Окислительно-восстановительные процессы
ХИМИЯ
Методические указания
для самостоятельной работы студентов
очной и заочной форм обучения
Часть 2
Факультеты: ИСФ, ЭЭФ, ФПМ и ИТ, ФЭ
Для всех направлений бакалавриата
Вологда
УДК 620.1
Химия: Методические указания для самостоятельной работы студентов очной и заочной форм обучения. Часть 2. – Вологда: ВоГТУ, 2012, - 36 с.
Вторая часть методических указаний включает в себя контрольные вопросы и задачи по основным модулям курса общей химии 2 части программы. В каждом модуле предлагается 25 задач различной степени сложности. В конце методических указаний приведена таблица с вариантами выполнения работ для студентов-заочников.
Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ
Составители: Тихановская Г.А., канд. биол. наук, доцент
Воропай Л.М., канд. хим. наук, доцент
Мальцева С.Б., канд. техн. наук, доцент
Фокичева Е.А., канд. техн. Наук, доцент
Ерехинская О.П., ассистент
Рецензент: Лебедева Е.А. канд. техн. наук, доцент кафедры ВиВ
Вологодского государственного технического университета
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
II часть методических указаний для студентов очной и заочной форм обучения включает следующие обязательные модуля курса общей химии: окислительно-восстановительные процессы; гальванический элемент; процессы электролиза; коррозия металлов; комплексные соединения; химия элементов s, р, d-семейства; химия органических соединений.
В каждом модуле предлагается 25 задач различной степени сложности, которые рекомендуется прорешать на выбор всем студентам.
Последняя задача в контрольной работе для студентов заочников различных специальностей дается по выбору преподавателя в соответствии с профессиональной подготовкой будущих специалистов.
Поэтому в методических указаниях представлено несколько задач под одинаковыми номерами (225-250).
В конце указаний приведена таблица с вариантами выполнения контрольных работ для студентов-заочников.
ЭЛЕКТРОЛИЗ
51. Одной и той же силы ток одновременно пропускался через водный раствор H2SO4 и (в отдельном электролизере) через расплав хлористого цинка. В результате электролиза раствора серной кислоты получено 200 мл водорода, измеренных при 250 и 740 мм рт.ст. (газ сухой). Сколько теоретически должно выделиться цинка на катоде второго электролизера?
52. Электрический ток силой в 6 А в течение 1 ч 14 мин 24 сек осадил на катоде 8,14 г металла из химического соединения, в котором он двухвалентен. Чему равна атомная масса металла и какой это металл?
53. Электролизер содержит раствор Pb(NO3)2, анод свинцовый. Сила тока 5 А, продолжительность электролиза 2 ч 40 мин 50 сек. Вычислить теоретическую убыль в весе свинцового анода в результате электроокисления.
54. Деталь подверглась марганцеванию. Электролит - раствор MnSO4. Сила тока 5 А. Вычислить выход металла- покрытия (марганца) по току, если в течение 1 ч на поверхности детали выкристаллизовалось 3,078 г чистого марганца.
55. При электролизе водного раствора хлористого натрия было получено 600 мл 1 Н раствора NaOH (электролиз проводился с применением диафрагмы). В течение того же времени в серебряном кулонометре, включенном последовательно в цепь и содержащем раствор AgNO3, на катоде выделилось 52,56 г металлического серебра. Вычислить выход едкого натра в процентах от теоретического.
56. Деталь была оцинкована за 1 ч 40 мин. Электролит - раствор ZnSO4. Вес металла покрытия (т.е. Zn) составляет 7,8456 г. Выход по току 77,2%. Чему была равна сила тока?
57. Деталь хромируется в водном растворе Cr2(SO4)3. Сила тока 3 А. Определить продолжительность электролиза, если на поверхность детали необходимо нанести электрокристаллизацией 1,3 г хрома и если выход по току принять равным 40%.
58. Вычислить время, в течение которого должен быть пропущен ток 0,5 А через раствор серебряной соли, чтобы покрыть металлическую пластинку слоем серебра толщиной 0,02 мм, если общая поверхность пластинки 500 см3, а выход по току 95,5% ( 
= 10,5 г/см3).
59. При электролизе водного раствора азотнокислого висмута на катоде выделилось в течение 1 ч 14 г висмута. Выход по току 94%. Вычислить силу тока.
60. Сколько электричества надо пропустить через раствор, чтобы получить 1 т NaOH при электролизе раствора NaCl? Выход по току 95%.
61. Вычислить количество электричества, которое надо пропустить через раствор CuSO4, чтобы получить 1 т меди. Выход по току 98%.
62. При электролизе раствора сульфата никеля током 10 А в течение 5 ч на катоде выделилось 53,21 г никеля. Вычислить выход по току.
63. Вычислить процентную концентрацию раствора, образовавшегося в результате электролиза 400 мл 10%-ного раствора гидроксида натрия (ρ = 1,1 г/см3), если известно, что при этом выделилось 56 л кислорода
(при н.у.).
64. 10 г гидроксида калия, содержащего примесь хлорида калия, растворены в воде, и раствор подвергнут электролизу. При этом на аноде выделилось 224 мл хлора (при н.у.). Вычислить процентное содержание примеси в гидроксиде калия, считая электролитическое разложение веществ полным.
65. Через 2 л 6%-ного раствора гидроксида калия (ρ =1,05 г/см3) пропущен электрический ток. В результате концентрация раствора изменилась (увеличилась или уменьшилась?) на 2%. Какие вещества и в каких количествах выделились при этом на электродах?
66. Через последовательно включенные в цепь постоянного тока растворы AgNO3 и CuSO4 пропускался ток силой в 5 А в течение 10 мин. Какая масса каждого металла выделится при этом на катодах?
67. При электролизе раствора, содержащего 76 г FeSO4, до полного разложения соли на катоде выделилось железо массой 13,44 г, а на аноде - кислород объемом 4,48 л (н.у.). Найдите выход по току для железа и кислорода.
68. Ток силой в 2 А в течение 1 ч 28 мин выделил на катоде (при 100%-ном выходе по току) 6,5 г металла. Найдите молярную массу его эквивалента.
69. При электролизе соли двухвалентного металла ток силой в 1 А в течение 1 ч выделил на катоде 2,219 г металла. Определите, какой это металл.
70. Какое количество электричества в кулонах и ампер часах потребуется для полного выделения никеля из раствора, содержащего его сульфат массой 30,9 г. Какой массы серная кислота образуется при этом в прианодном пространстве, какие газы и в каком объеме (н.у.) выделятся на катоде и аноде?
71. Ток силой 4 А пропускали через электролизер в течение 16 мин 5 с. За это время на катоде выделился свинец массой 4,14 г из расплава одного из его соединений. Определите, было ли это соединение двух- или четырехвалентного свинца.
72. При электролизе одного из соединений олова ток силой в 10 А за 3 мин выделил на электродах металл массой 0,554 г и хлор объемом 209 мл (н.у.). Найдите формулу этого соединения.
73. Через две электролитические ячейки, соединенные последовательно, пропускался электрический ток, который выделил на катоде первой ячейки медь массой 19,5 г из раствора CuSO4. Найдите массу цинка, который выделится при этом на катоде второй ячейки, если его выход по току составляет 60%.
74. Какое количество электричества в кулонах потребуется для полного электролитического разложения сульфата кадмия, содержащегося в растворе объемом 200 мл молярной концентрации эквивалента 0,5 моль/л. Найдите также массу продуктов электролиза по теоретическим расчетам.
75. Вычислите массовую долю примесей в черновом свинце, если при его очистке электролизом убыль массы свинцового анода, равная 414 г, сопровождалась выделением на катоде чистого свинца массой 372,6 г.
КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
175. Под действием HNO3 манганаты диспропорционируют следующим образом: K2MnO4 + HNO3 
KMnO4+ MnO2 + KNO3 + H2O
Какой объем раствора азотной кислоты (ρ= 1185 кг/м3) с массовой долей 30% необходим для того, чтобы получить 9,48 г перманганата калия. Какая масса диоксида марганца образуется?
176. Определить величину и знак заряда комплексных ионов, образуемых Cr3+, [Cr(H2O)4Cl2]; [Cr(H2O)3Cl3]; [Cr(H2O)5Cl].
177. Определить заряд комплексообразователя в ионах [Co(NH3)5Cl]2+; [Co(NH3)4Cl2]+; [Co(NH3)3Cl3]0.
178. Координационное число Cо3+ равно 6. Написать возможные комплексы Cо3+ с NH3 и H2O в качестве лигандов.
179. Гидроксид алюминия растворяется в конц. NaOH с образованием комплексного иона [Al(OH)4]–. Напишите эту реакцию и найдите заряд иона-комплексообразователя.
180. Сколько требуется AgNO3 для осаждения ионов Cl– из 0,1 моля [Cr(H2O)5Cl]Сl2?
181. Представьте координационные формулы следующих соединений: 2Ca(CN)2 
Fe(CN)2, K2C2O4 CuC2O4, KCl AuCl3, (NH4)4 Fe(SO4)2, 2NH4Cl PtCl4.
182. Назовите следующие комплексные соединения: [Co(H2O)2(NH3)4]Cl3; [Ti(H2O)6]Br3; [Cr(NH3)6](NO3)3; Ba[Pt(NO3)4Cl2]; K4[CoF6];
183. Напишите формулы следующих соединений: триоксалатокобальтата (III) натрия, хлорида дибромотетраамминплатины (IV), тетрароданодиаквохромата (III) калия, сульфата пентаамминаквоникеля (II), нитрата карбонатотетраамминхрома (III).
184. Указать комплексообразователь, его заряд и координационное число в комплексных соединениях: K4[Fe(CN)6]; K3[Fe(CN)6]; [Ag(NH3)2]Cl; K2[Cu(CN)4]; [Ni(NH3)6]SO4; K2[PtCl6].
185. Указать комплексообразователь, его заряд и координационное число в комплексных ионах: [Au(CN)2]–, [Cr(H2O)4Br2]2+; [Co(NH3)2(NO2)4]–; [Hg(CN)4]2–; [HgJ4]2–; [Ni(NH3)6Cl]+.
186. Нижеприведенные молекулярные соединения представить в виде комплексных солей: KCN 
AgCN; Co(NO3)3 6NH3; CrCl3 6H2O; 2KCNS Co(CNS)2; 2KCN Cu(CN)2; 2KJ HgJ2.
187. Определить степень окисления центрального иона (комплексообразователя) и назвать комплексные соединения: [Co(NH3)3(NO2)3]; K[Co(NH3)2(NO2)4]; K2[SiF6]; K[AuCl4]; K3[Fe(CN)6]; [Cr(H2O)6Cl3].
188. Написать химические формулы комплексных соединений, взяв внутренюю сферу комплекса в квадратные скобки: а) дициано-аргентат натрия; б) гексанитро-(III) кобальтат калия; в) хлорид гексаммин никеля (II); г) бромид гексаммин кобальта (III); д) нитрат дибромо-тетра-аква хрома (III); е) нитрат диаква-тетраммин никеля (II).
189. В практике ремонта деталей для их поверхностной обработки применяют желтую и красную кровяные соли. Их химические названия: гексациано-(II) феррат калия и гексациано-(III) феррат калия. Написать формулы этих солей с указанием внутренней сферы комплекса.
190. Написать уравнения первичной диссоциации в водном растворе солей, указать комплексные катионы и анионы, назвать их: [Ag(NH3)2]Cl; K4[Fe(CN)6]; [Cr(H2O)6]Cl3; [Co(NH3)5Cl]Cl2; [Cu(H2O)4]SO4.
191. Известны две комплексные соли кобальта, отвечающие одной и той же эмпирической формуле CoClSO4 5NH3. Одна из них в растворе с BaCl2 дает осадок BaSO4, но не дает осадка с AgNO3, другая с AgNO3 дает осадок AgCl, а с BaCl2 осадка не дает:
а) написать формулы обеих комплексных солей;
б) написать уравнения диссоциации этих солей и назвать ионы;
в) написать молекулярные и ионные уравнения реакций взаимодействия солей с образованием осадка - в одном случае AgCl, а в другом - BaSO4.
192. Координационное число кобальта Co3+, как комплексообразователя, равно 6. Указать состав комплексных ионов (т.е. внутренней сферы комплекса) в солях CoCl3 6NH3, CoCl3 5NH3, CoCl3 4NH3, учитывая, что молекулы аммиака в них играют только роль лигандов. Назвать эти комплексные соли и написать уравнения их диссоциации в водных растворах.
193. Представить выражения для констант нестойкости (Кн) комплексных ионов: [Ag(CN)2]–; [Cu(NH3)4]2+; [Hg(CNS)4]2–; [Co(NH3)6]2+; [Ag(NH3)2]+; [Fe(CN)6]3–; [Fe(CN)6]4–; [Cr(H2O)4Cl2]+.
194. Ниже указаны константы нестойкости некоторых комплексных ионов:
| [Ag(CN)2]– | [Au(CN)2]– | [Cu(CN)4]2– | [Hg(CN)4]2– | |
| Кн | 10–21 | 5 10–39 | 5 10–28 | 4 10–41 |
Указать, в растворе какой из комплексных солей: K[Ag(CN)2], K[Au(CN)2], K[Cu(CN)4] или K[Hg(CN)4] при равной молярной концентрации концентрация CN–-ионов будет: а) наибольшей и б) наименьшей.
195. Сколько требуется миллилитров 0,1 Н раствора
AgNO3 для осаждения ионов Cl– из 25,0 мл 0,1 М раствора [Cr(H2O)5Cl]Cl2?
196. Определить заряды комплексообразователей в комплексных солях: K2[PtCl6]; K2[PtCl4]; K[AuCl4]; K[AuCl2]; K3[Fe(CN)6]; [Pt(NH3)2Cl2]; K4[Fe(CN)6].
197. Какие комплексные ионы входят в состав солей: K2PtCl6; KAu(CN)4; CrCl3 5H2O; K4Fe(CN)6; KAu(CN)2; CoCl3 6NH3, если комплексообразователями в них являются ионы Pt4+; Au3+; Cr3+; Fe2+; Au+ и Co3+. Составьте уравнения диссоциации этих солей.
198. Составить выражения констант нестойкости комплексных ионов: [Сd(CN)4]2–; [Pt(NH3)4]2+; [Cu(CN)4]2–; [Ag(S2O3)2]3–.
199. Константы нестойкости ионов: [Сu(NH3)4]2+ 4,6 10–14; [Zn(NH3)4]2+ 2,6 10–11; [Сd(NH3)4]2+ 1,0 10–7. Какой из этих ионов более прочный?
200. Константы нестойкости ионов: [Сd(CN)4]2– 1,4 10–17; [Ni(CN)4]2– 3,0 10–16; [Hg(CN)4]2– 4,0 10–14. В растворе какого комплексного иона будет содержаться больше ионов CN– при одинаковой молярной концентрации комплексных ионов?
ХИМИЯ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ
226. Минерал шпинель имеет состав, выражаемый формулой MgAl2O4. Привести химическое название этого вещества.
227. Состав доломитной горной породы может быть выражен общей формулой mСаСО3 nMgCO3. Вычислить m и n, если образец породы содержит: а) 28,17% Са; б) 21,74% MgO.
228. Образец доломитной породы имеет состав, выражаемый формулой 3СаСО3 2MgCO3. Других примесей не содержит: а) вычислить процентное содержание СаО в образце; б) какой объем CO2 (при н.у.) выделится из 400 г этого образца, если он содержит 8% посторонних примесей (при обработке образца достаточным количеством, например, соляной кислоты)?
229. Минерал каолинит (белая глина) имеет состав, который может быть выражен формулой AlHSiO4 H2O. Привести химическое название соли; представить состав каолинита в виде соединения окислов.
230. Для производства цемента используют известняк, содержащий 92% СаСО3, и глину, содержащую 48% SiO2. Сколько глины требуется взять на 1 т цемента, чтобы в полученном цементе окисел составлял 22%? Сколько процентов будет составлять окисел СаО?
231. Как получается негашеная известь? В чем заключается процесс гашения извести? Вычислите, сколько гашеной извести можно получить из 10 т известняка СаСО3?
232. Какие соединения металлов II группы широко применяются в строительном деле в качестве вяжущих материалов? Как они получаются, чем обусловлены их вяжущие свойства? Напишите уравнения соответствующих реакций.
233. Какой объем СО2 (н.у.) и какую массу Са(ОН)2 можно получить из известняка массой 1 т, если он содержит 90% СаСО3?
234. При смешивании портландцемента с водой трехкальциевый силикат, или алит 3СаО SiO2, массовая доля которого в цементе 0,60, гидролитически разлагается с образованием Са(ОН)2 и гидросиликата кальция:
yСаО SiO2 mH2O;
3СаО SiO2 + nH2O = xСа(ОН)2 + yСаО SiO2 mH2O. Какая масса воды (в килограммах) необходима для гидратации алита, содержащегося в 1 т цемента, при х = 2, у = 1 и m = 3?
235. Для производства цемента используются известняк с массовой долей СаСО3 0,92 и глина с массовой долей SiO2 0,48. Какая масса глины необходима на каждую тонну известняка, чтобы в полученном цементе оксид кальция составлял 0,62 массовой доли, а оксид кремния 0,22?
236. При сплавлении известняка массой 150 т с песком получился силикат кальция массой 150 т. Определить массовую долю примеси в известняке.
237. Рассчитать массу продукта, получаемого при обжиге 1 т известняка с массовыми долями СаСО3 0,90, MgСО3 0,06 и SiO2 0,04.
238. Определить массовую долю оксида углерода в известняке, имеющем следующий состав (в массовых долях): СаСО3 0,944, MgСО3 0,016 и других соединений, не являющихся карбонатами, 0,04.
239. При обжиге известняка массой 100 т получается 40 т оксида углерода (IV). Найти массовую долю карбоната кальция в известняке, допуская, что карбонат кальция разложился полностью.
240. Рассчитать расходный коэффициент известняка с массовой долей СаСО3 0,89 для получения негашеной извести с массовой долей СаО 0,94; СаСО3 (недопал) 0,012 и примесей 0,048.
241. На производственном объединении “Доломит” произведено извесняково-доломитовой крошки массой 200 тыс. т и доломитового щебня объемом 370 тыс.м3. Определить израсходованную массу доломитизированного известняка в пересчете на карбонат кальция и карбонат магния, если расходный коэффициент для известняково-доломитовой крошки составляет 1,06, а для доломитового щебня 1,4. Массовая доля СаСО3 в доломитизированном известняке 0,47, MgСО3 0,4 и глинистых примесей 0,08.
242. Вычислить выход продукта (в процентах), если на получение извести массой 1 т с массовой долей СаО 0,85 израсходовано известняка 1,7 т с массовой долей СаСО3 0,94.
243. Провести анализ реакции образования моноалюмината кальция СаО Al2O3 (CA), являющегося главным минералом глиноземистого цемента, при использовании различных исходных материалов: Al2O3, Al(OH)3, CaO, CaCO3, Ca(OH)2. Исходные данные для расчета представлены в таблице.
| Соединение |  кДж/моль |  кДж/моль |
| СаО | –635,55 | –604,17 |
| Ca(OH)2 (тв) | –686,59 | –896,76 |
| CaCO3 | –1206,87 | –1128,76 |
 Al2O3 | –1669,83 | –1576,53 |
| CaO Al2O3 | –2321,28 | –2202,04 |
244. Определить теплоту образования Са(ОН)2 тв на основе реакций:
СаСО3 
СаО + СО2 + 
Н1;
СаО + Н2О Са(ОН)2 тв + Н2
245. Вычислить гидромодуль для образца цемента состава: 66% СаО, 21% SiO2, 6% Al2O3, 3,5% Fe2O3, 3,5% MgO .
246. Определите, для какого из минералов - магнезита MgСО3, кальцита СаСО3 или доломита СаMg(CO3)2 - прокаливание образцов одинаковой массы приведет к получению большего объема углекислого газа. Рассчитайте этот объем (м3, н.у.), если прокалена 1 т минерала.
247. Жженый гипс mСаSО4 nH2O готовят из обычного гипса xСаSО4 yH2O выдерживанием последнего при 1300С. По данным анализа образец гипса содержит 20,9% (по массе) воды, а образец жженого гипса - только 6,2%. Установите химический состав обоих кристаллогидратов.
248. Вычислите процентное содержание алюминия в природных минералах: корунде Al2O3, криолите AlF3 3NaF, глине Al2O3 2SiO2 2H2O.
249. Месторождения криолита встречаются редко, поэтому его в основном получают искусственным путем по схеме:
Al(OH)3 + HF + Na2CO3 Na3[AlF6] + CO2 + H2O
Относится ли эта реакция к окислительно-восстановительным? Сколько образуется граммов криолита, если в реакцию вступает 15,6 г гидроксида алюминия?
250. При строительстве Волго-Донского канала было уложено 2,9 млн.м3 бетона. Определить, сколько вагонов известняка для этого потребовалось (один товарный вагон имеет грузоподъемность 16,5 т), если принять, что 1 м3 бетона содержит в среднем 150 кг гашеной извести и что известняк, применяемый для получения извести, содержит в среднем 95% карбоната кальция.
ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
| вар | Номера задач | ||||||||||
| вар | Номера задач | ||||||||||
| вар | Номера задач | ||||||||||
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глинка, Н. Л. Общая химия / Н. Л. Глинка; под ред. А. И. Ермакова . - Изд. 30-е, испр. . - М. : Интеграл-Пресс , 2006 . - 727 с.
2. Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии : учеб. пособие для нехим. специальностей вузов / Н. Л. Глинка, под ред. В. А. Рабиновича, Х. М. Рубиной . - Изд. стер. . - М. : Интеграл-Пресс , 2006 . - 240 с.
3. Коровин, Н.В. Общая химия: учебник для вузов / Н.В. Коровин. - М.: Высш. шк., 2005. - 557 с.
4. Артеменко, А.И. Органическая химия: учебник для строит. специальностей вузов / А.И. Артеменко. – Изд. 5 –е, испр. – М.: Высш. шк., 2002. – 559с.
5. Задачи упражнения по общей химии: учебное пособие для вузов по техническим специальностям / сост.: Б.И. Адамсон, О.Н. Гончарук, В.К. Камышова [и др.]; под ред. Н.В. Коровина.- М.: Высш.шк., 2004.- 255 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
| 1. Окислительно-восстановительные процессы | |
| 2. Электродные потенциалы. Гальванический элемент. | |
| 3. Электролиз | |
| 4. Коррозия и защита металлов и сплавов | |
| 5. Химия неорганических веществ | |
| 6. Комплексные соединения | |
| 7. Элементы органической химии Органические полимерные материалы | |
| 8. Химия вяжущих веществ | |
| 9. Жесткость воды и устранение жесткости | |
| 10. Фазовые равновесия. Физико-химический анализ | |
ХИМИЯ
Методические указания
для самостоятельной работы студентов
очной и заочной форм обучения
Часть 2
Факультеты: ИСФ, ЭЭФ, ФПМ и ИТ, ФЭ
Для всех направлений бакалавриата
Вологда
УДК 620.1
Химия: Методические указания для самостоятельной работы студентов очной и заочной форм обучения. Часть 2. – Вологда: ВоГТУ, 2012, - 36 с.
Вторая часть методических указаний включает в себя контрольные вопросы и задачи по основным модулям курса общей химии 2 части программы. В каждом модуле предлагается 25 задач различной степени сложности. В конце методических указаний приведена таблица с вариантами выполнения работ для студентов-заочников.
Утверждено редакционно-издательским советом ВоГТУ
Составители: Тихановская Г.А., канд. биол. наук, доцент
Воропай Л.М., канд. хим. наук, доцент
Мальцева С.Б., канд. техн. наук, доцент
Фокичева Е.А., канд. техн. Наук, доцент
Ерехинская О.П., ассистент
Рецензент: Лебедева Е.А. канд. техн. наук, доцент кафедры ВиВ
Вологодского государственного технического университета
ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
II часть методических указаний для студентов очной и заочной форм обучения включает следующие обязательные модуля курса общей химии: окислительно-восстановительные процессы; гальванический элемент; процессы электролиза; коррозия металлов; комплексные соединения; химия элементов s, р, d-семейства; химия органических соединений.
В каждом модуле предлагается 25 задач различной степени сложности, которые рекомендуется прорешать на выбор