Задачи для подготовки к экзамену

1. Получена смесь азота и водорода и установлены условия реакции. Равновесие в системе:

2 6 4 (вступило в реакцию и образовалось)

N₂ + 3H₂ ↔ 2NH₃

1 2 4 (концентрации в равновесии)

- установилось при следующих концентрациях веществ

[N₂]= 1 моль\л

[H₂]=2 моль\л

[NH₃]=4 моль\л

Вычислите исходные концентрации N₂ и H₂ , а также константу химического

равновесия

Ответ:

[N₂]_{исходная} = 1 моль\л +2 моль\л = 3 моль\л

[H₂]_{исходная} = 2 моль\л +6 моль\л = 8 моль\л

2. Концентрация хлорноватистой кислоты (HClO) в водном растворе равна 0,001 моль\л.

• Вычислите степень диссоциации кислоты, концентрацию ионов водорода и рН раствора, если константа диссоциации кислоты К_дисс=10^-7

α= = 10^-2 или 1% . рН= -lg = 5. [H⁺] = = 10^-5

2а. Определите степень диссоциации, рН среды и концентрацию протонов в водном растворе NH₄OH , концентрация которого равна 0,001 моль\л , К_дисс=10^-5

α= = 10^-1 или 10% . рОН= -lg = 4.

[ОH^-] = = 10^-4

рН = 14 – рОН = 14 -4 =10 [H⁺] = 10^-10 моль/л

3. Вычислить DН реакции :

N₂H₄ + O₂ = N₂ + 2H₂O

(газ) (газ) (газ) (газ)

если DН⁰_обр , кДж\моль, N₂H₄(г)= -80 H₂O(г)= -242

Определите знак DS реакции, и может ли быть осуществлена эта реакция в стандартных условиях (возможность самопроизвольного протекания)

D_rH⁰₂₉₈ = ∑v_i · D_fH⁰_298,i - ∑_vj ·D_fH⁰_298,j = 0 + 2(-242) – (-80 + 0) =-404 кДж

прод. исход.

где D_rH⁰₂₉₈ — тепловой эффект химической реакции

DS реакции больше нуля (DrS>0), так как количество газовых молекул до реакции равно 2, а после – 3, т.е. увеличилось. Оба слагаемых в уравнении DG = DН-ТDS отрицательны при любых температурах и D_rG <0, поэтому возможно самопроизвольное протекание прямой реакции

4. Определите осмотическое давление раствора в 500 мл которого содержится 4,5г фруктозы C₆H₁₂O₆ (R = 0,082 л.атм/град.моль)

Используем уравнение Вант-Гоффа Р_ОСМ. = С_МRT или Р_ОСМ. = nRT/V, n =m/M Рассчитываем М (C₆H₁₂O₆) = 6 ·12 + 12·1 + 6·16 = 180, V = 0,5 л

Ответ: Р_осм. = 1,22 атм.

5. В 250 мл воды растворили 60г мочевины CO(NH₂)_2. Определите температуру замерзания полученного раствора, если криоскопическая постоянная воды К=1,86.

Используем закон Рауля:ΔТ_зам. = К_Т^. С_m,

где ΔТ_зам. – понижение температуры замерзания раствора по сравнению с температурой замерзания чистого растворителя, С_m – моляльная концентрация раствора, К_Т – криоскопическая постоянная

Моляльная концентрация – это химическое количество вещества, растворенное в одном килограмме растворителя:

• C_m = = m/M^.m_{растворителя} = 4 моль/кг

ΔТ_зам. = К_Т^. С_m = 4^.1,86 = 7,44⁰

6. Определите, в какой среде - кислой, нейтральной или щелочной – сильнее проявляются окислительные свойства иона MnO₄ ^-. Напишите соответствующие уравнения полуреакций восстановления ионов MnO₄ ^– и по таблице найдите величины окислительно-восстановительных потенциалов

Е = Е⁰ + (0,059/n) ^. lg ([Ox]/[Red])

В кислых:

KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ = MnSO₄ + K₂SO₄ + KNO₃ + H₂O

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4H₂O 2 восстановление

NO₂^- + H₂O - 2e = NO₃^- + 2H⁺ 5 окисление

Сложим первое уравнение полуреакции, умножив на 2, со вторым, умноженным на 5

2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e +5NO₂^- + 5H₂O - 10e = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5NO₃^- + 10H⁺

Сокращаем коэффициенты с одинаковыми ионами и электронами:

2MnO₄^- + 6H⁺ +5NO₂^- = 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5NO₃^-

2KMnO₄ + 5KNO₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5KNO₃ + 3H₂O Е⁰ MnO₄^- / Mn²⁺ = 1,51 В

В нейтральных:

KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂O = MnO₂ + K₂SO₄ + КОH

2KMnO₄ + 3K₂SO₃ + H₂O = 2MnO₂ + 3K₂SO₄ + 2КОH Е⁰ MnO₄^- / MnO₂ = 0,60 В

В основных:

а) KMnO₄ + K₂SO₃ + KOH = K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O Е⁰ MnO₄^- / MnO₄^-2 = 0,56 В

б) KMnO₄ +СН₃ОН +KOHэлектронами =К₂MnO₄+ K₂СO₃ + H₂O

а) 2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O

б) 6KMnO₄ +СН₃ОН +8KOHэлектронами =6К₂MnO₄+ K₂СO₃ + 6H₂O

7. На основании величин стандартных электродных окислительно-восстановительных

потенциалов (таблица) ,укажите, в каком направлении может самопроизвольно

протекать реакция:

Cl₂+2KF ↔ 2KCl+F₂

Cl₂+2e^- ↔ 2Cl^- окислитель восстанавливается

2F^- -2e^- ↔ F₂ восстановитель окисляется

Сравним стандартные электродные потенциалы: E _Cl2/Cl^- = 1,36 B < E _F2/F^- = 2,87 B. Окислителем может быть фтор. Реакция потечет в обратном направлении

8. На основании концепции гибридизации атомных орбиталей ,определите

геометрическую конфигурацию молекул BeCl₂, РF₃ и ВF₃ ,полярность, типы межмолекулярного взаимодействия

Mолекулы BeCl₂ и ВF₃ симметричны, значит их суммарный дипольный момент равен нулю и они неполярны. Между молекулами может наблюдаться только дисперсионное взаимодействие

Р фосфор (основное состояние) РF₃, фосфор находится в одной подгруппе с азотом и является его элементом-аналогом sp³ – искаженный тетраэдр, молекула полярна, как и молекулы NH₃, NF₃. Между молекулами этих соединений возможно все типы межмолекулярного взаимодействия: ориентационное, индукционное и дисперсионное

9. Вычислите степень гидролиза ацетата калия в 0,001 М растворе этой соли , и значение рН раствора. Напишите уравнение гидролиза. К_дисс(CH₃COOH) = 10^-5

CH₃COOK + H₂O ↔ CH₃COOH + KOH

α= = = 10^-3

рОН = - lg = 6

pH = 14 – рОН = 14 + lg = 8

10. Определить рН среды 0,1 М растворов солей: 1)NH₄Cl, К_дис. (NH₄OH) = 10^-5.

2)Na₂CO₃ (карбонат натрия), К_дисс1 (Н₂CO₃) = 10^-7 , К_дисс2 (Н₂CO₃) = 10^-11

Соли сильные электролиты и полностью диссоциируют на ионы

NH₄Cl →NH₄⁺ + Cl^- соль образована слабым основанием

NH₄⁺ + НОН ↔ NH₄OH + Н⁺ гидролиз по катиону, кислая среда

pH = -lg = = -lg = 5

Na₂CO₃ → 2Na⁺ + CO₃^2- соль образована слабой кислотой

CO₃^2- + НОН ↔ НCO₃^- + ОН^- первая стадия гидролиза по аниону которой соответствует константа гидролиза равная частному от деления ионного произведения воды на константу диссоциации второй стадии угольной кислоты:

К_г1 = α_1г = = = 10^-1= 0,1

НCO₃^- + НОН ↔ Н₂CO₃ + ОН^- вторая стадия гидролиза по аниону которой соответствует константа гидролиза равная частному от деления ионного произведения воды на константу диссоциации первой стадии угольной кислоты:

К_г2 = α_2г = = = 10^-4

Так как константа гидролиза первой стадии в миллион раз больше константы гидролиза второй стадии, а степень гидролиза по первой стадии в тысячу раз больше, чем по второй и при расчете рН раствора гидролизом по второй стадии можно пренебречь:

• рОН = - lg = 2

pH = 14 – рОН = 14 + lg =12

11. Определите концентрацию ионов ОН ^– в насыщенном водном растворе малорастворимого Al(OH)₃, если ПР (Al(OH)₃) = 27∙10^-8. Определите рН раствора.

x x 3x

Al(OH)₃ → Al⁺³ + 3OH^-

ПР (Al(OH)₃)= [Al⁺³]∙[OH^-]³ = x∙(3x)³ = 27x⁴ = 27∙10^-8, x = 10^-2 , [OH^-] = 3∙10^-2

рОН = 1,52 рН = 14 – рН = 14 – 1,52 = 12,48

12. Определите знак DS⁰ для приведенных ниже реакций. С учетом знака DН⁰ , указанного

для каждой реакции, оцените, какие из реакций могут протекать самопроизвольно,

и при каких температурах (высоких или низких) это возможно :

a) 2N₂ + O₂ = 2N₂O; DН⁰ >0 ΔS < 0, ΔG > 0, реакция невозможна

б ) N₂ + O₂ = 2NO; DН⁰ >0 ΔS = 0, ΔG > 0, реакция невозможна

в ) 2NO + O₂ = 2NO₂; DН⁰ <0 ΔS < 0, возможна при низких температурах

г) NO + NO₂ = N₂O₃; DН⁰ <0 ΔS = 0, ΔG < 0 возможна при любой температуре

Все вещества находятся в газовой фазе

13. Определите молярную и нормальную (эквивалентную) концентрацию раствора серной кислоты, в котором массовая доля кислоты составляет 35%, а плотность 1,20г/мл.

Молярная концентрация – это химическое количество вещества, содержащееся в одном литре раствора: С_М = . Пусть V_{раствора} = 1л, тогда С_М = n = , масса вещества, выраженная через массовую долю равна: m = ω^.m_{раствора} = ω^.ρ^.1000, так как ω = , а масса одного литра раствора равна: m_{раствора} = ρ^.1000, где ρ – плотность раствора в г/мл. Подставляем полученное выражение для массы вещества и получаем: С_М = ω^. ρ^.1000/M = = моль/л

C_н. = Z^.C_M =8,56 моль.экв./л

14. Для растворения 5,2 г некоторого металла потребовалось 14,7 г серной кислоты (считая на чистое вещество). Определите эквивалентную массу металла и объем выделившегося водорода.

Закон эквивалентов для масс реагирующих веществ: массы реагирующих и образующихся относятся друг к другу, как их эквивалентные массы

Для расчета объема выделившегося водорода используем формулу включающую эквивалентные объемы газов при нормальных условиях вместо эквивалентных масс

Количество моль.экв. водорода равно химическому количеству эквивалентов серной кислоты и металла. Объем выделившегося водорода равен произведениюхимического количества эквивалентов на объем моль.экв. водорода:

15. Водородные соединения элементов второго периода.

Гидриды металлов - основания кислоты

Li⁺H^-, Be⁺²H₂^-, B⁺³H^-₃, CH₄, N^-3H₃⁺, H₂⁺O^-2, H⁺F^-

Li⁺H^- + N^-H₃⁺ = LiNH₂ + H₂ Li⁺H^- + H₂⁺O^-2= LiOH + H₂ Na⁰ + N^-H₃⁺ = NaNH₂ + H₂

N^-3H₃⁺ + H⁺ = [NH₄]⁺ H₂⁺O^-2+ H⁺ = [H₃O]⁺

Гидриды металлов могут оторвать протон даже связанный с углеродом. Например, от α-положения к карбонильной группе:

СН₃-СО-СН₃ + Li⁺H^- = Li^{+ -}СН₂-СО-СН₃ + Н₂

Комплексные гидриды используются как восстановители органических соединений:

Li⁺H^- +Al⁺³H₃^- = Li⁺[AlH₄]^- алюмогидрид лития

B⁺³H^-₃ + Na⁺H^- = Na⁺[BH₄]^- натрия борогидрид

СН₃-СО-СН₃ + Na⁺[BH₄]^-→ СН₃-СНОН-СН₃

15. Напишите уравнения реакции диссоциации комплексного соединения K₂[CoCl₄]

в растворе. Напишите выражение для константы нестойкости этого комплекса

первичная диссоциация – необратимый распад на внутреннюю и внешнюю сферу: K₂[CoCl₄] → 2K⁺+[CoCl₄]^2-

вторичная диссоциация – обратимый распад внутренней сферы. Каждая ступень характеризуется своей константой нестойкости:

[CoCl₄]^2- ↔ [CoCl₃]^-+ Cl^-

[CoCl₃]^- ↔ [CoCl₂]⁰ + Cl^-

[CoCl₂]⁰ ↔ [CoCl]⁺ + Cl^-

[CoCl]⁺ ↔ Co²⁺ + Cl^-

Общие (суммарные) константы нестойкости комплексов характеризуют их полную диссоциацию на комплексообразователь и лиганды и равны произведению ступенчатых констант:

[CoCl₄]^2- ↔ Co²⁺ + 4Cl^- полная вторичная диссоциация

16. Определите реакцию среды в водных растворах следующих солей :

К₃PO₄ CuSO₄ Ca(NO₃)₂

Подтвердите свой вывод уравнениями соответствующих реакций гидролиза.

К₃PO₄ → 3К⁺ + PO₄^-3

PO₄^-3 + HOH ↔ HPO₄^-2 + OH^- (основная среда)

CuSO₄ → Cu⁺² + SO₄^-2

Cu⁺² + HOH ↔ (CuOH) ⁺ + H⁺ (кислая среда)

Ca(NO₃)₂ → Ca⁺² + 2NO₃^- (нейтральная среда)

17. На какие ионы будут диссоциировать в водном растворе соли, имеющие состав

KAl(SO₄)₂ и K₃AlF₆ ? Напишите соответствующие уравнения диссоциации

Алюминий переходный металл и его трехзарядный катион является комплексообразователем:

KAl(SO₄)₂ → K⁺ + [Al(SO₄)₂]^- (первичная диссоциация, SO₄^2- - бидентатный лиганд, координационное число комплексообразователя равно 4)

[Al(SO₄)₂]^-↔ Al⁺³ + 2SO₄)₂^-2 (полная вторичная диссоциация)

K₃AlF₆ → 3K⁺ + [AlF₆]^-3 (первичная диссоциация, координационное число Al⁺³ – 6)

[AlF₆]^-3 ↔ Al⁺³ + 6F^- (полная вторичная диссоциация)

18. Укажите, между молекулами каких соединений может образовываться водородная связь (схема образования связи):

SiH₄, CH₃OH , H₂S , CH₃COOH , HBr , NH₃ , ВF₃, HF , CH₃Cl , H₂O, СН₃-СО-СН₃

Между молекулами, содержищими Н-Х связь,где Х=N, О, F, Cl, Br, I и т.д., могут образоваться водородные связи, в частности, всех кислот, спиртов, аминов

SiH₄, CH₃OH , H₂S , CH₃COOH , HBr , NH₃ , ВF₃, HF , CH₃Cl , H₂O, СН₃-СО-СН₃

CH₃OH , H₂S , CH₃COOH , HBr , NH₃ , HF , H₂O – могут

SiH₄, ВF₃, CH₃Cl , СН₃-СО-СН₃ – не могут

19. Определите значение водородного показателя, рН, в растворе HCl с концентрацией 0,0001 моль/л и в растворе NaOH с концентрацией 0,001 моль/л

рН Сильной кислоты HCl→ H+ + Cl-	pH = -lg[H+] = -lgСн, где Сн или Сэк., СN –нормальная концентрация кислоты. рН =-lg10-4 =4
рН Сильного основания NaOH→Na+ + OH-	рОН = - lg[OH-] = - lgСo, где Сo или Сэк., СN – нормальная концентрация основания рН = 14 - рОН= 14 + lg[OH-] = 14 + lgСo = 14 -3 = 11

20. Определите заряд и координационное число иона-комплексообразователя в соединениях : Mg₂[Fe(CN)₆], Na₂[Co(NH₃)₂(NO₂)₄], [Co(NH₃)₅(H₂O)]Br₃

CN^- , (NH₃)⁰, NO₂^- _, (H₂O)⁰

+2, 6 +2, 6 +3, 6

Mg₂[Fe(CN)₄ (NО₂)₂], Na₂[Co(NH₃)₂(СN)₄], [Co(NH₃)₅(H₂O)]Br₃

+4 +2 -4 -2 +2 +2 0 -4 +3 0 0 -3

Суммарный заряд всех ионов комплексного соединения равен нулю

21. Не производя вычисления, определите знак изменения энтропии в следующих реакциях:

3H_{2 (г)} + N_2(г) = 2NH_{3 (г)}

NH₄NO_{2 (кр)} = N_{2 (г)} + 2H₂O_(г)

Na₂CO_3(ж) + 2HCl _(ж) = 2NaCl_(ж) + H₂O_(ж) + CO_2(г)

3H_{2 (г)} + N_2(г) = 2NH_{3 (г)} ∆S<0

NH₄NO_{2 (кр)} = N_{2 (г)} + 2H₂O_(г) ∆S>0

Na₂CO_3(ж) + 2HCl _(ж) = 2NaCl_(ж) + H₂O_(ж) + CO_2(г) ∆S>0

22. Во сколько раз изменится скорость химической реакции (прямой)

2NO(газ) + O₂(газ) = 2NO₂(газ)

если уменьшить объем реакционного сосуда в 2 раза ?

23. Укажите, какие из перечисленных ионов могут быть восстановителями :

SO₄^-2, NO₂^- , Cu²⁺ , Sn²⁺ , F^- , IO₄^- , Al³⁺ , I^- , Fe³⁺ , SO₃^2-

SO₄^-2, NO₂^- , Cu²⁺ , Sn²⁺ , F^- , JO₄^- , Al³⁺ , I^- , Fe³⁺ , SO₃^2-

SO₄^-2 (S⁺⁶), Cu²⁺ , F^- , IO₄^- (I⁺⁷) , Al³⁺, Fe³⁺ - не могут

NO₂^- (N⁺³) , Sn²⁺ , I^- , SO₃^2- (S⁺⁴) – могут

24. Определите стандартное изменение энтальпии DrН⁰ реакции сгорания этана

2C₂H_6(г) + 7O_2(г) = 4CO_2(г) + 6H₂O _(г) и стандартную энтальпию сгорания

этана D_flH⁰₂₉₈ по известным энтальпиям образования:

DН⁰(CO_2(г)) = -393,5 кДж\моль

DН⁰(H₂O _(г)) = -241,8 кДж\моль

DН⁰(CH_4(г)) = -89,7 кДж\моль

Закон Гесса: D_rH⁰₂₉₈ = ∑v_i · D_fH⁰_298,i - ∑_vj ·D_fH⁰_298,j=

прод. исход.

Стандартной энтальпией сгоранияназывается энтальпия реакции сгорания одного моля вещества в кислороде с образованием оксидов элементов, имеющих высшую степень окисления

C₂H_6(г) + 7/2O_2(г) = 2CO_2(г) + 3H₂O _(г)

D_flH⁰₂₉₈ =D_rH⁰₂₉₈/2 = -2845,4/2 = -1422,7 кДж/моль

25. Температурный коэффициент скорости химической реакции равен 3. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 60⁰ С до 90⁰ С ?

26. Расставить коэффициенты методом полуреакций и на основании величин стандартных электродных потенциалов (таблица), укажите, какие из приведенных реакций могут самопроизвольно протекать в кислом водном растворе:

1) MnO₄^- + Cl^- + H⁺ ↔ MnO₂ + Cl₂ + H₂O

2) MnO₄^- + Br^-+ H⁺ ↔ MnO₂ + Br₂ + H₂O

3) MnO₄^- +F^- + H⁺ ↔ MnO₂ + F₂ + H₂O

2MnO₄^- + 6Cl^- + 8H⁺ ↔ 2MnO₂ + 3Cl₂ + 4H₂O может

MnO₄^- + 4H⁺ + 3e^- ↔ MnO₂ + 2H₂O E⁰= 1,70 B

2Cl^- - 2e^- ↔ Cl₂ E⁰= 1,36 B

2MnO₄^- + 6Br^-+ 8H⁺ ↔ 2MnO₂ + 3Br₂ + 4H₂O может

MnO₄^- + 4H⁺ + 3e^- ↔ MnO₂ + 2H₂O E⁰= 1,70 B

2Br^- - 2e^- ↔ Br₂ E⁰= 1,07 B

2MnO₄^- +6F^- + 8H⁺ ↔ 2MnO₂ + 3F₂ + 4H₂O не может

MnO₄^- + 4H⁺ + 3e^- ↔ MnO₂ + 2H₂O E⁰= 1,70 B

2F^- - 2e^- ↔ F₂ E⁰= 2,87 B

27. В закрытом сосуде протекает обратимая химическая реакция :

2NO _(газ) + O₂ ↔ 2NO_2(газ)

Начальные концентрации введенных в сосуд веществ составили :

[NO]=10 моль/л

[O₂]=12,5 моль/л .

Равновесие наступило после того, как было израсходовано 50% оксида азота (II), NO. Определите равновесные концентрации NO, NO₂ , O₂ ; вычислите константу равновесия

5 2,5 израсходовалось

2NO _(газ) + O₂ ↔ 2NO_2(газ)

5 10 5 концентрации в равновесии

28. Сколько грамм 10% соляной кислоты необходимо взять, чтобы получить 250 мл 0,1 н раствора? Чему равна молярная концентрация этого раствора?

ω% = 10%, ω=0,1; V_{раствора} = 250 мл = 0,25 л

С_М = .

ω =

C_Н = Z∙C_M; С_М = С_н/ Z = 0,05 моль/л

29. Какой объем грамм 50%-ной серной кислоты (плотность ρ =1,4 г/мл) надо взять, чтобы приготовить 2 л 0,1 н раствора этой кислоты? Чему равна молярная концентрация этого раствора?

ω% = 50%, ω=0,5; V_{раствора} = 2000 мл = 2 л

С_М = .

ω = г

V_{2раствора}=

C_Н = Z∙C_M; С_М = С_н/ Z = 0,05 моль/л

Содержание

РАСТВОРЫ

Дисперсные системы