Контрольная работа по «Химия»

 

 

Контрольная работа

по дисциплине «Химия»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ 1

Задача 1(13).

Избытком гидроксида калия подействовали на растворы: а) дигидрофосфата калия; б) нитрата дигидроксовисмута; Напишите уравнение реакций этих веществ с КОН и определите количество вещества эквивалентов и молярные массы эквивалента.

а) KH2PO4 + 2KOH = K3PO4 + 2H2O 
fэ(KH2PO4) = 1/2 
Mэ(KH2PO4) = M(KH2PO4) / fэ(KH2PO4) = 136 / 2 = 68 г/моль-экв 
 
б) Bi(OH)2NO3 + KOH = Bi(OH)3 + KNO3 
fэ(Bi(OH)2NO3) = 1 
Mэ(Bi(OH)2NO3) = M(Bi(OH)2NO3) / fэ(Bi(OH)2NO3) = 305 / 1 = 305 г/моль-экв

 

Задача 2(33).

Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 21 и 23. Сколько свободных d-орбиталей в атомах этих элементов

 

Принцип наименьшей энергии требует, чтобы электроны заселяли АО в порядке увеличения энергии электронов на этих орбиталях. Это отражает общее правило – максимуму устойчивости системы соответствует минимум ее энергии.

Энергия атомных орбиталей возрастает согласно ряду :

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s ≈ 3d < 4p < 5s ≈ 4d < 5p < 6s ≈ 4f ≈ 5d < 6p < 7s ≈ 5f ≈ 6d < 7p

 

Тогда:

21Sc– 1s22s22p63s23p64s23d1 – d-элемент

23V- 1s22s22p63s23p64s23d3  - d-элемент

d-орбитали определяются квантовым числом l = 2 (n ≥ 3), при котором ml = –2, –1, 0, +1, +2, то есть характеризуются пятью вариантами ориентации в пространстве.

Каждый подуровень содержит 2l + 1 орбитали. Отсюда -  5  d-орбиталей.

s  p                                      d

n=4	↑↓
n=3	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑
n=2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
n=1	↑↓

 

21Sc– 4 свободных 3dорбиталей

s      p                                    d

n=4	↑↓
n=3	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓	↑
n=2	↑↓	↑↓	↑↓	↑↓
n=1	↑↓

23V - 3 свободных 3dорбиталей

 

Задача 3(53).

Исходя из степени окисления атомов соответствующих элементов, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов является более сильным основанием: а) Sn(OH)2 или Sn(OH)4; б) CuOH или Cu(OH)2; в) Fe(OH)2 или Fe(OH)3? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида олова (II)

Чем ниже степень окисления элемента, тем сильнее выражены основные свойства гидроксида. Соответственно, СuOH, Fe(OH)2, Sn(OH)2, более сильные основания, чем Cu(OH)2, Fe(OH)3, Sn(OH)4.

 

Sn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Sn(OH)4] Sn(OH)2 + 2HCl = SnCl2 + 2H2O

 

Задача 4(73).

Какую химическую связь называют 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.

 

Ионной называют сильно поляризованную (при значительных различиях электроотрицательностей входящих в молекулу элементов) связь, когда электронная плотность практически целиком сдвинута к одной структурной единице.

Ионные соединения – обычно твердые и хрупкие вещества, плавящиеся при высоких температурах. Растворы ионных соединений проводят электрический ток, потому что при растворении они распадаются на заряженные ионы.

Механизм образования ионной связи можно рассмотреть на примере реакции между натрием и хлором. Атом щелочного металла легко теряет электрон, а атом галогена - приобретает. В результате этого возникает катион натрия и хлорид-анион. Они образуют соединение за счет электростатического притяжения между ними.

•• •• 
Na• + •Cl•• =Na++[••Cl••]- 
•• ••

Ионная связь в отличии от ковалентной, характеризуется ненаправленностью и ненасыщаемостью, а свойство поляризуемости теряет для неё всякий смысл.

 Примером ионного соединения является поваренная соль FeCl2 и KCl 
электролиз 
FeCl2 >Fe+ Cl2  
электролиз 
2KCl> 2K+ Cl2 (электролиз расплава)

Иногда встречается утверждение, что ионная связь – это химическая связь, возникающая в результате кулоновского притяжения противоположно заряженных ионов. Действительно, электростатическое притяжение противоположных зарядов в ионных соединениях вносит заметный вклад в энергию связи. Но в то же время ковалентная составляющая химической связи никогда не выключается полностью даже в наиболее ионных соединениях. Таким образом, граница между полярными ковалентными и ионными соединениями достаточно условна. Например, чистая вода (полярное ковалентное соединение) все-таки обладает электропроводностью (правда, очень низкой), а если поваренную соль (ионное соединение) расплавить и нагреть до кипения в вакууме, то в парах будут присутствовать молекулы Na–Cl, а не отдельные ионы Na+ и Cl–.

Типичные ионные соединения: NaCl, LiF. Уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы:

Na+ + 1e > Na0 
Cl- > Cl0 + 1e 
 
Li+ + 1e > Li0 
F- > F0 + 1e

 

Задача 5(93).

Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим уравнением: СН3ОН(ж) + 3/2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(ж); rН = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН3ОН(ж) равна +37,4 кДж.

CH3OH(ж) + 3/2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(ж),

∆Hх.р. = 2*(-285,84) - 393,51 + 238,57 = -726,62 кДж/моль

Задача 6(113).

Вычислите rНo, rSo и rGoT реакции, протекающей по уравнению: Fe2O3(к) + ЗН2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О(г)

Возможна ли реакция восстановления Fе2О3 водородом при температурах 500 и 2000 К?

 Ответ: +96,61 кДж; 138,83 Дж/К; 27,2 кДж; -181,05 кДж.

 
1. В химической  реакции, протекающей по уравнению: 
Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г)

Тепловой эффект реакции (∆Нх.р.), исходя из следствия закона Гесса, равен сумме теплот образования ∆Нобр. продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции. 
∆Нх.р.= ∑Нобр.прод. - ∑Нобр.исх.

∆Нх.р.= (2 ∆Н°Fe(к) +3∆Н°Н2О (г)) – (∆Н° Fe2O3(к) + 3 ∆Н°Н2г) 
- теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю; 
- теплота образования Н2О (г) равна -241.83 (по табл. №5 ) 
- теплота образования Fe2O3(к) равна -822.10 (по.табл.№5) 
Исходя из указанных данных: 
∆Нх.р.= 3(-241.83) – (-822.10) = -725.49 – (-822.10) = 96.61 кДж 
Ответ: ∆Нх.р.= 96.61 кДж

 
2. Изменение энтропии продуктов  химической реакции, протекающей  по уравнению

Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г), 
Рассчитывается по формуле: 
∆Sх.р.= ∑Sпрод. - ∑Sисх. 
∆Sх.р.= (2 ∆S°Fe(к) +3∆S°Н2О (г)) – (∆S° Fe2O3(к) + 3 ∆S°Н2г), где:

∆S°Fe(к)= 27.2 Дж/(моль*К) 
∆S°Н2О (г))= 188.72 Дж/(моль*К) 
∆S° Fe2O3(к) = 89.96 Дж/(моль*К) 
∆S° O/H2(г) = 130.59 Дж/(моль*К) 
(данные из табл.7) 
С учетом этих данных: 
∆Sх.р.= (2*27.2 +3*188.72) – (89.96+3*130.59) = 620.56-481.73 = 138.83 Дж/(моль*К) 
Ответ: ∆Sх.р.= 138.83 Дж/(моль*К)

3. Мерой химического  сродства (∆G°) является убыль энергии  Гиббса (изменение изобарно- термического потенциала или энергии Гиббса). 
Убыль энергии Гиббса ∆G°х.р. в химической реакции

Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г) 
вычисляем по формуле: 
∆G°х.р = ∆Н° - Т*∆S° 
∆G°х.р = 96.61 – 298*0.13883 = 96.61-41.37 = +55.24кДж 
Ответ: ∆G°х.р = +55.24кДж

Т.к. ∆G°х.р. > 0, то реакция при стандартных условиях невозможна; при этих условиях пойдет обратная реакция - окисление железа (коррозия). 
Определяем температуру, при которой ∆G°х.р.= 0

∆Н = Т*∆S, отсюда Т = ∆Н/∆S = 96.61/0.13883 = 695.9°К, 
отсюда находим убыль энергии при 500°К : 
∆G500 =96.61-500*0.13883 кДж = +27.19 кДж 
Таким образом, ∆G при температуре 500°К составляет +27.19 кДж,  
т.е. ∆G > 0 и реакция невозможна. 
При температуре 2000°К находим ∆G2000 аналогично: 
∆G2000 = 96.61 – 2000*0.13883 = 96.61 -277.66 = - 181.кДж 
∆G2000 = - 181.кДж 
∆G2000 <0, значит при температуре 2000°К реакция возможна.

 

Задача 7(133).

Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы         С + H2О(г)      CO + Н2. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции - образования водяных паров? 

 

Константа равновесия (Кр) характеризует как прямую, так и обратную реакцию: Кр = [CO]*[H2]/[H2O],

где [ ] означает равновесные концентрации веществ.

Чтобы сместить равновесие в обратном направлении следует

1) повысить давление в  системе;

2) увеличить концентрйацию угарного газа и (или) водорода.

 

Задача 8(153).

Какой объем 0,3 н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 см3?

 

Cн(NaOH) = m(NaOH) / ( fэ(NaOH)*M(NaOH)*V(р-ра) ) = 0,32 / ( 1*40*0,04 ) = 0,2 моль-экв/л 
Cн(NaOH)*V(р-ра NaOH) = Cн(к-ты)*V(к-ты) 
V(к-ты) = 0,2*0,04 / 0,3 = 0,0267 л = 26,7 мл

 

 

Задача 9(173).

Вычислите температуру кристаллизации 2%-ного раствора этилового спирта C2H5OH. Криоскопическая константа воды 1,86°. Ответ: -0,82°С.

Пусть дан 1 кг воды в котором растворен этиловый спирт, тогда: 
2 = 100*m(C2H5OH)/(m(C2H5OH) + 1000) 
m(C2H5OH) = 20,41 г 
Cm = 20,41/46 = 0,44 моль/кг 
∆t = 0,44*1,86 = 0,82°С 
Tзам. = 0 - 0,82 = -0,82°С

 

Задача 10(193).

Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:

a) Na3PO4 и CaCl2;

 б) К2СОз и ВаСl2;

 в) Zn(OH)2 и КОН.

 

а) 2Na3PO4 + 3CaCl2 →Ca3(PO4)2↓ + 6NaCl

6Na+ + 2PO43- + 3Ca2+ + 6Cl- →Ca3(PO4)2↓ + 6Na+ + 6Cl- 

3Ca2+ + 2PO43- → Ca3(PO4)2 ↓

 

б)K2CO3 + BaCl2 → BaCO3↓ + 2KCl 
2K+ + CO32- + Ba2+ + 2Cl- → BaCO3↓ + 2K+ + 2Cl- 
Ba2+ + CO32- → BaCO3↓

в) Zn(OH)2 + 2KOH → K2[Zn (OH)4] 
Zn(OH)2 + 2K+ + 2OH- → 2K+ + [Zn (OH)4]2- 
Zn(OH)2 + 2OH- → [Zn (OH)4]2-

 

Задача 11(213).

Какая из двух солей при равных условиях в большей степени подвергается гидролизу: Na2СО3 или Na2SO3; FеС13 или FeCl2? Почему? Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза этих солей.

 

Na2CO3 в большей степени подвергается гидролизу, т.к. соль образована более слабой кислотой, чем в случае Na2SO3. FeCl3образована более слабым основанием чем FeCl2 и поэтому подвергается гидролизу в большей степени.

Na2CO3 + HOH ⇄ NaHCO3 + NaOH 
2Na+ + CO32- + HOH ⇄ Na+ + HCO3- + Na+ + OH- 
CO32- + HOH ⇄ HCO3- + OH- 
pH больше 7, среда щелочная. 
 
FeCl3 + HOH ⇄ FeOHCl2 + HCl 
Fe3+ + 3Cl- + HOH ⇄ FeOH2+ + 2Cl- + H+ + Cl- 
Fe3+ + HOH ⇄ FeOH2+ + H+ 
pH меньше 7, среда кислая