Контрольная работа по "Химии"

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

 

Факультет заочного и дистанционного обучения

 

Специальность: Информационные технологии и управление в технических системах

 

 

Контрольная работа по химии

Вариант №24

 

 

 

 

 

21.При восстановлении 1,2 г оксида металла (II) водородом образовалось 0,27 г воды. Определите эквивалентную и мольную массы металла.

Решение.

Напишем уравнение реакции:

МеО+Н2= Ме+Н2О

Исходя из закона эквивалентов находим эквивалентную массу оксида металла:

=

)=

Т.к. Мэ(Н2О)=9 г/моль, то подставив в уравнение получим:

)= = 40 г/моль

При этом, Мэ(МеО)=Мэ(Ме)+Мэ(О), тогда

Мэ(Ме)= Мэ(МеО) - Мэ(О)=40-8=32 (г/моль)- эквивалентная масса металла.

Т.к. металл в соединении проявляет валентность 2 в МеО, то Эме=Мме

Мэ=Эме, то Мме=Эме*2

Мме=32*2=64 г/моль- мольная масса

По  периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева определеляем, что искомый металл - медь

Ответ: М(Ме)= 64 (г/моль); Мэ (Cu) = 32 г/моль

 

 

47.Составьте электронные формулы атомов с порядковым номерами 32 и 42, учитывая, что у последнего происходит «провал» одного 5s-электрона на 4d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

Решение

Ge 1s22s22p63s23p64s23d104p2. Относится к р-семейству

4f

4d

4p

4s

↑

↑

3d

↑↓

3p

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

3s

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

2p

2s

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

1s

↑↓

 

 

 

 

 

 

Мо 1s22s22p63s23p64s23d104p64d65s0. Относится к d-семейству

5d

5f

5p

4f

5s

4d

4p

↑↓

↑

↑

↑

↑

4s

↑↓

↑↓

↑↓

3d

↑↓

3p

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

3s

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

2p

2s

↑↓

↑↓

↑↓

↑↓

1s

↑↓

 

 

 

74.Во сколько раз следует увеличить концентрацию О2 в системе

2NO(г)+ O2(г)= 2NO2(г),

Чтобы при уменьшении концентрации NOв 4 раза скорость реакции не изменилась? Ответ подтвердите расчетами. От каких факторов зависят скорость и константа скорости гомогенных реакций?

 Решение.Т. К. из уравнения 2NO(г)+ O2(г)= 2NO2(г) следует, что данная реакция гомогенная, то уравнение скорости примет следующий вид:

V пр=k [NO]2[O2]

По условию: V пр=k [1/4NO]2[O2]=1/16k [NO]2[O2].

Значит концентрацию O2 следует увеличить в 16 раз, чтобы скорость реакции не изменилась.

Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации или парциальных давлений (для газов), температуры, давления, присутствия катализатора, от величины поверхности взаимодействия.

Ответ: концентрацию O2 следует увеличить в 16 раз

 

99.Исходя из кинетических условий наступления равновесия, выведите выражения для констант равновесия следующих гомогенных и гетерогенных систем:

 2NO2(г)↔ 2NO(г)+ O2(г)-Q

ZnSкр+ O2(г)=Znкр+ SO2(г) +Q

CaCO3кр=CaO кр +CO2(г ) –Q

Укажите все способы, позволяющие сместить равновесие этих систем вправо. В каких случаях изменится численное значение констант равновесия?

Решение.

2NO2(г)↔ 2NO(г)+ O2(г)-Q – эндотермическая реакция

Кс=

ZnSкр+ O2(г)=Znкр+ SO2(г) +Q – экзотермическая реакция

Кс=

CaCO3кр=CaO кр +CO2(г ) -Q  - эндотермическая реакция

Кс=[ CO2]

Увеличение  концентрации  исходных веществ смещает равновесие в сторону прямой реакции. Увеличение  давления  в  равновесной  системе  смещает  равновесие в сторону образования  меньшего  числа  молей  газообразных  веществ,  т. е. в сторону реакции, уменьшающей давление.

Повышение температуры  смещает  равновесие  в сторону  эндотермической реакции,  идущей  с  поглощением  энергии (ΔН > 0), понижение  температуры – в сторону экзотермической реакции, идущей с выделением энергии (ΔН < 0). Численное значение константы равновесия при повышении температуры увеличивается в эндотермических процессах и уменьшается в экзотермических процессах.

 

102.Определите рН раствора, в 500 мл которого содержится 0,175 г NH4OH (Кд=1,8*10-5).

Решение.

Определим молярную концентрацию раствора NH4OH по формуле Найдем химическое количество NH4OH:

Cм(NH4OH)= моль/л

Т.к. NH4OH- слабый электролит, то запишем уравнение диссоциации и определим концентрацию ионов OH-:

NH4OH ↔NH4 ++OH-

СОН-===0,00042 моль/л

pOH=-lg [OH]

pOH=3.37

pH= 14-pOH=14-3.37=10.63

Ответ: pH= 10.63

 

103. Определите термодинамическую возможность протекания реакции

МgО(кр)+Н2(г)= Мg(кр)+Н2О(г)

при стандартном давлении и температуре 998 К, Ср≠f(Т).

Решение. Направление протекании реакции определяется изменением свободной энергии Гиббса (ΔG). Используя отношение: ΔGт°= ΔHт°-ТΔSт°

ΔH998°= ΔH298°+ ΔCp998°(998-298)

ΔS998°= ΔS298°+ ΔCp298° ln

ΔH298°= (ΔH°Mg+ ΔH°H2O)- (ΔH°MgO+ ΔH°H2)

Исходя из табличных данных, получаем:

ΔH°Mg=0 кДж

ΔH°H2O=-241.81 кДж

ΔH°MgO=-601.49 кДж

ΔH°H2=0 кДж

ΔH298°= 0+(-241.81)-(-601.49+0)=359.68 кДж

ΔCp998°= (Cp°Mg+ Cp°H2O)- (Cp°MgO+ Cp°H2)

Cp°Mg=24,89 Дж/К

Cp°H2O=33,61 Дж/К

Cp°MgO=37,20 Дж/К

Cp°H2=28,83 Дж/К

ΔCp998°= 24,89+33,61-(37,20+28,83)=-7,53 Дж/К

ΔS298°= (S°Mg+ S°H2O)- (S°MgO+ S°H2)

S°Mg=32,68 Дж/К

S°H2O=188,72 Дж/К

S°MgO=27,07 Дж/К

S°H2=130,52 Дж/К

ΔS298= 32.68+188.72-(27.07+130.52)=63.81 Дж/К

Находим ΔH998°  и ΔS998°, при этом зависимостью теплоемкости от температуры пренебрегаем.

ΔH998°= ΔH298°+ ΔCp998°(998-298)=359.68+(-7.53)*10-3*(998-298)=354.409 кДж

ΔS998°= ΔS298°+ ΔCp298° ln=63,81+(-7,53) ln=54,71 Дж/К

Тогда, ΔG998°=354409-998*54,71=-299,8 кДж

Ответ: ΔG998°=-299,8 кДж<0, следовательно реакция при стандартном давлении и температуре 998 К идет  в сторону образования оксида магния.

 

124.Составьте схему гальванического элемента из стандартного свинцового электрода и водородного в электролите с рН=4. Запишите уравнения анодно-катодных процессов и суммарное уравнение токообразующей реакции. Рассчитайте ε , Ам´ , ΔG и Кр. Как изменятся процессы, если оба электрода будут стандартными?

Решение. Т.к. рН=4, то [Н+]=10-4

φPb2+/Pb=-0.126 B

φ2H+/H2=0+ lg 10-4=-0.236 B

т.к. φ2H+/H2< φPb2+/Pb, водородный электрод будет анодом, свинцовый-катодом. Уравнение анодно-катодных процессов имеет вид:

А: H2-2е-=2 Н+   φа=-0,236 B

К: Pb2++2е-=Pb0 φк=-0,126 B

Суммарное уравнение токобразующей реакции: H2+Pb2+=2Н+   +Pb0

ε= φк- φа=-0,126-(-0,236)=0,11 B

Ам´=nF ε=2*96500*0.11=21230 Дж

ΔG=-21,23 кДж

lg Кр==3.7

Кр=2*10-4

Если, φPb2+/Pb=-0.126 B

φ2H+/H2=0 B,

то φPb2+/Pb < φ2H+/H2, свинцовый электрод будет анодом, водородный -катодом. Уравнение анодно-катодных процессов имеет вид:

А: Pb0 -2е-= Pb2+φа=-0,126 B

К: 2 Н+   +2е-= H2 φк=0 B

ε= φк- φа=0-(-0,126)=0,126 B

Ам´=nF ε=2*96500*0.126=24318 Дж

ΔG=-24,318 кДж

lg Кр==4,3

Кр=5*10-5

Ответ: ε= 0,11 B, Ам´=21230 Дж, ΔG=-21,23 кДж, Кр=2*10-4;

ε= 0,126 B, Ам´24318 Дж, ΔG=-24,318 кДж, Кр=5*10-5

 

 

156. Приведите схему электролизной системы для получения металлического кальция. Запишите уравнения электродных реакций и рассчитайте количество электричества, необходимое для получения 1 моля кальция.

Решение.

CаCl2↔Cа+ Cl2

Схема электролиза имеет вид

          К(-)     CаCl2      (+) А               

К: Са2++2е-= Са        А: 2 Cl- -2е-= Cl2

Суммарное уравнение: Са2++2Cl-= Са+ Cl2

Т.к. n(Са)=1 моль, а nэ(Са)= ==0,5моль, то Q=F=0,5*96500 А*с=0,5*26,8 А*ч=13,4 А*ч

Ответ: Q=F=13,4 А*ч

 

 

168.Какое покрытие является наиболее надежным для стальных изделий – хромированное или никелированное? Ответ подтвердите соответствующими схемами, уравнениями коррозионных процессов и расчетами в условиях кислой среды (рН=2). Определите на сколько изменится масса изделия за 2 ч, если возникает ток силой 1,5 А.

Решение.

Хромированное покрытие является анодным ( металл покрытия более активный, чем защищаемый), а  никелированное – катодным.

А) Хромированное покрытие

          К(-)     рН=2      (+) А               

А: Cr -3е-= Cr3+    φCre3+/Cr= -0.744 B

К: Fe2++2е-= Fe    φFe2+/Fe= -0.440 B

   2 Н+   +2е-= H2  φк=-0.118 B

    ε= φк- φа=((-0.440 )+( -0.118))-( -0.744)=0.118 B, ΔG<0, то коррозия стального изделия происходит с водородной деполяризацией и с разрушением хромированного покрытия.

Суммарное уравнение:

Cr+ Fe2++2 Н+= Cr3++ Fe+ H2

В) Никелированное покрытие

А: Fe -2е-= Fe2+   φFe2+/Fe= -0.440 B

К: Ni2++2е-=Ni  φNi2+/Ni= -0.250 B

   2 Н+   +2е-= H2  φк=-0.118 B

    ε= φк- φа=((-0.250 )+( -0.118))-( -0.440)=0.072 B, ΔG<0, то коррозия стального изделия происходит с водородной деполяризацией и с разрушением самого стального изделия.

Суммарное уравнение:

Ni2++ Fe+2 Н+= Ni+ Fe2++ H2

Изменение массы изделия:

ΔmFe=It=*1,5*2=3,13 г

более надежное хромированное покрытие, т.к. при процессах коррозии будет разрушаться анод (хромовое покрытие), а не само изделие, которое в этом случае является катодом.

Ответ: хромовое покрытие; ΔmFe=3,13 г