Департамента Химии Института естественных наук

Департамента Химии Института естественных наук

Направление 020100 «Химия»

Екатеринбург

Подготовлено кафедрой

неорганической химии

Составители:

С. С. Нохрин, А. Ф. Гусева,

Л. И. Балдина

1. Атомно-молекулярное учение

1. Знать, понимать и уметь описать:

1) опытные факты, послужившие для разработки АМУ (качественное и количественное изучение химических реакций, идущих в растворах, газах, начиная с работ Р.Бойля);

2) основные понятия: химическое соединение, химическая формула (эмпирическая, молекулярная, структурная, графическая, координационная), стехиометрия, атом, элемент, молекула, молекулярное и немолекулярное строение вещества, система, газ, идеальный газ, химическая реакция, изоморфизм, вещество;

3) физические величины: количество вещества, эквивалент, относительные и абсолютные атомные и молекулярные массы, молярная (мольная) масса, эквивалентная масса, мольный объем, парциальное давление, стандартные и нормальные условия, число Авогадро, абсолютная и относительная плотность газов;

4) законы и правила: сохранения массы и энергии, постоянства состава, кратных отношений, эквивалентов, газовые (Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля, Авогадро, Дальтона), Дюлонга и Пти, изоморфизма, объединенный газовый закон, уравнение Менделеева-Клапейрона;

5) основные положения АМУ.

2. Уметь применять основные понятия, правила, законы и положения АМУ для решения следующих задач:

1) определения элементного состава и формулы химического соединения;

2) экспериментального определения и расчета молярных масс индивидуального газа и смеси газов;

3) экспериментального определения эквивалентных масс простых веществ (прямой, косвенный, аналитический методы, метод вытеснения водорода и превращения) и сложных веществ;

4) определение атомных масс (методы Авогадро, Канниццаро, Дюлонга и Пти, изоморфизма).

3. Задачи для решения:

1.1. Масса одной молекулы полисеры S_х при некоторой температуре составляет 4,26×10^{-22 г, а масса атома серы - 5,32}×10^{-23 г. Найдите состав молекулы полисеры.}

1.2. Навеска цинка в 2,16 г растворена в соляной кислоте, после окончания реакции и выпаривания раствора досуха осталось 4,48 г белого кристаллического вещества. Вычислите абсолютную ошибку опыта. Объясните результаты опыта с точки зрения закона сохранения масс.

1.3. При горении цинка в кислороде выделилось 349,6×10³ Дж тепла на один моль оксида цинка. Рассчитайте потерю массы.

1.4. Одинакового ли состава получится оксид меди ( II ), если:

1) при прокаливании 0,635 г меди в токе кислорода образовалось 0,794 г вещества;

2) 1,27 г меди превратили в нитрат меди (II), а последний прокалили и получили 1,59 г твердого вещества;

3) 0,381 г меди превратили в основный карбонат, который при прокаливании дал 0,476 г вещества. Результаты расчетов объяснить с точки зрения закона постоянства состава.

1.5. Даны три соединения, образованные атомами натрия, хлора и кислорода, следующего состава ( массовые доли в процентах):

Элемент	I	II	III
Натрий	30,89	21,60	18,78
Хлор	47,62	33,31	28,96
Кислород	21,49	45,09	52,26

1) Сколько массовых частей натрия и кислорода в этих соединениях приходится на одну массовую часть хлора?

2) Как относятся между собой массовые части натрия и массовые части хлора?

3) Какие следствия вытекают из полученных соотношений и как объяснить их на основе атомно-молекулярного учения?

1.6. Рассчитайте эквивалентную массу (г/моль), эквивалентный объем газообразных веществ (л/моль) при н.у.) и эквивалент реагентов и продуктов в следующих реакциях ( предварительно составьте полные уравнения и подберите коэффициенты):

1) NaOH + H₃PO₄ = NaH₂PO₄ + …………

2) Ca(HCO₃)₂ + HCl = ………

3) NH₄Cl + LiOH = NH₃ + …….…………

1.7. Рассчитайте эквивалентную массу металла, если при сгорании 5,00 г металла образуется 9,44 г оксида металла.

1.8. При растворении 1,11 г металла в кислоте выделилось 402,2 мл водорода, измеренного при 19⁰С и 770 мм рт. ст. Вычислите эквивалентную массу металла.

1.9. При растворении в кислоте 0,608 г металла было собрано над водой 623,7 мл насыщенного водяным паром водорода при давлении 776,6 мм рт.ст. и температуре 26⁰ С. Давление насыщенного водяного пара при данных условиях равно 25 мм рт. ст. Вычислите эквивалентную массу металла.

1.10. Для растворения 16,8 г металла потребовалось 14,7 г серной кислоты. Вычислите эквивалентную массу металла и объем выделившегося водорода при нормальных условиях.

1.11. Рассчитайте эквивалентную массу металла, если известно, что 2,00 г его образуют соединение с 1,12 л хлора (0^оC, 760 мм. рт. ст.).

1.12. Рассчитайте эквивалентную массу (г/моль) металла, если 1,775 г его оксида при растворении в разбавленной серной кислоте образуют 3 моль металла.

1.13. При растворении 2,00 г металла в серной кислоте образовалось 4,51 г сульфата. Рассчитайте эквивалентную массу металла.

1.14. 1,00 г карбоната металла превращен в сульфат, причем последнего получилось 1,36 г. Вычислите эквивалент металла.

1.15. После прокаливания 150,00 г нитрата некоторого металла осталось 87,54 г его оксида. Рассчитайте эквивалентную массу металла.

1.16. При взаимодействии ортофосфорной кислоты со щелочью образовался гидрофосфат натрия. Вычислите для этой реакции значение эквивалентной массы ортофосфорной кислоты.

1.17. При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с 2,75 г хлороводорода получилось 4,40 г соли. Вычислите эквивалентные массы вещества и образовавшейся соли.

1.18. При сгорании 2,00 г металла в кислороде образовалось 2,539 г его оксида, стехиометрическая валентность металла в котором равна четырем. Рассчитайте атомную массу металла. Вычислите удельную теплоемкость металла и его эквивалент.

1.19 Массовая доля атомов хлора в хлориде металла составляет 52,77 %. Вычислите точную атомную массу металла, если его удельная теплоемкость равна 0,409 Дж/(К г).

1.20. Эквивалентная масса хлора равна 35,5 г/моль, эквивалентная масса хлорида меди - 99г/моль. Установите формулу хлорида меди.

1.21. Навеска металла массой 0,350 г вытеснила из кислоты 209 мл водорода при 20⁰С и 102,3 кПа. Вычислите эквивалентную массу, эквивалент и удельную теплоемкость металла, если известно, что его сульфат изоморфен сульфату стронция.

1.22. Обработкой серной кислотой из 1,52 г фторида металла получено 1,81 г сульфата этого металла. Рассчитайте атомную массу металла, учитывая, что с сульфатом железа (III) сульфат данного металла образует квасцы. Вычислите удельную теплоемкость металла и его эквивалент.

1.23. 0,23 г газообразного сложного вещества, состоящего из углерода и кислорода, при 20⁰С и давлении 101,33кПа занимают объем 200 мл. Вычислите молекулярную массу указанного вещества.

1.24. Рассчитайте плотность по водороду газовой смеси, состоящей из одной объемной части аммиака и двух объемных частей оксида углерода (II).

1.25. Средняя плотность по водороду газовой смеси, состоящей из водорода и кислорода равна 14,5 . Вычислить объемную долю каждого газа в смеси.

ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ

1. Знать, понимать и уметь описать:

1) следующие понятия и физические величины: химическая связь, ионная и ковалентная (полярная и неполярная) связь, механизмы образования ковалентной связи (обменный и донорно-акцепторный), энергия и длина связи, полярность связи, полярность молекулы, валентный угол, свойства связанных атомов: эффективный заряд, электроотрицательность (ОЭО), степень окисления, валентность, координационное число; свойства связи: насыщаемость, направленность, поляризация; дипольный момент молекулы, поляризуемость и поляризующее действие;

2) основные положения метода валентных связей (схем) (ВС), концепции: гибридизации орбиталей и отталкивания электронных пар валентных орбиталей;

3) основные положения метода молекулярных орбиталей (МО ЛКАО);

4) основные положения теории поляризации;

5) конденсированное состояние вещества, типы связи в кристаллах, силы Ван-дер-Ваальса, ориентационное, индукционное и дисперсионное взаимодействие, водородная и металлическая связь.

2. Уметь:

1) определять по химической формуле соединения:

- стехиометрическую валентность и степень окисления атомов,

- тип связи между атомами,

- знак эффективного заряда атомов,

- координационное число центрального атома;

2) используя основные положения метода ВС:

- прогнозировать валентные возможности, степени окисления и формы характеристических соединений элемента по электронной конфигурации атома (порядковому номеру);

- составлять валентные схемы молекулярных частиц, образованных элементами главных подгрупп;

- прогнозировать геометрическую форму частиц с ковалентной связью, валентный угол;

3) используя основные положения метода МО:

- составлять энергетические диаграммы, электронные формулы двухъядерных частиц (гомо- и гетеронуклеарных), образованных элементами второго периода;

- определять порядок связи;

- объяснять устойчивость частиц и их магнитные свойства;

4) используя теорию поляризации, прогнозировать изменение характера связи между атомами в однотипных соединениях;

5) различать характер связи между структурными частицами в ионных, атомно-ковалентных, атомно-металлических, молекулярных кристаллах; объяснять влияние типа химической связи, водородной связи и межмолекулярного взаимодействия на энергию кристаллической решетки, температуру плавления (возгонки), проводимость электрического тока.

3. Задачи для решения:

Знать опытные факты, послужившие основанием для разработки теории электролитической диссоциации (ТЭД) Аррениуса.

Примеры решения задач

Задача 1

Определите рН в 0,012 М растворе гидроксида бария при 25 ⁰С.

Решение: Гидроксид бария – сильный электролит и в разбавленном растворе диссоциирует практически полностью согласно уравнению реакции:

Ba(OH)₂ = Ba²⁺ + 2OH^-,

рН такого раствора можно вычислить по следующей формуле:

рН = 14 – рОН = 14 + lg [OH^-] = 14 + lg (2×0,012) = 12,38.

Ответ: 0,012 М раствор гидроксида бария имеет рН, равный 12.38.

Задача 2

Определите рН в 0,002 М растворе хлорноватистой кислоты при 25⁰С.

Решение. Хлорноватистая кислота –слабый электролит и в водном растворе диссоциирует обратимо по уравнению реакции:

HClO + H₂O ↔ ClO^- + H₃O⁺.

Константа равновесия этой реакции – это константа кислотности К_a.

Ответ: 0,002 М раствор хлорноватистой кислоты имеет рН 5,12.

Задача 3

Определите рН 0,002 М раствора сульфата хрома (III) при 25⁰С.

Решение: Сульфат хрома (III) в растворе практически необратимо диссоциирует на ионы хрома (III) и сульфат – ионы. Катионы хрома (III) затем подвергаются обратимому протолизу, выполняя функцию слабой кислоты, в результате этого среда становится кислой. Указанный процесс изображают следующими уравнениями реакций:

Cr₂(SO₄)₃ = 2Cr³⁺ + 3SO₄^2-,

Cr³⁺×H₂O + H₂O ® CrOH²⁺ + H₃O⁺, это равновесие описывается следующей константой:

Ответ: 0,002 М раствор сульфата хрома(III) имеет рН 3,17.

Задача 4

Определите рН 0.002 М раствора цианида бария при 25⁰С.

Решение. Цианид бария в растворе практически необратимо диссоциирует на катионы бария (II) и цианид-ионы, цианид-ионы подвергаются обратимому протолизу, выполняя функцию слабого основания. В результате среда раствора становится щелочной. Процессы диссоциации и протолиза можно выразить следующими уравнениями реакций:

Ba(CN)₂ = Ba²⁺ + 2CN^-,

CN^- + H₂O ® HCN + OH^-,

последнее равновесие описывается константой основности:

;

= =10^-4

.

Ответ: 0,002 М раствор цианида бария имеетрН 10,65.

Задача 5

Определите степень диссоциации слабой кислоты НА в 0,01 М растворе с рН 3,38 при 25⁰С.

Решение: Уравнениереакции диссоциациислабой кислоты имеет вид:

НА + Н₂О ® А^- + Н₃О⁺,

Степень диссоциации слабой кислоты можно вычислить из следующего уравнения:

Ответ. Степень диссоциации 0,01 М раствора слабой кислоты НА равна 0,042 или 4,2%.

Задача 6

Определите степень протолиза в 0,002 М растворе гидрокарбоната натрия при 25⁰С.

Решение. Диссоциация гидрокарбоната натрия описывается уравнением:

NaHCO₃ = Na⁺ + HCO₃^-,

Анион HCO₃^- является амфолитом, поэтому в растворе протекают два процесса протолиза:

(I) HCO₃^- + H₂O ® CO₃^2- + H₃O⁺;

(II) HCO₃⁼ + H₂O ® H₂CO₃ + OH^-.

Константа равновесия первого процесса – это константа кислотности К_а^II, согласно справочным данным она равна 4,68×10^-11. Константу равновесия второго процесса можно рассчитать по уравнению:

K_b^II>K_a^I, поэтому расчет проводим по уравнению (II).

Ответ. Степень протолиза ионов HCO₃^- в водном растворе гидрокарбоната натрия равна 0,0034 или 0,34%.

Задача 7

Рассчитайте величину произведения растворимости фторида магния, если его растворимость в воде (L) равна 0,001 моль/л при некоторой температуре.

Решение.

В растворе фторида магния устанавливается следующее равновесие:

MgF_2(тв) ↔ Mg²⁺ + 2F^-, указанное равновесие характеризуется константой (ПР).

ПР = [Mg²⁺][F^-]² = S(2S)² = 4S³ = 4(0,001)³ = 4×10^-9.

Ответ: Произведение растворимости фторида магния равно 4×10^-9.

Задача 8

Рассчитайте равновесную молярную концентрацию (моль/л) анионов в насыщенном растворе карбоната серебра (I) при 25⁰С.

Решение.

При 25⁰С в насыщенном растворе существует равновесие:

Ag₂CO_3(тв) ↔ 2Ag⁺ + CO₃^2-;

ПР = [Ag⁺]²[ CO₃^2-] = í2[CO₃^2-]}²[CO₃^2-] = 4[CO₃^2-]³;

Ответ:Равновесная концентрация ионов CO₃^2- в насыщенном растворе карбоната серебра (I) при 25⁰С равна 1,3×10^-4 моль/л.

Задача 9

Определите рН насыщенного раствора гидроксида кальция при 25⁰С.

Решение.

В насыщенном растворе гидроксида кальция существует равновесие:

Ca(OH)_2(тв) ↔ Ca²⁺ + 2OH^-

Так как из уравнения реакции диссоциации следует, что [Ca²⁺] = ½[OH^-], то

ПР = [Ca²⁺][OH^-]² = ½[OH^-][OH^-]² = ½[OH^-]³;

pH = 14 – pOH = 14 + lg[OH^-];

Ответ.При 25⁰С насыщенный раствор гидроксида кальция имеет рН 12,4.

Задача 10

Написать уравнение реакции взаимодействия водных растворов плавиковой кислоты и гидрофосфата натрия. Обосновать термодинамическую вероятность протекания реакции.

Решение.

HF + Na₂HPO₄ ®

1. HF + H₂O ® F^- + H₃O⁺; K^I_равн = K_a(HF) = 6,67∙10^-4;

2. HPO₄^2- + H₃O⁺ ® H₂PO₄^- + H₂O; K^II_равн =

_____________________________________

HF + HPO₄^2- ® F^- + H₂PO₄^-

К_равн = K^I∙K^II = 6,67∙10^-4∙1,7∙10⁷ = 1,1∙10⁴. К_равн > 1, следовательно, реакция возможна в стандартных условиях.

Молекулярное уравнение реакции:

HF + Na₂HPO₄ = NaF + NaH₂PO₄.

Задача 11

Написать уравнение реакции взаимодействия водных растворов карбоната кальция и уксусной кислоты. Обосновать термодинамическую вероятность протекания реакции.

Решение.

CaCO₃ + CH₃COOH ®

1. CaCO₃ ® Ca²⁺ + CO₃^2- K^I = ПР(CaCO₃);

2. CH₃COOH ® CH₃COO^- + H⁺ K^II = K_a(CH₃COOH);

3. 2H⁺ + CO₃^2- ® H₂CO₃ K^III =

________________________________________________

CaCO₃ + 2CH₃COOH = Ca²⁺ + 2CH₃COO^- + H₂O + CO₂.

Молекулярное уравнение реакции:

CaCO₃ + 2CH₃COOH = Сa(CH₃COO)₂ + H₂O + CO₂.

K = K^I∙(K^II)²∙K^III =

Константа равновесия реакции меньше единицы, значит реакция термодинамически невозможна в стандартных условиях.

Задача 12

Написать уравнение реакции взаимодействия водных растворов нитрата свинца и карбоната натрия. Обосновать термодинамическую вероятность протекания реакции.

Решение.

Pb(NO₃)₂ + Na₂CO₃ + H₂O ®

В водном растворе соли могут вступать в реакцию обмена согласно уравнению

Pb²⁺ + CO₃^2- ® PbCO₃;

K_равн =

Вместе с тем взаимодействующие соли в водном растворе могут вступать в реакции протолиза согласно следующим уравнениям:

Pb²⁺ + H₂O ↔ PbOH⁺ + H⁺;

CO₃^2- + H₂O ↔ HCO₃^- + OH^-.

Одна из солей гидролизуется по катиону, другая по аниону, образующиеся ионы H⁺ и OH^- взаимодействуют друг с другом с образованием молекул воды, что приводит смещению равновесия реакций протолиза солей в сторону продуктов реакции, и гидролиз может протекать необратимо, до конца. Поэтому, помимо реакции осаждения, в данном случае возможна реакция совместного (полного, необратимого) гидролиза солей. Рассчитаем константу равновесия этой реакции и сравним ее с константой равновесия реакции осаждения.

При совместном гидролизе протекают следующие процессы:

1) Pb²⁺ + H₂O → PbOH⁺ + H⁺; К₁ = K_a(Pb²⁺∙H₂O/PbOH⁺) = 7,08∙10^-7.

2) CO₃^2- + 2H⁺ ® CO₂ + H₂O; К₂ =

Образующиеся в результате протолиза ионы могут взаимодействовать с образованием малодиссоциирующих веществ:

2PbOH⁺ + CO₃^2- ® (PbOH)₂CO₃; K=

или

Pb²⁺ + 2OH^- ® Pb(OH)₂; K =

Сопоставляя величины констант равновесия реакций осаждения, приходим к выводу, что наиболее вероятна первая реакция, приводящая к образованию основной соли:

3) 2PbOH⁺ + CO₃^2- ® (PbOH)₂CO₃; K₃=

Итоговое уравнение реакции совместного гидролиза:

2Pb²⁺ + 2CO₃^2- + H₂O ® (PbOH)₂CO₃ + CO₂, или, в молекулярном виде

2Pb(NO₃)₂ + 2Na₂CO₃ + H₂O ® (PbOH)₂CO₃ + CO₂ + 4NaNO₃.

Константа равновесия этого процесса

К = К₁²∙ К₂∙ К₃ = (7,08∙10^-7)²∙5∙10¹⁶∙10⁴⁵ = 2,5∙10⁴⁹.

Константа совместного гидролиза гораздо больше, чем константа осаждения карбоната свинца, поэтому протекает реакция совместного гидролиза.

5.1. Рассчитайте рН 0,1М растворов:

а	б	в	г	д
HCOOH	HNO2	HF	HN3	CH3COOH
H2S	H3AsO4	H2Se	H3PO4	H2TeO3
HBrO	H3AsO3	HCN	H2N2O2	HClO

5.2. Рассчитайте рН раствора гидроксида аммония, если концентрация раствора равна:

а) 0,075 М; б) 0,005 М; в) 0,1 М; г) 0.025 М; д) 0.01 М; е) 0,05 М.

5.3. Определите рН указанных растворов щелочи М(ОН)₂:

а) 0,0074; б) 0,0029 М; в) 0,0018 М; г) 0,0055 М; д) 0,0036 М; е) 0,0041 М.

5.4. Определите рН растворов селеновой кислоты, если концентрация раствора равна:

а) 0,023 М; б) 0,0078 М; в) 0,0037 М; г) 0,0052 М; д) 0,044 М; е) 0,0015 М.

5.5. Рассчитайте рН растора объемом 2,5 л, если в нем одновременно содержатся 0,0032 моль азотной кислоты и следующее количество вещества (моль) серной кислоты:

а) 0,0015; б) 0,0083; 0,0027; г) 0,0034; д) 0,0051; е) 0,0072.

5.6. Не прибегая к расчету, укажите в каждом наборе ту соль (из трех), в растворе которой (при одинаковой концентрации и температуре) рН будет больше:

а	б	в	г	д	е	ж	з	и	к
Cu(NO3)2	KBrO	NH4NO3	Rb2S	NaN3	FeSO4	Ba(HCOO)2	Pb(NO3)2	AlCl3	CsNO2
Pb(NO3)2	KCl	Rb2SO3	NH4Cl	NaNO2	CuSO4	Ba(CN)2	NH4NO3	FeCl3	CsCN
Ba(NO3)2	KClO	Rb2CO3	NH4ClO4	NaOCN	ZnSO4	Ba(NO2)2	Ba(NO3)2	GaCl3	CsNO3

5.7. Определите рН 0,1М растворов солей:

а	б	в	г	д	е
ZnBr2	Cu(NO3)2	CdSO4	Pb(NO3)2	FeSO4	Be(ClO4)2
AlCl3	In(NO3)3	CrCl3	KCr(SO4)2	Sc(NO3)3	KAl(SO4)2
Cr2(SO4)3	Sc2(SeO4)3	Al2(SO4)3	Y2(SO4)3	La2(SeO4)3	In2(SO4)3
CsNO2	KF	NaBrO	KHCOO	RbCN	LiCH3COO
K2Se	Li2SO3	Rb2CO3	Na2SeO3	K2AsO4	Cs2TeO3
Ba(NO2)2	Ca(ClO)2	Sr(CN)2	Sr(NO2)2	Ba(ClO)2	Ca(CN)2
KHS	NaH2AsO3	CsHCO3	Na2H4TeO6	Na2HPO4	K2HasO4
NaH2PO4	CsHCO3	KH2AsO4	LiHSO3	KH2PO4	NaHSeO3

5.8.Не прибегая к расчету, укажите, в растворе какой соли каждого набора (при постоянной концентрации и температуре) степень протолиза больше.

а	б	в	г	д	е	ж	з
Cs2HPO4	Rb2CO3	Ba(HS)2	K3AsO4	Na2S	NaHSO4	Na2S	K2SO3
Cs3PO4	RbHCO3	BaS	K2HAsO4	NaHSe	Na2SO3	Na2Se	K2SeO3

5.9.Рассчитайте значение произведения растворимости, если известна растворимость (моль/л) вещества МА₃ в воде при некоторой температуре: а) 1,2×10^-3; б) 2,7×10^-4; в) 0,034; г) 5,6×10^-6; д) 8,3×10^-4; е) 7,9×10^-5.

5.10. Рассчитайте значение произведения растворимости, если известна растворимость (моль/л) вещества М₂А в воде при некоторой температуре: а) 1,2×10^-3; б) 2,7×10^-4; в) 0,034; г) 5,6×10^-6; д) 8,3×10^-4; е) 7,9×10^-5.

5.11. Рассчитайте значение произведения растворимости, если известна растворимость (моль/л) вещества М₂А₃ в воде при некоторой температуре: а) 1,2×10^-3; б) 2,7×10^-4; в) 0,034; г) 5,6×10^-6; д) 8,3×10^-4; е) 7,9×10^-5.

5.12. Рассчитайте равновесную молярную концентрацию (моль/л) катионов в насыщенном растворе указанных солей при 25⁰С:

а	б	в	г	д
Ag2MoO4	Ag2CrO4	Ag2CO3	Ag2C2O4	Ag2SO4
Tl2C2O4	Tl2SeO4	Tl2S	Tl2C rO4	Tl2Se

5.13. Рассчитайте равновесную молярную концентрацию (моль/л) анионов в насыщенном растворе указанных солей при 25⁰С:

а	б	в	г	д
BaF2	MgF2	PbCl2	CaF2	SrF2
Ca(IO3)2	Pb(BrO3)2	Pb(IO3)2	Ba(BrO3)2	Cu(IO3)2

5.14. Рассчитайте растворимость (моль/л) следующих веществ при 25⁰С.

а	б	в	г
Tl3PO4	Ag3AsO4	Li3PO4	Ag3AsO3
Pb3(AsO4)2	Ca3(PO4)2	Cu3(AsO4)2	Ba3(PO4)2

5.15. Рассчитайте значение ПР гидроксида металла M(OH)₂, если известен водородный показатель его насыщенного раствора при 25⁰С: а) 9,54; б) 9,17; в) 10,68; г) 9,76; д) 9,34; е) 10,24.

5.16. Определите рН насыщенного раствора указанного гидроксида при 25⁰С.

а	б	в	г	д
Mg(OH)2	Cu(OH)2	Mn(OH)2	Fe(OH)2	Co(OH)2
Sc(OH)3	Y(OH)3	La(OH)3	Ce(OH)3	Nd(OH)3

5.17. Рассчитайте ПР, если известна массовая доля указанной соли в насыщенном растворе при некоторой температуре (плотность раствора принять равной 1 г/мл)

Вариант	а	б	в	г	д
Соль	Pb(N3)2	Ni(IO3)2	Ag2WO4	Ag2CO3	Cd(CN)2
w, %	0,057	0,205	0,012	0,0086	0,057

5.18. Написать уравнения следующих реакций в ионной форме, рассчитать их константы равновесия:

1) Pb(CH₃COO)₂ + HCl ®

2) Al(OH)₃ + KOH ®

3) Ca(CH₃COO)₂ + Na₃PO₄ ®

4) CH₃COOH + Zn(OH)₂ ®

5) CrCl₃ + Ba(OH)₂ ®

6) CuSO₄ + H₂S ®

5.19.Написать в молекулярной форме уравнения реакций, соответствующие следующим ионным уравнениям, рассчитать их константы равновесия:

1) Ca²⁺ + CO₃^2- ® CaCO₃

2) Al³⁺ + OH^- ® Al(OH)₃

3) Al(OH)₃ + OH^- ® [AL(OH)₆]^3-

4) Al(OH)₃ + H⁺ ® Al³⁺ + H₂O

5.20.Вычислить рН 0,46%-ного раствора муравьиной кислоты. Плотность раствора принять равной 1 г/см³.

5.21.Вычислить рН раствора, полученного растворением 1,12 л (н.у.) аммиака в 500 мл воды.

5.22.Вычислить рН 0,2 М раствора сернистой кислоты, приняв степень диссоциации кислоты равной 28% и учитывая лишь первую стадию диссоциации.

5.23.Вычислить рН раствора, полученного растворением в 1 л воды 0,44 г углекислого газа, учитывая лишь первую стадию диссоциации угольной кислоты.

5.24.Учитывая величины ПР труднорастворимых веществ, оценить, в какую сторону сдвинуто равновесие в следующих системах:

1) CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCO₃ + Na₂SO₄

2) BaSO₄ + Na₂CO₃ = BaCO₃ + Na₂SO₄

5.25.Вычислить ПР иодида свинца, если известно, что растворимость его при комнатной температуре равна 0,058 г на 100 г раствора.

5.26.Растворимость ортофосфата серебра равна 6,4 ∙ 10^{-4 г на 100 г раствора. Вычислить его ПР.}

5.27.ПР карбоната серебра равно 6,15∙10^-12. Вычислить растворимость этой соли на литр и в граммах на 100 г раствора.

5.28.Пользуясь величинами ПР для солей AgI, PbS, BaCO₃, Ag₂CO₃, PbCl₂, Ca₃(PO₄)₂, сравнить их растворимость.

5.29.Будет ли выпадать осадок при добавлении к 100 мл 0,02 н. раствора сульфата калия 100 мл 0,01 н. раствора хлорида кальция?

5.30.Будет ли выпадать осадок при смешивании 100 мл 0,02 М раствора нитрата свинца с 200 мл 0,2 н. раствора соляной кислоты?

5.31.Будет ли выпадать осадок при смешивании 500 мл 0,01 н. раствора хлорида бария и 250 мл 0,1 н. раствора фтороводородной кислоты?

5.32.Будет ли выпадать осадок при добавлении к 200 мл 0,5 %-ного раствора хлорида цинка (r ~ 1г/мл) 18 мл 0,1 н. раствора аммиака?

5.33.Какое вещество будет выпадать в осадок при добавлении к раствору, содержащему в 1 л 0,01 моль сульфата натрия и 0,001 моль карбоната натрия, равного объема 0,001 М раствора хлорида кальция?

5.34.Какое или какие вещества будут выпадать в осадок, если к 1 л раствора, содержащего по 0,001 моль нитратов свинца и железа (II), добавить 0,5 л 0,01 М раствора сульфида железа?

5.35.Сколько молей ионов стронция будут оставаться в растворе после выпадения осадка, если слить равные объемы 0,01 н. раствора нитрата стронция и 0,02 н. раствора сульфата натрия?

5.36.Как зависит способность соли к протолизу от радиуса, заряда, поляризующего действия и поляризуемости катиона и аниона?

5.37.Почему многозарядные катионы, например Pb⁴⁺, Sn⁴⁺ и др., в водном растворе могут существовать лишь при низких значениях рН?

5.38.В каких случаях гидролиз может осложняться процессами полимеризации продуктов и образования многоядерных комплексов? Рассмотреть на примерах гидролиза хлоридов железа (III), олова (II), сурьмы (III) и силиката натрия.

5.39.При добавлении каких электролитов к водному раствору сульфита натрия гидролиз этой соли усиливается? Какие электролиты способны подавить гидролиз сульфита натрия?

5.40.Чем объяснить (привести расчет), что в водном растворе среднего ортофосфата натрия среда щелочная; гидрофосфата – слабощелочная; дигидрофосфата – слабокислая?

5.41.Почему водные растворы сульфида и гидросульфида натрия одинаковой молярной концентрации имеют разные рН: рН в растворе сульфида выше, чем гидросульфида?

5.42.Как объяснить, что водный раствор гидрокарбоната натрия имеет слабощелочную среду, а водный раствор гидросульфита натрия – слабокислую, хотя обе соли – соли слабых кислот?

5.43.Оценить реакцию среды в разбавленных растворах NH₄CH₃COO, (NH₄)₂CO₃, NH₄HCO₃, (NH₄)₂S, NH₄HS.

5.44.В каком растворе в каждой из указанных пар солей при одинаковой их молярной концентрации величина рН ниже: CrCl₂ или CrCl₃; CrCl₃ или NaCrO₂; NaCrO₂ или Na₂CrO₄; BeSO₄ или MgSO₄; BeSO₄ или Na₂BeO₂; Na₃SbO₄ или Na₃SbO₃?

5.45.Почему при смешении водных растворов сульфата алюминия и сульфида натрия, а также растворов нитрата алюминия и карбоната калия в осадок выпадает одно и то же вещество?

5.46.Почему при действии водного раствора сульфида натрия на раствор соли магния выделяется сероводород; при действии растворов хлорида аммония на раствор силиката натрия образуется осадок кремниевой кислоты?

5.47.Почему в водных растворах нельзя получить средние ацетаты олова (II), железа (III) и висмута (III); сульфиды магния, алюминия и хрома (III); сульфиты олова (II), алюминия и железа (III); средние карбонаты меди (II), ртути (II), алюминия, олова (II) и железа (III); средние силикаты висмута (III), ртути (II) и т. д.? Какие продукты могут выпадать в осадок в каждом из случаев?

5.48.Написать в ионной форме уравнения реакций, протекающих в водных растворах:

1) MgCl₂ + Na₂CO₃ ® 4) KCr(SO₄)₂ + Na₂S ®

2) CuSO₄ + Na₂CO₃ ® 5) Pb(NO₃)₂ + Na₂S ®

3) SnCl₂ + Na₂CO₃ ® 6) AlCl₃ + (NH₄)₂S ®

5.49.Какие из пар солей в водных растворах взаимно усиливают гидролиз: FeCl₃ и Na₂SO₃; Al(CH₃COO)₃ и MgCl₂; Cr₂(SO₄)₃ и Na₂S; Al(NO₃)₃ и ZnCl₂; Al(NO₃)₃ и Na₂S; Al(NO₃)₃ и Na₂CO₃? Написать уравнения реакций, мотивирующие ответ.

5.50.Чем определяется возможность гидролиза труднорастворимых солей? Подвергаются ли гидролизу соли PbS, FeS, Cr₂S₃?

5.51.Используя значения констант диссоциации соответствующих кислот, оценить, не проводя расчетов, какая из солей наиболее подвержена гидролизу в водном растворе:

	KHCOO	KCH3COO	KCN	KF	KNO2	KClO	KBrO
Кдисс	2∙10-4	1.8∙10-5	5∙10-10	1∙10-4	5∙10-4	3∙10-8	2∙10-9

Примеры прогнозирования продуктов окислительно-восстановительных

Реакций

Задача 1.

Составьте уравнение реакции взаимодействия взаимодействия пероксида водородас перманганатом калия в кислой среде. Термодинамически обоснуйте возможность протекания реакции.

Решение.

Сначала определим, какое из веществ будет восстановителем, а какое – окислителем. Пероксид водорода содержит атомы кислорода в степени окисления –1. Для кислорода это промежуточная степень окисления, следовательно, пероксид водорода может быть и окислителем, и восстановителем. Перманганат калия в окислительно-восстановительных реакциях может быть только окислителем, так как содержит атомы марганца в высшей степени окисления (атомы кислорода в с.о.-2 и калия в с.о. +1 проявляют соответственно слабые восстановительные и окислительные свойства по сравнению с Mn⁺⁷, поэтому их можно не принимать в расчет). Таким образом, в паре с сильным окислителем (KMnO₄) пероксид водорода будет играть роль восстановителя.

В кислой среде перманганат-ион восстанавливается до Mn²⁺:

MnO₄^2- + 8H⁺ + 5 e ® Mn²⁺ + 4H₂O ½´2 j ⁰ = +1,51 В

Пероксид водорода в кислой среде окисляется до O₂:

H₂O₂ - 2e ® O₂ + 2H⁺ ½´5 j ⁰ = -0,695 В

Из справочника выпишем значения потенциала восстановления перманганата: j⁰ = +1,51 В и потенциала окисления пероксида. В справочнике указан потенциал реакции восстановления кислорода до H₂O₂: j_O2/H2O2 = +0,695 В, нас же интересует обратная реакция, поэтому возьмем значение потенциала с обратным знаком: j ⁰ = -0,695 В.

Сложим полуреакции с учетом коэффициентов (первую полуреакцию умножим на 2, а вторую – на 5) и получим уравнение окислительно-восстановительной реакции в ионном виде:

2MnO₄^2- + 16H⁺ + 5H₂O₂ ® 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂ + 10H⁺

Сократив ионы водорода в правой и левой части, получим:

2MnO₄^2- + 6H⁺ + 5H₂O₂ ® 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂

В молекулярном виде:

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ + 5H₂O₂ ® 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O + 5O₂

Стандартное значение ЭДС этой реакции:

Е⁰ = +1,51 - 0,695 = 0,815 В

Е⁰>0, следовательно реакция термодинамически возможна в стандартных условиях.

Задача 2.

Составьтеуравнение реакции взаимодействия взаимодействия пероксида водорода с бромом в кислой и щелочной среде. Термодинамически обоснуйте возможность протекания реакции.

Решение.

Сначала определим, какое из веществ будет восстановителем, а како