Энергетика химических процессов.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Определите массу растворённого вещества: а)в 250 г 8%-ного раствора K₂CO_3,.

б) в 500 мл 5%-ного раствора азотной кислоты с плотностью раствора 1,03г/мл.

2. Вычислите массовую долю растворённых веществ для растворов, содержащих:

а)1 моль аммиака в 3 моль воды; б) 100г серной кислоты в 10 моль воды.

3. Вычислите массовую долю безводной соли для раствора, приготовленного из

14,3г Na₂CO₃· 10H₂O и 120г воды.

4. Вычислите массовую долю безводной соли в растворе, полученном растворением 0,01 моль

кристаллогидрата Al₂(SO₄)₃ · 18 H₂O в 1,0 моль воды.

5. Какую массу хлорида калия следует добавить к 450 г 8%-ного раствора той же соли для получения 12%-ного раствора?

6. Какую массу воды следует добавить к 1кг 40;%-ного раствора серной кислоты для получения 25%-ного раствора?

7. Из 750 кг 48%-ного раствора серной кислоты выпарили 300 кг воды. Определите массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

8. Какую массу 32%-ного раствора азотной кислоты следует добавить к 600 г 80%-ного раствора той же кислоты для получения 64%-ного раствора?

9. Определите массу 8%-ного раствора гидроксида натрия, которая потребуется для нейтрализации 292 г 20%-ного раствора соляной кислоты.

10. Какой объём 5,5%-ного раствора азотной кислоты(плотность равна 1,03г/мл) требуется для нейтрализации 60 мл 12%-ного раствора КОН (плотность равна 1,1г/мл)?

11. К 700 мл 84,5%-ного раствора серной кислоты(плотность 1,78г/мл) добавлено 1200 мл 42%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,45 г/мл). Какой объём 35%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,35 г/мл) потребуется добавить к раствору для достижения нейтральной реакции?

12. Определите массу растворённого вещества, содержащегося в 1л следующих растворов:

а)0,1н H₂SO₄(фактор эквивалентности ½); б) 0,5н Na₂CO₃ (фактор эквивалентности ½);

в) 0,3н H₃PO₄ ( фактор эквивалентности1/3).

13. Какой объём раствора 0,1н H₂SO₄ (фактор эквивалентности ½) можно приготовить из 70 мл 50%-ного раствора этой кислоты (плотность 1,40 г/мл)?

14. Вычислите молярную и нормальную концентрации следующих растворов: а) 40%-ный раствор

гидроксида натрия(плотность 1,43 г/мл); б)20%-ный раствор соляной кислоты( плотность 1,1 г/мл);в) 18%-ный раствор аммиака(плотность0,932 г/мл)

15. Какая масса Na₂CO₃ требуется для взаимодействия с 600 мл 0,5н HNO₃?

16. Какая масса BaCl₂ · 2H₂O потребуется для взаимодействия с 750 мл 0,12н H₂SO₄

(фактор эквивалентности ½)?

17. Определите нормальную концентрацию 0,1 М H₃PO₄, используемого для получения

гидрофосфатов.

18. В плазме крови содержится 152 ммоль/л ионов натрия. Считая, что ионы натрия находятся

только в виде хлорида натрия, вычислите массовую долю хлорида натрия в плазме крови,

Плотность плазмы крови 1,03 г/мл.

19.Для раствора сахарозы с концентрацией 0,1 моль/л рассчитайте массовую долю сахарозы

( в %,мг%, мкг%), моляльность b , молярную долю χ. ρ (р-ра) = 1,04 г/мл.

20.Массовая доля железа в крови в расчёте на элемент составляет 50 мг%. Рассчитайте массу железа

в расчёте на элемент, содержащегося в 5,0 кг крови.

ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Пример 1.Рассчитайте стандартную энтальпию реакции

2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г)

ΔH_f^o (кДж/моль) -297 0 -396

Решение: Δ Н^ор-ции = Σ ΔН^опрод - Σ ΔН^оисх = 2(-396) - [2(-297) + 1(0)] = -198 кДж

Пример 2. Рассчитайте стандартную энтальпию образования этанола, если стандартные энтальпии сгорания углерода, водорода и этанола соответственно равны (в кДж/моль): -393,5; -285,8; -1366,9.

Решение: Уравнение реакции, соответствующей энтальпии образования этанола-

2С + 3Н₂ + 0,5О₂ = С₂Н₅ОН

Δ Н^ор-ции = ΔH_f^o(С₂Н₅ОН) = Σ ΔН^осг. исх - Σ ΔН^осг.эт. = 2(-393,5) + 3(-285,8) - (-1366,9) =

-277,6 кДж/моль

Пример 3. Рассчитайте стандартную энтропию ΔS^o реакции: SO_2(г) + 0,5O_2(г) = SO_3(г)

Если стандартные энтропии образования SO₂(г),SO₂(г),SO₃(г) равны соответственно(в Дж/К моль):

248, 205, 257.

Решение: ΔS^o = Σ S _f^o прод. - Σ S_f ^oисх. = 2·257 -(2· 248 1· 205) = -187 Дж/К

Пример 4. Пользуясь значениями ΔG^o_f отдельных соединений, вычислите ΔG^o реакции

SO₂(г) + NO₂(г) = SO₃(г) + NO(г) и определите её направление в стандартных условиях.

Решение: ΔG^o р-ции = [ΔG^o_f(SO₃) + ΔG^o_f(NO)] - [ΔG^o_f(SO₂) + ΔG^o_f(NO₂)] =

(-370,4 + 86,6) - (-300,4 + 51,8) = -35,2 кДж Величина ΔG^o р-ции < О, значит реакция протекает в сторону образования SO₃ и NO.

Пример 5. Константа равновесия системы H₂(г) + I₂(г) = 2HI(г) при некоторой температуре равна 40. Определите равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации этих веществ составляют (в моль/л): [I₂] = 0,01; [H₂] = 0,03.

Решение: Пусть уменьшение концентрации водорода и иода к моменту равновесия будет x. Тогда равновесные концентрации составят( в моль/л): [I₂] =(0,01 - x); [H₂] = (0,03 – x); [HI] = 2x.

Решение этого уравнения даёт два корня:x₁= 0,0349 моль/л и x₂= 0,0096моль/л

Так как исходная концентрация иода равна 0,01 моль/л, уменьшение концентрации не может превышать эту величину и, следовательно, решением задачи будет x₂= 0,0096моль/л.Тогда равновесные концентрации реагирующих веществ будут равны(в моль/л):

[[H₂]р = 0,01 – 0,0096 = 0,0004; [I₂]р = 0,03 – 0,0096 = 0,0204; [HI]р = 2 0,0096 = 0,0192.

Пример 6.Химическое равновесие реакции СО₂(г) + Н₂(г) = СО(г)+Н₂О(г)

Установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ(моль/л):

[CO₂] = 7,0; [H₂] = 5,0; [CO] = 10; [H₂O] = 14. Равновесие системы было нарушено вследствие уменьшения концентрации Н₂О до 11 моль/л Рассчитайте равновесные концентрации реагирующих веществ после сдвига равновесия.

Решение. Уменьшение концентрации Н₂О показывает, что равновесие сместилось в сторону прямой реакции. Таким образом, концентрация СО₂ и Н₂ уменьшилась, а концентрация СО и Н₂О увеличилась. Пусть изменение концентрации реагирующих веществ будет х моль/л.Тогда новые равновесные концентрации после смещения равновесия будут равны (в моль/л):

[CO₂] = (7-x); [H₂] = (5-x); [CO] = (10 + x); [H₂O] = (11 + x).

Константа равновесия данной реакции равна:

Кс = [CO] [H₂O] / [CO₂][H₂] = 10 · 14 / 7 · 5 = 4,0.

4 = (10 +x) (11 +x) / (7 – x)(5 – x) = (110 + 21x + x²) / (35 – 12x + x²).

x² – 23x +10 = 0; x₁ = 22,56; x₂ = 0,44.

Реальное значение имеет второй корень. Следовательно, х = 0,44моль/л.

Новые равновесные концентрации:

[CO₂] = 7,0 – 0,44 = 6,56 моль/л; [H₂] = 5,0 – 0,44 = 4,56 моль/л;

[CO] = 10,0 + 0,44 = 10,44 моль/л; [H₂O] = 11,0 + 0,44 = 11,44 моль/л.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Стандартные энтальпии образования (в кДж/моль) аммиака и нитрата аммония равны соответственно:- 46,2 и -365,4. Напишите уравнения реакций, к которым относятся эти тепловые эффекты.

2. При образовании 1,70г аммиака выделилось 4620Дж тепла. Определите стандартную теплоту образования аммиака.

3. Рассчитайте энтальпию реакции ( при стандартных условиях:):

SO₂(г)+ 2H₂S(г)= 3S(кр).+ 2Н₂О(ж),.если стандартные энтальпии образования SO₂(г),H₂S(г) и.H₂О(ж) равны соответственно( в кДж/моль):-296,9;-21,0;-285,8.

4. Окисление аммиака протекает по уравнению:4NH₃(г)+ 30₂(г)= 2N₂(г) + 6Н₂О(ж).

Стандартная энтальпия реакции –1530 кДж/моль. Определите стандартную энтальпию образования аммиака, если стандартная энтальпия образования воды -285,8кДж/моль.

5. Не производя вычислений, установите знак изменения энтропии реакции окисления аммиака(см.п.4).

6. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса реакции СО(г) + Н₂О(ж) = СО₂(г) + Н₂(г)

и установите, в каком направлении эта реакция может протекать самопроизвольно в стандартных

условиях при 25^оС. Стандартные энергии Гиббса образования СО₂(г), Н₂О(ж) и СО(г)

соответственное( в кДж/моль):-137,1 ;-237,3;-394.4.

7 Напишите выражения констант химического равновесия (Кс, Кр)

следующих обратимых реакций (V = const. Т = const):

а)N₂(г) + 3H₂(г) = 2NH₃(г) д) 3Fe₂O₃(тв) + H₂(г) = 2Fe₃O₄(тв) + H₂Oг)

б)C(тв)+ CO₂(г) =2CO(г) е) CaCO₃(тв) = CaO(тв) + CO₂

в)4HCl(г) +O₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г)

г)2NO₂(г) =2NO(г) +O₂(г)

Как повлияет повышение давления на состояние равновесия в этих системах?

8. В каком направлении смещено равновесие в реакции Н₂(г)+ J₂(г)= 2HJ(г),

если при некоторой температуре константа равновесия Кр>1?

9 . С ростом температуры равновесие в реакции

N₂(г) + O₂(г)= 2NO(г) сдвигаетсяв сторону прямой реакции.

Сделайте вывод о знаке энтальпии реакции.

10. При некоторой температуре константа равновесия реакции А=В равна 4.

Как изменится константа равновесия реакции, если концентрацию вещества А

увеличить в 10 раз?

11. При температуре 298К константа равновесия реакции А=В равна 4×10^-4, а при температуре 1000К равна 5×10^-6. Экзотермическая или эндотермическая эта реакция?

12. Сформулируйте принцип смещения химического равновесия.

13. Приведите примеры параметров, которые : а)смещают положение равновесия,изменяя величину константы равновесия; б) смещают положение равновесия, не изменяя величины константы равновесия.

14. Как повлияет понижение температуры на величину константы равновесия реакции N₂(г)+ ЗН₂(г)=2 NH₃(г),если стандартная энтальпия реакции -92,4кДж.

15. Исходные концентрации СО и Н₂О соответственно равны 0,08 моль/л.

Вычислите равновесные концентрации СО, Н₂О и Н₂ в системе

СО(г)+ Н₂0(г)= СО₂(г)+ Н₂(г),если равновесная концентрация СО оказалась равной 0,05моль/л.

16. Равновесие реакции 4HCl(г) + 0₂(г)= 2H₂O(г)+ 2Cl₂(г) установилось

при следующих концентрациях реагирующих веществ(в моль/л):

/Н₂О/ = /Cl₂ / = 0.4; /HCl/ = /О₂/ = 0.2. Вычислите константу равновесия Кс и

исходную концентрацию кислорода в реакционной смеси.

17.При 721К константа равновесия Кр реакции Н₂(г)+ I₂(г)=2HI(г), равна 50. Рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса этой реакции.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Дайте определения понятиям «:идеальный» и «реальный» растворы, «активность», «ионная сила», «коэффициент активности иона».

2. Рассчитайте [Н₃О ⁺], [ОН ^-], а(Н₃О⁺) , а(ОН^-) и рН:

а) 0,01 М. раствора НС1,

б) раствора Н₂SО₄ с концентрацией С[0,5Н₂SO₄ ]= 0,01 моль/л;

в) 0,2 М раствора КОН;

г) раствора Ва(ОН)₂. с концентрацией С[0,5 Ва(ОН)₂]= 1 • 10^-3моль/л.

3. Рассчитайте молярную концентрацию:

а) раствора HBr, если рН раствора равно 1,65.

б) раствора NaOH, если рН раствора равно11,26.

4. Вычислите с учётом коэффициентов активности ионов рН вод­ного раствора, содержащего

гидроксид натрия [w(NaOH)= 0,05%] и хлорид натрия [w(NaCl)= 0,2%],.

если плотность раствора равна 1,02г/мл.

5. Рассчитайте рН раствора, содержащего в 2,5л одновременно 0,0032 моль HNO₃ и

0,0083 моль H₂SO₄.

6. Вычислите рН конечного водного раствора, полученного при смешении 20 мл 0,1 М НС1 и

20 мл О,2М KOH с последующим разбавлением водой до объёма 1л.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Напишите уравнения протолитического равновесия и укажите сопряженные кислотно-основные пары в водных растворах:

а) азотистой кислоты К^о (HNO₂) = 5,1×10^-4 ;

б) аммиака К^o(NH₃××H₂O)= 1,76×10^-5 ;

в) угольной кислоты К^о (Н₂СО₃ )= 4,5 • 10^-7 К^о ( НСО₃^-) = 4,8×10^-11

От каких факторов зависит стандартная константа равновесия К^о ?

2.Вычислите концентрационную константу основности аммиака К^с(NH₃×H₂O) и рK^c(NH₃×H₂O)в 0,02 н растворе КС1 , если рК^о (NH₃×H₂O)=4,75.

3. Напишите уравнения реакций автопротолиза воды и безводной уксусной кислоты.

4. Как связаны константы кислотности и основности сопряжен­ной пары

NH₄ ⁺ - NH₃ ? Приведите вывод формулы.

5. Степень диссоциации уксусной кислоты равна 1,32 • 10^-2,К^о= 1,75 • 10^-5.

Определите концентрацию кислоты, концентра­цию ацетат-иона и рН раствора.

Коэффициенты активностей ионов принять равными 1.

6. В О ,1 М водном растворе аммиака рН=11,12. Вычислите сте­пень диссоциации,

константу основности и концентрацию ионов аммо­ния в данном растворе.

Коэффициенты активностей ионов принять равными 1.

7. К 50 мл 0,1 М раствора муравьиной кислоты (р=1,00 г/мл) добавили 50 мл

0,01 М раствора соляной кислоты (р=1,00 г/мл). Оп­ределите рН и степень диссоциации муравьиной кислоты в полученном растворе (р=1,00 г/мл),

если К ^о(НСООН)= 1,37×10^-4? Коэффициенты активностей ионов считать равными 1.

8. Напишите уравнение протолитического равновесия в водном растворе нитрата аммония. Сколько граммов NH₄NO₃ содержится в 100 мл его водного раствора, если рН=5,12?

[К^о (NH₃H₂O) =1,76 •10^-5 ]. Коэф­фициенты активностей ионов принять равными 1.

9. Рассчитайте рН раствора, полученного при смешивании 10 мл 0,1 М HNO₂ и 20 мл 0,05 М КОН, если плотности растворов равны 1,00 г/мл [К ^о(HNO₂) .=5,1×10^-4]. Коэффициенты активностей ионов принять равными 1 .

БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ

Пример 1.Рассчитайте рН раствора, приготовленного смешением 300мл 0,05М KH₂PO4 и 200мл 0,1М Na₂HPO₄. pKa(H₂PO₄ ^- )= 7,2.

Решение:

рН буферного раствора равно: рН = рКа + lg

Определяем ионную силу раствора.

KH₂PO₄ = K⁺ +H₂PO₄^- Na₂HPO₄ = 2Na⁺ + HPO₄^2-

0,05 0,05 0,05 ( моль) 0,1 0,2 0,1 (моль)

Объём буферного раствора: 300мл + 200мл = 500 мл =0,5л.

Концентрации ионов в буферном растворе равны:

)= моль/л c(Na )= = 0,08моль/л

c(H₂PO₄^- )= = 0,03 моль/л c(HPO₄^2-)= = 0.04 моль/л

Ионная сила J= 0,5 ( 0,03·12 + 0,03·12 + 0,08·12 + 0,04·22)= 0,15.

По таблице находим коэффициенты активности f ионов.

f(H₂PO₄^-) =0,81. f( HPO₄^2-) = 0,41.Рассчитываем рН данного буферного раствора:

pH= +lg = 7,03.

Пример 2 Какие объёмы 0,2М NH₃·H₂O и 0,1М NH₄Cl необходимо взять для приготовления 200 мл буферного раствора с рН=9,54? pKb(NH3·H2O)=4,76. Ионная сила раствора J= 0,1.

Решение:

Коэффициент активности нейтральных молекул можно принять равными 1,

а f(NH₄⁺) = 0,81 в соответствии с ионной силой.

pН данной буферной системы равно: рН = рКа(NH₄⁺) + lg

pKa(NH₄⁺) = 14 – pKb = 14 – 4,76 = 9,24. pH = 9,24 + lg

Предположим, что для приготовления буферного раствора взяли x (л) раствора аммиака. Тогда раствора хлорида аммония будет (0,2 – x)л.

c(NH₃·H₂O) = =x(моль/л) c(NH₄⁺)= =(0,1-0,5x) моль/л.

Подставляем полученные данные в уравнение для рН буферной системы:

9,54 = 9,24 + lg lg

x= 0,0895 (л) =89,5 мл 90мл.

V(NH₃·H₂O) = 90мл V(NH₄Cl) = 110мл

Пример 3а) Рассчитайте рН ацетатной буферной системы, приготовленной смешением 200мл 0,1м СН₃СООН и 200мл 0,1М СН₃СООNa. рКа(СН₃СООН) = 4,76.

б) Рассчитайте рН данной буферной системы после добавления 10мл 1М HCl и буферную ёмкость по кислоте.

в) Рассчитайте рН данной буферной системы после добавления

10 мл1М NaOH и буферную ёмкость по щёлочи.

Решение:

а) рН ацетатной буферной системы равна: рН= 4,76 + lg

Концентрации буферных кислоты и основания равны:

c(CH₃COO-) = с(СH₃COOH) = моль/л

Для определения коэффициента активности определяем ионную силу:

J=0,5(0,05 + 0,05)= 0,05.

Концентрацией ионов, которые даёт слабый электролит – уксусная кислота пренебрегаем в виду их малости.

Из таблицы находим коэффициенты активности ацетат – иона и иона натрия:f=0,84.

Рассчитываем рН буферной системы:

pН = 4,76 + lg

б) При добавлении соляной кислоты протекает реакция:

CH₃COO^- + H₃O⁺ = CH₃COOH +H₂O,

0,02 0,01 0,01 моль

В растворе было:n(CH₃COO^-) = 0,05·0,4 = 0,02 моль. Добавили n(HCl) = 0,01·1 = 0,01моль.

При этом сильная кислота заменяется в эквивалентных количествах на слабую (буферную) кислоту, а буферное основание в эквивалентных количествах уменьшается. (В этом заключается механизм буферного действия).

В результате реакции буферного основания осталось: 0,02 –0,01 = 0,01 моль,

а буферной кислоты стало: 0,02 + 0,01 = 0,03 моль.

Поскольку количество ионов в результате такой реакции не меняется, ионная сила не изменяется и коэффициент активности остаётся прежним.

Тогда рН = 4,76 + lg

Буферная ёмкость по кислоте равна: Bк = моль/л.

в) При добавлении щёлочи в буферную систему протекает реакция:

CH₃COOH + OH^- = CH₃COO^- + H₂O

0,02 0,01 0,01 моль

В растворе было: n(CH₃COOH) = 0,05·0,4 = 0,02моль. Добавили n(NaOH) = 0,01·1моль.

При этом сильное основание ОН^- заменяется в эквивалентных количествах на слабое(буферное основание), а буферная кислота в эквивалентных количествах уменьшается. В результате реакции буферной кислоты осталось: 0,02 –0,01 = 0,01 моль, а буферного основания стало:

0,02 + 0,01 = 0,03 моль. Поскольку ионная сила не меняется, коэффициент активности остаётся прежним 0,84.

Тогда рН = 4,76 + lg

Буферная ёмкость по щёлочи равна: Вщ = моль/л.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Напишите уравнения протолитических равновесии в следующих буферных растворах:

а) уксусная кислота и ацетат натрия;

б) угольная кислота и гидрокарбонат натрия;

в) аммиак и хлорид аммония;

г) дигидрофосфат калия и гидрофосфат натрия.

2. Рассчитайте рН буферного раствора, содержащего 0,01 моль КН₂ РО₄. и

0,02 моль Na₂ НРО₄ в 500 мл раствора

[Ка(H₃PO₄) =7,1 • 10^-3,Ка (H₂PO₄^-) = 6,2×10^-8, Kа ( HPO₄^2-) = 5,0 ×10 ^–13 ].

Какие реакции будут протекать при добавлении к этому раствору небольшого количества КОН или HNO₃ ? Объясните механизм буферного действия.

3. Какие объёмы 0,2 М NH₃ и 0,5 М NH₄NO₃ необходимовзять для

приготовления 200 мл буферного раствора с рН=8,16 [Кв (NH₃ ×H₂O) =1,76 ×10^-5]

Вычислите рН после добавления в этому раствору 5 мл 0,2 М НС1 и напишите уравнения протекающих реакций. Плотности растворов счи­тать равными 1,00 г/мл.

4. Рассчитайте молярное соотношение основания и сопряженной кислоты в буферном растворе, содержащем СН₃ СООН и СН₃ COONa, рН которого равен 4,86 [Ка(СН₃СООН) =1,76 • 10^-5 ].Какова буферная ёмкость это­го раствора по кислоте

ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ

Пример1. Рассчитайте растворимость фосфата бария, если ПР(Ba₃(PO₄)₂) = 6,3·10^-39.

Решение:

Ba₃(PO₄)₂ = 3Ba²⁺ + 2PO₄^3-

Если s- растворимость фосфата бария, то: [Ba²⁺]= 3s , [PO₄^3-] = 2s.

ПР = (3s)³ (2s)^{2 ­} = 108s⁵ = 6,3 ·10^-39.

Отсюда s = √ 6,3 ·10^-39 / 108 = 9 10^-9 моль/л.

1. Дайте определение понятиям: «произведение растворимости», «растворимость» .

2. Вычислите произведение растворимости хромата серебра, ес­ли в 500 мл воды при 25°С растворяются 0,011 г Аg₂ СгО₄.

3. Произведение растворимости АgС1 равно 1,810^-10 Вычислите растворимость соли (моль/л и г/л) в воде и 0,01М КС1. Коэффициен­ты активностей ионов принять равными 1.

4. Смешали 10 мл 0,01М раствора СаС1₂и 40 мл 0.01М раствора оксалата аммония (NH₄)₂C₂O₄ . Выпадет ли осадок оксалата кальция, если ПР(CaC₂O₄) =2 10^-9 ?

5. В раствор, содержащий 0,01 моль/л BaCl₂, и 0,01 моль/л SrCl₂ , медленно добавляют раствор сульфата натрия. Какой осадок выпадет первым,

если ПР(BaSO₄) =1,1 10^-10; ПР(SrSO₄)=3,2 • 10^-7?

КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Пример 1. Определите окраску комплексного иона [Cr(H₂O)₆]³⁺ , если энергия расщепления

энергетических уровней равна 209,5 кДж/моль.

Решение:

При переходе электронов с t_2g – подуровня на e_g - подуровень в октаэдрических комплексах поглощается квант света, энергия которого равна энергии расщепления: Δ = hν,

где h- постоянная Планка, h = 6,6 ∙10^-34 Дж∙ с, а ν - частота колебаний света в максимуме поглощения. ν = с/ λ, где λ – длина волны максимума поглощения, а с- скорость света

( с = 3,0 10⁹м/с). Энергия электронного перехода Е = Δ/Na.

Тогда: λ = h∙c∙ Na/ Δ = 6,63 ∙10^-34 Дж∙ с∙ 3,0∙ 10⁸ м/с ∙ 6,02∙10²³ моль^-1 ∙10⁹ нм/м / 209500 Дж =571 нм.

Согласно таблице 2 книги «Комплексные соединения» этой длине волны соответствует цвет поглощаемого излучения желто-зеленый, а наблюдаемый (дополнительный) цвет-фиолетовый.

Пример 2. Определите число неспаренных электронов в низкоспиновом комплексе [Fe(CN)₆]³⁺ по следующим экспериментальным данным: молярная магнитная восприимчивость χ_м = 0,0012.

Решение:

По величине молярной магнитной восприимчивости вычисляем величину магнитного момента:

μ = 2,84 √ χ_мТ = 2,84 √ 0,0012·298 = 1,7. магнетонов Бора. Такая величина соответствует одному неспаренному электрону.

Пример 3. Рассчитайте, выпадет ли при 250С осадок сульфида серебра (I) , если смешать равные объемы 0,001 М раствора K[Ag(CN)₂], содержащего KCN с концентрацией 0,124 моль/л и раствор Na₂S с концентрацией 0,004 моль/л. Общая константа устойчивости комплекса равна β₂ =1,6 · 107.

ПР(Ag₂S) = 7,2 · 10^-50.

Решение: Ag ⁺ + 2CN^- = [Ag(CN)₂]^-

β₂ = [Ag(CN)₂]^- / [Ag⁺] ∙ [CN^-] , Отсюда: [Ag⁺] = [Ag(CN)₂]^- / β₂ ∙ [CN^-]²

Поскольку смешали равные объемы двух растворов, концентрации компонентов уменьшаются в 2 раза. Итак: [Ag⁺] = 5 ∙10^-4 / 1,6 ∙10⁷∙ 0,062 = 5,04 ∙ 10^-10

[S^2-] = 0,002 моль/л. Произведение [Ag⁺]² [S^2-] равно:(5,04 ∙10^-10) ² ∙ 0,002 = 5,08 ∙10^-23 .

Так как 5,08 ∙10^-23 > ПР(Ag₂S) = 7,2 ∙10^-50 осадок выпадет.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

1. Определите величину и знак заряда комплексных ионов, образуемых Cr³⁺ :

[Cr(H₂O)₄Cl₂], [Cr(H₂O)₃Cl₃], [Cr(H₂O)₅Cl], [Cr(NH₃)₃(OH)₃].

2. Составьте формулы комплексных соединений:

гексафторалюминат (III) натрия, нитрат динитротетраамминкобальта(III),

тетрагидроксоаурат(III) калия, трихлоротриамминиридий.

3. Напишите координационные формулы соединений по заданному составу для вещества в водном растворе, если при добавлении избытка нитрата серебра :

а) к 0,11 моль PtCl₄ · 3NH₃ образуется 0,11 моль осадка;

б) к 0,07 моль CrCl₃ · 5NH₃ образуется 0,14 моль осадка.

4. Составьте энергетическую диаграмму образования связей, определите тип гибридизации следующих комплексов 3d- элементов с октаэдрическим полем лигандов, укажите число неспаренных

d-электронов, предскажите магнитные свойства комплексов :

а) поле лигандов - слабое б) поле лигандов - сильное

[FeF₆]^3- , [Mn(H₂O)₆]³⁺ : [Cr(CN)₆]^4-, [Co(NH₃)₆]³⁺.

5. Определите гибридные орбитали центрального атома-комплексообразователя, пространственную структуру ионов, укажите, какой из них – высокоспиновый, какой – низкоспиновый:

[Co(NH₃)₆]³⁺ (диамагнитный); [Co(NH₃)₆]²⁺ ( три неспаренных электрона).

[Ni(CN)₄]^2- (парамагнитный); [NiCl₄]^2- (диамагнитный).

6. Определите вид изомерии в следующих комплексных соединениях:

а) [Cr(H₂O)₆]Cl₃, [Cr(H₂O)₅Cl]Cl₂ · H₂O, [Cr(H₂O)₄Cl₂]Cl · 2H₂O;

б) [Co(H₂O)(NH₃)₄(OH)]Br₂, [Co(NH₃)₄Br(OH)]Br · H₂O, [Co(NH₃)₄Br₂]OH · H₂O.

7. Составьте пространственные изображения цис- и транс- изомеров следующих комплексов:

[Co(NCS)₃(NO₂)₃]^3-, [Pt(NH₃)₂(NCS)₂].

8. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций образования комплексных соединений:

Zn(OH)₂ + NH₃ · H₂O= …; Fe(CN)₂ + KCN =…;

[Cr(H₂O)₆]³⁺ + OH^- = … : [Ni(H₂O)₆]²⁺ + NH₃ · H₂O = … .

9. Определите окраску комплексного иона [Ti(H₂O)₆]₆]³⁺ , если энергия расщепления энергетических уровней равна Δ = 241,9 кДж/моль.-

10. Объясните, почему соединения ионов Ti⁴⁺, Ca²⁺ и Zn²⁺ бесцветны.

11. Определите число неспаренных электронов в высокоспиновом комплексе [Fe(H₂O)₆]³⁺ , если определенная экспериментально молярная магнитная восприимчивость равна 5,95.

Составьте энергетическую диаграмму образования связей в комплексе и укажите тип гибридизации орбиталей центрального атома.

12. Объясните, почему низкоспиновые комплексы Fe(II) и Co(III) диамагнитны.

13. Напишите уравнения протолитических реакций в водном растворе для комплексов, проявляющих кислотные свойства:

[Co(H₂O)(NH₃)₄(NO₂)]²⁺, [Pt(H₂O)₂(NH₃)₄]⁴⁺.

14. Напишите уравнения протолитических реакций в водном растворе для комплексов, проявляющих основные свойства:

[Co(NH₃)₅(OH)]²⁺, [Pt(NH₃)₂(OH)₂].

15. Пользуясь таблицей констант устойчивости, определите, в каких случаях произойдёт взаимодействие между электролитами. Напишите для этого случая молекулярные и ионные уравнения

[Ag(NH₃)₂]NO₃ + NaNO₂ = …; Na₃[Ag(S₂O₃)₂] + KCN =…;

16. Напишите уравнения окислительно- восстановительных реакций между комплексами:

а) [Fe(CN)₆]^3- + [Co(CN)₆]^4- = … : б) [Co(NH₃)₅NCS]²⁺ + [Cr(H₂O)₆]²⁺ = … .

17. При какой концентрации ионов хлора начнётся выпадение осадка хлорида серебра из 0,1 М раствора [Ag(NH₃)₂]NO₃, содержащего 1 моль NH₃ в 1л раствора?

ПР(AgCl) =1,8×10 –10 , lgβ₂ = 7,24.

ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ

Р- ЭЛЕМЕНТЫ. VIIA- группа

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Р-ЭЛЕМЕНТЫ. VIА- группа.

1. По известным температурам плавления и кипения Н₂Э постройте график зависимости температур кипения и плавления от порядкового номера элемента.

Объясните аномальный с точки зрения периодического закона ход графиков. Методом экстраполяции найдите гипотетические значения температур плавления и кипения воды по этим величинам для остальных Н2Э. Предскажите также температуры кипения и плавления для Н2Ро.

Н₂Э..................... H₂O…………..H₂S…………..H₂Se……………H₂Te

tпл. ⁰C.................. 0,00………….-85,54……….- 65,72………….- 51,00

tкип. ⁰C............ 100,00………… -60,35……….- 41,50…………. -1,80

2. Рассчитайте стандартную энергию Гиббса образования газообразных Н₂Э при 298 К. Сделайте выводы о сравнительной химической активности элементов VI-А группы в свободном виде, о химической устойчивости и восстановительной способности Н₂Э. Предскажите устойчивость и окислительно-восстановительные свойства Н₂Ро.

3. Дайте сравнительную характеристику, указав изменения:

а) устойчивости; б) кислотных свойств; в) окислительно-восстановительных свойств

4. Рассчитайте массовую долю пероксида водорода, если 20 мл его раствора с плотностью 1,015 г/мл прореагировало с 100 мл 0,2 Н раствора перманганата калия в кислой среде.

5. Рассчитайте рН: а) 0,1М раствора сероводорода ; б) 0,1М раствора сульфида натрия.

6. Определите массу осадка, полученного при взаимодействии избытка перманганата калия с 4,48 л(н.у.) сероводорода.

7. Определите, будет ли в изолированной системе при 298 К термодинамически выгодной реакция:

H₂S(г) + SO₂(г) = S(т) + H₂O(ж) ?

8. Запах SO₂ в воздухе ощущается при его содержании 0,001 мл (н.у.) в 1 л воздуха. Установите, существует ли опасность экологического загрязнения атмосферы, если в пробе воздуха объёмом 100 мл ( н.у.) обнаружено количество SO₂, эквивалентное сжиганию 1 г природного топлива, содержащего 2,86 10^-4 % серы?

11. По методу ВС предскажите полярность молекул SO₂ и SO₃.

Является ли получение газообразного SO₃ из SO₂ и О₂ термодинамически выгодным процессом в изолированной системе при 298 К?

Р - ЭЛЕМЕНТЫ VА - группа

1. Дайте сравнительную характеристику атомов элементов подгруппы азота, указав :

а) электронные конфигурации, б) валентные возможности , в) наиболее характерные степени окисления.

2. Опишите электронное строение: аммиака, иона аммония, оксида азота (I), азотной кислоты.

3. Опишите электронное строение молекулы азота по методам ВС и МО.

4. Какая из приведенных реакций наиболее вероятна при 298К :

NH₄NO₃(к) = N₂O(г) + 2H₂O(г)

NH₄NO₃(к) = N₂ (г) + 0,5 0₂ (г) + 2 H₂0(г) ?

Стандартные энергии Гиббса образования в кДж/ моль равны:

для NH₄NO₃(кр.) = -183,8 для N₂O(г) = +104,2 для H₂0(г) = -228,6.

5. Какова реакция среды в водных растворах: нитрата бария, нитрита натрия, фосфата калия ?

6. Какие из перечисленных солей взаимодействуют в подкисленном серной кислотой растворе :

а) с иодидом калия, б) с перманганатом калия ? Напишите уравнения протекающих реакций.

7. Напишите уравнения реакций взаимодействия Na, Ag, Ca, Zn, Cu, Al, Fe, S, C,P:

а) с разбавленной азотной кислотой , б) с концентрированной азотной кислотой.

8. Напишите уравнения реакций термического разложения следующих солей: нитрат натрия, нитрат серебра, нитрат свинца, нитрат магния, нитрат железа (III),нитрат аммония, нитрит аммония.

9. Как получить нитрат аммония, используя в качестве исходных веществ атмосферный азот и воду ?

10. Как получают фосфор в промышленности? Напишите уравнения соответствующих реакций.

11. Дайте сравнительную характеристику водородных соединений подгруппы азота , указав, как изменяются : а) температуры кипения и плавления, б) термическая устойчивость, в) окислительно- восстановительные свойства, г) кислотно- основные свойства.

12. Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду гидроксидов мышьяка (III), сурьмы(III), висмутата(III)?

13. Закончите уравнения реакций :

1)P + Cl₂---> 2) P + Mg ---> 3) PH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ---> 4) Mg₃P₂ + HCl--->

5)H₃PO₃ + AgNO₃ + H₂0--> 6) As₂ 0₃ + Zn + H₂S0₄ --> 7) Sb₂S₃ + HNO₃ (конц.)-->

8)NaBiO₃ + Mn( NO₃)₂ + HNO₃--->

Р- ЭЛЕМЕНТЫ IV А- группы

1. Дайте сравнительную характеристику атомов элементов подгруппы углерода, указав: а) электронные конфигурации ,б) валентные возможности ,

в) наиболее характерные степени окисления.

2. Какой тип гибридизации АО углерода в молекулах : CH₄, C₂H₆, C₂H₄, C₂H₂,CO₂?

3. Дайте сравнительную характеристику свойств водородных соединений элементов подгруппы углерода.

4. Опишите свойства СО, указав : а) электронное строение молекулы с позиций методов ВС и МО, б) Отношение к воде и к водным растворам кислот и щелочей,

в) окислительно-восстановительные свойства.

5. Какие равновесия устанавливаются в водном растворе углекислого газа ?

6. Можно ли получить нейтральный раствор, прибавив к раствору угольной кислоты строго эквивалентное количество щёлочи?

7. Предложите химическое объяснение чрезвычайно высокой ядовитости СО, что дало ему право называться угарным газом. Рассчитайте число молекул О2 к числу молекул СО при вдыхании 1л воздуха с предельно допустимой концентрацией СО, равной 0,03 мг/л. Объёмная доля кислорода в воздухе составляет 20,95 %.

8. В открытой колбе при 250С находится дистиллированная вода с рН 5,6 за счёт поглощения углекислого газа. Рассчитайте молярную концентрацию углекислого газа в воде.

9. Углекислый газ пропускают через насыщенный раствор гидроксида кальция. Вначале образуется осадок, который затем исчезает. Составьте уравнения реакций. Определите суммарный объём газа( при н.у.) , потраченного на образование 100 г осадка и перевод его в раствор.

10. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной форме уравнения взаимодействия с водой карбоната натрия, гидрокарбоната калия, карбоната аммония. Укажите реакцию среды.

11. Охарактеризуйте физические и химичеcкие свойства SiO₂, его отношение к воде, кислотам и щелочам.

12. В каком направлении и почему будет происходить смещение равновесия при насыщении углекислым газом водного раствора силиката натрия:?

13. При сжигании 8,71г некоторого газообразного силана SixHy на воздухе образовалось 16,82 г SiO2 .Найдите химическую формулу этого силана, если его плотность по аргону равна 1,558.

Р -ЭЛЕМЕНТЫ IIIA- группы.

1. Особенности строения атомов элементов главной подгуппы третьей группы .Как изменяются их свойства с увеличением порядкового номера элемента? Какие валентные состояния характерны для этих элементов?

2. Какое соединение образуется при нейтрализации Н₃ВО₃ щёлочью? Что образуется при обработке борной кислоты избытком щёлочи? Напишите уравнения реакций.

3. Какие изменения претерпевает тетраборат натрия(бура) в водном растворе и при обработке соляной или серной кислотой?

4. Напишите уравнения гидролиза BCl₃ и BF₃. Чем отличается гидролиз фторида бора от гидролиза его хлорида?

5. Определите тепловой эффект сгорания 6,05л(н.у.) диборана на воздухе(образуются только конденсированные продукты). Установите также, является ли эта реакция обратимой в закрытой системе при 298К.

6. Определите рН водного раствора при 25оС, приготовленного из 0,185г гидроксида бора в мерной колбе объёмом 200мл.

7. Напишите уравнения реакций между алюминием и раствором щёлочи.Что произойдёт при