Контрольная работа по "Химии"

1. Определите количество вещества эквивалента и молярную массу эквивалентов фосфора, кислорода и брома в соединениях PH₃, H₂O, HBr.

Решение

Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое  соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Молярную массу эквивалента элемента можно рассчитать как отношение молярной массы атома элемента к его валентности.

PH₃ количество вещества эквивалента фософра равно 1/3 моля.

Mэ(Р) = Ar(P)/валентность = 31/3 = 10,3 г/моль.

H₂O количество вещества эквивалента фософра равно 1/2 моля.

Mэ(О) = Ar(О)/валентность = 16/2 = 8 г/моль.

HBr количество вещества  эквивалента фософра равно 1 моль.

Mэ(Br) = Ar(Br)/валентность = 80/1 = 80 г/моль.

Ответ: PH₃ 1/3моля; 10,3 г/моль; H₂O ½ моля; 8 г/моль; HBr – 1 моль;

80 г/моль

 

 21. Напишите электронные формулы аиомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов.

Решение

В периодической системе  элементов Д.И. Менделеева под № 9 расположен фтор; под № 28 – никель.

Электронные формулы  атомов элементов

Фтор F   1s²2s²2p⁵

Никель Ni  1s²2s²2p⁶ 3s²3p⁶4s²3d⁸

 

 

 

 

Распределение электронов элементов по квантовым ячейкам

Фтор                                            Никель

 

                      

Фтор относится к семейству р-элементов; никель – d- элементов.

 

41. Исходя из положения германия и технеция в периодической системе, сотавьте формулы мета- и ортогерманиевых кислот, и оксида технеция, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.

Решение

Положение элемента в периодической  системе элементов Д.И. Менделеева показывает, какими свойствами обладает тот или иной элемент:

При перемещении вдоль  периода справа налево металлические  свойства элементов усиливаются. В  обратном направлении возрастают неметаллические. Это объясняется тем, что правее находятся элементы, электронные оболочки которых ближе к октету. Элементы в правой части периода менее склонны отдавать свои электроны для образования металлической связи и вообще в химических реакциях. Слева направо в периоде также увеличивается и заряд ядра. Следовательно, увеличивается притяжение к ядру валентных электронов и затрудняется их отдача.

Германий (Ge) — химический элемент главной подгрпуппы IV группы 4 периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 32. В химические соединениях Германий обычно проявляет валентности 2 и 4, причем более стабильны соединения 4х-валентного Германия. Метагерманиевая кислота H₂GeO₃

Ортогерманиевая кислота  H₄GeO₄

Технеций (Тс) — элемент побочной подгруппы седьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 43. По химическим свойствам технеций близок к марганцу и рению, в соединениях проявляет степени окисления от −1 до +7. Оксид технеция(VII) Tc₂O₇

 

 61. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно объяснить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекул воды?

Решение

Ковалентная связь – химическая связь между атомами, осуществляемая общей парой электронов. Если ковалентная связь образована одинаковыми атомами О=О, то обобществленные электроны равномерно распределены между ними. В молекуле О₂ кислород образовывает неполярные ковалентные связи. Если же один атом сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается в сторону этого атома, например, как молекуле воды Н₂О. где возникает полярная ковалентная связь.

Образование ковалентной  связи, являющееся результатом перекрывания валентных электронных облаков  взаимодействующих атомов, возможно только при определённой взаимной ориентации электронных облаков. При этом область перекрывания располагается в определённом направлении по отношению к взаимодействующим атомам. Иначе говоря, ковалентная связь обладает направленностью.

Представление о направленности ковалентных связей позволяет объяснить взаимное расположение атомов в многоатомных молекулах. Так, например, при образовании молекулы воды электронные облака двух неспаренных 2p-электро-нов атома кислорода перекрываются с 1s-электронными облаками двух атомов водорода (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема образования  ковалентных связей в молекуле воды

Поскольку p-электронные облака атома кислорода расположены перпен-

дикулярно друг к другу, то молекула H₂O имеет угловое строение, причём можно было бы предположить, что угол между связями O–H должен составлять 90°. На самом же деле углы между связями (т.е. валентные углы) в молекулах воды несколько отличаются от 90°.

Для объяснения отличия валентных  углов в молекулах воды  от 90° необходимо учесть, что устойчивому состоянию молекулы отвечает такая её геометрия и такое пространственное расположение электронных облаков внешних оболочек атомов, при которых потенциальная энергия соединения будет минимальной. Это приводит к тому, что при образовании соединения формы и взаимное расположение электронных облаков атомов изменяются по сравнению с их формами и взаимным расположением в свободных атомах. В результате достигается более полное перекрывание валентных электронных облаков и, вследствие этого, образование более прочных ковалентных связей. В рамках метода валентных связей такая перестройка электронной структуры атома рассматривается на основе представления о гибридизации атомных орбиталей.

 

 81 Вычислите количество темплоты, которое выделится при восстановлении Fe₂O₃ металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа.

Решение

Тепловой эффект реакции  – количество теплоты, которое выделяется или поглощается при полном превращении  исходных веществ в продукты реакции в количествах, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении.

2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe

Стандартной теплотой (энтальпией) образования вещества ∆H₂₉₈⁰ называют тепловой эффект реакции образования 1 моля вещества из простых веществ, устойчивых при стандартных условиях. Теплоты образования простых веществ равны 0.

Для расчетов используем следствие  из закона Гесса: тепловой эффект реакции  равен сумме теплот образования  продуктов реакции за вычетом  суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов n. Функцию состояния системы ∆H_х.р.  находим по формуле:

∆H₂₉₈⁰ = ∑n(i)∆H₂₉₈⁰(i) – ∑n (j) ∆H₂₉₈⁰(j)

                      i -продукты                      j-исходные вещества

Записываем табличные  значения теплот образования¹

	2Al              +       Fe2O3        →       Al2O3 +               2Fe
∆H2980, кДж/моль	0	-822,16	-1676	0

∆H₂₉₈⁰ = -1676 – (-822,16) = - 853,84 кДж

Определяем количество молей  образовавшегося железа: 335,1/55,84= 6 моль

Составляем пропорцию:

При образовании 2 молей железа выделилось 853,84 кДж

«-«                         6 молей   «-«                                 х

Ответ: 2561,52 кДж

 

101. Вычислите ∆G₂₉₈⁰ для следующих реакций:

а) 2NaF(к)   + Cl₂(г) = 2 NaCl(к) + F₂(г)

б) PbO₂(к) + 2Zn(к) = Pb(к) + 2 ZnO(к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO₂ цинком по реакции (б).

Решение

Для установления термодинамической  возможности протекания реакции  нужно вычислить энергию Гиббса реакции при температуре 298К по уравнению 

∆G₂₉₈⁰ = ∑n(i)∆G₂₉₈⁰(i) – ∑n (j) ∆G₂₉₈⁰(j)

                      i -продукты                      j-исходные вещества

 

Записываем табличные  значения исходных веществ и продуктов  реакции под формулами веществ  в уравнении реакции (а)

	2NaF(к)            +        Cl2(г) =            2NaCl(к) +       F2(г)
∆G2980, кДж/моль	-540,97	0	-384,0	0

 

∆G₂₉₈⁰ = 2· (-384,0) – 2 · (-540,97) = 313,95 кДж

Поскольку ∆G₂₉₈⁰ = 313,95 кДж>0, то реакция термодинамически невозможна.

Записываем табличные  значения исходных веществ и продуктов  реакции под формулами веществ  в уравнении реакции (б)

	PbO(к)       +           2Zn(к)      =         Pb(к) +             2ZnO(к)
∆G2980, кДж/моль	-224,0	0	0	-320,7

 

∆G₂₉₈⁰ = 2· (-320,7) – (-224,0) = - 417,4 кДж

Поскольку ∆G₂₉₈⁰ = - 417,4 кДж<0, то реакция термодинамически возможна.

 

Ответ: 313,95 кДж; - 417,4 кДж

 

121. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:

а) S (к)+ O₂ =SO₂(г);   б)  2SO₂(г) + O₂ +2SO₃(г)

Как изменится скорость этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза?

Решение

Согласно закону действующих  масс, скорости реакций:

V(a) = k₁·[O₂] (концентрация твердой фазы - кристаллической серы не входит в это выражение)

V(б) = k₂·[SO₂]² ·[O₂]

При уменьшении объемов каждой из систем в 4 раза концентрации реагентов увеличатся в 4 раза

V1(a) = k₁·[4O₂]= 4 k₁·[O₂]

V1(б) = k₂·[4SO₂]² ·[4O₂] =64 k₂·[SO₂]² ·[O₂]

Для реакции а) соотношение  скорости реакции V1(a)/ V(a) = 4, т.е. скорость увеличится в 4 раза.

Для реакции б) соотношение  скорости реакции V1(б)/ V(б) = 64, т.е. скорость реакции увеличится в 64 раза.

Ответ: скорость увеличится для реакции а) в 4 раза; б) – 64 раза

 

141. Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эжквивалента 20%-ного раствора хлорида кальция плотностью 1,178 г/см³.

Решение

Принимаем объем раствора за 1 л или 1000 мл. Определяем массу 1 л  раствора

m_р-ра = 1000∙1,178= 1178 г

Находим массу CaCl₂ в этом растворе

Рассчитываем молярную концентрацию раствора

Определяем нормальную концентрацию. Поскольку фактор эквивалентности хлорида кальция равен 1/2, то

 

Ответ:  2,12 М; 4,2 н

 

161. Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в 100 г бензола, кристаллизуется при 5,296^оС. Температура кристаллизации бензола 5,5 ^оС. Криоскопическая константа 5,1^о. Вычислите молярную массу растворенного вещества.

Решение

Используя данные условия задачи и температуру замерзания бензола 5,5^оС определим ∆Т.

∆Т = 5,5 – 5,296 = 0,204^о

Для определения молярной массы растворенного вещества воспользуемся соотношением:

  откуда

 

Ответ: 128 г/моль

 

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

а) NaHCO₃ и NaOH; б) K₂SiO₃ и HCl; в) BaCl₂ и Na₂SO₄

Решение

а) NaHCO₃ + NaOH = Na₂CO₃ + H₂O

  Na⁺ + HCO₃⁻ + Na⁺ + OH⁻ = 2Na⁺ + CO₃²⁻ + H₂O

  HCO₃⁻ + OH⁻ = CO₃²⁻ + H₂O

б) K₂SiO₃ + 2HCl(разб.) = SiO2↓ + 2KCl + H2O

2K+ +SiO₃^2- +2H⁺ +2Cl^- =2K⁺ +2Cl^-+ SiO₂↓  + H₂O

SiO₃^2- +2H^{+ -}= SiO₂↓  + H₂O

в) BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄↓ + 2NaCl

Ba²⁺ + 2Cl^- + 2Na⁺ +SO₄^2- = BaSO₄↓ + 2Na⁺ + Cl^-

Ba²⁺  + SO₄^2- = BaSO₄↓