4
Определите молярную массу двухвалентного металла, если 14,2 г оксида этого металла образуют 30,2 г сульфата металла.
MeO →MeSO4
Обозначим массу металла за х и составим пропорцию:
х+16 →х+96
14,2→30,2
30,2∙(х+16) = 14,2∙(х+96)
30,2х +483,2 = 14,2х + 1363,2
16х = 880
х = 55
Металл – марганец
24
При сгорании газообразного аммиака образуются пары воды и монооксид азота . Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект в расчете на один моль .
NH3(Г) + 1,25 О2(Г) →1,5 H2O(Г) + NO(Г) + Q
Согласно следствию из закона Гесса Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм HYPERLINK “http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C%D0%BF%D0%B8%D1%8F_%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F” o “Стандартная энтальпия образования” теплот образования (ΔHf) продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на HYPERLINK “http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%B8%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%8F” o “Стехиометрия” стехиометрическиекоэффициенты (ν):
вещество NH3(Г) О2(Г) H2O(Г) NO(Г)
ΔHf, кДж/моль -46,19 0 –241,82 90,25
ΔH0 = 1,5∙ΔH0f(H2O(Г))+ ΔH0f(NO(Г)) – ΔH0f(NH3(Г)) –1,25∙ ΔH0f(О2(Г)) =
= 1,5∙(–241,82 кДж/моль) + 90,25 кДж/моль – (-46,19 кДж/моль) –1,25∙0 кДж/моль =
= –226,29 кДж/моль
Термохимическое уравнение:
NH3(Г) + 1,25 О2(Г) →1,5 H2O(Г) + NO(Г) + 226,29 кДж
44
Вычислите стандартные значения для реакций:
и определите, какой из карбонатов обладает большей термической устойчивостью?
Изменение энергии Гиббса реакции можно произвести также согласно следствию из закона Гесса.
вещество BaCO3(К) BaO(к) CO2(г) CaCO3(к) CaO(к)
ΔGf, кДж/моль –1139 –528,4 –394,38 –1127,7 –604,2
ΔG0=ΔGf0BaOк+ΔGf0СО2г.–ΔGf0BaCO3к =
=(-528,4 кДж/моль)+(-394,38 кДж/моль)-(-1139 кДж/моль)=
= 216,22 кДж/моль
ΔG0=ΔGf0CaOк+ΔGf0СО2г.–ΔGf0CaCO3к =
=(–604,2кДж/моль)+(-394,38 кДж/моль)-(–1127,7кДж/моль)=
= 129,12 кДж/моль
Для обеих реакций ΔG>0, т.е. процессы не идут самопроизвольно при стандартных условиях. ΔG реакции разложения карбоната кальция меньше, чем для реакции разложения карбоната бария, поэтому карбонат бария будет обладать большей термической устойчивостью.
64
Напишите выражение для скорости реакции и определите, во сколько раз увеличится скорость реакции при увеличении концентрации кислорода в 3 раза.
Для химической реакции, схематически представленной как
на основе закона действующих масс скорость будет равна:
где nA , nB , nD – стехиометрические коэффициенты, а k – коэффициент пропорциональности, называемый константой скоростиреакции. В случае гетерогенных реакций в кинетические уравнения входят только концентрации газообразных или растворенных реагентов. При этом по изменению концентраций только газообразных или растворенных реактантов можно оценивать скорость реакции.
В нашем случае
ν=kc(O2(г))
Концентрация углерода в уравнение скорости не входит, поскольку он находится в твердом состоянии.
При увеличении концентрации кислорода в три раза:
с1(О2) = а
с2(О2) = 3а
ν1 = ka
ν2 = k∙3a = 3 ν1
скорость реакции также увеличится в три раза.
84
Используя справочные данные (табл. 1), определите, в какую сторону произойдет смещение равновесия гомогенных реакций:
⇄ и ⇄
при следующих воздействиях:
а) охлаждение системы;
б) увеличение давления.
По правилу Ле Шателье – Брауна, система, находящаяся в равновесии, стремится скомпенсировать оказываемое на нее воздействие.
Чтобы определить, в какую сторону сместится равновесие реакции при изменении температуры, нужно знать тепловой эффект реакции (или хотя бы его знак).
вещество NO(г) Сl2(г) NOCl(г) NO2(г) O2(г)
ΔHf, кДж/моль 90,25 0 52,5 33,5 0
Для реакции
⇄
ΔH0 = 2∙ΔH0f(NOCl (Г))–2∙ΔH0f(NO (Г)) –ΔH0f(Cl2(Г)) =
= 2∙52,5кДж/моль – 2∙90,25кДж/моль) –∙0 кДж/моль = –75,5 кДж/моль
а) Реакция экзотермическая, при охлаждение системы равновесие сместится в сторону прямой реакции.
б) В процессе реакции происходит уменьшение числа молей газа (с трех до двух), следовательно, при увеличении давления равновесие также будет смещаться в сторону прямой реакции
Для реакции
⇄
ΔH0 = 2∙ΔH0f(NO (Г)) + ΔH0f(O2(Г)) –2∙ΔH0f(NO2 (Г)) =
= 2∙90,25кДж/моль + 0 кДж/моль – 2∙33,5 кДж/моль)∙= 113,5 кДж/моль
а) Реакция эндотермическая, при охлаждение системы равновесие сместится в сторону обратной реакции.
б) В процессе реакции происходит увеличение числа молей газа (с двух до трех), следовательно, при увеличении давления равновесие будет смещаться в сторону обратной реакции
104
Вычислите молярную концентрацию эквивалента и молярную концентрацию 20,8%-ного раствора НNO3 плотностью 1,12 г/см3. Сколько граммов кислоты содержится в 7 л этого раствора?
Для азотной кислоты молярная масса и молярная масса эквивалента совпадают, поскольку НNO3 может вступать в реакции обмена с участием только одного атома водорода.
Проведем расчет для 1 л раствора.
1 л = 1000 см3.
m(р-ра) = ρ∙V = 1,12 г/см3 ∙1000 см3 = 1120 г
m(НNO3) = m(р-ра)∙ω = 1120 г ∙ 0, 208 = 232,96 г
n(НNO3) = m(НNO3)/M(НNO3) = 232,96 г/63г/моль = 3,7моль
СМ = СМэ = 3,7моль/л
Масса кислоты в 7 л раствора будет равна
m = 7∙232,96 = 1630,72г
124
Для раствора, состоящего из 0,94 г фенола () и 50 г этилового спирта, повышение температуры кипения составляет . Эбуллиоскопическая константа этилового спирта . Вычислите молярную массу фенола.
По закону Рауля повышение температуры кипения бесконечно разбавленных растворов нелетучих веществ не зависит от природы растворённого вещества и прямо пропорционально моляльной концентрации раствора:
ΔТкип = Е∙m
m = ΔТкип/Е = 0,232/1,16 = 0,2 моль/кг
Составим пропорцию
0,94 г фенола–50 г этилового спирта
х–1000 г этилового спирта
х = 0,94∙1000/50 = 18,8г
18,8 г фенола–0,2 моль
х–1 моль
х = 18,8/0,2 = 94г/моль
M() = 94г/моль
144
Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) и ; б) и ; в) и .
а) FeCl3 + 3KOH →Fe(OH)3↓ + 3KCl
Fe3+ + 3OH– → Fe(OH)3↓
б) MnSO4 + (NH4)2S → MnS↓ + (NH4)2SO4
Mn2+ + S2– → MnS↓
в) CaCO3 +2HCl → CaCl2 + CO2↑ + H2O
CaCO3 +2H+ → Ca2+ + CO2↑ + H2O
164
При смешивании растворов и каждая из взятых солей гидролизуется необратимо до конца с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями.
Запишем все продукты полного гидролиза обеих солей:
FeCl3 + K2CO3 + 5H2O → Fe(OH)3↓ + 3HCl + CO2 + H2O + 2KOH
Сократим количество молекул воды, получим молекулярное уравнение:
FeCl3 + K2CO3 + 2H2O → Fe(OH)3↓ + HCl + CO2 + 2KCl
Ионно-молекулярное уравнение:
Fe3+ + CO32– + 2H2O → Fe(OH)3↓ + CO2 + H+
184
Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) и ; б) и ? Объясните ответ.
а) и ;
Азот в аммиаке находится в низшей степени окисления –3, значит, NH3 может проявлять восстановительные свойства. В перманганате калия марганец находится в высшей степени окисления +7, поэтому KMnO4 будет проявлять окислительные свойства.
Следовательно, окислительно-восстановительные реакции между и возможны.
Приводить примеры не требуется, но вдруг пригодится:
б) и
В HNO2 азот находится в промежуточной степени окисления +3, следовательно, азотистая кислота может проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства. В HI йод находится в низшей степени окисления –1, значит, HI может проявлять восстановительные свойства.
Следовательно, окислительно-восстановительные реакции между и возможны.
Опять же для примера:
На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
SO32– +H2O –2e → SO42– + 2H+|3
ClO3– +6H+ +6e → Cl– + 3H2O|1
3SO32– +3H2O + ClO3– +6H+ → 3SO42– + 6H+ + Cl– + 3H2O
3H2SO3+ HClO3→ 3H2SO4+ HCl
204
В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи следующих гальванических элементов: а) //; б) //; в) //, если все растворы электролитов одномолярные? Какой металл будет растворяться в каждом из этих случаев?
Хорошая картинка для иллюстрации принципа гальванического элемента:
В гальваническом элементе электроны во внешней цепи будут двигаться от электрода с меньшим потенциалом в сторону электрода с более положительным потенциалом. Соответственно, растворяться будет металл электрода с более отрицательным потенциалом.
В случае одномолярных растворов электролитов потенциал электрода будет равен потенциалу металла EMe2+/Me
а) //;
EMg2+/Mg = –2,372 В
EPb2+/Pb = –0,126 В
Магний имеет более отрицательный потенциал, чем свинец. Электроны во внешней цепи будут перемещаться от магниевого электрода к свинцовому. Растворяться будет магний.
б) //;
EPb2+/Pb = –0,126 В
ECu2+/Cu = 0,522 В
Свинец имеет более отрицательный потенциал, чем медь. Электроны во внешней цепи будут перемещаться от свинцового электрода к медному. Растворяться будет свинец.
в) //,
ECu2+/Cu = 0,522 В
EAg+/Ag = 0,799 В
Потенциал меди меньше потенциала серебра. Электроны во внешней цепи будут перемещаться от медного электрода к серебренному. Растворяться будет медь.
224
Изделие из меди покрыто хромом. Какое это покрытие – анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении целостности покрытия во влажном воздухе и соляной кислоте. Какие продукты коррозии образуются в первом и во втором случаях?
ECu2+/Cu = 0,522 В
ECr2+/Cr= –0,852 В
Потенциал хрома меньше, чем потенциал меди, значит покрытие – анодное.
При контакте меди с хромом возникает гальваническая пара Cr – Cu. При нарушении целостности покрытия и попадании гальванической пары в раствор электролита возникает короткозамкнутый гальванический микроэлемент и начинает протекать процесс электрохимической коррозии. Поскольку электродный потенциал меди больше электродного потенциала хрома , то в коррозионном гальваническом элементе медь является катодом, а хром – анодом. Значит, при нарушении целостности анодного покрытия коррозии подвергается металл покрытия – хром.
Во влажном воздухе:
Процессы окисления-восстановления на электродах. Анод (-) Cr0 – 2е → Cr2+ │2 – процесс окисления на аноде Катод (+)2H2O + O2 + 4e- = 4OH–│1 – процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию. 2Cr0+ 2H2O + O2 → 2Cr2+ + 4OH–Уравнение электрохимической коррозии в молекулярной форме. 2Cr + 2H2O + O2 → 2Cr(OH)2 Схема гальванического коррозионного элемента. Анод (–) Сr | H2O, O2| Cu Катод (+)
Продукты коррозии Cr(OH)2
В соляной кислоте:
Процессы окисления-восстановления на электродах. Анод (-) Cr0 – 2е → Cr2+ │1 – процесс окисления на аноде Катод (+) 2Н + + 2е → Н2↑ │1 – процесс восстановления на катоде
Суммируя реакции на аноде и катоде, получаем уравнение, которое в ионной форме, выражает происходящую в гальванической паре реакцию. Cr0+ 2Н + → Cr2+ + Н2↑Уравнение электрохимической коррозии в молекулярной форме. Cr + 2HCl → CrCl2 + Н2↑ Схема гальванического коррозионного элемента. Анод (–) Сr | HCl | Cu Катод (+)
Продукты коррозии CrCl2 и Н2
244
В какой последовательности будут выделяться металлы при электролизе раствора, содержащего в одинаковой концентрации сульфаты никеля, серебра, меди? Ответ подтвердить расчетами.
Ni2+ + 2e → Ni0ENi2+/Ni = –0,234 В
Сu2+ + 2e → Cu0ECu2+/Cu = 0,522 В
Ag+ + e → Ag0EAg+/Ag = 0,799 В
При электролизе в первую очередь будет выделяться наименее активный металл, т.е. с наибольшим потенциалом.
В нашем случае первым будет выделяться серебро, потом медь, затем никель (конкурирующие реакции выделения водорода и металла в чистом виде).
264
Напишите химические формулы следующих веществ: каустическая сода, кристаллическая сода, кальцинированная сода, поташ. Объясните, почему водные растворы всех этих веществ можно применять как обезжиривающие средства.
Каустическая содаNaOH
кристаллическая содаNa2CO3∙10H2O
кальцинированная содаNa2CO3
поташK2CO3
Обезжиривание – это процесс нейтрализации жирных кислот. Растворы всех вышеперечисленных веществ имеют щелочную реакцию, значит, способны нейтрализовать кислоты.
RCOOH + NaOH → RCOONa + Н20.
2RCOOH + Na2C03 → 2RC00Na + С02↑ + Н20
2RCOOH + K2C03 → 2RC00K + С02↑ + Н20
284
Вычислить временную жесткость воды, зная, что на реакцию с гидрокарбонатом, содержащимся в 100 мл этой воды, потребовалось 5 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л.
HCO3– + HCl → CO2 + H2O + Cl–
Карбонатную (временную) жесткость рассчитывают умножением объема кислоты (V, мл), пошедшего на титрование на концентрацию кислоты:
Жвр=VHCl∙C(HCl)VH2O∙1000=5мл∙0,1моль/л100∙1000=5ммоль/л
304
Способы получения полимеров. Степень полимеризации. Способы регулирования степени полимеризации.
Основные способы получения полимеров – полимеризация и поликонденсация.
Полимеризация – реакция образования полимеров путем последовательного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера). Побочных продуктов не образуется. В качестве мономеров используются соединения с кратными связями С = С, С = О, С = N, либо соединения с циклическими группировками, способными раскрываться.
В процессе полимеризации происходит разрыв кратных связей или раскрытие циклов у мономеров и возникновение химических связей между группами с образованием макромолекул:
По числу участвующих мономеров различают: гомополимеризацию (один вид мономера) и сополимеризацию (два и более видов мономеров).
Поликонденсация – синтез полимера с несколькими функциональными группами, сопровождающийся образованием низкомолекулярных продуктов (H2O, NH3, HCl и др.).
Элементные составы полимеров и исходных веществ не совпадают, за счет образования низкомолекулярных продуктов.
Линейная поликонденсация:
→ NH2 – (CH2)5 – CO – NH – (CH2)5 – COOH + NH2 – (CH2)5 – COOH →
→ NH2 – (CH2)5 – CO – NH – (CH2)5 – CO – NH -(CH2)5 – COOH + H2O и т.д.
Конечный продукт -капрон (поли – ε -капроамид)
[ – CO – NH – (CH2)5 -]n
Степень полимеризации — число мономерных звеньев в молекуле полимера или олигомера. Степень полимеризации во многом определяет физические характеристики системы. Как правило, увеличение степени полимеризации приводит к повышению температуры плавления и механической прочности полимера.
Способы регулирования степени полимеризации.
К увеличению степени полимеризации макромолекул приводят реакции их сшивки, привитой и блок-сополимеризации.
Наиболее известными реакциями рассматриваемого класса, имеющими большое практическое значение, являются реакции вулканизации каучуков и отверждение эпоксидных смол. Наиболее распространенный промышленный процесс вулканизации диеновых каучуков основан на использовании серы.
Уменьшение молекулярной массы полимера происходит в результате разрушения основной цепи макромолекулы. Этот процесс носит название деструкции полимеров.
Деструкция полимера может протекать в результате разрыва или распада (деполимеризации) основной цепи, отщепления или разрушения заместителей (боковых групп макромолекул). Она происходит под влиянием внешних воздействий на полимер. Это действие тепла, света, кислорода, механических напряжений, проникающей радиации, а также биологических и других факторов. Деструкция полимеров приводит к изменению их строения, физических и механических свойств.
Различают термическую, термоокислительную, фотохимическую, радиационную, химическую, механическую деструкции.
324 Аэрозоль получен распылением 0,5 кг угля в 1 м3 воздуха. Частицы аэрозоля имеют шарообразную форму, диаметр частицы м. Определите удельную поверхность и дисперсность аэрозоля. Плотность угля 1,8 кг/м3.
Дисперсность (Д) – величина, обратная поперечному размеру частиц, для сферических частиц – это диаметр.
D=1d=18∙10-5м=1,25∙104м-1
Удельная поверхность – межфазная поверхность (S1,2) в расчете на единицу объема дисперсной фазы (V) или её массы (m).
Для системы, содержащей сферические частицы с радиусом r:
sуд=s1,2V=4πr24/3πr3=3r=6d=68∙10-5м=7,5∙104м-1
Для расчета удельной поверхности на единицу массы рассчитаем суммарный объем аэрозоля:
V = m/ρ = 0,5кг /1,8 кг/м3 = 0,278 м3
общую площадь поверхности:
s1,2=sуд∙V=7,5∙104м-1∙0,278 м3=2,08∙104м2
тогда удельная поверхность на единицу массы будет равна:
sуд=s1,2m=2,08∙104м20,5кг=4,16∙104м2/кг
AndrewA 4.7
Специализируюсь в написании статей, эссе, ВКР, КР по психологии, политологии, социологии, педагогики, филологии, философии, менеджменте, экономике, социальном образовании, физической культуре и др.
