Задачки по химии

1 Масса m_a вещества А прореагировала без остатка с массой  m_в

Вещества В. Вычислите  М_эк(А) –молярную массу эквивалентов

Вещества А. Напишите уравнения  реакции, если один из её продуктов  является вещество D

А – оксид железа , m_a,г -100  В – алюминий m_в,г-33,8  D – железо .

Решение.

Запишем уравнение реакции:

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

 

 

2  Элемент ₂₅MnA – 55   l -2

1. Один из изотопов элемента имеет массовое число А. каков заряд ядра его атома? Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома этого нуклида?
2. Напишите электронную формулу невозбуждённого атома этого элемента, приведите графическую схемураспределения по квантовым ячейкам (орбиталям).
3. К какому электронному семейству относится элемент?
4. Чему равен суммарный спин  электронов в невозбуждённом состоянии атома элемента?
5. Сколько имеется в атоме элемента электронов с орбитальным квантовым числом l ?

Решение.

1. Заряд ядра атома Zравен +25. Ядро атома содержит 25 протонов и 55-25 = 30 нейтронов.
2. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵:

3. Марганец относится к d-электронному семейству.
4. Суммарный спин: ½ + ½ + ½ + ½ + ½ = 5/2.
5. Если орбитальное квантовое число равно двум, то это d-электроны. Согласно электронной формуле, количество в-электронов составляет 5 штук.

 

3Какие степени окисления проявляет марганец? Напишите формулы его оксидов и гидроксидов. Как и почему изменяются их кислотно-осноные свойства с возрастанием степени окисления марганца?  С какими степенями окисления марганца вещества могут проявлять свойства : а) только окислительные; б) только восстановительные; в) как окислительные , так и восстановительные ? Приведите примеры соответствующих веществ.

Решение.

Характерные степени окисления  марганца: +2, +3, +4, +6, +7 (+1, +5 малохарактерны). 0 – простое вещество.

Марганец образует следующие оксиды: MnO, Mn₂O₃, MnO₂, MnO₃ (не выделен в свободном состоянии) и марганцевый ангидрид Mn₂O₇.Гидроксиды:Мn(ОН)₂, Mn(ОН)₄, Н₂МnО₄, НМnО₄.

В гидроксидах с возрастанием степени  окисления марганца увеличивается  прочность связи Mn-O, а электронная пара связи O-Hвсё больше смещается к атому кислорода, в результате чего всё больше возрастает склонность гидроксида диссоциировать по кислотному типу (с отщеплением протона). Аналогично изменяются свойства оксидов (но здесь не имеет место диссоциация). Таким образом, с увеличением степени окисления марганца основные свойства ослабевают, а кислотные – усиливаются.Для промежуточной степени окисления характерна амфотерность.

Окислители: степень окисления  марганца высшая (KMnO₄, Mn₂O₇).

Восстановители: степень окисления  марганца низшая (Mn).

Окислительно-восстановительная двойственность: степень окисления марганца промежуточная (MnO, MnO₂).

 

4 Напишите  электронную формулу невозбуждённого  атома элемента с зарядом ядраZ ,приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям)

1. Укажите валентные электроны его атома .Для каждой из них приведите значения всех квантовых чисел.
2. Сколько в атоме данного элемента электронов с совокупностью главного и орбитального квантовых чисел nи l ?Z -41 n- 4 l- 2 .

Решение.

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹ 4d⁴:

1. Валентные электроны. 4d⁴5s¹.

Подуровень	Главное квантовое число n	Орбитальное квантовое число l	Магнитное квантовое число ml	Спиновое квантовое числоms
4d	4	2	-2	+1/2
4d	4	2	-1	+1/2
4d	4	2	0	+1/2
4d	4	2	1	+1/2
5s	5	0	0	+1/2

 

2. Если n=4, а l=2, то это электроны 4d-подуровня, которых четыре.

 

5 Объясните  по методу валентных связей (ВС) строение молекулы. Если имеет  место гибридизация, то каков  её тип? Полярна ли каждая  из связей? Полярна ли молекула  в целом? Формула молекулы PH_{3 .}

Решение.

Электронная формула атома фосфора  в основном состоянии:

1s²2s²2p⁶3s²3p³.

Атом фосфора имеет три неспаренных  электрона на 3p-подуровне, за счёт которых осуществляется образование трёх двухэлектронных ковалентных связей с тремя атомами водорода. Угол HPHв молекуле фосфина близок к 90°, что соответствует взаимно перпендикулярному расположению p-орбиталей в атоме фосфора, то есть гибридизации не происходит.

Атомы фосфора и водорода имеют  разные относительные электроотрицательности, поэтому связи P-Hполярны. Молекула фосфина имеет конфигурацию тригональной пирамиды с атомом фосфора в вершине, молекула полярна.

 

6 С помощью  метода молекулярных орбиталей  (МО) определите, возможно ли существование  молекул или молекулярных ионов.  Изобразите энергетические схемы  образования их МО, кратность  связи и укажите магнитные  характеристики ( парамагнетизм или  диамагнетизм ),

Формула молекулы или молекулярного иона О₂;О₂⁺.

 

Решение.

И молекула O₂, и ион O₂⁺ могут существовать, так как число электронов на связывающих орбиталях существенно превышает количество электронов на разрыхляющих орбиталях.

Кратность связи:

 

Для O₂:

 

Для O₂⁺:

 

И молекула O₂, и ион O₂⁺ являются парамагнитными, так как имеют на орбиталях неспаренные электроны.

 

7 В каком направлении при  стандартных условиях может самопроизвольно  протекает заданная реакция? Ответ  дайте на основании расчётов  изменения энергии Гиббса реакции G⁰₂₉₈: 
а)по значениям стандартныхтеплот образования _fH⁰₂₉₈ и стандартных  энтропий S⁰₂₉₈ веществ, участвующих в реакции; б) по значениям стандартных энергий Гиббса образования G⁰₂₉₈ вещества, участвующих в реакции.

Уравнения реакции :N_2(r) +2O_2(r) = 2NO_2(r)

Решение.

а) Расчёты ведём на основании  следствия из закона Гесса: Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты.

 

 

 

б)

 

8 Определите энергию активации  реакции, если при увеличении  температуры от 500 до 800 К константа  скорости реакции возросла в  670 раз .

Решение.

Используем формулу, связывающую  энергию активации и константы  скорости реакции:

 

 

9  Давления пара воды при  303 К равно 4240 Па. Какую массу  глицерина  C₃H₅(OH)₃ следует растворить в 10,0 воды, чтобы понизить давление пара при данной температуре до 4000 Па?

Решение.

По закону Рауля:

 

p₀ и p₁ – давление пара над чистым растворителем и раствором соответственно;

N₂ – молярная доля растворённого вещества;

n₁ и n₂ – количество молей растворителя и растворённого вещества соответственно.

 

Тогда:

 

 

 

 

10 Водный раствор содержит массу  m вещества А в объёме V. Плотность раствора р. Вычислите массовую долю (в %), молярную долю, молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов.

А – КОН ;m,г -718 ; V,л -2,0; р,г./мл -1,27.

Решение.

 

Массовая доля:

 

Молярная концентрация:

 

Так как для KOH(как однокислотного основания) молярная масса эквивалентов равна молярной массе, то молярная концентрация эквивалентов (нормальная концентрация) равна:

 

 

11 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные  уравнения реакций взаимодействий  в водных растворах между веществами.

а) CuCl₂ и H₂S ; б) AgNO₃ и NH₄Cl ; в) Fe(OH)₃ и HCl

Решение.

а) CuCl₂ + H₂S= CuS↓ + 2HCl

Cu²⁺ + 2Cl^- + H₂S = CuS↓ + 2H⁺ + 2Cl^-

Cu²⁺ + H₂S = CuS↓ + 2H⁺

б) AgNO₃ + NH₄Cl = AgCl↓ + NH₄NO₃

Ag⁺ + NO₃^- + NH₄⁺ + Cl^- = AgCl↓+ NH₄⁺+ NO₃^-

Ag⁺ + Cl^- = AgCl↓

в) Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + 3H⁺ + 3Cl^- = Fe³⁺ + 3Cl^- + 3H₂O

Fe(OH)₃ + 3H^+- = Fe³⁺ + 3H₂O

 

12 Составьте ионно-молекулярные  и молекулярные уравнения гидролиза  каждой из двух указанных солей  . Какая в растворе каждой из  этих солей сред и величин  рН (рН>7 или рН<7)? Как повлияет  на гидролиз добавление к растворам:  а) хлороводородной кислоты HCl; б) гидроксид натрия NaOH?

Соли – K₂SO₃;NH₄Cl .

Решение.

а) K₂SO₃. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой, поэтому гидролизоваться будет по аниону, среда раствора соли щелочная(pH>7).

Первая ступень:

K₂SO₃ + H₂OóKHSO₃ + KOH

SO₃^2- + H₂Oó HSO₃^- + OH^-

Вторая ступень:

KHSO₃ + H₂OóH₂SO₃ + KOH

HSO₃^-+ H₂OóH₂SO₃+ OH^-

Суммарно:

K₂SO₃ + 2H₂OóH₂SO₃ + 2KOH

б) NH₄Cl. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой, поэтому гидролизоваться будет по катиону, среда раствора соли кислая(pH<7).

NH₄Cl + H₂O ó NH₃∙H₂O + HCl

NH₄⁺ + H₂O ó NH₃ + H₃O⁺

 

13 Чему равна жёсткость воды  в насыщенном растворе CaSO₄, если растворимость его составляет 2,02 г в литре раствора?

Решение.

 

 

14 Напишите формулы комплексных соединений, состав которых отражают приведённые ниже формулы , и уравнения диссоциации этих соединений. (Координационное число комплексообразователя в соединении (б) равно 6). Для соединения (а) напишите уравнение диссоциации комплексного иона и выражение для константы нестойкости.

Формулы :  а) Zn(OH)₂2KOH  ;б) CoCl₃₅NH_{3 .}

Решение.

а) K₂[Zn(OH)₄]

K₂[Zn(OH)₄] => 2K⁺ + [Zn(OH)₄]^2- (первичная диссоциация)

[Zn(OH)₄]^2-óZn²⁺ + 4OH^- (вторичная диссоциация, протекает в несколько ступеней)

 

б) [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂

[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ => [Co(NH₃)₅Cl]^2- + 2Cl^- (первичная диссоциация)

[Co(NH₃)₅Cl]^2- óCo³⁺ + Cl^- + 5NH₃ (вторичная диссоциация, протекает в несколько ступеней)

 

15Окислительно-восстановительные  реакции протекают по приведённым  схемам. Для каждой реакции укажите  : а) окислитель и восстановитель ; б) какое вещество окисляется, какое вещество восстанавливается.  Составьте электронные уравнения  и на основании их расставьте  коэффициенты в уравнениях реакций.

Схемы реакций:

Ge+KOH+O_2K2GeO₂+H₂O

HCl+CrO_2Cl2+CrCl₃+H₂O .

Решение.

Ge + KOH + O₂ = K₂GeO₃+ H₂O

Электронный баланс:

Ge – 4e = Ge⁺⁴ |1|

O₂ + 4e = 2O^-2 |1|

Ge + 2KOH + O₂ = 2K₂GeO₃+ H₂O

Ge – восстановитель, окисляется;

O₂ – окислитель, восстанавливается.

 

HCl + CrO₃ = Cl₂ + CrCl₃ + H₂O

Электронный баланс:

2Cl^-1 – 2e = Cl₂ |3|

Cr⁺⁶ + 3e = Cr⁺³ |2|

12HCl + 2CrO₃ = 3Cl₂ + 2CrCl₃ + 6H₂O

HCl – восстановитель, окисляется;

CrO₃ – окислитель, восстанавливается.

 

16 По степени окисления и по  возможности их изменения в  прцессеокислительно-восстановительных   реакций определите, какие вещества, формулы которых приведены, могут  проявлять : а)только окислительные  свойства; б) только восстановительные  свойства ; в) как окислительные  ,так и восстановительные свойства .

На основании электронных уравнений  расставьте коэффициенты в уравнении  реакции, протекающей по указанной  схеме.

Формулы веществ :N₂O ;N₂ ; NH_{3 ;}; KNO₃ ; NaNO₂

Схемареакций :NaNO₂+Nal+H₂SO_4N2+l₂+H₂O+Na₂SO₄

Решение.

N⁺¹₂O – окислительно-восстановительная двойственность;

N⁰₂ – окислительно-восстановительная двойственность;

N^-3H₃ – восстановитель;

KN⁺⁵O₃ – окислитель;

NaN⁺³O₂ – окислительно-восстановительная двойственность.

 

NaNO₂ + Nal + H₂SO_{4 N2} + l₂ + H₂O + Na₂SO₄

Электронный баланс:

2N⁺³ + 6e = N₂ |1|

2I^-1 – 2e = I₂ |3|

2NaNO₂ + 6Nal + 4H₂SO_{4 N2} + 3l₂ + 4H₂O + 4Na₂SO₄

 

17 Напишите уравнения анодного  и катодного процессов, суммарные  ионно-молекулярное и молекулярное  уравнения этих процессов , протекающих  в гальванических элементов . Вычислите величину электродвижущей  силы (ЭДС) гальванического элемента  при указанных молярных концентрациях  растворов соответствующих солей.

Схема гальванического элемента:

Bi l Bi(NO₃)₃ ||Cu(NO₃)₂ |Cu

(0,001М)      (1М)

Решение.Находим в справочнике стандартные электродные потенциалы данных электродов:

 

 

 

Медь – катод, висмут –  анод. Электродные процессы:

К(-): Cu²⁺ + 2e = Cu

А(+): Bi – 3e = Bi³⁺

Вычислим потенциалы электродов при заданных концентрациях с  помощью уравнения Нернста:

 

 

 

Вычислим ЭДС гальванического  элемента:

 

 

18 Электролиз водного раствора  вещества X проводили с анодом из материала Y при силе тока l . Составьте уравнения электродных процессов. Определите , сколько потребуется времени для окисления на аноде массы m_A соответствующего вещества. Составте уравнения электродных процессов с угольным анодом.