Задачи по "Общей и неорганической химии"

                                

      Рассуждая аналогичным образом, для процесса, проходящего в изохорных условиях, можно получить изохору Вант-Гоффа:

                             

      Изобара и изохора Вант-Гоффа связывают  изменение константы химического  равновесия с тепловым эффектом реакции  в изобарных и изохорных условиях соответственно. Очевидно, что чем  больше по абсолютной величине тепловой эффект химической реакции, тем сильнее влияет температура на величину константы равновесия. Если реакция не сопровождается тепловым эффектом, то константа равновесия не зависит от температуры.

      Экзотермические реакции: ΔH° < 0 (ΔU° < 0). В этом случае, согласно полученным уравнениям изобары и изохоры Вант-Гоффа, температурный коэффициент логарифма константы равновесия отрицателен. Повышение температуры уменьшает величину константы равновесия, т.е. смещает равновесие влево.

      Эндотермические реакции: ΔH° > 0 (ΔU° > 0). В этом случае температурный коэффициент логарифма константы равновесия положителен; повышение температуры увеличивает величину константы равновесия (смещает равновесие вправо). 
 

      151. Сколько граммов  NaCl и H₂O нужно взять для приготовления 0,5 л 2 н раствора?

      Решение.

      Эквивалентная масса хлорида натрия равна его  молярной массе, поэтому нормальность раствора численно совпадает с его  молярностью. Нужно приготовить 0,5 л  раствора, концентрация которого 2 моль соли в 1 л раствора. Тогда в 0,5 л раствора содержится 1 моль соли. Молярная масса хлорида натрия равна 23+35,5=58,5 г/моль, то есть необходимо взять 58,5 г соли. Масса воды для приготовления раствора составит 500-58,5=441,5 г (пренебрегая изменением плотности раствора и принимая плотность за единицу).

      Ответ: 58,5 г соли и 441,5 г воды. 

      185. Определить степень  диссоциации и  концентрацию ионов  в растворе, в 1 л которого содержится 3,5 г NH₄OH (Кд=1,8*10^-5). Запишите уравнение диссоциации. Как изменятся значения и Кд раствора при уменьшении его концентрации? Ответ обосновать.

      Решение.

      Гидроксид аммония в водных растворах диссоциирует по уравнению:

      NH₄OH <=> NH₄⁺ + OH^-

      Константа этого равновесия называется константой диссоциации:

      

      Если  в 1 л раствора содержится 3,5 г гидроксида аммония, молярная масса которого 35 г/моль, то раствор является 0,1 молярным. Подставляя известные значения, находим:

       (здесь мы вместо равновесной  концентрации подставили исходную  концентрацию, поскольку соединение диссоциирует слабо, и равновесная концентрация практически равна исходной концентрации).

      Тогда [OH^-]=[NH₄⁺]= 1,34*10^-3 моль/л.

      Степень диссоциации определяется отношением количества диссоциированных частиц к  общему количеству молекул электролита в растворе. =1,34*10^-3/0,1=1,34%.

      Константа диссоциации есть величина постоянная, не зависящая от концентрации раствора (для разбавленных растворов). При  уменьшении концентрации гидроксида аммония  в растворе уменьшится концентрация гидроксид-ионов и ионов аммония. Например, если уменьшить концентрацию с 0,1 моль/л до 0,001 моль/л (в сто раз), то

      [OH^-]=[NH₄⁺]= 1,34*10^-4 моль/л (уменьшится в 10 раз). Одновременно увеличится степень диссоциации: =1,34*10^-4 /0,001=13,4% (увеличится в 10 раз).

      Ответ: [OH^-]=[NH₄⁺]=1,34*10^-3 моль/л. 

      216. Сколько граммов  гидроксида аммония  NH₄OH (Кд=1,8*10^-5) и гидроксида калия KOH ( =1) содержится в 1 л их растворов, если значения рН у них одинаковы и равны 11,13? Ответ подтвердить уравнениями диссоциации и соответствующими расчетами.

      Решение.

      Гидроксид аммония в водных растворах диссоциирует по уравнению:

      NH₄OH <=> NH₄⁺ + OH^-

      Константа этого равновесия называется константой диссоциации:

      

      Если  рН=11,13, то рОН=14-рН=14-11,13=2,87, а [OH-]=10^-2,87=1,358*10^-3 моль/л.

      Подставляя  известные значения, находим:

       , откуда равновесная концентрация  гидроксида аммония в растворе  равна 0,1 моль/л. Исходная концентрация гидроксида аммония принимается равной равновесной концентрации, поскольку соединение диссоциирует слабо, и равновесная концентрация практически равна исходной концентрации.

      Молярная  масса гидроксида аммония 35 гмоль, следовательно, 1 л 0,1 молярного раствора содержит 0,1 моль или 3,5 г этого вещества. 

      Гидроксид калия необратимо диссоциирует по уравнению?

      KOH => K⁺ + OH^-

      Концентрация  гидроксида калия в растворе равна  концентрации гидроксид-ионов. рОН=14-рН=14-11,13=2,87, а [OH-]=10^-2,87=1,358*10^-3 моль/л. То есть в 1 л раствора содержится 1,358*10^-3 моль гидроксида калия. Молярная масса гидроксида калия равна 56 г/моль, тогда в 1 л раствора содержится 56*1,358*10^-3=0,076 г гидроксида калия.

      Ответ: 3,5 г NH₄OH; 0,076 г KOH. 

      241. В молекулярной  и краткой ионной  формах запишите  уравнения реакций  получения и гидролиза  соли NH₄NO₃ и рассчитайте рН раствора, в 1 л которого содержится 0,8 г этой соли.

      Решение.

      Нитрат  аммония можно получить по реакции  нейтрализации гидроксида аммония кислоты азотной кислотой:

      NH₄OH + HNO₃ => NH₄NO₃ + H₂O

      NH₄⁺ + OH^- + H+ + NO₃^- => NH₄⁺ + NO₃^- + H₂O

      H⁺ + OH^- => H₂O 

      Нитрат  аммония – соль, образованная слабым основанием и сильной кислотой, поэтому  в водных растворах подвергается гидролизу по катиону.

      NH₄⁺ + HOH => NH₄OH + H⁺ (реакция среды кислая)

      Константа равновесия данной реакции (константа  гидролиза):

        

      Молярная  масса нитрата аммония равна 80 г/моль, следовательно, в 1 л раствора содержится 0,8/80=0,01 моль этой соли.

      Концентрация ионов водорода в растворе рассчитывается по уравнению:

      [H⁺]= =(0,01*0,555*10^-9)^0,5

      [H⁺]=2,36*10^-6 моль/л

      рH=5,6

      Ответ: рН=5,6 

      256. На основании электронно-ионных схем составьте полные молекулярные уравнения окислительно-восстановительных реакций, установив восстановитель, окислитель и процессы окисления и восстановления.

      KBr + KMnO₄ + H₂SO₄ => Br₂ + MnSO₄

      I₂ + KOH => KIO₃ + KI

      Решение.

      Запишем неполные молекулярные уравнения и  определим степень окисления  атомов, установив окислитель и восстановитель

           _{-1             +7                                           0           +2}

      KBr + KMnO₄ + H₂SO₄ => Br₂ + MnSO₄

      Запишем уравнение в краткой ионной форме  в соответствии с вышеуказанным:

      Br^- + MnO₄^- + H⁺ => Br₂ + Mn²⁺ + H₂O

      Составим уравнения восстановления и окисления с учетом материального и электронного баланса

      2Br^- - 2e => Br₂   |5 окисление

      MnO₄^- + 8H⁺ + 5e => Mn²⁺ + 4H₂O |2 восстановление

      Сокращенное ионное уравнение

      10Br^- + 2MnO₄^- + 16H⁺ => 5Br₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

      Молекулярное уравнение реакции

      10KBr + 2KMnO₄ + 8H₂SO₄ => 5Br₂ + 2MnSO₄ + 8H₂O + 6K₂SO₄ 

      Запишем неполные молекулярные уравнения и  определим степень окисления  атомов, установив окислитель и восстановитель

      _{0                                 +7              -1}

      I₂ + KOH => KIO₃ + KI + H₂O

      Запишем уравнение в краткой ионной форме  в соответствии с вышеуказанным:

      I₂ + OH^- => IO₃^- + I^- + H₂O

      Составим  уравнения восстановления и окисления  с учетом материального и электронного баланса

      I₂ + 2e => 2I^-    |5 восстановление

      I₂ + 6OH^- - 5e => IO₃^- + 3H₂O |2 окисление

      Сокращенное ионное уравнение

      3I₂ + 6OH^- => IO₃^- + 5I^- + 3H₂O

      Молекулярное  уравнение реакции

      3I₂ + 6KOH => KIO₃ + 5KI + 3H₂O 

      285. Запишите формулы комплексных соединений: а) дихлорид тетрааквоцинка; б) тетрагидроксоцинкат натрия. Укажите комплексообразователь, его заряд и координационное число. Запишите уравнения диссоциации и выражения для констант нестойкости.

      Решение. 

 

      Координационные соединения в водных растворах необратимо и нацело диссоциируют на ионы внешней  и внутренней сферы:

      [Zn(H₂O)₄]Cl₂ => [Zn(H₂O)₄]²⁺ + 2Cl^-

      Na₂[Zn(OH)₄] => 2Na⁺ + [Zn(OH)₄]^2- 

      Комплексные ионы, образованные за счет ковалентных  связей, незначительно диссоциируют, обратимо и ступенчато. Запишем суммарные  уравнения диссоциации комплексных  ионов.

      [Zn(H₂O)₄]²⁺ => Zn²⁺ + 4H₂O

      Константа равновесия этой реакции называется константой нестойкости комплексного иона:

        

      [Zn(OH)₄]^2- => Zn²⁺ + 4OH^-

        

      11. Реакция восстановления  F₂O₃ алюминием выражается уравнением: Fe₂O₃ (к) + 2Al (к) = Al₂O₃ (к) + 2Fe (к). При взаимодействии 1 моля атомов Al с Fe₂O₃ выделяется 426,74 кДж теплоты. Вычислите стандартную энтальпию образования Al₂O₃.

      Решение.

      Стандартная энтальпия образования сложного вещества – это энтальпия реакции  его образования из простых веществ:

      2Al + 3/2O₂ => Al₂O₃ + x (х – тепловой эффект реакции, противоположный по знаку изменению энтальпии).

      Если  при реакции 1 моля атомов Al выделяется 426,74 кДж теплоты, то при реакции 2 моль алюминия выделится 853,48 кДж/теплоты

      Уравнение с известным тепловым эффектом:

      Fe₂O₃ (к) + 2Al (к) = Al₂O₃ (к) + 2Fe (к) + 853,48 кДж