sn(OH)4 также имеет амфотерный характер, с преобладанием кислотных свойств. Таким образом, Sn(OH)2 является более сильным основанием.

Уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида олова(II), запишутся следующим образом:

Sn(OH)2 + 2HCl → SnCl2 + 2H2O

Sn(OH)2 + 2NaOH → Na2SnO2 + 2H2O

97. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов, в соединениях , , HCOOH, .

Ответ.

Степень окисления – это условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения, что оно состоит только из ионов. Степень окисления может принимать отрицательное, положительное и нулевое значение. Сумма степеней окисления атомов в соединении всегда равна нулю, а в сложном ионе – заряду иона.

Запишем структурные формулы указанных в условии соединений:

H

H

 

 

|

|

O

 

H − C − H

H − C − O − H

||

O = C = O

|

|

H − C − O − H

 

H

H

 

 

Как видно, во всех указанных соединениях валентность углерода равна 4, так как углерод связан 4 ковалентными связями с другими элементами.

Степень окисления атома углерода в соединениях разная:

−4 +1

−2 +1

−2 +1

+1 +2 −2 −2 +1

+4 −2

C H4

C H3 O H

H C O O H

C O2

В метане CH4 степень окисления углерода равна −4; в метаноле CH3OH степень окисления углерода равна −2; в муравьиной кислоте HCOOH степень окисления углерода +2; в диоксиде углерода CO2 степень окисления углерода +4.

122. Рассчитайте ∆H , если известно, что:

+ → + ,

= − , кДж;

+ → ,

= − , кДж;

→ + ,

= + , кДж.

Ответ.

 

Стандартной теплотой образования называется тепловой эффект реакции образования данного соединения из простых веществ, отвечающих наиболее устойчивому состоянию рассматриваемого элемента при температуре 298 К и стандартном давлении.

Так, теплота образования 1 моль ZnSO4 равна тепловому эффекту реакции образования сульфата цинка в данной его кристаллической модификации из металлического цинка, кристаллической серы и газообразного кислорода:

Zn + S + 2O2 → ZnSO4

Термохимические расчеты проводят на основании закона Гесса: тепловой эффект реакции не зависит от пути, по которому протекает процесс, а определяется только природой исходных веществ и продуктов реакции и их физическим состоянием. Согласно закону Гесса, при расчетах с термохимическими уравнениями можно производить любые алгебраические действия, то есть переносить члены уравнений из одной части уравнения в другую, складывать, вычитать и т.д.

Имеем:

(1)2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2; ∆ 1 = −890,0 кДж

(2)2SO2 + O2 → 2SO3; ∆ 2 = −196,6 кДж

(3)ZnSO4 → ZnO + SO3; ∆ 3 = +234,0 кДж

(4)Zn + S → ZnS; ∆ 4 = −205,18 кДж

(5)Zn + S + 2O2 → ZnSO4; = ?

Нетрудно заметить, что для получения уравнения (5) необходимо к уравнению

(1) прибавить уравнение (2), вычесть умноженное на 2 уравнение (3) и прибавить умноженное на 2 уравнение (4), а полученный результат разделить на 2. Такие же действия проведем и с энтальпиями этих реакций, то есть теплота образования сульфата цинка будет равна:

=

1 + 2 − 2 ∙ 3 + 2 ∙ 4

2

 

Подставляя значения, получим:

= −890,0 + (−196,6) − 2 ∙ 234,0 + 2 ∙ (−205,18) = −982,48 кДж 2

147. Определите расчетом, какие из реакций, уравнения которых:

а) (г) + (т) (г) + (т); б) (т) + (г) (т) + (г);

г) (т) + (г) (т) + (г);

будут протекать самопроизвольно в изолированной системе при стандартных условиях. Сделайте вывод о возможности протекания реакции.

Ответ.

В изолированной системе самопроизвольно протекают процессы, идущие с ростом энтропии ( > 0). Определяем изменении энтропии реакций согласно закона Гесса:

а) 2980 = 4 ∙ 298,H0 2 (г) + 298,Fe0 3O4 (т) − 4 ∙ 298,H0 2O (г) − 3 ∙ 298,Fe0 (т) =

= 4 ∙ 130,52 + 146,19 − 4 ∙ 188,72 − 3 ∙ 27,15 = −168,06 Дж/К

б) 2980 = 2 ∙ 298,Fe0 3O4 (т) + 298,CO0 2 (г) − 3 ∙ 298,Fe0 2O3 (т) 298,CO0 (г) =

= 2 ∙ 146,19 + 213,66 − 3 ∙ 87,45 − 197,55 = 46,14 Дж/К

г) 0

= 2 ∙ 0

 

+ 0

 

O

 

− 3 ∙ 0

0

 

 

=

 

298

298,Fe O

4 (т)

298,H

2

(г)

298,Fe O

298,H

2

(г)

 

 

 

3

 

 

2 3 (т)

 

 

 

= 2 ∙ 146,19 + 188,72 − 3 ∙ 87,45 − 130,52 = 88,23 Дж/К

 

 

 

Как видно из расчетов, самопроизвольно в изолированной системе при

стандартных условиях могут протекать реакции (б) и (г), для которых

 

0

 

> 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

298

 

Зная, что есть функция состояния и что для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим

0

реакций (б) и (г):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

298

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б) 0

= 2 ∙ 0

 

 

+ 0

 

 

 

 

− 3 ∙ 0

 

 

 

0

 

 

=

 

298

298,Fe O

(т)

298,CO

2

(г)

298,Fe O

3

(т)

298,CO

(г)

 

 

 

3

4

 

 

 

2

 

 

 

 

= 2 ∙ (−1014,17) + (−394,37) − 3 ∙ (−740,34) − (−137,15) = −64,54 кДж

 

в) 0

= 2 ∙ 0

 

 

+ 0

 

O

 

− 3 ∙ 0

 

 

 

0

 

 

=

 

298

298,Fe O

4

(т)

298,H

2

(г)

298,Fe O

3

(т)

298,H

2

(г)

 

 

 

3

 

 

 

2

 

 

 

= 2 ∙ (−1014,17) + (−228,61) − 3 ∙ (−740,34) − 0 = −35,93 кДж

Полученные значения 2980 < 0 указывают на возможность протекания реакций.

172. Исходные концентрации азота и водорода в реакции + были (моль/л): [ ] = , [ ] = . К моменту наступления равновесия прореагировало

10% исходного количества азота. Вычислить давление газовой смеси в этот момент, если температура ее была 500°С.

Ответ.

Согласно условию, к моменту наступления равновесия прореагировало 10% исходного количества азота, то есть 2 ∙ 0,1 = 0,2 моль. В соответствии с уравнением реакции, 1 моль взаимодействует с 3 моль H2 и при этом образуется 2 моль NH3. Следовательно, 0,2 моль N2 прореагирует с 0,2 ∙ 3 = 0,6 моль H2 с образованием 0,2 ∙ 2 = = 0,4 моль NH3.

Таким образом, количества молей каждого газа и общее количество молей газов в 1 л смеси в момент равновесия равно:

(N2) = 2 − 0,2 = 1,8 моль

(N2) = 8 − 0,6 = 7,4 моль

(NH3) = 0,4 моль

Σ = 1,8 + 7,4 + 0,4 = 9,6 моль

Для вычисления давление газовой смеси в этот момент воспользуемся уравнением Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа), которое устанавливает соотношение между количеством вещества газа (∑ , моль), температурой (T, К), давлением ( , Па) и объемом (V, м3):

∙ = ∑ ∙ ∙ ,

где R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль∙К). Отсюда давление газовой смеси определим по уравнению:

= ∑ ∙ ∙

Подставляя значения и учитывая, что = 1 л = 0,001 м3, а = 500°С = 773 К,

получим:

= 9,6 ∙ 8,314 ∙ 773 = 6,17 ∙ 107 Па 0,001

197. Водный раствор содержит 577 г в 1 л. Плотность раствора 1,335 г/см . Вычислите массовую долю в растворе, а также эквивалентную

концентрацию раствора.

Ответ.

Пусть имеется 1 л = 1000 мл раствора серной кислоты. Масса раствора равна:

р-ра = ρ = 1,335 ∙ 1000 = 1335 г

Массовая доля ‒ отношение массы растворенного вещества к массе раствора:

ω = ∙ 100%,

р-ра

где ω ‒ массовая доля; – масса растворенного вещества; р-ра – масса раствора. Подставляя значения, получим:

577 ω = 1335 ∙ 100 = 43,22%

Эквивалентная концентрация ‒ число молей эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в одном литре раствора:

н = Э ,

где н – эквивалентная концентрация; Э ‒ количество вещества эквивалентов; – масса растворенного вещества; Э – молярная масса эквивалентов растворенного вещества; V ‒ объем раствора.

Подставляя значения и учитывая, что молярная масса эквивалентов H2SO4 равна

98/2 = 49 г/моль, получим:

577н = 49 ∙ 1 = 11,78 моль/л

222. Сколько граммов глюкозы содержится в 200 мл раствора, осмотическое давление которого при 37 составляет 8 атм.?

Ответ.

Осмотическое давление рассчитывается по уравнению Вант-Гоффа:

π =

∙ ∙

,

 

 

 

где π – осмотическое давление раствора;

– масса растворенного вещества;

R – универсальная газовая постоянная, равная 82,057 см3∙атм/(моль∙К); T – абсолютная температура; М – молярная масса растворенного вещества; V – объем раствора.

Отсюда выражаем и рассчитываем массу растворенного вещества, учитывая, что молярная масса C6H12O6 равна 180 г/моль, а = 37 = 310 К:

=

π ∙ ∙

=

8 ∙ 180 ∙ 200

= 11,32 г

 

 

82,057 ∙ 310

247. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионными

уравнениями:

а) + + → + ; б) + + ;

в) + + .

Ответ.

При составлении молекулярных уравнений для соответствующих ионномолекулярных необходимо помнить, что формулы слабых электролитов, осадков и газов пишут в ионных уравнениях в молекулярной форме. Следовательно, если в левой части ионно-молекулярных уравнений указаны свободные ионы, которые образуются при диссоциации растворимых сильных электролитов, то при составлении молекулярных уравнений следует исходить из соответствующих растворимых сильных электролитов.

а) Наличие гидрокарбонат-анионов HCO3 и катионов водорода H+ говорит о том, что взаимодействуют два сильных электролита – растворимая кислая соль угольной кислоты и сильная кислота, состав которых может быть весьма разнообразным, то есть одному ионно-молекулярному уравнению может соответствовать несколько молекулярных уравнений. Например:

KHCO3 + HCl → H2O + CO2 + KCl

б) Наличие катионов кадмия Cd2+ и сульфид-анионов S2− говорит о том, что взаимодействуют два сильных электролита – растворимые соли кадмия и сероводородной кислоты, состав которых может быть весьма разнообразным, то есть одному ионно-молекулярному уравнению может соответствовать несколько молекулярных уравнений соответственно. Например:

CdCl2 + Na2S → CdS + 2NaCl

в) Наличие катионов свинца(II) Pb2+ и йодид-анионов Iговорит о том, что взаимодействуют два сильных электролита – растворимые соли свинца(II) и йодоводородной кислоты, состав которых может быть весьма разнообразным, то есть одному ионно-молекулярному уравнению может соответствовать несколько молекулярных уравнений соответственно. Например:

Pb(NO3)2 + 2KI → PbI2 + 2KNO3

272. Почему растворы и NaCN имеют щелочную реакцию, а растворы и– кислую? Ответ подтвердите, составив уравнения гидролиза в

молекулярном и ионном виде.

Ответ.

Соль карбонат калия K2CO3 образована сильным основанием KOH и слабой кислотой H2CO3. При растворении в воде молекулы K2CO3 полностью диссоциируют на катионы калия K+ и карбонат-анионы CO23. Катионы K+ не могут связывать ионы OHводы, так как KOH – сильный электролит. Анионы же CO23связывают ионы H+ воды, образуя слабодиссоциирующие анионы кислой соли HCO3 , которые являются более слабым электролитом, чем молекулы H2CO3. Поэтому в обычных условиях гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону. Молекулярное и ионномолекулярное уравнения гидролиза запишутся следующим образом:

K2CO3 + H2O KHCO3 + KOH

CO23+ H2O HCO3 + OH

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов OH, поэтому раствор карбоната калия K2CO3 имеет щелочную реакцию (pH > 7).

Соль цианид натрия NaCN образована сильным основанием NaOH и слабой кислотой HCN. При растворении в воде молекулы NaCN полностью диссоциируют на катионы натрия Na+ и цианид-анионы CN. Катионы Na+ не могут связывать ионы OHводы, так как NaOH – сильный электролит. Анионы же CNсвязывают ионы H+ воды, образуя молекулы слабого электролита HCN. Соль гидролизуется по аниону. Молекулярное и ионно-молекулярное уравнения гидролиза запишутся следующим образом:

NaCN + H2O HCN + NaOH

CN+ H2O HCN + OH

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов OH, поэтому раствор цианида натрия NaCN имеет щелочную реакцию (pH > 7).

Соль хлорид аммония NH4Cl образована слабым основанием NH4OH и сильной кислотой HCl. При растворении в воде молекулы NH4Cl полностью диссоциируют на катионы аммония NH4+ и хлорид-анионы Cl. Анионы Clне могут связывать ионы H+ воды, так как HCl – сильный электролит. Катионы же NH4+ связывают ионы OHводы, образуя молекулы слабого электролита NH4OH. Соль гидролизуется по катиону. Молекулярное и ионно-молекулярное уравнения гидролиза запишутся следующим образом:

NH4Cl + H2O NH4OH + HCl

NH4+ + H2O NH4OH + H+

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов Н+, поэтому раствор хлорида аммония NH4Cl имеет кислую реакцию (pH < 7).

Соль хлорид цинка ZnCl2 образована слабым основанием Zn(OH)2 и сильной кислотой HCl. При растворении в воде молекулы ZnCl2 полностью диссоциируют на катионы цинка Zn2+ и хлорид-анионы Cl. Анионы Clне могут связывать ионы H+ воды, так как HCl – сильный электролит. Катионы же Zn2+ связывают ионы OHводы, образуя слабодиссоциирующие катионы основной соли ZnOH+, которые являются более слабым электролитом, чем молекулы Zn(OH)2. Поэтому в обычных условиях гидролиз идет по

первой ступени. Соль гидролизуется по катиону. Молекулярное и ионно-молекулярное уравнения гидролиза запишутся следующим образом:

ZnCl2 + H2O ZnOHCl + HCl

Zn2+ + H2O ZnOH+ + H+

В результате гидролиза в растворе появляется некоторый избыток ионов Н+, поэтому раствор хлорида цинка ZnCl2 имеет кислую реакцию (pH < 7).

Соседние файлы в предмете Химия