Исследование уравнений реакций

1. Рассчитайте молярную массу эквивалентов воды при реакции

а) с металлическим натрием;

б) с оксидом натрия.



Решение:



а) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2



Из закона эквивалентов:









где ne – число отданных Na электронов.







б) Na2O + H2O = 2NaOH



Из закона эквивалентов:









где n – число катионов соответствующих оксиду основания Na2O.

|c.o| – абсолютное значение степени окисления катиона Na






2. Назовите элементы, внешний энергетический уровень атомов который выражается электронной конфигурацией np4. Напишите полную электронную конфигурацию атома одного из этих элементов и укажите электронное семейство



Решение



Элементы, внешний энергетический уровень атомов которых выражается электронной конфигурацией np4 являются:



Кислород	8 O	2s22p4	1s22s22p4

Сера		16 S	3s23p4	1s22s22p63s23p4

Селен	34 Se	4s24p4	1s22s22p63s23p64s23d104p4

Теллур	52 Te	5s25p4	1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p4

Полоний	84 Po 6s26p4  1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p4



Все вышеперечисленные элементы принадлежат к p – электронному семейству.



3. Исходя из положения металла в Периодической системе, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов является более сильным основанием: а) Mg(OH)2 или Ba(OH)2; б) Ca(OH)2 или Co(OH)2; в) Ca(OH)2 или Zn(OH)2? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидроксида цинка



Внутри подгруппы с увеличением заряда ядра возрастают металлические свойства и ослабевают неметаллические, следовательно, усиливаются основные свойства их соединений и ослабевают кислотные свойства.

а) В главной подгруппе сверху вниз периодической системы усиливается основной характер гидроксидов: из пары Mg(OH)2 и Ba(OH)2 более сильным основанием будет являться Ba(OH)2;

В периоде с лева на право основной характер гидроксидов постепенно ослабляется, сменяясь амфотерностью к кислотным свойствам внутри периода, т.к. анионам легче присоединять электроны чем отдавать;

б) В паре Ca(OH)2 и Co(OH)2 более сильным будет Ca(OH)2 т. к. элемент кобальт является d-элементом (не заполненный d-подуровень), и будет склонен к комплексообразованию, также они находятся в разных подгруппах;

в) В паре Ca(OH)2 и Zn(OH)2 более сильным основанием будет Ca(OH)2 т.к. находятся в разных подгруппах и цинк будет склонен к комплексообразованию (d-элемент, наличие свободных f-орбиталей)



ZnCl2 +NaOH = Zn(OH)2 +NaCl – cоли цинка взаимодействуют со щелочами образуя гидроксид

Zn(OH)2+HCl=ZnCl2+H2O – гидроксид цинка при взаимодействии с кислотами растворяется образуя соль

Zn+ H2O+2KOH=K2[Zn(OH)4]+H2 – при переизбытке щелочи Zn образует комплексные соединения

Zn +2NaOH = Na2ZnO2 + H2

Zn+2HCl=ZnCl2+H2



4. При растворении 16 г. CaC2 в воде выделяется 31,27 кДж теплоты. Определить стандартную энтальпию образования Ca(OH)2



CaC2 кр+ 2H2Oжид = Ca(OH)2кр+ C2H2газ-Hp


1) Рассчитаем сколько количество молей CaC2 прореагировало:

М (CaC2)=64 г/моль

M(CaC2)=16 г







2) т.е. при взаимодействии 0,25 моля СаС2 выделяется – 31,27 кДж теплоты, а т.к. стандартная энтальпия рассчитывается на 1 моль вещества, то рассчитываем сколько тепла выделится при взаимодействии 1 моля СаС2

0,25 моля выделится – 31,27 кДж теплоты

1,0 моля выделится – х кДж теплоты



3) исходя из таблицы «стандарт энтальпии образований» находим стандартные энтальпии веществ:

H(СаС2кр)=-62,7 кДж

H(H2Oж)=-285,8 кДж

H(C2H2газ)= 226,8 кДж

Исходя из уравнения Hp рассчитывается как:



Hp=∑H(продуктов) – ∑H (исходных веществ);

Hp=(H (Ca(OH)2кр)+ H(C2H2г)) – (H(CaC2кр)+2H(H2Oж)) =>

Hp=H (Ca(OH)2кр+ H(C2H2г) – H(CaC2кр) – 2H(H2Oж), находим H (Ca(OH)2кр:

H (Ca(OH)2кр=Hp – H(C2H2г) + H(CaC2кр) + 2H(H2Oж) подставим значения стандартных энтальпий в уравнение:

H (Ca(OH)2кр=-125,08 – (226,8)+(-62,7)+2*(-285,8)=-125,08–226,8–62,7–2*285,8= = – 986,18кДж/моль



Ответ: -986,2 кДж/моль

5. При состоянии равновесия системы N2 +3H2 ↔ 2NH3 концентрации веществ были (моль/л): [N2] = 0,3; [H2] = 0,9; [NH3] = 0,4. Рассчитайте, как изменятся скорости прямой и обратной реакции, если давление увеличить в 4 раза. В каком направлении сместится равновесие?



Для решения воспользуемся законом действия масс.

Записываем математическое выражение для начальной скорости прямой и обратной реакции



ϑн(п) = k ∗ CN2 ∗ (CH2)3

ϑн(о) = k ∗ (СNH3)2	



Записываем математическое выражение для конечной скорости прямой обратной реакции (после увеличения давления в 4 раза)



ϑк(п) = k ∗ 4 ∗ CN ∗ (4∗CH2)3 = k ∗ 256 ∗ CN ∗ (CH2)3

ϑк(о) = k ∗ (4∗СNH3)2 = k ∗ 16 ∗ (СNH3)2

Найдём отношение скоростей прямой и обратной реакции

ϑк(п) k ∗ 256 ∗ CN ∗ (CH2)3

ϑн(п) k ∗ CN2 ∗ (CH2)3



6. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) BaCO3 и HNO3; б) Fe2(SO4)3 и KOH; в) HCl и K2S; г) CH3COOK и HCl

молекулярный реакция амфотерность уравнение

а) BaCO3 + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + H2CO3


BaCO3+2Н2++2NO3- = Ba2+ +2NO3 – +2H+ + CO32-

BaCO3= Ba2+ + CO32-

б) Fe2(SO4)3+6KOH=2Fe(OH)3+3K2SO4

2Fe3+ +3SO42 – +6K+ +6OH – =2Fe(OH)3+6K+ +3SO42-

2Fe3+ +6OH – =2Fe(OH)3

в) 2HCl+K2S=H2S+2KCl

2H++2Cl – +2K+ +S2 – =2H+ +S2 – +2K+ +2Cl-



В реакции прореагировали все вещества, но ионная реакция сопровождается образованием газа (сероводорода), тогда:



2HCl+K2S=H2S+2KCl

2H++2Cl - +2K+ + S2- = H2S +2K+ +2Cl -

2H+ +S2- = H2S

г) CH3COOK+HCl=CH3COOH+KCl

CH3COO - + K++H++Cl – =CH3COO - + H++ K+ +Cl –

CH3COO - + K++H++Cl – =CH3COОН + K+ +Cl -, слабый элетролит CH3COОН

CH3COO - + H+ =CH3COОН



7. Чему равна величина ЭДС гальванического элемента, составленного из стандартных цинкового и серебряного электродов, погруженных в растворы их солей? Приведите схему гальванического элемента и реакции, и реакции протекающие на электродах при его работе



Схема гальванического элемента:



(–) Zn | Zn2+ || Ag+ | Ag (+)


На аноде протекают реакции: Zn0-2e=Zn2+

На катоде протекают реакции: Ag++e=Ag0

Т.к. потенциал Е0(Ag)> Е0(Zn)

Е0(Ag+ |Ag)= +0,80В

Е0(Zn2+ | Zn)= -0,763В

то на серебряном электроде будет протекать восстановление (будет являться катодом), а на цинковом электроде будет протекать окисление (он будет анодом);

Потенциал гальванического элемента:

Е = Е0катода – Е0анода =0,80 – (-0,763)=1,562В

Ответ: 1,562 В.



8. Изделие из алюминия склёпано медью. Какой из металлов будет подвергаться коррозии с водородной деполяризацией, если эти металлы попадут в кислую среду (HCl)? Составьте уравнения проходящих при этом процессов, приведите схему образующегося гальванического элемента. Определите продукты коррозии



В реакциях с кислотами атомы алюминия окисляются ионами водорода в ионы алюминия, которые переходят в раствор:



2Al+6H+→2Al3+ +3H2



Медь в электрохимическом ряду напряжения металлов находится за водородом, (т.е. её стандартный потенциал положительный) и с разбавленными кислотами не реагирует (положительно заряженные ионы меди не переходят в раствор).

В кристаллической решетке меди (в отличие от алюминия) свободные электроны не накапливаются. При соприкосновении этих двух металлов свободные электроны алюминия переходят к меди и восстанавливают на её поверхность ионы водорода:



2H+ +2e→H2



Продуктами коррозии будет являться результат взаимодействия алюминия с соляной кислотой:



2Al+6HCl→2AlCl3+3H2



Образуется гальванический элемент:



(–) Al |AlCl3|Cu(+)



Анод катод.



9. При электролизе водных растворов каких из приведённых ниже веществ на катоде выделяется только металл: хлорид бария, хлорид меди (II), иодид калия, нитрат серебра, сульфид натрия? Приведите соответствующие уравнения электродных процессов



При электролизе водных растворов катионов металлов, у которых стандартный электродный потенциал больше чем водорода (Е0>>-0,41В) на катоде восстанавливаются только катионы металлов. В данном случае это хлорид меди (II) и нитрат серебра:










CuCl2

+

H2O



Ca2+ +2Cl -

H2O



(–) Катод







( + ) Анод

 

Анодный процесс

( – ) Катод

 

Катодный процесс











Суммарный процесс электролиза:







Суммарный процесс электролиза:







Суммарное молекулярное уравнение электролиза:



.






Библиографический список



Будякк Е.В. Химия: учеб. пособие Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. – 160 с.

Коровин Н.В. Общая химия. М. Высш. шк., 2002. 558 с.

Кузнецова А.А. Химия: метод. указания по освоению дисциплины для студентов заочной формы обучения. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 44 с.

Химия: метод. указания, программа, решение типовых задач и контрольные задания для студентов заочного обучения технических направлений и специальностей / сост.: В.И. Дударев, В.П. Зуева, О.В. Лебедева, Ю.Н. Пожидаев, З.Н. Топшиноева, А.Н. Шибанова. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. 92 с.