Контрольная работа по общей химии
12. Органическое вещество в виде летучей жидкости массой 0,1437 г при 250
С и Р=99,2 кПа превращено в пар, занимающий объем 22,9 мл. Найдите молярную массу этого вещества.
Решение:
Уравнение состояния идеального газа (принимаем, что наш пар подчиняется этому уравнению) Клапейрона-Менделеева:
где  – давление газа, Па;  – объем газа, м3
;  – число молей газа;  – универсальная газовая постоянная;  – абсолютная температура.
При этом
где  – масса газа, г;  – его молярная масса.
 или это 298,15 K.
Тогда  .
Ответ: .
39. Сколько м3
пропена С3
Н6
сгорело, если в результате образовалось 50 кг паров воды, если t = 300
С, Р = 1,1атм?
Решение:
Уравнение реакции:
в уравнении  .
Тогда использовав уравнение Клапейрона-Менделеева
 и  ;
 ;
Получим
 ;  или это 303,15 K;  ;
Ответ:  .
62. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Какие электроны этих атомов являются валентными?
Решение:
Элемент с порядковым номером 14 – кремний. Его электронная формула имеет вид: 1s2
2s2
2p6
3s2
3p2
Так как последний электрон находится на p-подуровне, то кремний относится к электронному p-семейству. Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома кремния в нормальном состоянии:
Валентные электроны для кремния – s- и p-электроны внешнего электронного уровня.
Элемент с порядковым номером 40 – цирконий. Его электронная формула имеет вид: 1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
4s2
3d10
4p6
5s2
4d2
. Так как последний электрон находится на d-подуровне, то цирконий относится к электронному d-семейству. Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома циркония в нормальном состоянии:
Валентные электроны для циркония – d-электроны предвнешнего и s-электроны внешнего электронного уровней.
Электронные и электронно-графические формулы элементов составлялись с учетом принципа Паули, правила Хунда и правила Клечковского.
87. Чем объясняется последовательное изменение окислительной способности свободных галогенов и восстановительной способности галогенид-ионов от фтора к йоду? Приведите примеры иллюстрирующих реакций.
Решение:
В ряду галогенов F2
- Cl2
- Br2
- I2
химическая активность и окислительная способность галогенов уменьшается, в связи с увеличением радиуса и уменьшением первого потенциала ионизации. Это можно проследить на примере реакции взаимодействия галогенов с водородом. Фтор взаимодействует с водородом с взрывом, выделяя при этом большое количество энергии. Хлор при обычных условиях очень медленно взаимодействует с водородом, но на прямом солнечном свету или при нагревании реакция идет также с взрывом. Реакция водорода и хлора протекает по цепному механизму, поэтому для нее необходимо инициирование (нагревание или освещение). Взаимодействие брома и йода с водородом происходит лишь при нагревании. Йод с водородом реагирует не полностью, т.к. йодоводород, образующийся при этом легко разлагается и равновесие сильно смещено в сторону исходных продуктов: Н2
+ I2
<=> 2НI
| Свойства галогенов |
F2
|
Cl2
|
Br2
|
I2
|
| Радиус, нм |
0,072 |
0,099 |
0,114 |
0,133 |
| Первый потенциал ионизации кДж/моль (атомов) |
1682 |
1255 |
1142 |
1008 |
| Сродство к электрону, кДж/моль |
332,7 |
348,7 |
325 |
290 |
| Относительная электроотрицательность (по Полингу) |
4,0 |
3,01 |
2,8 |
2,6 |
Химическая активность галогенов от фтора к йоду уменьшается. Поэтому более активный галоген (имеющий наиболее высокое значение элетроотрицательности) вытесняет менее активный галоген из его соединений с металлами. Так, фтор вытесняет все другие галогены из их галогенидов, хлор – бром и иод, а бром – только иод:
2NаBr + С12
= 2NаС1 + Br2
2NаI + С12
= 2NаС1 + I2
2КI + Br2
= 2КBr + I2
2КBr + I2
≠
Галогеноводородные кислоты (кроме HF) могут проявлять восстановительные свойства. Так как сродство к электрону (СЭ) в ряду галогенид-ионов уменьшается от Cl2
к I2
, то восстановительные свойства в ряду HCl ‒ HBr – HI увеличиваются:
HCl + H2SO4 (конц. ) ≠
2НBr + H2
SO4
(конц.) = Br2
+ SО2
+ 2H2
O
8НI + H2
SO4
(конц.) = 4I2
+ H2
S + 4H2
O
В связи с усилением восстановительных свойств галогеноводородов от НС1 к HI падает устойчивость водных растворов галогеноводородных кислот к воздействию кислорода воздуха. При хранении на воздухе концентрированных растворов иодоводорода происходит его окисление:
4HI + О2
= I2
+ 2Н2
О
При этом раствор иодоводородной кислоты постепенно буреет:
HI + I2
= Н[I3
]
Более медленно протекает аналогичный процесс и водном растворе НBr
Задания
Подберите коэффициенты в схемах окислительно-восстановительных реакций. Укажите окислитель и восстановитель.
112. Реакции № 12, 37, 62
Решение:
№12:
2Mn(NO3
)2
+ 5NaBiO3
+ 16HNO3
= 2HMnO4
+ 5Bi(NO3
)3
+ 5NaNO3
+ 7H2
O
Восстановитель: Mn(NO3
)2
Окислитель:NaBiO3
| Окисление: |
Mn2+
+ 4H2
O ‒ 5e-
→ MnO4
-
+ 8H+
|
2 |
| Восстановление: |
BiO3
-
+ 6H+
+ 2e-
→ Bi3+
+ 3H2
O |
5 |
2Mn2+
+ 8H2
O + 5BiO3
-
+ 30H+
→ 2MnO4
-
+ 16H+
+ 5Bi3+
+ 15H2
O
2Mn2+
+ 5BiO3
-
+ 14H+
→ 2MnO4
-
+ 5Bi3+
+ 7H2
O
|
№37:
3HNO2
= HNO3
+ 2NO + H2
O
Восстановитель: HNO2
Окислитель: HNO2
Данная окислительно-восстановительная реакция относится к реакциям диспропорционирования, т.к. молекулы одного и того же вещества (HNO2
) способны окислять и восстанавливать друг друга. Это происходит потому, что вещество HNO2
содержит в своем составе атомы азота в промежуточной степени окисления (3+). Следовательно, степень окисления способна как понижаться, так и повышаться.
| Окисление: |
NO2
-
+ H2
O‒2e-
→NO3
-
+ 2H+
|
1 |
| Восстановление: |
NO2
-
+ 2H+
+ e-
→NO + H2
O |
2 |
3NO2
-
+ H2
O + 4H+
→ NO3
-
+ 2H+
+ 2NO + 2H2
O
3NO2
-
+ 2H+
→ NO3
-
+ 2NO + H2
O
|
№62:
NH3
+ KMnO4
+ KOH = KCl + K2
MnO4
+ H2
O
Некорректное условие – ошибка в реагентах (NH3
) и продуктах реакции (KCl). Возможное правильное условие:
KCl + 8KMnO4
+ 8KOH = KClO4
+ 8K2
MnO4
+ 4H2
O
Восстановитель: KCl
Окислитель: KMnO4
| Окисление: |
Cl- + 8OH- ‒ 8e- → ClO4- + 4H2O |
1 |
| Восстановление: |
MnO4- + e- → MnO42- |
8 |
| Cl- + 8OH- + 8MnO4- → ClO4- + 4H2O + 8MnO42- |
143. При сгорании 1 л бутана С4
Н10
выделилось 119,1 кДж теплоты. Вычислить энтальпию образования бутана. Условия нормальные.
Решение:
Уравнение реакции:
  ;
При сгорании   выделяется  теплоты, а при сгорании  –  теплоты, тогда
119,2/2=x/0,0446;
x=2,65 (кДж).
Ответ: выделится  .
162. Возможно ли при 2000
С протекание следующей реакции:
СО + 0,5О2
= СО2
?
Решение:
Возможно ли при 2000
С протекание следующей реакции: СО + 0,5О2
= СО2
?
О принципиальной возможности и направлении процесса позволяют судить величина и знак ΔG (энергия Гиббса).
ΔG = ΔH – TΔS,
 где ΔH – изменение энтальпии реакции; ΔS – изменение энтропии реакции; Т – температура.
 - стандартная энтальпия образования вещества
- стандартная энтропия образования вещества
п - количество вещества
| СО (газ) |
О2
(газ) |
СО2
(газ) |
 , кДж/моль |
-110,5 |
0 |
-393,5 |
 , Дж/моль·К |
197,9 |
205 |
213,6 |
При ΔG<0 реакция самопроизвольно протекает в прямом направлении.
Ответ: возможно, так как  – отрицательная величина.
189. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 140 до 1700
?
| Дано: |
Решение:
Согласно правилу Вант-Гоффа при повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два - четыре раза. Уравнение, которое описывает это правило следующее:
 ,
где  ‒ скорость реакции при температуре Т1
,  ‒ скорость реакции при температуре Т2
, γ ‒ температурный коэффициент реакции.
Отсюда:
 , 
|
γ = 3
Т1
= 140о
Т2
= 170о
|
 -? |
Ответ: Скорость реакции увеличится в 27 раз.
222. Как повлияет на выход хлора в системе :
4 HCl(г)
+ О2(г)
« 2 Cl2(г)
+ 2 Н2
О(ж)
, Q = 202,4 кДж,
а) повышение температуры в системе,
б) уменьшение общего объема смеси,
в) уменьшение концентрации кислорода,
г) увеличение общего объема реактора,
д) введение катализатора?
Решение:
4HCl(г)
+ О2(г)
« 2Cl2(г)
+ 2Н2
О(ж)
, Q = 202,4 кДж
Прямая реакция происходит с выделением тепла, т.е. является экзотермической (Q > 0), следовательно, обратная реакция будет протекать с поглощением тепла, т.е. является эндотермической (Q < 0). Согласно принципу Ле Шателье, если на систему, находящуюся в равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий (температура, давление, концентрация), то равновесие смещается таким образом, чтобы компенсировать изменение.
а) повышение температуры в системе будет способствовать сдвигу равновесия в сторону реакции, протекающей с поглощением тепла (эндотермической), т.е. в сторону реакции образования исходных веществ – выход хлора при этом уменьшится.
б) уменьшение общего объема смеси приведет к смещению равновесия в сторону реакции, протекающей с образованием меньшего числа молей газообразных веществ, т.е. в сторону прямой реакции – выход хлора при этом увеличится.
в) при уменьшении концентрации кислорода равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ – выход хлора при этом уменьшится.
г) при увеличении общего объема реактора давление в системе уменьшится, потому равновесие сдвинется в сторону увеличения числа газовых молей, т.е. в сторону обратной реакции – выход хлора при этом уменьшится.
д) катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакции и поэтому на смещение равновесия влияния не оказывает, а только способствует более быстрому его достижению, поэтому введение катализатора на выход хлора не повлияет.
237. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов гальванического элемента, у которого один электрод цинковый с концентрацией ионов цинка 10-2
моль/л, а второй – водородный с концентрацией ионов водорода 10-2
моль/л. Рассчитайте э.д.с. этого элемента.
Решение:
Схема химической цепи:
поток электронов
Электрод восстановитель (донор электронов) Электрод окислитель (акцептор электронов
где  и  – соответственно потенциалы положительного и отрицательного электродов.
Ответ: Э.Д.С. равно  .
262. Напишите уравнения реакций процессов, протекающих на электродах при электрохимической защите стальных труб.
Решение:
Одним из вариантов электрохимической защиты стальных труб есть протекторная защита. Если в качестве протектора взять цинк, то уравнения реакций процессов, протекающих на электродах будут следующие:
анодный процесс:
Zn – 2e-
= Zn2+
;
катодный процесс: в кислой среде –
2Н+
+ 2е-
= Н2
↑;
в нейтральной среде –
1/2О2
+ Н2
О + 2е-
= 2ОН-
.
286. Вычислить рН 0,001 М раствора фтористоводородной кислоты и 0,00001 М раствора гидроксида натрия.
Решение:
Электролиты HF и NaOH есть сильными и потому в растворе диссоциируют полностью.
Для указанных растворов имеем:
Ответ: 3 и 9.
312. Слили 30 г 2 %-ного раствора ацетата свинца Pb(CH3
COO)2
и 50 мл 1 М раствора иодоводородной кислоты HI. Определите массу осадка иодида свинца.
Решение:
Уравнение реакции:
в уравнении  .
Теперь рассчитаем какой реагент в избытке:
 =
– находится в избытке, расчеты ведем по
 ; так как  , то
Ответ:  .
337. В 70 г бензола С6
Н6
растворено 2,09 г некоторого вещества. Раствор кристаллизуется при 4,250
С. Установить молекулярную массу растворенного вещества. tкрист.бензола
= 5,50
С.
Решение:
Криоскопическая константа выражается формулой
где Ккр
– криоскопическая константа;  – величина, получаемая опытным путем – понижение точки замерзания раствора, состоящего из т кг растворенного неэлектролита и L кг растворителя; М – масса 1 моль неэлектролита, кг. Криоскопическая константа бензола Ккр
= 5,1°.
Отсюда
Ответ: .
|