Контрольная работа по "Химии"

19. Для указанных в таблице элементов составьте электронные и электронно-графические формулы. Укажите валентные электроны и степени окисления. Напишите формулы возможных соединений этих элементов с кислородом и водородом. Укажите характер оксидов, уравнениями реакций докажите их важнейшие химические свойства и изобразите их графические формулы.

Элементы №33 и №23. объясните, почему мышьяк образует газообразное водородное соединение, а ванадий не образует?

Ответ:

As - химический знак, порядковый номер - 33. Мышьяк находится в четвертом периоде (большом), в V группе (главной), относится к p-элементам. Строение атома следующее: Z= 33 (заряд ядра, число протонов, общее число электронов). Число нейтронов N = А - Z = 75 - 33 = 42. Число энергетических уровней равно 4 (номеру периода).

Электронная формула мышьяка:

33As  -  1s22s22p63d104s24p3

Распределение валентных (внешних) электронов в атоме Аs можно представить в виде электронно-графической формулы следующим образом:

            4s   4p         4d

↓↑

↑

↑

↑

                    As 

                4s   4p        4d

↑

↑

↑

↑

↑

 

                    As*

В возбуждённом состоянии электрон с 4s-подуровня переходит на свободный 4d-подуровень. Мышьяк проявляет степени окисления: -3, +3, +5. Амфотерные свойства Аs проявляет в промежуточной степени окисления (+3). Аs2О3, Аs(ОН)3 - амфотерные оксид и гидроксид мышьяка (III) соответственно. Аs2О5 - кислотный оксид, которому соответствует Н3АsО4 (мышьяковая кислота). Мышьяк образует водородное соединение АsН3, в котором имеет степень окисления -3.

 

Ванадий № 23 (V) - 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d3, 4s2

Ванадий так же является поливалентным элементом. Ванадий образует соединения в степенях окисления от +2 до +5 (валентности от II до V). Оксиды VO и V2O3 имеют основной характер, VO2 является амфотерным, V2O5 имеет явно выраженный кислотный характер, основные свойства проявляются в незначительной степени.

VO не растворяется в воде. В разбавленных кислотах растворяется с образованием солей двухвалентного ванадия, которые неустойчивы, так как очень легко окисляются. Растворы солей двухвалентного ванадия окрашены в фиолетовый цвет.

При действии щелочей на растворы солей двухвалентного ванадия выпадает буро-коричневый гидрат закиси V(OH)2, быстро окисляющийся с серо-зеленый гидрат V(OH)3. Двухвалентный ванадий входит в состав различных и комплексных солей. Например: (NH4)2SO4 × VSO4 × 6H2O.

В отсутствии воздуха V2O3 устойчива вплоть до температуры белого каления. При нагревании на воздухе V2O3, как и все высшие оксиды ванадия, окисляется до V2O5.

В воде, растворах щелочей, кислотах, за исключением азотной и фтористоводородной, не растворяется. Кислые растворы соединений трехвалентного ванадия имеют зеленый цвет. Раствор аммиака, добавленный к кислому раствору, выделяет осадок гидроксида состава V(OH)3 зеленого цвета. V(OH)3 обладает основным характером и в избытке щелочей не растворяется.

Соединения трехвалентного ванадия более устойчивы, чем двухвалентного. Примером солей трехвалентного ванадия могут служить двойные сульфаты – ванадиево – калиевые квасцы K2SO4 × V2(SO4)3 × 24H2O или ванадиево-цезиевые квасцы CsSO4 × V2(SO4)3 × 24H2O.

Диоксид диванадия V2O4  (или диоксид VO2). V2O4 амфотерна. При растворении V2O4 а также ее гидратов в неокисляющих кислотах получаются растворы солей ванадила или диванадила, имеющие синий цвет, например:

V2O4 + 2H2SO4 = 2VOSO4 + 2H2O.

При растворении V2O4 в щелочах образуются растворы солей поливанадистой кислоты H2V4O5, которая в свободном состоянии не получена. Соли поливанадистой кислоты называются ванадистокислыми солями, или гипованадистыми.

2V2O4 + 2NaOH = Na2V2O5 + H2O.

Пентаоксид ванадия или ванадиевый ангидрид V2O5 - наиболее важное из всех соединений ванадия.

Водные растворы V2O5 имеют кислую реакцию и, реагируя со щелочами, дают соли. Пентаоксид ванадия и его растворы в кислой среде в ряде случаев являются окисляющими агентами. Так, концентрированные растворы HCl при нагревании растворяют V2O5 с выделением хлора:

V2O5 + 2HCl = 2VO2 + Cl2 + H2O.

Газообразных водородных соединений элемент не образует, так как стоит в побочной подгруппе.

 

43. На основании стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий (таблица 21) соответствующих веществ вычислите изменение энергии Гиббса и температуру равновесного состояния указанной в таблице 5 реакции, а так же возможность протекания данной реакции в прямом направлении при стандартных условиях.

Таблица 5

№	Уравнение
43	PCl5(г) = PCl3(г) + Cl2(г)

Решение:

№ п/п	Вещество	, кДж/моль	, Дж/моль·К
1	PCl5	-269,45	362,9
2	PCl3	-277,0	311,7
3	Cl2	0	233

В основе термохимических расчетов лежит закон Гесса: «Тепловой эффект реакции зависит только от конечного и начального состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса». Часто в термохимических расчетах используется следствие из закона Гесса: «Тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов реакции»:

DH0х.р. =

n ´ DH0продуктов - n ´ DH0исходных веществ

Распишем тепловой эффект реакции, используя следствие из закона Гесса:

= DH0(PCl3) -DH0(PCl5)

Подставим справочные данные из таблицы 1 получаем:

= -277-(-269,45) = -7,55 кДж/моль. Отрицательное значение говорит о том что реакция экзотермическая (выделение тепла).

DS0х.р. = n ´ DS0продуктов - n ´ DS0исходных веществ

= DS0(PCl3) +DS0(Cl2)- DS0(PCl5)

Подставим справочные данные из таблицы 1 получаем:

= 311,7+233-362,9= 181,8 Дж/моль*К

Находим изменение энергии Гиббса:

=-7550-298*181,8 = -61726 Дж/моль

Отрицательное значение свободной энергии Гиббса говорит о возможности самопроизвольного протекания реакции в стандартных условиях.

Равновесная температура при условии

Т = 7550/181,8 = 41 К

 

62. Для всех заданий в таблице 6 дайте обоснованный ответ, а для задач с определением направления смещения равновесия, напишите выражение константы равновесия (Кр).

Таблица 6

№	Условие задания
62	Как изменится скорость химической реакции между кислородом и водородом 2Н2(г) + О2(г) 2H2О (г), если, не изменяя температуру, уменьшить концентрацию исходных веществ в 4 раза?

 

Ответ:

Выражение для константы равновесия

Скорость реакции можно выразить уравнением   

Уменьшаем концентрацию в 4 раза и получаем

То есть скорость реакции понизится в 1/0,015 = 64 раза.

 

87

Чему равна молярная концентрация эквивалента 30%  раствора NaOH плотностью 1,328 г/см3? К 1 л этого раствора прибавили 5 л воды. Вычислите процентную концентрацию полученного раствора.

9,96M, 6,3%

Решение:

Молярная концентрация выражается в моль/л. Масса 1 л раствора 1,328*1000 = 1328 г. Масса гидроксида натрия в нем 1328*0,3 = 398,4 г. Число моль 398,4/40 = 9,96. Получаем концентрацию 9,96 М.

В 1 л исходного раствора масса гидроксида натрия 398,4 г, при прибавлении 5 л воды общая масса раствора 1328+5000 = 6328 г.

W = 398,4*100/6328 = 6,3%.

 

128. Между какими парами веществ, приведенных в таблице 9, возможно химическое взаимодействие и почему? Напишите молекулярное, полное и краткое ионное уравнения возможных реакций. Для ответа используйте таблицы 24 и 25.

128	H2SO4 и Na2SO3;  Al2O3  и NaOH; CuSO4 и Na2S; AlCl3 и Ca(NO3)2

Решение:

1. H2SO4 + Na2SO3 = Na2SO4+H2O+SO2

Реакция возможна потому что серная кислота является более сильной чем сернистая и поэтому протекает реакция замещения. При этом сернистая кислота как нестойкая разлагается в момент выделения.

2. Al2O3 + 2NaOH = 2NaAlO2+H2O

Оксид алюминия является амфотерным оксидом и реагирует как с кислотами так и со щелочами. В данном случае при нагревании протекает реакция образования алюмината натрия.

3. CuSO4 + Na2S = CuS+Na2SO4

Взаимодействующие соли растворимы и между ними возможна реакция обмена с выпадением нерастворимого осадкка сульфида меди.

4. Реакция между растворимыми солями AlCl3 и Ca(NO3)2 невозможна так как не происходит выпадения осадка.

 

218. Закончите уравнения реакций, данные в таблице 13, уравняйте их, используя метод электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель.

Fe+ NaOH + KNO3 →

Zn+ H2SO4 конц. →

Sn + NaOH + H2O →

Решение:

Fe+ NaOH + KNO3 →Na2FeO4 + KNO2 + H2O

Fe0 -6e = Fe+6	6		1	восстановитель (Fe), окисляется
		6
N+5+2e= N+3	2		3	окислитель (KNO3), восстанавливается

Fe+ 2NaOH + 3KNO3 →Na2FeO4 + 3KNO2 + H2O

 

Zn+ H2SO4 конц. →ZnSO4+SO2+H2O

Zn0 -2e = Zn+2	2		1	восстановитель (Zn), окисляется
		2
S+6+2e= S+4	2		1	окислитель (H2SO4), восстанавливается

Zn+ 2H2SO4 конц. →ZnSO4+SO2+2H2O

 

Sn + NaOH + H2O →Na2[Sn(OH)4] + H2

Sn0 -2e = Sn+2	2		1	восстановитель (Sn), окисляется
		2
2H++2e= H20	2		1	окислитель (H2O), восстанавливается

Sn + 2NaOH + 2H2O →Na2[Sn(OH)4] + H2

 

 

240. Приведите схему устройства и действия гальванического элемента (Г.Э.). Приведите уравнение токообразующей реакции. Рассчитайте ЭДС элемента.

240

Г.Э. составлен из оловянного и никелевого электродов.

Концентрация растворов солей равна 0,01 моль/л.

Ответ:

Ni2+ + 2e– =  Ni Е = -0,25 В анод

Sn2+ + 2e– =  Sn Е = -0,14 В катод

Схема гальванического элемента:

 

(-)Ni / Ni2+ // Sn2+ / Sn(+).

Уравнения реакций, протекающих на электродах:

на аноде (-)    Ni0 – 2 = Ni2+ – окисление,

на катоде (+)  Sn2+ + 2 = Sn0   – восстановление,

Токообразующая реакция Ni0 + Sn2+ = Ni2+ + Sn0.

Рассчитаем ЭДС элемента по формуле

 

ЭДС = EК - EА = ESn - ENi = – 0,14 - (– 0,25) = 0,11 В.

 

258. В каких из перечисленных  ниже водных растворах

а) KBr; б) KOH;  в) HCl (разб) , H2SO4 (конц); г) Cu(NO3)2

кобальт будет коррозионно устойчив? Ответ обоснуйте. Определите вид коррозии.

Ответ:

Co2+ + 2e– = Co Е = -0,277 В

При погружении кобальта в раствор KBr не возможно протекание каких либо реакций и в этом растворе он будет устойчив.

В растворе HCl возможно потекание реакции Co+2HCl = CoCl2+H2

полуреакции которой:

Co – 2е- → Сo+2| 2  процесс окисления

2H+ +2е- →  H20 | 2  процесс восстановления

Сo + 2H+ → Сo+2 + H2

Так как потенциал катодной полуреакции 0 В, больше потенциала анодной полуреакции -0,277 В, протекание данного процесса термодинамически возможно (∆G < 0).