Исследование уравнений реакций

1. Рассчитайте молярную массу эквивалентов воды при реакции

а) с металлическим натрием;

б) с оксидом натрия.

Решение:

а) 2Na+ 2H₂O= 2NaOH + H₂h

Из закона эквивалентов:

где n_e – 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:

Кислород₈ O 2s²2p⁴1s²2s²2p⁴

Сера₁₆ S 3s²3p⁴ 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Селен₃₄ Se 4s²4p⁴ 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁴

Теллур₅₂ Te 5s²5p⁴1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁴

Полоний ₈₄ Po6s²6p⁴ 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 иBa(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]+H₂h – при переизбытке щелочи Zn образует комплексные соединения

Zn +2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂h

Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂h

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+ C₂H₂газh-rHp

1) Рассчитаем сколько количество молей CaC₂ прореагировало:

М (CaC₂)=64 г/моль

M(CaC₂)=16 г

2) т.е. при взаимодействии 0,25 моля СаС₂выделяется – 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:

rH(СаС₂кр)=-62,7 кДж

rH(H₂Oж)=-285,8 кДж

rH(C₂H₂газ)= 226,8 кДж

4) Исходя из уравнения rHp рассчитывается как:

rHp=∑rH(продуктов) – ∑rH (исходных веществ);

rHp=(rH (Ca(OH)₂кр)+ rH(C₂H₂г)) – (rH(CaC₂кр)+2rH(H₂Oж)) =>

rHp=rH (Ca(OH)₂кр+ rH(C₂H₂г) – rH(CaC₂кр) – 2rH(H₂Oж), находим rH (Ca(OH)₂кр:

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

rH (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.

1. Записываем математическое выражение для начальной скорости прямой и обратной реакции

ϑ_н(п) = k∗C_N2∗ (C_H2)³

ϑ_н(о) = k∗ (С_NH3)²

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

ϑ_к(п) = k∗ 4 ∗C_N∗ (4∗C_H2)³ = k∗ 256 ∗C_N∗ (C_H2)³

ϑ_к(о) = k∗ (4∗С_NH3)² = k∗ 16 ∗ (С_NH3)²

3. Найдём отношение скоростей прямой и обратной реакции

ϑ_к(п)k∗ 256 ∗C_N∗ (C_H2)³

ϑ_н(п)k∗C_N2∗ (C_H2)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 + H₂CO₃h

BaCO₃-+2Н₂⁺+2NO₃^- = Ba²⁺ +2NO₃ ^– +2H⁺ + CO₃^2-

BaCO₃-= Ba²⁺ + CO₃^2-

б) Fe₂(SO₄)₃+6KOH=2Fe(OH)₃-+3K₂SO₄

2Fe³⁺+3SO₄^{2 –} +6K⁺ +6OH ^– =2Fe(OH)₃-+6K⁺ +3SO₄^2-

2Fe³⁺+6OH ^– =2Fe(OH)₃-

в) 2HCl+K₂S=H₂S+2KCl

2H⁺+2Cl ^– +2K⁺ +S^{2 –} =2H⁺ +S^{2 –} +2K⁺ +2Cl^-

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

2HCl+K₂S=H₂Sh+2KCl

2H⁺+2Cl ^- +2K⁺ + S^2- = H₂Sh+2K⁺ +2Cl ^-

2H⁺ +S^2- = H₂Sh

г) CH₃COOK+HCl=CH₃COOH+KCl

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

CH₃COO ^- + K⁺+H⁺+Cl ^– =CH₃COОН+ K⁺ +Cl ^-, слабыйэлетролит 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 = Е⁰_катода – Е⁰_анода =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⁺ +3H₂h

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→H₂h

Продуктами коррозии будет являться результат взаимодействия алюминия с соляной кислотой:

2Al+6HCl→2AlCl₃+3H2h

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:

(–) Катод

Суммарный процесс электролиза:

Суммарный процесс электролиза:

Суммарное молекулярное уравнение электролиза:

.

Библиографический список

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

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

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

4. 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.