Органическое вещество в виде летучей жидкости массой 0,1437 г при 250С и Р=99,2 кПа превращено в пар, занимающий объем 22,9 мл. Найдите молярную массу этого вещества.
Решение:
Уравнение состояния идеального газа (принимаем, что наш пар подчиняется этому уравнению) Клапейрона-Менделеева:
где – давление газа, Па; – объем газа, м3; – число молей газа; – универсальная газовая постоянная; – абсолютная температура.
При этом
где – масса газа, г; – его молярная масса.
или это 298,15 K.
Тогда .
Ответ:.
39. Сколько м3 пропена С3Н6 сгорело, если в результате образовалось 50 кг паров воды, если t = 300С, Р = 1,1атм?
Решение:
Уравнение реакции:
в уравнении .
Тогда использовав уравнение Клапейрона-Менделеева
и ;
;
Получим
; или это 303,15 K; ;
Ответ: .
62. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 14 и 40. Какие электроны этих атомов являются валентными?
Решение:
Элемент с порядковым номером 14 – кремний. Его электронная формула имеет вид: 1s22s22p63s23p2
Так как последний электрон находится на p-подуровне, то кремний относится к электронному p-семейству. Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома кремния в нормальном состоянии:
Валентные электроны для кремния – s- и p-электроны внешнего электронного уровня.
Элемент с порядковым номером 40 – цирконий. Его электронная формула имеет вид: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d2. Так как последний электрон находится на d-подуровне, то цирконий относится к электронному d-семейству. Распределение электронов по квантовым ячейкам у атома циркония в нормальном состоянии:
Валентные электроны для циркония – d-электроны предвнешнего и s-электроны внешнего электронного уровней.
Электронные и электронно-графические формулы элементов составлялись с учетом принципа Паули, правила Хунда и правила Клечковского.
87. Чем объясняется последовательное изменение окислительной способности свободных галогенов и восстановительной способности галогенид-ионов от фтора к йоду? Приведите примеры иллюстрирующих реакций.
Решение:
В ряду галогенов F2 - Cl2 - Br2 - I2 химическая активность и окислительная способность галогенов уменьшается, в связи с увеличением радиуса и уменьшением первого потенциала ионизации. Это можно проследить на примере реакции взаимодействия галогенов с водородом. Фтор взаимодействует с водородом с взрывом, выделяя при этом большое количество энергии. Хлор при обычных условиях очень медленно взаимодействует с водородом, но на прямом солнечном свету или при нагревании реакция идет также с взрывом. Реакция водорода и хлора протекает по цепному механизму, поэтому для нее необходимо инициирование (нагревание или освещение). Взаимодействие брома и йода с водородом происходит лишь при нагревании. Йод с водородом реагирует не полностью, т.к. йодоводород, образующийся при этом легко разлагается и равновесие сильно смещено в сторону исходных продуктов: Н2 + I2 2НI
Свойства галогенов
F2
Cl2
Br2
I2
Радиус, нм
0,072
0,099
0,114
0,133
Первый потенциал ионизации кДж/моль (атомов)
1682
1255
1142
1008
Сродство к электрону, кДж/моль
332,7
348,7
325
290
Относительная электроотрицательность (по Полингу)
4,0
3,01
2,8
2,6
Химическая активность галогенов от фтора к йоду уменьшается. Поэтому более активный галоген (имеющий наиболее высокое значение элетроотрицательности) вытесняет менее активный галоген из его соединений с металлами. Так, фтор вытесняет все другие галогены из их галогенидов, хлор – бром и иод, а бром – только иод:
2NаBr + С12 = 2NаС1 + Br2
2NаI + С12 = 2NаС1 + I2
2КI + Br2 = 2КBr + I2
2КBr + I2 ≠
Галогеноводородные кислоты (кроме HF) могут проявлять восстановительные свойства. Так как сродство к электрону (СЭ) в ряду галогенид-ионов уменьшается от Cl2 к I2, то восстановительные свойства в ряду HCl ‒ HBr – HI увеличиваются:
HCl + H2SO4 (конц. ) ≠
2НBr + H2SO4(конц.) = Br2 + SО2 + 2H2O
8НI + H2SO4(конц.) = 4I2 + H2S + 4H2O
В связи с усилением восстановительных свойств галогеноводородов от НС1 к HI падает устойчивость водных растворов галогеноводородных кислот к воздействию кислорода воздуха. При хранении на воздухе концентрированных растворов иодоводорода происходит его окисление:
4HI + О2 = I2 + 2Н2О
При этом раствор иодоводородной кислоты постепенно буреет:
HI + I2 = Н[I3]
Более медленно протекает аналогичный процесс и водном растворе НBr
Задания
Подберите коэффициенты в схемах окислительно-восстановительных реакций. Укажите окислитель и восстановитель.
112. Реакции № 12, 37, 62
Решение:
№12:
2Mn(NO3)2 + 5NaBiO3 + 16HNO3 = 2HMnO4 + 5Bi(NO3)3+ 5NaNO3 + 7H2O
Восстановитель: Mn(NO3)2
Окислитель: NaBiO3
Окисление:
Mn2+ + 4H2O ‒ 5e- → MnO4- + 8H+
2
Восстановление:
BiO3- + 6H+ + 2e- → Bi3+ + 3H2O
5
2Mn2+ + 8H2O + 5BiO3- + 30H+ → 2MnO4- + 16H+ + 5Bi3+ + 15H2O
2Mn2+ + 5BiO3- + 14H+ → 2MnO4- + 5Bi3+ + 7H2O
№37:
3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O
Восстановитель: HNO2
Окислитель: HNO2
Данная окислительно-восстановительная реакция относится к реакциям диспропорционирования, т.к. молекулы одного и того же вещества (HNO2) способны окислять и восстанавливать друг друга. Это происходит потому, что вещество HNO2 содержит в своем составе атомы азота в промежуточной степени окисления (3+). Следовательно, степень окисления способна как понижаться, так и повышаться.
Окисление:
NO2- + H2O ‒ 2e- → NO3- + 2H+
1
Восстановление:
NO2- + 2H+ + e- → NO + H2O
2
3NO2- + H2O + 4H+ → NO3- + 2H+ + 2NO + 2H2O
3NO2- + 2H+ → NO3- + 2NO + H2O
№62:
NH3 + KMnO4 + KOH = KCl + K2MnO4 + H2O
Некорректное условие – ошибка в реагентах (NH3) и продуктах реакции (KCl). Возможное правильное условие:
KCl + 8KMnO4 + 8KOH = KClO4 + 8K2MnO4 + 4H2O
Восстановитель: KCl
Окислитель: KMnO4
Окисление:
Cl- + 8OH- ‒ 8e- → ClO4- + 4H2O
1
Восстановление:
MnO4- + e- → MnO42-
8
Cl- + 8OH- + 8MnO4- → ClO4- + 4H2O + 8MnO42-
143. При сгорании 1 л бутана С4Н10 выделилось 119,1 кДж теплоты. Вычислить энтальпию образования бутана. Условия нормальные.
Решение:
Уравнение реакции:
;
При сгорании выделяется теплоты, а при сгорании – теплоты, тогда
119,2/2=x/0,0446;
x=2,65 (кДж).
Ответ: выделится .
162. Возможно ли при 2000С протекание следующей реакции:
СО + 0,5О2 = СО2?
Решение:
Возможно ли при 2000С протекание следующей реакции: СО + 0,5О2 = СО2?
О принципиальной возможности и направлении процесса позволяют судить величина и знак ΔG (энергия Гиббса).
ΔG = ΔH – TΔS,
где ΔH – изменение энтальпии реакции; ΔS – изменение энтропии реакции; Т – температура.
- стандартная энтальпия образования вещества
- стандартная энтропия образования вещества
п - количество вещества
СО (газ)
О2 (газ)
СО2 (газ)
, кДж/моль
-110,5
0
-393,5
, Дж/моль·К
197,9
205
213,6
При ΔGОтвет: возможно, так как – отрицательная величина.
189. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 140 до 1700?
Дано:
Решение:
Согласно правилу Вант-Гоффа при повышении температуры на каждые 10 градусов константа скорости гомогенной элементарной реакции увеличивается в два - четыре раза. Уравнение, которое описывает это правило следующее:
,
где ‒ скорость реакции при температуре Т1, ‒ скорость реакции при температуре Т2, γ ‒ температурный коэффициент реакции.
Отсюда:
,
γ = 3
Т1 = 140о
Т2 = 170о
-?
Ответ: Скорость реакции увеличится в 27 раз.
222. Как повлияет на выход хлора в системе :
4 HCl(г) + О2(г) « 2 Cl2(г) + 2 Н2О(ж), Q = 202,4 кДж,
а) повышение температуры в системе,
б) уменьшение общего объема смеси,
в) уменьшение концентрации кислорода,
г) увеличение общего объема реактора,
д) введение катализатора?
Решение:
4HCl(г) + О2(г) « 2Cl2(г) + 2Н2О(ж), Q = 202,4 кДж
Прямая реакция происходит с выделением тепла, т.е. является экзотермической (Q > 0), следовательно, обратная реакция будет протекать с поглощением тепла, т.е. является эндотермической (Q а) повышение температуры в системе будет способствовать сдвигу равновесия в сторону реакции, протекающей с поглощением тепла (эндотермической), т.е. в сторону реакции образования исходных веществ – выход хлора при этом уменьшится.
б) уменьшение общего объема смеси приведет к смещению равновесия в сторону реакции, протекающей с образованием меньшего числа молей газообразных веществ, т.е. в сторону прямой реакции – выход хлора при этом увеличится.
в) при уменьшении концентрации кислорода равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ – выход хлора при этом уменьшится.
г) при увеличении общего объема реактора давление в системе уменьшится, потому равновесие сдвинется в сторону увеличения числа газовых молей, т.е. в сторону обратной реакции – выход хлора при этом уменьшится.
д) катализатор одинаково ускоряет как прямую, так и обратную реакции и поэтому на смещение равновесия влияния не оказывает, а только способствует более быстрому его достижению, поэтому введение катализатора на выход хлора не повлияет.
237. Составьте схему, напишите уравнения электродных процессов гальванического элемента, у которого один электрод цинковый с концентрацией ионов цинка 10-2 моль/л, а второй – водородный с концентрацией ионов водорода 10-2 моль/л. Рассчитайте э.д.с. этого элемента.
Решение:
Схема химической цепи:
поток электронов
Электрод восстановитель (донор электронов) Электрод окислитель (акцептор электронов
где и – соответственно потенциалы положительного и отрицательного электродов.
Ответ: Э.Д.С. равно .
262. Напишите уравнения реакций процессов, протекающих на электродах при электрохимической защите стальных труб.
Решение:
Одним из вариантов электрохимической защиты стальных труб есть протекторная защита. Если в качестве протектора взять цинк, то уравнения реакций процессов, протекающих на электродах будут следующие:
анодный процесс:
Zn – 2e- = Zn2+;
катодный процесс: в кислой среде –
2Н+ + 2е- = Н2↑;
в нейтральной среде –
1/2О2 + Н2О + 2е- = 2ОН-.
286. Вычислить рН 0,001 М раствора фтористоводородной кислоты и 0,00001 М раствора гидроксида натрия.
Решение:
Электролиты HF и NaOH есть сильными и потому в растворе диссоциируют полностью.
Для указанных растворов имеем:
Ответ: 3 и 9.
312. Слили 30 г 2 %-ного раствора ацетата свинца Pb(CH3COO)2 и 50 мл 1 М раствора иодоводородной кислоты HI. Определите массу осадка иодида свинца.
Решение:
Уравнение реакции:
в уравнении .
Теперь рассчитаем какой реагент в избытке:
=
– находится в избытке, расчеты ведем по
; так как , то
Ответ: .
337. В 70 г бензола С6Н6 растворено 2,09 г некоторого вещества. Раствор кристаллизуется при 4,250С. Установить молекулярную массу растворенного вещества. tкрист.бензола= 5,50С.
Решение:
Криоскопическая константа выражается формулой
где Ккр – криоскопическая константа; – величина, получаемая опытным путем – понижение точки замерзания раствора, состоящего из т кг растворенного неэлектролита и L кг растворителя; М – масса 1 моль неэлектролита, кг. Криоскопическая константа бензола Ккр = 5,1°.
Отсюда
Ответ: .