Б) Написать формулы следующих химических соединений: оксид свинца (IV), сульфат лития, хлорид гидроксоцинка, дигидроортофосфат алюминия

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

═══════════════════════════════════════

Кафедра химии

ЗАДАЧИ ЛАБОРАТОРНОГО

КОНТРОЛЯ ПО ХИМИИ

Учебно-методическое пособие по дисциплине «Химия»

Для студентов I курса

Под редакцией А.Р. Цыганова

Электронный учебный материал

М и н с к 2015

УДК 546.66.015

Авторы:

Г.А. Бурак, Г.К. Глушонок, В.А. Горбунова, Н.В. Зык, Н.Г. Кирюшина, Н.А. Кречко, Д.И. Медведев, А.А. Меженцев, И.Б. Проворова, Л.М. Слепнева, Ю.В. Шагойко, В.Н. Яглов

Задачи лабораторного контроля по химии/ Учебно-методическое пособие по дисциплине «Химия» для студентов I курса. - Мн.: БНТУ, 2015

В данном пособии представлены решения типовых задач различного уровня сложности по основным разделам курса химии, который излагается студентам на лекциях. В задачах даны термины и условные обозначения, применяемые в Международной системе единиц.

Рецензенты: О.Ф. Краецкая, к.х.н., доцент кафедры

«Промышленная теплоэнергетика и тепло техника» БНТУ;

А.Г. Слуцкий, к.т.н., доцент кафедры

«Металлургия литейных сплавов» БНТУ

УДК 546.66.015

© Бурак Г.А. и др.

ВВЕДЕНИЕ

При изучении курса химии предусмотрены следующие виды занятий: лекции, практические и лабораторные занятия. Лекции читаются в соответствии с рабочей программой, вопросы которой представлены в приложении 2.

На первом занятии студент получает номер варианта своего индивидуального домашнего задания, которое он обязан выполнить к каждой лабораторной работе (см. приложение 1).

Домашнее задание включает краткий конспект по вопросам предстоящей лабораторной работы и задачи, соответствующие полученному студентом варианту.

Вопросы для конспектирования представлены в плане лабораторных работ, вывешенном в лаборатории.

Каждая лабораторная работа начинается с проверки домашнего задания. Затем проводится лабораторная работа.

Лабораторная работа считается зачтенной если:

а) студент выполнил домашнее задание (не менее 1 балла);

б) выполнил лабораторную работу с ошибкой менее 10%, оформил и сдал в установленное время отчет по лабораторной работе (2 балла);

в) защитил лабораторную работу. Защита лабораторной работы проводится путем решения задач ур. А (не менее 1 балла) и ур. В (до 4 баллов). Задачу ур. В студент может получить только, если задача ур. А решена не более, чем за 10 минут.

Преподаватель имеет право снижать оценку в случае некачественного выполнения и оформления отдельных видов работ. Суммарная минимальная оценка для получения зачета по лабораторной работе составляет 4 балла при условии хотя бы частичного выполнения всех трех слагаемых лабораторной работы: домашнего задания, лабораторной работы и ее защиты. При отсутствии оценки хотя бы по одному из этих трех слагаемых лабораторная работа не засчитывается.

Если студент не представил выполненное домашнее задание или не решил зачетную задачу или отчет по лабораторной работе, то защита этой лабораторной работы переносится на следующее занятие.

Если студент на следующем лабораторном занятии не представил выполненное домашнее задание по предыдущей работе или не представил отчет о предыдущей лабораторной работе, или не защитил предыдущую лабораторную работу, то эта лабораторная работа ему не засчитывается и студент обязан отработать ее полностью заново во вне учебное время в течение двух недель у своего преподавателя после оплаты в кассу университета. Оценка ставится только за зачтенную лабораторную работу. Если лабораторная работа не зачтена, то оценка - 0 баллов.

После выполнения лабораторной работы студенту выставляется оценка.

1. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Оксиды ЭxOY

NO, CO, SiO, N₂O

	Основные		Кислотные		Амфотерные

Основные:Кислотные:

Li₂O - оксид лития; В₂О₃ - оксид бора;

MgO - оксид магния; СО₂ - оксид углерода(IV);

МnО - оксид марганца(II). Mn₂О₇ - оксид марганца(VII)

FeO –оксид железа (II) CrO₃ –оксид хрома (VI)

Амфотерные

BeO - оксид бериллия; ZnO - оксид цинка;

Al₂O₃ - оксид алюминия; SnO - оксид олова (II);

Cr₂O₃ - оксид хрома (III); PbO - оксид свинца (II).

СВОЙСТВА ОКСИДОВ:

Основные: CaO + СО2 = СаСO3 СuО + H2SO4 = CuSO4 + Н2О; Na2O +H2O=2NaOH; СuО + H2 Cu + Н2О

Кислотные: СО2 + СuО = СuСO3 СО2 + NaOН = NaHCO3 СО2 + Ва(ОН)2 = = ВаСО3↓ + Н2О SO3 + Н2О = H2SO4;

Амфотерные:

ZnO + 2HCl = ZnCl₂ + H₂O;

ZnO + 2 NaOH Na₂ZnO₂ + H₂O;

цинкат натрия

ZnO + 2 NaOH + H₂O = Na₂[Zn(OH)₄];

тетрагидроксоцинкат натрия

Al₂О₃ + 6HCI = 2A1CI₃ +3H₂O;

А1₂О₃ + Na₂CO₃ 2NaAlO₂ + CO₂;

А1₂О₃ + 2NaOH 2NaAlO₂ + H₂O.

метаалюминат натрия

А1₂О₃ + 2NaOH + 3 H₂O = 2Na[Al(OH)₄]

тетрагидроксоалюминат натрия

LiOH - гидроксид лития; NaOH - гидроксид натрия; КОН - гидроксид калия; RbOH - гидроксид рубидия; CsOH - гидроксид цезия; Са(ОН)2 -гидроксид кальция; Sr(OH)2 - гидроксид стронция; Ва(ОН)2 - гидроксид бария;

Fe(OH)2- гидроксид железа (II); Mg(OH)2 - гидроксид магния Амфотерные гидроксиды: Zn(OH)2 = H2ZnO2 гидроксид цинковая цинка кислота А1(ОН)3 = Н3АlO3 = НАlO2 + Н2О гидроксид ортоалю- метаалю- алюминия миниевая миниевая кислота кислота

СВОЙСТВА ОСНОВАНИЙ

Cu(OH)₂ CuO + H₂O.

КОН +HCl = KCl + H₂O;

Са(ОН)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O;

2NaOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄;

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O;

Al(OH)₃ + NaOH NaAlO₂ + 2H₂O;

метаалюминат натрия

Al(OH)₃ + 3NaOH Na₃AlO₃ + 3H₂O;

ортоалюминат натрия

Al(OH)₃ + NaOH = Na[Al(OH)₄];

тетрагидроксоалюминат натрия

Al(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Al(OH)₆];

гексагидроксоалюминат натрия

Кислоты

HF - фтороводородная HCl - хлороводородная; HJ - иодоводородная; НВг - бромоводородная; H2S - сероводородная; HCN - циановодородная. HSCN - родановодородная

H3BО3 - ортоборная; HBО2 - метаборная Н2СО3 - угольная; H4SiO4 - ортокремниевая, H2SiO3 - метакремниевая НNO3 - азотная; HNO2 - азотистая; Н3РО4 - ортофосфорная; НРО3 - метафосфорная; H2SO4 - серная; Н2SОз - сернистая; НМnО4 - марганцовая; НClO4 - хлорная; CH3COOH - уксусная; HCOOH –муравьиная

СВОЙСТВА КИСЛОТ:

2НС1 + СаСO₃ = СaCI₂ + H₂O + CO₂↑;

2HC1 + Zn = ZnCI₂ + H₂↑;

H₂SO₄ + CuO = CuSO₄ + H₂O;

H₂SO₄ + Ba(OH)₂ = BaSO₄↓ + 2H₂O;

H₂SO₄ + K₂SiO₃ = H₂SiO₃↓ + K₂SO₄;

HC1 + AgNO₃ = AgCl↓ + HNO₃.

H₂ SiO₃ H₂O + SiO₂

H₂SO₃ = H₂O + SO₂

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O; K2SO3 –сульфит калия; Na2SO4 - сульфат натрия; Ni(NO3)2 - нитрат никеля (II); Fe(NO2)3 – нитрит железо (III); K2S - сульфид калия; NH4Cl – хлорид аммония. Сa3(PO4)2 – ортофосфат кальция; КPO3 – метафосфат калия; Na2SiO3 – метасиликат натрия

Fe(OH)3 + 2HNO3 = = FeOH(NO3)2 + 2H2O (CuOH)2SO4 - сульфат гидроксомеди(II); Fe(OH)2NO3 – нитрат дигидроксожелеза (III); ZnOHСl – хлорид гидроксоцинка.

Кислые (гидросоли)

2H₃РO₄ + Ba(OH)₂ = Ba(H₂PO₄)₂ + 2H₂O

KHSO₃ - гидросульфит калия;

А1(Н₂РО₄)₃ - дигидроортофосфат алюминия

Ca(HCO₃)₂ – гидрокарбонат кальция;

NaHS – гидросульфид натрия;

SrHPO₄ – гидроортофосфат стронция.

Таблица 1.1. Кислоты и их соли.

Формула кислоты	Формула аниона	Название аниона
HBO2	BO2-	Метаборат
H3BO3	BO33-	Ортоборат
Н2SO4	SO42-	Сульфат
H2 SO3	SO32-	Сульфит
HNO3	NO3-	Нитрат
HNO2	NO2-	Нитрит
H2CO3	CO32-	Карбонат
H2SiO3	SiO32-	Метасиликат
H3PO4	PO43-	Ортофосфат
HPO3	PO3-	Метафосфат
HMnO4	MnO4-	Перманганат
HF	F-	Фторид
HСl	Cl-	Хлорид
HBr	Br-	Бромид
HI	I-	Иодид
H2S	S2-	Сульфид
HCN	CN-	Цианид
CH3COOH	CH3COO-	Ацетат
HCOOH	HCOO-	Формиат

СВОЙСТВА СОЛЕЙ

Hg(NO₃)₂ + Zn = Zn(NO₃)₂ + Hg;

CuSO₄ + 2 NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄;

Fe(NO₃)₂ + H₂S = FeS↓ + 2HNO₃;

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl;

KHSO₄+ KOH = K₂S0₄ + H₂O;

CuOHCl + HCl = CuCI₂ + H₂O;

CuSO₄·5H₂O CuSO₄ + 5H₂O.

НЕКОТОРЫЕ ПРАВИЛА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ ОКИСЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ В ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ.

1. Степень окисления атомов в простых веществах равна нулю.

Например; Н₂°; N₂°, О₂°, Na°, Cu°, Fe°, Hg°, S^о, P°, B° и др.

2. Атомы кислорода в основных классах неорганических соединений проявляют степень окисления (-2).

Например: Са⁺²О^-2,S⁺⁴O₂^-2 и т.д.

Исключения: фторид кислорода О⁺² F₂^-1 - степень окисления кислорода (+2), пероксиды - степень окисления кислорода (-1),

Например: Н₂⁺¹ О₂^-1, Ca⁺² O₂^-1.

3. Атом водорода в основных классах неорганических соединений проявляет степень окисления (+ 1).

Например: H₂⁺¹S^-2, N^-3H₃⁺¹, Н₂⁺¹О^-2, K⁺¹O^-2H⁺¹, Na⁺¹H⁺¹C⁺⁴O .

Исключения: гидриды металлов типа Ca⁺²H₂^-1; Na⁺¹H^-1; в которых степень окисления водорода (-1).

4. Металлы IA, IIА и IIIA главных подгрупп Периодической системы проявляют степень окисления равную номеру группы в которой находится этот элемент т.е. соответcтвенно (+1), (+2) и (+3) (см. табл.1.2).

Например: Na₂⁺¹O^-2; Sr⁺²O^-2; Al₂⁺³O₃^-2.

5. Алгебраическая сумма степеней окисления отдельных атомов, образующих молекулу, с учетом их стехиометрических индексов равна нулю. Например, можно определить степень окисления азота в молекуле НNO₃, зная степени окисления кислорода (-2) и водорода (+1): H⁺¹N^хО₃^-2

(+1) + х +(-2)·3 = 0; х = +5

или степень окисления хрома в молекуле К₂⁺¹Cr₂^хО₇^-2:

(+1) · 2 + х · 2 + (-2)·7 = 0 х = +6

6. Атомы одного и того же элемента в различных соединениях могут иметь разные степени окисления, например:

K⁺¹Mn⁺⁷O₄^-2; H₂⁺¹Mn⁺⁶O₄^-2; Mn⁺⁴O₂^-2.

Таблица 1.2. Элементы, имеющие постоянную степень окисления в большинстве соединений

I	II	III	IV	V	VI
H+
Li+1	Be+2	B+3			O-2
Na+1	Mg+2	Al+3
K+1	Ca+2 Zn+2	Sc+3
Rb+1 Ag+1	Sr+2 Cd+2
Cs+1	Ba+2
Fr+1	Ra+2

УРОВЕНЬ А

1. а) Назвать следующие химические соединения и определить степень окисления всех элементов соединений: СО, Mn(OH)₂, H₂SO₄, KHS, Na₂CO₃, FeOH(NO₃)₂.

б) Написать формулы следующих химических соединений: оксид свинца (IV), сульфат лития, хлорид гидроксоцинка, дигидроортофосфат алюминия

Ответ:

а) С⁺²О^-2 - оксид углерода (II),

Mn⁺² (O^-2H⁺¹)₂ - гидроксид марганца (II),

Н⁺¹₂S⁺⁴O^-2₃ - сернистая кислота,

К⁺¹Н⁺¹S^-2 - гидросульфид калия,

Na₂⁺¹С⁺⁴О^-2₃ - карбонат натрия,

Fe⁺³O^-2H⁺¹(N⁺⁵O^-2₃)₂ - нитрат гидроксожелеза (III).

б) Оксид свинца (IV) - PbO₂,

сульфат лития - Li₂SO₄,

хлорид гидроксоцинка – ZnOHCl

дигидроортофосфат алюминия – Al(H₂PO₄)₃

УРОВЕНЬ В

1. Определить количество моль воды в формуле кристаллогидрата Na₂CO₃·хH₂O, если в результате прокаливания его масса изменилась от 1,43 до 0,53 г. Определить объем выделившейся парообразной воды при 200^оС и давлении 98,2 кПа.

Дано:	РЕШЕНИЕ: При прокаливании кристаллогидрата протекает реакция: Na2CO3·nH2O Na2CO3 +nH2O↑ (1.1) Находим массу воды ( ), выделившейся при разложении кристаллогидрата:

= 1,43 - 0,53 = 0,9 г

Расчет n ведем по уравнению реакции (1.1)

или , тогда

х = =

где

Формула кристаллогидрата Na₂CO₃·10H₂O

Рассчитываем объем выделившейся газообразной воды при

Т = 273 + 200 = 473 К и Р = 98,2 кПа по уравнению Менделеева-Клапейрона

где Р – Па, V – м³, m – кг, М – кг/моль, R – 8,314 Дж/моль·К,

Т – К.

Откуда

Ответ: формула кристаллогидрата: Na₂CO₃·10Н₂О;

2. Определить состав смеси (% масс.), содержащей карбонат магния (15 г) и оксид магния. Если после прокаливания смеси, полученный продукт вступил в реакцию с ортофосфорной кислотой и образовалось 80 г ортофосфата магния. Составить уравнения реакций.

Дано: MgO и MgCO3 m = 15 г m = 80 г	РЕШЕНИЕ: + мас. мас.
ω - ? ω - ?

При прокаливании смеси протекает реакция

MgCO₃ MgO + CO₂

Тогда по этому уравнению

n = (из MgCO₃) или

(из MgCO₃) = = = 7,17 г

где = 24,3 + 16 = 40,3 г/моль

М = 24,3 + 12 + 16·3 = 84,3 г/моль

После прокаливания смесь состоит только из MgО

При взаимодействии продукта, полученного после прокаливания с ортофосфорной кислотой, протекает реакция

3MgO_(общ.) + 2H₃PO₄ = Mg₃(PO₄)₂ + 3H₂O

Тогда реагирует по уравнению

→

или

откуда

m_MgO(общ) = г

где М = 40,3 г/моль , М = 262,9 г/моль

тогда

m_MgO(исх) = m_MgO(общ) – m_{MgO (из MgCO )} = 36,79 г – 7,17 г = 29,62 г

Таким образом

m_смеси = m_MgO(исх) + = 29,62 г + 15 г = 44,62 г

Состав исходной смеси

ω = мас.

ω = 100 – 66,38 = 33,62% масс.

3. При взаимодействии 1,8 г технического карбоната кальция (мела) с HCl выделилось 400 см³ CO₂, собранного над водным раствором NaHCO₃ и измеренного при температуре 288 К и давлении 730 мм рт.ст. Давление паров воды при 288 К равно 12,79 мм рт.ст. Определить содержание СаСО₃ в техническом карбонате кальция в процентах.

Дано:

РЕШЕНИЕ: Так как, примеси, содержащиеся в техническом СаСО3 не взаимодействуют с HCl с образованием CO2, то массу чистого карбоната кальция ( ) определяем по уравнению реакции (1.4):

СаСО₃ +2HCl=CaCl₂ + H₂O+CO₂↑ (1.4)

Или V_M(CO₂) = 22400 cм³/моль

тогда (1.5)

где

где - объем выделившегося СО₂, приведенный к нормальным условиям.

Для определения воспользуемся объединенным газовым законом:

где - парциальное давление СО₂, так как СО₂ собран над водным раствором NaHCO₃, то

= + , тогда

мм рт.ст.

Т_o = 273 К,

Р_o = 760 мм рт. ст.,

тогда =

Определяем массу чистого СаСО₃ по формуле (1.5):

= , тогда

Ответ: содержание СаСО₃ в меле 88,89%.

2. ЭКВИВАЛЕНТ. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

УРОВЕНЬ А

1. Написать уравнения реакций взаимодействия хлорида железа (III) с гидроксидом натрия с образованием:
а) хлорида гидроксожелеза;
б) гидроксида железа (III).