1 Масса m_a вещества А прореагировала без остатка с массой m_в

Вещества В. Вычислите М_эк(А) –молярную массу эквивалентов

Вещества А. Напишите уравнения реакции, если один из её продуктов является вещество D

А – оксид железа , m_a ,г -100 В – алюминий m_в,г-33,8 D – железо .

Решение.

Запишем уравнение реакции:

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃

2 Элемент ₂₅Mn A – 55 l -2

1. 
   Один из изотопов элемента имеет массовое число А. каков заряд ядра его атома? Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома этого нуклида?
   
2. 
   Напишите электронную формулу невозбуждённого атома этого элемента, приведите графическую схему распределения по квантовым ячейкам (орбиталям).
   
3. 
   К какому электронному семейству относится элемент?
   
4. 
   Чему равен суммарный спин электронов в невозбуждённом состоянии атома элемента?
   
5. 
   Сколько имеется в атоме элемента электронов с орбитальным квантовым числом l ?
   

Решение.

1. 
   Заряд ядра атома Z равен +25. Ядро атома содержит 25 протонов и 55-25 = 30 нейтронов.
   
2. 
   1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵:
   

3. 
   Марганец относится к d-электронному семейству.
   
4. 
   Суммарный спин: ½ + ½ + ½ + ½ + ½ = 5/2.
   
5. 
   Если орбитальное квантовое число равно двум, то это d-электроны. Согласно электронной формуле, количество в-электронов составляет 5 штук.
   

3 Какие степени окисления проявляет марганец? Напишите формулы его оксидов и гидроксидов. Как и почему изменяются их кислотно-осноные свойства с возрастанием степени окисления марганца? С какими степенями окисления марганца вещества могут проявлять свойства : а) только окислительные; б) только восстановительные; в) как окислительные , так и восстановительные ? Приведите примеры соответствующих веществ.

Решение.

Характерные степени окисления марганца: +2, +3, +4, +6, +7 (+1, +5 малохарактерны). 0 – простое вещество.

Марганец образует следующие оксиды: MnO, Mn₂O₃, MnO₂, MnO₃ (не выделен в свободном состоянии) и марганцевый ангидрид Mn₂O₇. Гидроксиды: Мn(ОН)₂, Mn(ОН)₄, Н₂МnО₄, НМnО₄.

В гидроксидах с возрастанием степени окисления марганца увеличивается прочность связи Mn-O, а электронная пара связи O-H всё больше смещается к атому кислорода, в результате чего всё больше возрастает склонность гидроксида диссоциировать по кислотному типу (с отщеплением протона). Аналогично изменяются свойства оксидов (но здесь не имеет место диссоциация). Таким образом, с увеличением степени окисления марганца основные свойства ослабевают, а кислотные – усиливаются. Для промежуточной степени окисления характерна амфотерность.

Окислители: степень окисления марганца высшая (KMnO₄, Mn₂O₇).

Восстановители: степень окисления марганца низшая (Mn).

Окислительно-восстановительная двойственность: степень окисления марганца промежуточная (MnO, MnO₂).

4 Напишите электронную формулу невозбуждённого атома элемента с зарядом ядра Z ,приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям)

1. 
   Укажите валентные электроны его атома .Для каждой из них приведите значения всех квантовых чисел.
   
2. 
   Сколько в атоме данного элемента электронов с совокупностью главного и орбитального квантовых чисел n и l ? Z -41 n- 4 l- 2 .
   

Решение.

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹ 4d⁴:

1. 
   Валентные электроны. 4d⁴5s¹.
   

Подуровень	Главное квантовое число n	Орбитальное квантовое число l	Магнитное квантовое число ml	Спиновое квантовое число ms
4d	4	2	-2	+1/2
4d	4	2	-1	+1/2
4d	4	2	0	+1/2
4d	4	2	1	+1/2
5s	5	0	0	+1/2

2. 
   Если n=4, а l=2, то это электроны 4d-подуровня, которых четыре.
   

5 Объясните по методу валентных связей (ВС) строение молекулы. Если имеет место гибридизация, то каков её тип? Полярна ли каждая из связей? Полярна ли молекула в целом? Формула молекулы PH_{3 .}

Решение.

Электронная формула атома фосфора в основном состоянии:

1s²2s²2p⁶3s²3p³.

Атом фосфора имеет три неспаренных электрона на 3p-подуровне, за счёт которых осуществляется образование трёх двухэлектронных ковалентных связей с тремя атомами водорода. Угол HPH в молекуле фосфина близок к 90°, что соответствует взаимно перпендикулярному расположению p-орбиталей в атоме фосфора, то есть гибридизации не происходит.

Атомы фосфора и водорода имеют разные относительные электроотрицательности, поэтому связи P-H полярны. Молекула фосфина имеет конфигурацию тригональной пирамиды с атомом фосфора в вершине, молекула полярна.

6 С помощью метода молекулярных орбиталей (МО) определите, возможно ли существование молекул или молекулярных ионов. Изобразите энергетические схемы образования их МО, кратность связи и укажите магнитные характеристики ( парамагнетизм или диамагнетизм ),

Формула молекулы или молекулярного иона О₂;О₂⁺.

Решение.

И молекула O₂, и ион O₂⁺ могут существовать, так как число электронов на связывающих орбиталях существенно превышает количество электронов на разрыхляющих орбиталях.

Кратность связи:

Для O₂:

Для O₂⁺:

И молекула O₂, и ион O₂⁺ являются парамагнитными, так как имеют на орбиталях неспаренные электроны.

7 В каком направлении при стандартных условиях может самопроизвольно протекает заданная реакция? Ответ дайте на основании расчётов изменения энергии Гиббса реакции G⁰₂₉₈:
а)по значениям стандартных теплот образования _fH⁰₂₉₈ и стандартных энтропий S⁰₂₉₈ веществ, участвующих в реакции; б) по значениям стандартных энергий Гиббса образования G⁰₂₉₈ вещества, участвующих в реакции.

Уравнения реакции : N_2(r) +2O_2(r) = 2NO_2(r)

Решение.

а) Расчёты ведём на основании следствия из закона Гесса: Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты.

б)

8 Определите энергию активации реакции, если при увеличении температуры от 500 до 800 К константа скорости реакции возросла в 670 раз .

Решение.

Используем формулу, связывающую энергию активации и константы скорости реакции:

9 Давления пара воды при 303 К равно 4240 Па. Какую массу глицерина C₃H₅(OH)₃ следует растворить в 10,0 воды, чтобы понизить давление пара при данной температуре до 4000 Па?

Решение.

По закону Рауля:

p₀ и p₁ – давление пара над чистым растворителем и раствором соответственно;

N₂ – молярная доля растворённого вещества;

n₁ и n₂ – количество молей растворителя и растворённого вещества соответственно.

Тогда:

10 Водный раствор содержит массу m вещества А в объёме V. Плотность раствора р. Вычислите массовую долю (в %), молярную долю, молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов.

А – КОН ; m,г -718 ; V,л -2,0; р,г./мл -1,27.

Решение.

Массовая доля:

Молярная концентрация:

Так как для KOH (как однокислотного основания) молярная масса эквивалентов равна молярной массе, то молярная концентрация эквивалентов (нормальная концентрация) равна:

11 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействий в водных растворах между веществами.

а) CuCl₂ и H₂S ; б) AgNO₃ и NH₄Cl ; в) Fe(OH)₃ и HCl

Решение.

а) CuCl₂ + H₂S = CuS ↓ + 2HCl

Cu²⁺ + 2Cl^- + H₂S = CuS ↓ + 2H⁺ + 2Cl^-

Cu²⁺ + H₂S = CuS ↓ + 2H⁺

б) AgNO₃ + NH₄Cl = AgCl ↓ + NH₄NO₃

Ag⁺ + NO₃^- + NH₄⁺ + Cl^- = AgCl ↓ + NH₄⁺ + NO₃^-

Ag⁺ + Cl^- = AgCl ↓

в) Fe(OH)₃ + 3HCl = FeCl₃ + 3H₂O

Fe(OH)₃ + 3H⁺ + 3Cl^- = Fe³⁺ + 3Cl^- + 3H₂O

Fe(OH)₃ + 3H^{+ -} = Fe³⁺ + 3H₂O

12 Составьте ионно-молекулярные и молекулярные уравнения гидролиза каждой из двух указанных солей . Какая в растворе каждой из этих солей сред и величин рН (рН>7 или рН<7)? Как повлияет на гидролиз добавление к растворам: а) хлороводородной кислоты HCl; б) гидроксид натрия NaOH?

Соли – K₂SO₃ ; NH₄Cl .

Решение.

а) K₂SO₃. Соль образована сильным основанием и слабой кислотой, поэтому гидролизоваться будет по аниону, среда раствора соли щелочная (pH>7).

Первая ступень:

K₂SO₃ + H₂O  KHSO₃ + KOH

SO₃^2- + H₂O  HSO₃^- + OH^-

Вторая ступень:

KHSO₃ + H₂O  H₂SO₃ + KOH

HSO₃^- + H₂O  H₂SO₃ + OH^-

Суммарно:

K₂SO₃ + 2H₂O  H₂SO₃ + 2KOH

б) NH₄Cl. Соль образована слабым основанием и сильной кислотой, поэтому гидролизоваться будет по катиону, среда раствора соли кислая (pH<7).

NH₄Cl + H₂O  NH₃∙H₂O + HCl

NH₄⁺ + H₂O  NH₃ + H₃O⁺

13 Чему равна жёсткость воды в насыщенном растворе CaSO₄ , если растворимость его составляет 2,02 г в литре раствора?

Решение.

14 Напишите формулы комплексных соединений, состав которых отражают приведённые ниже формулы , и уравнения диссоциации этих соединений. (Координационное число комплексообразователя в соединении (б) равно 6). Для соединения (а) напишите уравнение диссоциации комплексного иона и выражение для константы нестойкости.

Формулы : а) Zn(OH)₂ 2KOH ;б) CoCl₃5NH_{3 .}

Решение.

а) K₂[Zn(OH)₄]

K₂[Zn(OH)₄] => 2K⁺ + [Zn(OH)₄]^2- (первичная диссоциация)

[Zn(OH)₄]^2-  Zn²⁺ + 4OH^- (вторичная диссоциация, протекает в несколько ступеней)

б) [Co(NH₃)₅Cl]Cl₂

[Co(NH₃)₅Cl]Cl₂ => [Co(NH₃)₅Cl]^2- + 2Cl^- (первичная диссоциация)

[Co(NH₃)₅Cl]^2-  Co³⁺ + Cl^- + 5NH₃ (вторичная диссоциация, протекает в несколько ступеней)

15 Окислительно -восстановительные реакции протекают по приведённым схемам. Для каждой реакции укажите : а) окислитель и восстановитель ; б) какое вещество окисляется, какое вещество восстанавливается. Составьте электронные уравнения и на основании их расставьте коэффициенты в уравнениях реакций.

Схемы реакций:

Ge+KOH+O₂K₂GeO₂+H₂O

HCl+CrO₂Cl₂+CrCl₃+H₂O .

Решение.

Ge + KOH + O₂ = K₂GeO₃ + H₂O

Электронный баланс:

Ge – 4e = Ge⁺⁴ |1|

O₂ + 4e = 2O^-2 |1|

Ge + 2KOH + O₂ = 2K₂GeO₃ + H₂O

Ge – восстановитель, окисляется;

O₂ – окислитель, восстанавливается.

HCl + CrO₃ = Cl₂ + CrCl₃ + H₂O

Электронный баланс:

2Cl^-1 – 2e = Cl₂ |3|

Cr⁺⁶ + 3e = Cr⁺³ |2|

12HCl + 2CrO₃ = 3Cl₂ + 2CrCl₃ + 6H₂O

HCl – восстановитель, окисляется;

CrO₃ – окислитель, восстанавливается.

16 По степени окисления и по возможности их изменения в прцессе окислительно-восстановительных реакций определите, какие вещества, формулы которых приведены, могут проявлять : а)только окислительные свойства; б) только восстановительные свойства ; в) как окислительные ,так и восстановительные свойства .

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, протекающей по указанной схеме.

Формулы веществ : N₂O ; N₂ ; NH_{3 ;}; KNO₃ ; NaNO₂

Схема реакций : NaNO₂+Nal+H₂SO₄N₂+l₂+H₂O+Na₂SO₄

Решение.

N⁺¹₂O – окислительно-восстановительная двойственность;

N⁰₂ – окислительно-восстановительная двойственность;

N^-3H₃ – восстановитель;

KN⁺⁵O₃ – окислитель;

NaN⁺³O₂ – окислительно-восстановительная двойственность.

NaNO₂ + Nal + H₂SO₄ N₂ + l₂ + H₂O + Na₂SO₄

Электронный баланс:

2N⁺³ + 6e = N₂ |1|

2I^-1 – 2e = I₂ |3|

2NaNO₂ + 6Nal + 4H₂SO₄ N₂ + 3l₂ + 4H₂O + 4Na₂SO₄

17 Напишите уравнения анодного и катодного процессов, суммарные ионно-молекулярное и молекулярное уравнения этих процессов , протекающих в гальванических элементов . Вычислите величину электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента при указанных молярных концентрациях растворов соответствующих солей.

Схема гальванического элемента:

Bi l Bi(NO₃)₃ ||Cu(NO₃)₂ |Cu

(0,001М) (1М)

Решение. Находим в справочнике стандартные электродные потенциалы данных электродов:

Медь – катод, висмут – анод. Электродные процессы:

К(-): Cu²⁺ + 2e = Cu

А(+): Bi – 3e = Bi³⁺

Вычислим потенциалы электродов при заданных концентрациях с помощью уравнения Нернста:

Вычислим ЭДС гальванического элемента:

18 Электролиз водного раствора вещества X проводили с анодом из материала Y при силе тока l . Составьте уравнения электродных процессов. Определите , сколько потребуется времени для окисления на аноде массы m_A соответствующего вещества. Составте уравнения электродных процессов с угольным анодом.

X – MgCl₂ ; Y – Mg ; m_A,г -15,0 ; l ,А – 15,0

Решение.

Так как стандартный электродный потенциал магния (-2.36 В) меньше стандартного электродного потенциала водорода в нейтральной среде (-0.41 В), то на катоде выделяется водород. На аноде происходит окисление магния (растворение анода). Электродные процессы:

K(-): 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^-

А(+): Mg – 2e = Mg²⁺

По закону Фарадея масса m магния, окисляющегося на аноде, равна:

Тогда запишем:

И вычислим время электролиза:

Электродные процессы с угольным анодом:

K(-): 2H₂O + 2e = H₂ + 2OH^-

А(+): 2Cl^- – 2e = Cl₂

19 Какие коррозионные процессы могут протекать при контакте двух металлов? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результируещее (суммарное) управление процесса коррозии в заданных условиях. Если коррозия невозможна, то объясните почему.

Металлы : Cu , Ag

Среда : а) аэрируемый раствор H₂SO₄ ; б) закрытый сосуд с раствором HCl

Решение.

При контакте двух металлов образуется гальваническая пара, в которой анодом является металл с меньшим потенциалов, а катодом – металл с большим потенциалом. При этом металл-анод корродирует, а на металле-катоде происходит выделение водорода (водородная деполяризация) или выделение кислорода (кислородная деполяризация). При контакте меди и серебра в образовавшейся гальванической паре медь ( будет анодом, а серебро () – катодом.

а) Электродные процессы в аэрируемом растворе H₂SO₄:

K(-): O₂ + 4H⁺ + 4e = 2H₂O

А(+): Cu^- – 2e = Cu²⁺

Суммарное уравнение: 2Cu + O₂ + 4H⁺ = 2CuSO₄ + 2H₂O или в молекулярной форме:

2Cu + O₂ + 2H₂SO₄ = 2CuSO₄ + 2H₂O.

б) В закрытом сосуде с HCl, то есть без доступа воздуха, коррозия не наблюдается. Это объясняется тем, что потенциал, отвечающий процессу 2H⁺ + 2e = H₂, равен , то есть меньше нуля. Поэтому ионы водорода могут окислить только те металлы, потенциал которых меньше нуля. Потенциалы серебра и меди больше нуля, поэтому при данных условиях эти металлы не подвергаются коррозии.

20 Какое количество металлического лития вступило в реакцию с водой ,если при этом выделился водород объёмом 1 л ?

Решение. Запишем уравнение реакции:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂

n(Li) = 2*n(H₂) = 2*V/V_M = 2*1 л. / 22.4 л/моль = 0.089 моль

m = n*M = 0.089 моль * 7 г/моль = 0.623 г.