Контрольная работа по "Химии"

      1. В какой массе NaOH содержится  тоже количество эквивалентов, что  и в 140 г. KOH.

      Решение:

      100 г NaOH

      2. Вычислите количество вещества  эквивалента и молярную массу  эквивалента H₃PO₄:

      а) гидрофосфата

      б) дигидрофасфата

      в) ортофогсфата

      Решение:

      Эквивалентная масса кислоты определяется как частное от деления молярной массы кислоты на основность кислоты, где основность кислоты определяется числом атомов водорода, которые замещаются на металл.

      В реакции (а) происходит замещение 2 атомов водорода, в реакции (б) - 1 атома водорода, а в реакции (в) - 3 атомов водорода.

      Молекулярная  масса ортофосфорной кислоты  равна 3*1 + 1*31 + 4*16 = 98 г/моль. Следовательно,

      Мэ(а) = 98/2 = 49 (г/моль)

      Мэ(б) = 98/1 = 98 (г/моль)

      Мэ(в) = 98/3 = 32,7 (г/моль)

      То  есть, молярная масса эквивалента Н3РО4 в реакции образования гидрофосфата равна 49 г/моль; в реакции образования дигидрофосфата - 98 г/моль, в реакции образования ортофосфата - 32,7 г/моль.

      Количество  вещества эквивалента соответственно 1/2 моля, 1 моль и 1/3 моля.

      3. Какое максимальное число электронов могут занимать s-, p-, d- и f-орбитали данного энергетического уровня? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядковым номером 31.

      Решение:

      Учитывая, что на s-орбитали может быть максимально 2 электрона, на р-орбитали – шесть, на d-орбитали – 10, а на f-орбитали – четырнадцать и придерживаясь последовательности заполнения орбиталей в соответствии с правилом Клечковского: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d. и т.д – запишем электронные формулы:

      галий: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

      4. Изотоп кремния-30 образуется при  бомбардировке а-частицами ядер  атомов алюминия-27.Составьте уравнение  этой ядерной реакции и напишите  его в сокращенной форме.

      Решение:

      14Al(p;?)11Si

      5. Исходя из положения германия, молибдена и рения в переодической системе, составьте формулы водородного соединения германия, оксида молибдена и рениевой кислоты, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.

      Решение:

      Ge + 4H= GeH4

      2Mo+3O2=2MoO3

      Re+3О₂+Н=HReO4

      

      GeH4 2MoO3 HReO4 HReO4 

     6. Какую низшую степень окисления  проявляют хлор, сера, азот и углерод?  Почему? Составьте формулы соединений  алюминию с данными элементами  в этой степени окисления. Как  называются соответствующие соединения?

     Решение:

     Атом  водорода имеет единственный валентный  электрон. Поэтому низшая степень  окисления водорода будет равна -1 (атом водорода принимает 1 электрон от другого элемента). Эту низшую степень окисления +2 -1 водород проявляет  в соединении AlН2. Это соединение называется гидрид алюминия.

     Атом  фтора имеет семь валентных электронов, до завершения энергетического уровня недостает одного электрона. Поэтому  низшая (и единственная) степень  окисления фтора -1. Соединения фтора  в этой +2 -1 степени окисления называются фторидами. Например, AlF2 - фторид алюминия.

     Атом  серы имеет шесть валентных электронов, до завершения энергетического уровня не достает двух электронов. Поэтому  низшая степень окисления серы равна -2. Соединения серы в этой степени  окисления +2 -2 называются сульфидами. Например, AlS - сульфид алюминия.

     Атом  азота имеет пять валентных электронов, до завершения энергетического уровня не достает трех электронов. Поэтому низшая степень окисления азота равна -3. Соединения азота в этой степени окисления +2 -3 называются нитридами. Al3N2 -нитрид алюминия.

     7. Какую ковалентную связь называют  σ-связью и какую π-связью? Разберите  на примере строения молекулы  азота.

     Решение:

     Ковалентная связь (атомная связь, гомеополярная  связь) — химическая связь, образованная перекрытием (обобществлением) пары валентных электронных облаков. Обеспечивающие связь электронные облака (электроны) называются общей электронной парой.

     Сигма (σ)-, пи (π)-связи — приближенное описание видов ковалентных связей в молекулах  различных соединений, σ-связь характеризуется тем, что плотность электронного облака максимальна вдоль оси, соединяющей ядра атомов. При образовании π-связи осуществляется так называемое боковое перекрывание электронных облаков, и плотность электронного облака максимальна «над» и «под» плоскостью σ-связи.

     Химическая  связь, осуществляемая одной электронной  парой, называется одинарной. Одинарная  связь – всегда σ-связь. Орбитали типа s могут образовывать только σ-связи.

     Связь двух атомов может осуществляться более  чем одной парой электронов. Такая связь называется кратной. Примером образования кратной связи может служить молекула азота. В молекуле азота px-орбитали образуют одну σ-связь. При образовании связи pz-орбиталями возникают две области  перекрывания – выше и ниже оси х:

     Такая связь называется пи-связью (π-связь). Возникновение π-связи между двумя  атомами происходит только тогда, когда  они уже связаны σ-связью. Вторую π-связь в молекуле азота образуют ру-орбитали атомов. При образовании  π-связей электронные облака перекрываются меньше, чем в случае σ-связей. Вследствие этого π-связи, как правило, менее прочны, чем σ-связи, образованные теми же атомными орбиталями.

     р-орбитали могут образовывать как σ-, так  и π-связи; в кратных связях одна из них обязательно является σ-связью: .

     Таким образом, в молекуле азота из трех связей одна - σ-связь и две - π-связи.

     8. Нарисуйте энергетическую схему  образования молекулы Не₂ и молекулярного иона Не⁺₂ по методу молекулярных орбиталей. Как метод МО объясняет устойчивость иона Не⁺₂ и невозможность существования молекулы Не₂?

     Решение:

     

     На  связывающей орбитали размещены  два электрона, а на разрыхляющей – один.

     Следовательно, кратность связи в этом ионе равна (2 – 1)/2 = 0,5, и он должен быть энергетически  устойчивым.

     Напротив, молекула Не2 должна быть энергетически неустойчивой, поскольку из четырех электронов, которые должны разместиться на МО, два займут связывающую МО, а два – разрыхляющую.

     Кратность связи в этом случае равна нулю – молекула не образуется.

     9. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования NO? Вычислите теплоту образования NO, исходя из следующих термохимических уравнений:

     4NH3(г) + 5O2(г) = 4NO(г) + 6H2O(ж); ∆rH = -1168,80 кДж.

     4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(ж); ∆rH = -1530,28 кДж.

     Ответ: 90,37 кДж/моль.

     Решение:

     Реакция образования монооксида азота:

     0,5N2 + 0,5O2 = NO DН°= +90,37 кДж,

     Следовательно, стандартная теплота образования NO DН°f (NO)= =+90,37 кДж/моль. Итак, все химические соединения можно разделить на две  группы: экзотермические (DНf < 0) и эндотермические (DНf > 0). Таким образом, все химические соединения можно расположить в соответствии со значением- и знаком их теплот образования на своеобразной "энергетической горе", как это показано на рисунке (на нем приведены данные в основном для оксидов).

     10. При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и оксид азота. Сколько теплоты выделится при этой реакции если было получено 44,8 л NOв пересчёте на нормальные условия. Ответ: 452,37 кДж.

     Решение:

     4NH3+5O2=4NO+6H2O

     44,8л\22,4 моль\л= 2 моль аммиака сгорело, т.е. 452,37 кДж.

     11. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе: 2NO(г) + O2(г) 2NO2(г).

     Решение:

     ΔH = 2*ΔHо(NO2) - 2*ΔHо(NO) - ΔHо(O2) = 2*33.5 - 2*90.37 - 0 = -113.74 кДж/моль

     ΔS = 2*Sо(NO2) - 2*Sо(NO) - Sо(O2) = 2*240.46 - 2*210.10 - 205.03 = -144.31 Дж/(моль*К) = -0.14431 кДж/(моль*К)

     ΔG = ΔH - T*ΔS = -113.74 - 298*(-0.14431) = -70.74 кДж/моль

     Поскольку ΔG<0, то будет протекать прямая реакция.

     12. Вычислите ΔH0, ΔS0 и ΔG0T реакции, протекающей по уравнению Fe2O3(k) + 3H2(г) = 2Fe(k) + 3H2O(г). Возможна ли реакция восстановления Fe2O3 водородом при 500 и 2000 К?

     Решение:

     ∆rН0298 и ∆rS0298 находим из соотношений (4) и (5):

     ∆rН0298= (3·(-110,52) + 2·0) – (-822,10 + 3·0) = -331,56 + 822,10=+490,54 кДж;

     ∆rS0298= (2·27,2 + 3·197,91) – (89,96 + 3·5,69) = 541,1 Дж/К

     Энергию Гиббса при соответствующих температурах находим из соотношения 7: ∆rG0298=∆rН0298 - Т · ∆rS0298

     ∆rG500= 490,54 – 500 · 541,1/1000 = +219,99 кДж;

     ∆rG1000= 490,54 – 1000 · 541,1/1000 = -50,56 кДж.

     Так как ∆rG500> 0, а ∆rG1000< 0, то восстановление Fe2O3 углеродом возможно при 1000 К и невозможно при 500 К.

     13. Равновесие гомогенной системы 4HCL+O2=2H2O+2CL2 установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [H2O]p=0,140 моль/дм3; [Cl2]p = 0,140 моль/дм3; [HCl]p=0,20 моль/дм3;[O2]p=0,320 моль/дм3.Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода .Ответ: [HCl]исх=0,480 моль/дм3; [O2]исх=0,390 моль/дм3.

     Решение:

     По  уравнению видно, что 2 моль воды получается из 4 моль HCl.

     Отсюда, [HCl]исх= 0,2 + 0,14*2 = 0,480 моль/дм3

     По  аналогии определяется остальное.

     14. В гомогенной системе СО + Cl2COCl2 равновесные концентрации реагирующих  веществ: [CO] = 0,2 моль/л; [Cl2] = 0,3 моль/л; [COCl2] = 1,2 моль/л. Вычислите константу  равновесия системы и исходные концентрации хлора и СО.

     Ответ: К = 20; = 1,5 моль/л; = 1,4 моль/л.

     Решение:

     Концентрации  исходных веществ в начальный  момент:

     [Cl2]0 = 0,5 + 1 = 1,5моль/л.

     [CO]0 = 0,9 + 0,5 = 1,4 моль/л.

     15. Какая масса HNO3 содержалась в  растворе, если на нейтрализацию его потребовалось 35 см3 0,4н. раствора NaOH? Каков титр раствора NaOH?

     Ответ: 0,882 г; 0,016 г/см3.

     Решение:

     По  закону эквивалентности: N 1 * V 1 = N 2 * V 2 и  из формулы n (1/z X) = N * V, находим n (1/z X) 1 = N 2 * V 2.

     Затем находим n 1 = n (1/z X) 1 / Z

<