Загальна та неорганічна хімія

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство охорони здоров'я України

Запорізький державний медичний університет

ЗАГАЛЬНА ТА НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Методичні вказівки, розв'язування типових задач

і вправ та контрольні завдання для студентів

І-го курсу фармацевтичного факультету

заочної форми навчання

Частина І (загальна хімія)

Запоріжжя-2005

Укладачі:

д.ф.н., проф. Буряк В.П.; д.ф.н.. проф. Зоря Б.П.,

д.ф.н., доц. Панасенко О.І.; к.ф.н., доц. Кремзер О.А.,

к.ф.н.. доц. Мельник І.В., ас. Парченко В.В.

Рецензент:

доктор фарм. наук, професор, зав. каф. аналіт. хімії

Петренко В.В.

Відповідальний за випуск: Буряк В.П.

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

реакція хімічний термодинаміка термохімія

Хімія - одна з фундаментальних природничо-наукових дисциплін, яка вивчає матеріальний світ, закони його розвитку, хімічну форму руху матерії. Знання хімії необхідно для плідної творчої діяльності провізора, оскільки на базі загальної та неорганічної хімії формуються основи подальшого вивчення аналітичної, органічної, фізичної, колоїдної, біологічної хімії та спеціальних дисциплін.

Основний вид учбових занять студентів-заочників -- самостійна робота над учбовим матеріалом. У курсі хімії вона складається з наступних елементів: вивчення дисципліни за підручниками, учбовими посібниками; виконання контрольних завдань; виконання лабораторного практикуму; індивідуальних консультацій; відвідування лекцій; здача заліку з лабораторного практикуму та іспиту з усього курсу.

Робота з книжкою. Вивчати курс рекомендується за темами, попередньо ознайомившись із змістом кожної з них за програмою. Під час першого питання не затримуйтесь на математичних висновках, складанні рівнянь реакцій: старайтеся одержати загальну уяву про викладені питання, а також відмічайте важкі або неясні місця. При повторному вивченні теми засвойте усі теоретичні положення, математичні залежності і їх виведення, а також принципи складання рівнянь реакцій.

Щоб краще запам'ятати і засвоїти матеріал, який вивчається, потрібно обов'язково мати робочий зошит і заносити до нього формулювання законів і основних понять хімії, нові незнайомі терміни і назви (найменування), формули і рівняння реакцій та ін. В усіх випадках, коли матеріал піддається систематизації, складайте графіки, схеми, таблиці, діаграми. Вони дуже полегшують запам'ятовування і зменшують об'єм матеріалу, що конспектується.

Вивчення курсу повинно обов'язково супроводжуватися виконанням вправ і розв'язуванням задач. Розв'язування задач -- один з найкращих методів міцного засвоєння, перевірки і закріплення теоретичного матеріалу.

Контрольні завдання. В процесі вивчення курсу хімії студент повинен виконати дві контрольні роботи. Контрольні роботи не повинні бути самометою, вони є формою методичної допомоги студентам при вивченні курсу. До виконання контрольної роботи потрібно приступати лише тоді, коли буде засвоєна певна частина курсу, ретельно розглянуто приклади розв'язання типових задач і методика виконання вправ (хімічні ланцюги) з відповідної теми контрольного завдання.

Розв'язування задач і відповіді на теоретичні питання повинні бути короткими, але чітко обґрунтованими, за винятком тих випадків, коли за суттю питання таке мотивування не потрібне, наприклад, при складанні електронних формул атомів, написанні рівнянь реакцій та ін. При розв'язуванні задач потрібно навести увесь хід розв'язування і математичні перетворення.

Контрольна робота повинна бути акуратно оформлена; для зауважень рецензента слід залишати широкі поля; писати чітко і ясно; номера і умови задач переписувати у тому порядку, в якому вони вказані у завданні. В кінці роботи слід навести список використаної літератури, вказати рік видання. Робота повинна містити дату, бути підписана студентом і подана до університету на рецензування.

Якщо контрольна робота не зарахована, її потрібно виконати повторно у відповідності з зауваженнями рецензента і подати (вислати) на рецензувань, разом з незарахованою роботою. Виправлення потрібно виконувати у кінці зошита, а не в рецензованому тексті. Таблиця варіантів контрольних завдань наведена у кінці посібника. Контрольна робота, виконана не за своїм варіантом, рецензуватися не буде.

Лабораторні заняття. Для глибокого вивчення хімії як науки, заснованій на експерименті, необхідно виконати набораторний практикум. Він розвиває у студента навички наукового експериментування, дослідницький підхід до вивчення предмета, логічне хімічне мислення.

Консультації. У випадку утруднень при вивчанні курсу необхідно звертатися за консультацією на кафедру.

Лекції. На допомогу студентам читається короткий курс лекцій з найважливіших розділів курсу, даються методичні рекомендації для самостійного вивчання студентами іншої частини курсу.

Іспит. До здачі іспиту допускаються студенти, які виконали контрольні завдання і допущені до іспиту.

Контрольні завдання

Кожний студент виконує варіант контрольних завдань, які позначені двома останніми цифрами номера студентського квитка (шифру). Наприклад, номер студентського квитка 2003012; дві останні цифри 12, їм відповідає варіант контрольного завдання 12.

СУЧАСНА НОМЕНКЛАТУРА НЕОРГАНІЧНИХ СПОЛУК І ЇХ ВЗАЄМНІ ПЕРЕТВОРЕННЯ. СТЕХІОМЕТРИЧНІ РОЗРАХУНКИ

Неорганічні сполуки поділяються на основні класи: оксиди, гідроксиди (основи), кислоти та солі (середні, кислі, основні, подвійні, змішані, комплексні). Повторіть способи одержання цих речовин.

Запам'ятайте, що:

Ш головним завданням номенклатури с створення систематичних раціональних назв хімічних речовин. При цьому назви повинні якомога повніше описувати склад і будову речовини, а також, при можливості, її хімічну природу, виконувати роль службової мови інформаційних систем на базі сучасних ЕОМ;

Ш єдині правила, якими слід користуватися, створені Комісією з номенклатури Міжнародної спілки теоретичної та прикладної хімії (IUРАС); при цьому назви аніонів йдуть за назвами катіонів;

Ш наприклад, назви оксидів будуються так:

N2O5 -- диазот пеитаоксид (азот геміпентаоксид),

азот (V) оксид, азот (5+) оксид;

А12О3 -- диалюміній триоксид (алюміній сесквіоксид), алюміній (III) оксид, алюміній (3+) оксид;

Ш якщо елемент утворює лише один оксид, то назва його може складатися лише з назви елемента та слова оксид: ВаО -- барій оксид; 2пО -- цинк оксид; сполуки, що містять угрупування О2, О2 та О3 називають відповідно:

К2О2 -- калій пероксид;

КО2 -- калій надпероксид;

КО3 -- калій озонід;

Ш сполуки кисню з фтором:

ОР2 -- кисень дифторид;

О2Р2-- дикисень дифторид;

Ш назви основ та амфотерних гідроксидів утворюють з назви катіона і слова гідроксид: КОН -- калій гідроксид;

ТlOН -- талій (І) гідроксид;

Сr(ОН)3 -- хром тригідроксид;

Ш якщо до складу сполуки крім гідроксиду входить оксид-іон, то в назві перелічують обидва аніона з відповідними числовими префіксами:

WO(ОН)3 -- вольфрам тригідроксидмоиооксид;

VO(OH)2 -- оксованадій (IV) дигідроксид,

монооксовамадій (2+) гідроксид, де VО3+ -- радикал;

Ш систематичні назви кислот будуються на основі назв аніонів, а починаються з назви катіону, тобто водню:

H2SeO3 -- водень селенат (IV), дигідроген триоксоселенат, селенітна (IV) кислота;

H2SO4 -- водень тетраоксосульфат (VI), сульфатна (VI) кислота, сульфатна кислота;

НМnО4 -- моноводень тетраоксоманганат, гідроген тетраоксоманганат (VII), перманганатна кислота;

HNO3 -- водень нітрат (V), водень триоксонітрат, нітратна кислота;

Ш для деяких кислот комісія IUPAC дозволяє використання традиційних пази, наприклад:

H2SO4 -- сірчана; Н3РО4 -- фосфорна (ортофосфорна);

НРО3 -- метафосфорна; HNO3 -- азотна та ін.;

Ш для водних розчинів галогеноводнів та інших можна зберегти традиційні назви:

НСl -- хлороводнева кислота, хлоридна;

НВг -- бромоводиева кислота, бромідна;

HCN -- ціановоднева кислота, ціанідна;

HN3 -- азидоводнева кислота, азидна;

Ш назви солей легко утворюються з назв катіонів і аніонів з відповідними числівниковими префіксами:

ZnSO4 -- цинк (II) сульфат;

Hg2(NO3)2 -- диртуть динітрат;

(NH4)2Cr2O7 -- диамоній дихромат (VI);

амоній (1+) дихромат (2-);

Fe2(SO4)3 -- дизалізо трисульфат;

Ш до назви кислих солей додається слово водень (гідроген) з відповідним числовим префіксом:

NaHCO3 -- натрій гідрокарбонат (водень карбонат);

NH4H2PO4 -- амоній дигідрогенфосфат (диводеньфосфат);

(МН4)2НРО4 -- диамоній гідрогенфосфат (моноводеньфосфат);

NaHS -- натрій гідрогенсульфід;

Ш основні солі можуть називатись як подвійні, вважаючи О2- та ОН- за гетероаніони:

СаСlОН -- кальцій гідроксид хлорид;

Сu2СO3(ОН)2 або (СuОН)2СО3 -- дикупр дигідроксид карбонат або біс(гідроксомідь)карбонат, димідь дигідроксид карбонат.

ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

Приклад 1. Визначити еквіваленти (Е) та еквівалентні маси хлору, кисню і азоту у сполуках НСІ, H2О і NH3.

Розв'язування. Маса і кількість речовини -- це не ідентичні поняття, оскільки маса речовини виражається у кілограмах (грамах), а кількість речовини -- у молях.

Хімічним еквівалентом елементу називається така його кількість у молях, яка сполучається з одним молем атомів водню або заміщує таку саму кількість атомів водню у хімічних реакціях.

Еквівалентною масою називається маса одного еквівалента елементу (речовини). Таким чином, еквіваленти виражають у молях, а еквівалентні маси -- у г/моль.

У наведених сполуках з одним молем атомів водню сполучається один моль атомів хлору, 1/2 моль атомів кисню і 1/3 моль атомів азоту. Таким чином, згідно з визначенням, еквівалент хлору, кисню та азоту дорівнюють відповідно 1 моль, 1/2 моль та 1/3 моль, тоді як їх еквівалентні маси: т(Сl)=35,45 г/моль, т(0)=16/2=8 г/моль, ГП(М)= 14/3=4,67 г/моль.

Приклад 2. Із 3,85 г нітрату металу одержано 1,60 г його гідроксиду. Обчислити еквівалентну масу металу mе.

Розв'язування. При розв'язуванні задачі потрібно мати на увазі, що:

а) еквівалентна маса гідроксиду дорівнює сумі еквівалентних мас металу та гідроксильної групи;

б) еквівалентна маса солі дорівнює сумі еквівалентних мас металу та кислотного залишку.

Еквівалентну масу будь-якої зарядженої частинки можна визначити, поділивши молекулярну масу на заряд. Наприклад:

me(NO3-) =62/1=62 г/моль, me(SO42-) =96/2=48 г/моль.

Тобто, за законом еквівалентів:

звідки me(Me) = 15 г/моль.

Приклад 3. Скільки грамів металу, еквівалентна маса якого 12,16 г/моль, взаємодіє з 310 мл кисню (н.у.)?

Розв'язування: Об'єм еквівалентної маси кисню (8 г/моль) дорівнюватиме:

або 5600 мл.

Приклад 4. На нейтралізацію 0,943 r фосфітної кислоти витрачено 1,288 г КОН. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу і основність кислоти. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Розв'язування: Еквівалентна маса КОН дорівнює його молярній масі - 56 г/моль. За законом еквівалентів:

звідки

Молярна маса Н3РО3 дорівнює 82 г/моль. Тобто, еквівалент H3PO3 дорівнюватиме 41/82=0,5 моль; а її основність n дорівнює 2, таким чином, n=M/me. Отже, при взаємодії з КОН заміщується два атоми водню:

Н3РО3 + 2КОН = К2НРО3 + 2Н2О.

Приклад 5. При прожарюванні суміші ZnCO3 і ZnO масою 1,6 г добуто 1,248 г цинк оксиду. Який склад мала вихідна суміш (у масових частках)?

Розв'язування: а) Рівняння реакції розкладу:

ZnCO3 = ZnO + СО2

125 81 44

Як видно із рівняння реакції, 1 моль ZnCO3 (125 г/моль) втрачає 1 моль СO2 (44 г/моль). Різниця в масі за умовою задачі складає: 1,6 - 1,248=0,352 г.

Звідси:

125г ZnCО3 -- 44г СО2

х -- 0,352г СО2,

г ZnCO3

.

б) Виразимо масу ZnСО3 у суміші через х (г), тоді маси ZnO складе (1,6-х) г. Знайдемо масу ZnO, що утворюється при прожарюванні ZnCO3 масою х г:

із 125г ZnCO3 добувають 81г ZnO

х -- У,

(г)

За умовою задачі: 0,648х +(1,6 - х)= 1,248 г.

Звідси 1,6 - 1,248 = х - 0,648х, тоді 0,352 = 0,352х, х = 1 г, тобто маса ZnCO3 у суміші дорівнює 1 г, або:

Контрольні питання

1. Дайте назви таким сполукам: Na2O2, КО3, MgO, Mn2O7, СЮ, KHSO4, KHSO3, (CuOH)2CO3.

2. Дайте назву солям: K3AsO4, Na2Cr2O7, BaSO4, Ba(HSO4)2, CrOHSO4.

3. Напишіть формули ангідридів таких кислот: H2SO3, НClO3, НBrO, Н2МnО4, Н2Сr2О7. Дайте назву кислот і їх ангідридів.

4. Дайте назву таким сполукам: К2О2, МпО2, ВаО2, МnО, Сr2О3, CrO3, V2O5, Na2SO4, Na2S.

5. Які солі можна одержати, якщо мати у своєму розпорядженні CuSO4, AgNO3, K3P04, ВаС12? Напишіть рівняння реакцій і дайте назву одержаним солям.

6. Дайте назву солям: ВіОСl, [Al(OH)2]2SO4, (ZnOH)2CO3, Na2HPO4, NaHS.

7. Які солі можна одержати, якщо мати у своєму розпорядженні Na2SO4, AgNO3, Na3PO4, SrCl2? Напишіть рівняння реакцій і дайте назву одержаним солям.

8. Дайте назву солям: (CuOH)2CO3, KHS, K2S, BaCrO4, Са2Р2О7.

9. Напишіть формули оксидів, які відповідають наступним гідроксидам: Mg(OH)2, Al(OH)3) Fe(OH)2, КОН, Са(ОН)2. Дайте назву цим сполукам.

10. Дайте назву солям: Zn(NO3)2, NaH2SbO4, K2H2P2O7, CaCrO4, A1(OH)2N03. Наведіть приклади їх одержання.

11. Напишіть формули ангідридів таких кислот: H2SO4, НСЮ, Н2СО3, Н3В03, Н4Р207, НМп04. Дайте назву кислотам та їх ангідридам.

12. Дайте назву солям: NaCl, NaCIO, NaClO2, NaClO3, NaClO4. Наведіть приклади їх одержання.

13. Дайте назву солям: SbON03, A1OHSO4, Cd(HS)2, Ca(H2PO4)2, K4[Fe(CN)6]. Наведіть приклади їх одержання.

14. Дайте назву таким сполукам: S03, N2O, N2O3, C12O7, Ni(OH)2, Н3ВО3, Ті(ОН)3С1. Наведіть приклади їх одержання.

15. Напишіть формули кислотних оксидів, які відповідають кислотам: H2SeO4, H2Cr2O7, HMnO4, HNO3, HNO2, H3PO4, H2SO3. Дайте назву цим сполукам.

16. Дайте назву кислотам за традиційною, систематичною та раціональною номенклатурою: Н2МпО4, Н3РО4, НСlO3, НІ, HNO2.

17. Які оксиди відповідають основним, амфотерним, кислотним: А12О3, CaO, FeO, CO2, Mn2O7, P2O5, Fe2O3, SO3? Дайте назву оксидам.

18. Дайте назву таким сполукам: Ni(OH)NO3, MgNH4PO4, K2CO3, PbO, Hg(NO3)2, NaHCO3, Ba(OH)2.

19. Дайте назву комплексним солям: [Ag(NH3)2]Cl, K2[PC14], [Cu(NH3)4]SO4, [Сг(Н2O)6]С13.

20. Які оксиди можна одержати при нагріванні таких речовин: H2SiO3, Pb(NO3)2, Fe(OH)3, BaCO3, NaHCO3? Дайте назву вихідних речовин і одержаних оксидів.

21. При взаємодії 2,7 г оксиду металу з нітратною кислотою одержано 6,3 г його нітрату. Обчислити еквівалентну масу цього металу.

Відповідь: 32,5 г/моль.

22. На нейтралізацію 1,96 г Н3РО4 витрачено 2,4 г натрію гідроксиду. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу та основність Н3РО4 у цій реакції. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь: 1/3 моль; 32,666 г/моль; 3.

23. На відновлення 3,18 г оксиду двовалентного металу витрачено 0,896 л водню (н.у.). Обчислити еквівалентну, молярну та атомну масу металу.

Відповідь: 31, 75 г/моль; 63,5г/моль; 63,5 а.о.м.

24. На нейтралізацію 2,829 г Н3РО3 витрачено 3,864 г КОН. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу та основність кислоти. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь: 0,5 моль; 41 г/моль: 2.

25. При взаємодії 3,24 г тривалентного металу з кислотою добуто 4,03 л водню (н.у.). Обчислити еквівалентну, молярну і атомну маси металу.

Відповідь: 9 г/моль; 27 г/моль; 27 а.о.м.

26. До розчину, який містить 4,1 г Н3РО3, додали 2 г натрію гідроксиду. Обчислити еквівалент, еквівалентну мису і основність H3РО3 у цій реакції. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь: 1 моль; 82 г/моль; 1.

27. При відновленні воднем 10,17 г оксиду двовалентного металу утворилося 2,25 г води. Обчислити еквівалентні маси оксиду та металу. Чому дорівнює атомна маса металу?

Відповідь: 40,68 г/моль; 32,68 г/моль; 65,36 а. о.м.

28. На нейтралізацію 2,45 г кислоти витрачено 2 г натрію гідроксиду. Обчислити еквівалентну масу кислоти.

Відповідь: 49 г/моль.

29. При взаємодії 2,6 г гідроксиду металу з сульфатною кислотою одержано 5,7 г сульфату цього металу. Обчислити еквівалентну масу металу.

Відповідь: 9 г/моль.

30. До розчину, який містить 1,96 г Н3РО4, додали 2,24 г КОН. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу і основність Н3РО4 у цій реакції. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь; 0,5 моль; 49г/моль; 2.

31. Оксид тривалентного елементу містить 31,58% кисню. Обчислити еквівалентну і атомну маси елементу.

Відповідь: 17,33 г/моль; 51,99 а.о.м.

32. На нейтралізацію 1,64 г Н3РО3 витрачено 1,6 г натрію гідроксиду. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу і основність Н3РО3. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь: 0,5 моль; 41 г/моль; 2.

33. При відновленні 2,4 г оксиду металу воднем одержано 0,54 г води. Обчислити еквівалентні маси оксиду і металу.

Відповідь: 40 г/моль; 32 г/моль.

34. На нейтралізацію 0,98 г Н3РО4 витрачено 0,8 г натрію гідроксиду. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу і основність Н3РО4 у цій реакції. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь: 1/2 моль; 49 г/моль; 2.

35. При взаємодії 3,31 г нітрату металу з хлоридною кислотою одержано 2,78 г його хлориду. Обчислити еквівалентну масу цього металу.

Відповідь: 103,5 г/моль.

36. На нейтралізацію 2,64 г Н3РО2 витрачено 1,6 г натрію гідроксиду. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу і основність Н3РО2. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь: 1 моль; 66 г/моль; 1.

37. Па окислення 3,24 г тривалентного металу витрачено 2,016 л кисню. Обчислити еквівалентну, молярну і атомну маси металу.

Відповідь: 9 г/моль; 27 г/моль; 27 а.о.м.

38. До розчину, який містить 4,9 г Н3РО4, додали 3,7 г кальцію дигідроксиду Са(ОН)2. Обчислити еквівалент, еквівалентну масу і основність Н3РО4 у цій реакції. На підставі розрахунку написати рівняння реакції і знайти, скільки грамів солі утворилось.

Відповідь: 1/2 моль; 49 г/моль; 2; 6,8г.

39. Знайти еквівалентні маси металу і сірки, якщо 3,24 г металу утворюють 3,48 г оксиду і 3,72 г сульфіду.

Відповідь: 108 г/моль; 16 г/моль.

40. На нейтралізацію 2,94 г H2SO4 витрачено 1,68 г КОН. Обчислити еквівалентну масу і основність кислоти. На підставі розрахунку написати рівняння реакції.

Відповідь: 1 моль; 98 г/моль; 1.

41. Сплав магнію з алюмінієм масою 1 г при взаємодії з кислотою виділяє 1,27 л водню при 25°С і тиску 750 мм.рт.ст. Обчислити відсотковий склад сплаву.

Відповідь: 29,9% Mg; 70,1% А1.

42. Обчислити, скільки відсотків метану у 36 мл його суміші з киснем, якщо після реакції суміш зменшилась у об'ємі на 1,8 мл (н.у.).

Відповідь: 2.5%.

43. Із 3 г суміші СаСОз і MgCO3 одержано 760 мл СО2 при 20°С і 748 мм.рт.ст. Обчислити відсоткове співвідношення мас СаСО3 і MgCO3.

Відповідь: 80,46% СаСО3.

44. Після вибуху 40 мл суміші водню і кисню залишилося 7 мл кисню. Виразити у відсотках об'єм кожного компонента первинного складу газової суміші.

Відповідь: 55% Н2; 45% О2.

45. При розкладі кальцію карбонату СаСО3 утворюється кальцій оксид і диоксид вуглецю. Обчислити, скільки літрів СО2 можна добути із 10,53 г СаСО3, який містить 5% домішок, що не розкладаються при нагріванні.

Відповідь: 2,14 л.

46. Вибухнула суміш водню і кисню об'ємом 50 мл. Після вибуху залишилося 8 мл кисню. Виразити у відсотках об'єм кожного компоненту первинного складу газової суміші.

Відповідь: 56% Ih; 44% О,.

47. У процесі розкладу магнію карбонату утворюється магній оксид і диоксид вуглецю. Знайти, скільки грамів магнію оксиду можна добути з 9,34 г магнію карбонату, який містить 10% домішок, що не розкладаються при нагріванні.

Відповідь: 4 г.

48. Скільки 100% нітратної кислоти НNО3 при 95%-му виході можна одержати в результаті окислення 20 м3 аміаку? Сумарне рівняння реакцій: NH3 + 2О2 = HNO3 + Н2О. Скільки кисню буде витрачено при цьому?

Відповідь: 53.4 кг HNO3 і 40 м3 O2,.

49. Для одержання марганцю із МnО2 алюмінотермією змішали 10,8 кг А1 та 26,2 кг МnО2. Яку із вихідних речовин взяли у надлишку? Рівняння реакції: 3МnО2 + 4А1 = 3Мn + 2А12O3.

Відповідь: 0,1 кг МпО2 (надлишок); 16,5 кг Мп.

50. Для відновлення 15,7 кг хром (III) оксиду витратили 5 кг алюмінію. Скільки хрому утворилося (відновилося) при цьому? Яку із вихідних речовин взяли у надлишку? Рівняння реакції: Сr2О3 + 2А1 = А12О3 + 2Сr.

Відповідь: 9,6 кг Сr; 1,63 кг Сr2Оз (надлишок).

51. Для одержання преципітату СаНРО4*2Н20 витратили 49 кг фосфатної кислоти Н3РО4. Скільки необхідно сухого кальцію дигідроксиду в даному випадку, якщо він містить 2% домішок? Рівняння реакції: Са(ОН)2 + Н3РО4 = СаНРО4 + 2Н2О.

Відповідь: 37,755 кг Са(ОН)3.

52. На виробництво 2 тонн залізного купоросу, що містить 52,5% FeSO4, витрачено 0,5 тонни залізного брухту. Який процент від теоретично можливого складає вихід FeSO4? Скільки сульфатної кислоти H2SO4 витрачено при цьому?

Відповідь: 77,37%; 1750 кг Н2SO4.

53. Обчисліть, скільки 100%-ної нітратної кислоти HNO3 може бути одержано із 1 тонни аміаку? Сумарне рівняння реакції: NH3 + 2О2 = HNO3 + H2O. Скільки кисню слід використати при цьому?

Відповідь: 3,7 тонни HNO3; 2,63*103 м3 O2.

54. Із однієї тонни хромістого залізняку Fe(CrO2)2 одержали 240 кг сплаву заліза з хромом - ферохрому, який містить 65% хрому. Обчисліть відсотковий вміст домішок у руді. Скільки хрому і заліза одержано при цьому, а також скільки вуглецю (коксу) витрачено на їх відновлення?

Відповідь: 66,4% домішок; 33,6% Fе(СrО2); 156 кг Сr; 8 4кг Fе; 72 кг С.

55. Скільки чавуну, який складається на 94% із заліза, можна виплавити із 1000 тонн червоного залізняку Fe2O3, що містить 20% пустої породи? Сумарне рівняння реакції:

Fe2O3 + 3СО = 2Fe + 3СО2. Скільки при цьому буде одержано заліза та витрачено вуглецю на утворення CO?

Відповідь: 595,75 тонни чавуну; 560 тонн Fe; 215,75 тонни С.

56. Скільки СаСО3, СаО і Н2О необхідно витратити, щоб одержати 1 тонну сухого кальцію дигідроксиду, якщо вихід його складає 90% від теоретично можливого? Рівняння хімічних реакцій: СаСO3 = СаО + СO2; СаО + Н2О = Са(ОН)2.

Відповідь: 1501,5 кг СаСО3; 840,84 кг СаО; 270,26 кг Н2О.

57. Суміш триамоній фосфату і амоній нітрату містить 30% азоту. Скільки відсотків фосфору міститься у суміші?

Відповідь: 15,2% Р.

58. При дії хлоридної кислоти НСІ на суміш порошку металічного цинку і його оксиду масою 7,3 г виділилося 1,12 л водню (н.у.). Скільки НСl було витрачено в реакції'?

Відповідь: 7,26 г НСІ.

59. У якому співвідношенні потрібно змішати оксид та гідроксид кальцію, щоб суміш містила 60% кальцію?

Відповідь: 34 г СаО; 66 г Са(ОН)2.

60. При прожарюванні 7,1 г суміші карбонатів кальцію і магнію добуто 3,8 г їх оксидів. Який відсотковий склад карбонатів?

Відповідь: 70,4% СаСО3.

БУДОВА АТОМІВ ТА ПЕРІОДИЧНИЙ ЗАКОН Д.І. МЕНДЕЛЄЄВА

При підготовці до виконання контрольних завдань треба пам'ятати, що:

Атомна орбіталь характеризує ту частину простору навколо ядра, у якому найбільш вірогідне знаходження електрона. Сукупність атомних орбіталей одного енергетичного рівня утворює електронний шар (оболонку). Енергетичний стан електрона у атомі описується 4 квантовими числами: п, l, ml, ms.

Головне квантове число “n” характеризує рівень енергії у полі ядра і відстань цього ріння кіл ядра. Співпадає з номером періоду, тобто енергетичного рівня. Приймає значення: n=1, 2, 3,…?.

Побічне, орбітальне або азимутальне число “l” визначає енергію енергетичного підрівня, характеризує форму орбіталі. Приймає значення: від 0 до (n-1):

l=0 1 2 3 4

s р d f q

Магнітне квантове число "ml" характеризує просторове розміщення орбіталей відносно магнітної осі атома. Приймає значення: віл +l через 0 до -l.

Спінове квантове число "ms" характеризує рух електрона навколо власної осі. Воно має два значення: +1/2, ````````````афічно ^v.

За структурою електронної оболонки атома судять:

Ш про розміщення елементу у певному періоді (за максимальною кількістю s-електронів, наприклад, 5s24d2 -- це елемент 5-го періоду);

Ш до якої групи відноситься елемент (до головної підгрупи А належать s і p-елементи, оскільки валентні електрони перебувають на одному й тому ж енергетичному рівні; до побічної підгрупи В належать d- і f-елементи, у яких валентні електрони перебувають на різних енергетичних рівнях);

Ш до якого типу (s-, p-, d- чи f-елементів) належить даний елемент (визначають за будовою відповідного енергетичного підрівня);

Ш про належність елемента до металів (па зовнішньому енергетичному рівні 1--3 електрони -- це s-, d-, f-елементи та p-елементи ІІІА групи, крім бору); неметалів (решта p-елементів); металоїдів -- за фізичними властивостями наближаються до металів, а хімічними -- до неметалів (за класифікацією українського хіміка A.M.Голуба належать елементи 1VA--VIA груп 5--б періодів: Sn, Sb, Те, Pb, Ві, Ро);

Ш про максимальний ступінь окислення (встановлюється, як правило, за номером групи -- числом валентних електронів); метали мають тільки позитивний ступінь окислення, неметали ще й негативний, який визначається за формулою n=N-8, де N -- номер групи;

Ш які оксиди утворює даний елемент: кислотні оксиди -- це оксиди неметалів (NO2, Р2O5, SiO2) та оксиди металів вищого ступеня окислення (Мn2О7, Сr2О3); основні -- це оксиди s- та d-елементів з нижчим ступенем окислення (СаО, МпО); амфотерні -- це оксиди p-елементів ІІІА групи (Аl2О3), d-елементів у проміжному ступені окислення (МnО2, Сr2O3).

Приклади розв'язування задач

Приклад 1. Визначити квантові числа та навести графічне зображення валентних електронів для елементу Р (фосфору).

Розв'язування. Фосфор (Z=15) розміщується у періодичній системі у III періоді, VA групі. Його валентні електрони 3s23p, а їх графічне зображення:

3s2 3р3

Квантові числа: 3s2-n=3, l=0, ml=0, Уms=0;

3р3-п=3, l=1, тl=-1, 0, +1; Уms=±1/2*3.

Приклад 2. Назвати елемент і охарактеризувати його хімічні властивості за електронною будовою атома, валентні електрони якого -- 4s13d5. Наведіть приклади практичного використання цього елементу.

Розв'язування: Хром (4s13d5) -- це d-елемент IV періоду (n=4), VIB групи (Уs+d=6), метал, утворює оксиди зі ступенем окислення +2 (СlO), +3 (Сг2O3) та +6 (СгО3). За загальним правилом: оксид з нижчим ступенем окислення (+2) має основний характер, з проміжним (+3),-- амфотерний та з вищим ступенем окислення (+6) -- кислотний характер, їм відповідають гідроксиди, амфоліти і кислоти:

Сr(ОН)2; Сr(ОН)3 - Н3СrO3 - НСrO2 + Н2O; Н2СrО4.

орто-форма мета-форма

Хром використовують як легуючу домішку у різні сорти сталі (жаростійкі, інструментальні та ін.). Введення у сталь. 13% Сr робить її нержавіючою. Входить до складу ніхрому (80% Ni, 20% Сr), який використовують у електронагрівниках. Широко застосовується хромування різних виробів (дизайн, захист від корозії). Є складовою частиною композиційних матеріалів -- керметів (кераміка + метал), наприклад, матеріал, що містить 72% Сr і 28% Аl2О3.

Контрольні питання

Визначити квантові числа та нанести графічне зображення валентних електронів та хімічні властивості для елементів:

61. В (бору) 63. Сl (хлору) 65. Мо (молібдену) 67. S (сірки) 69. Fe (заліза) 71. Hf (гафнію) 73. І (йоду) 75. Ni (нікелю) 77. Co (кобальту) 79. Вr (брому)	62. С (вуглецю) 64. Ge (германію) 66. Os (осмію) 68. N (азоту) 70. РЬ (свинцю) 72. Р (фосфору) 74. Pt (платини) 76. Zn (цинку) 78. Сu (міді) 80. Ті (титану)

Назвати елемент і охарактеризувати його хімічні властивості за електронною будовою атома, валентні електрони якого --.... Наведіть приклади практичного використання даного елементу та хімічні властивості:

81. 3s2 83. 4s23d2 85. 5s14d5 87. 4s23d7 89. 6s26p2 91. 6s25d4 93. 6sl5d10 96. 4s23d5 97. 4s1d5 99. 6s25d10	82. 3s23p1 84. 4s23d6 86. 4s23d5 88. 4sl3d10 90. 4s23d10 92. 5s25p2 94. 6s26p1 95. 5sl4d10 98. 3s23p2 100. 2s22p3

хімічний зв'язок і будова молекул. конденсований стан речовини

При підготовці до виконання контрольних завдань слід пам'ятати, що:

Ш хімічний зв'язок між атомами у молекулі обумовлює хімічні, фізичні та ф````````мічні властивості речовини;

Ш універсальним хімічним зв'язком є ковалентний зв'язок;

Ш хімічний зв'язок характеризується порядком (кратністю), енергією, довжиною і валентним кутом (останнє -- для ковалентного зв'язку);

Ш р-орбіталі не утворюють гібридизованих зв'язків, а дають "чисті" р-зв'язки;

Ш у гібридизації орбіталей беруть участь sp-, sp2-, sp3-, sp3d1- i sp3d2-орбіталі; при цьому відповідно утворюється лінійні молекули (<180°, ВеС12); молекули у формі плоского трикутника (<120°, BF3,CO32-) та тетраедра (<109°28', СН4, NH4+); біпірамідальні (РС15); октаедричні просторові конфігурації молекул (SF6, SiF6-);

Ш у молекулі бензолу С6Н6 (sp2-гібридизація) хімічні зв'язки, що лежать у площині бензольного ядра (д-зв'язки), локалізовані, а п-зв'язки, які утворені 6р-електронами, нелокалізовані і розташовані перпендикулярно до площини ядра. Делокалізований зв'язок особливо характерний для металів (металічних сполук);

Ш якщо ковалентний зв'язок характеризується напрямком, здатністю до насичування та поляризації, то іонний зв'язок -- ненасичений та ненапрямлений;

Ш для іонів характерне явище поляризації, що складається з поляризуючої дії і поляризованості; ці явища впливають на розчинність, гідроліз, забарвлення багатьох сполук;

Ш важливу роль відіграють сили міжмолекулярної взаємодії -- Ван-дер-Ваальса, які мають електростатичну природу. Енергія цієї взаємодії U=Uор+Uінд+Uдисп, де Uop -- енергія орієнтаційної взаємодії (більш характерна для диполів), властива, в основному, неполярним молекулам, у полярних вона значно слабша, ніж орієнтаційна; Uдисп -- енергія дисперсійної взаємодії, що пов'язана з виникненням миттєвої поляризації;

Ш силами Ван-дер-Ваальса пояснюються явища когезії (міжмолекулярна взаємодія між однаковими молекулами) та адгезії (між різними молекулами);

Ш енергія міжмолекулярної взаємодії становить 8--16 кДж/моль, водневого зв'язку -- 8--40кДж/моль, хімічного зв'язку -- 100--1000 кДж/моль;

Ш кристалічні речовини -- анізотропні (неоднакові фізичні властивості у різних кристалах), аморфні -- навпаки, ізотропи;

Ш відомі такі системи (синтонії) кристалів: кубічна, гексагональна, тетрагональна, тригональна, ромбічна, моноклінна і триклінна;

Ш кристалічні ґратки бувають іонними (NaCl), атомними (алмаз, кремній), металічними (властиві металам), молекулярними (Н2Окрист, СО2крист). Останні мають малі енергії, тому речовини ч молекулярними кристалічними ґратками характеризуються невеликою твердістю, леткі.

Приклади розв'язування задач

Приклад 1. Пояснити утворення хімічного зв'язку в молекулі О2 на основі методу ВЗ та МО ЛКАО, охарактеризувати магнітні властивості молекули.

Розв'язування: а) МВЗ. У цьому випадку від кожного атома кисню в утворенні зв'язку беруть участь 2s22p4-валентні електрони. Графічно можна зобразити:

б) МО ЛКАО. У даному випадку слід пам'ятати, що МО (молекулярні орбіталі) у порядку зростання енергії розташовані так (наприклад, для молекул Li2>N2, а також ізоелектронних до N2 -- CO, CN- та ін.):

Тоді як для молекул O2>Ne2 порядок розташування:

Графічне зображення за МО ЛКАО:

У молекул кисню 12 електронів. Обчислимо порядок (кратність) зв'язку: , де nзв - кількість електронів на зв'язуючих орбіталях і р* -- на розпушуючих.

Наявність двох неспарених електронів на р 2pz і р 2py обумовлює парамагнітні властивості молекули кисню (ця речовина втягується зовнішнім магнітним полем, тоді як діамагнітні, що містять спарені електрони, виштовхуються ним). Парамагнітна сприйнятливість має позитивний знак, а діамагнітна -- негативний.

Феромагнітні речовини мають високу магнітну сприйнятливість (Fe, Co, Ni).

Таким чином, метод валентних зв'язків не дає можливості пояснити магнітні властивості молекули О2 (оскільки утворюється дві електронні пари неспарених електронів немає). Крім того, МО ЛКАО може пояснити також утворення різних молекулярних іонів, наприклад, Н2+, О2+, О2-, О22-, їх стабільність і можливість існування, тоді як використання МВЗ не дає можливості пояснити ці властивості.

Приклад 2. За МВЗ пояснити утворення донорно-акцепторного зв'язку в іонах NH4+ та ВН4-.

Розв'язування: Від атома азоту в утворенні зв'язку беруть участь 2s22p3 електрони, від атома водню -- 1s1. Отже, у випадку утворення молекули NН3 це графічно можна зобразити так:

В іоні водню (Н+) є вільна атомна орбіталь (1s1), а в молекулі NH3 -- пара електронів (2s1), що дас можливість утворити донорно-акцепторний зв'язок: NН3 + Н+ > NH4+, де атом азоту -- донор, іон водню (NH4+) --- акцептор.

Аналогічно утворюється донорно-акцепторний зв'язок в іоні ВН4-: ВН3 + Н- > ВН4-, де Н- -- донор, а ВН3 -- акцептор. Графічно це можна зобразити так:

Атом бору має вакантну р-орбіталь, а гідрід-іон (Н+) -- неподілену пару електронів.

Приклад 3. Пояснити утворення гібридизованих sp3-орбіталей у молекулі СН4.

Розв'язування: у збудженому стані атом вуглецю С має таку електронну конфігурацію валентних електронів:

У даному випадку з чотирьох АО (s1p3) утворюються чотири гібридизовані sp3-орбіталі, з ними перекриваються 1s1-орбіталі чотирьох атомів водню. Утворюється тетраедрична молекула СН4:

Приклад 4. Пояснити утворення МО у молекулі Н2 з АО (у вигляді діаграми енергетичного стану електронів у двоатомних гомоядсрних частинках).

Приклад 5. Записати електронну конфігурацію молекули CO.

Розв'язування: Електронна конфігурація атомів вуглецю і кисню - С 1s22s22p2, О 1s22s22p4, всього 14 електронів. Тоді

СО[КК()2()2=()2=()2()2]

Кратність зв'язку дорівнює Ѕ(nзв - n*) = Ѕ(8 - 2) = 3.

КК -- це 1s2 атома C i 1s2 атома О, тобто ()2()2.

Аналогічну будову мають N2, CN-.

Приклад 6. Чи існує молекула Ne2?

Розв'язування: Електронна формула Ne -- 1s22s22p6.

У молекулі Ne2 -- 16 електронів (другий енергетичний рівень), які розселюються на 8 МО (див. приклад 1). Тоді кратність зв'язку буде дорівнювати: Ѕ(nзв - n*) = Ѕ(8 - 8) = 0. Якщо кратність зв'язку дорівнює нулю, молекула існувати не може. Справді, благородні гази утворені одноатомними молекулами.

Контрольні питання

За методом ВЗ показати будову молекул: HF, РН3, Н2О.

За МО ЛКАО пояснити характер зміни енергії зв'язку, кратності зв'язку, між'ядерної відстані та магнітних властивостей у ряду: N2>N2+>N2-.

Який хімічний зв'язок у сполуках О2, MgO, KCl, NH4Cl?

За методом ВЗ покачати будову молекул: СН4, BeF2, Cl2.

За МО ЛКАО пояснити характер зміни енергії зв'язку, кратності зв'язку, між'ядерної відстані та магнітних властивостей у ряду О2>O2>+O2-.

Який хімічний зв'язок у сполуках N2, NaF, CaO, BeH2?

За методом ВЗ показати будову молекул: НС1(г), BF3, F2.

За МО ЛКАО пояснити характер зміни енергії зв'язку, кратності зв'язку, між'ядерної відстані ти магнітних властивостей у ряду СN->СО>СО+.

Який хімічний зв'язок у сполуках Cl2, Na2O, MgCl2, SnCl4?

За методом ВЗ показати будову молекул: HBr (г), H[BF4], NH4Cl

За МО JIKAO пояснити характер зміни енергії зв'язку, кратності зв'язку, між'ядерної відстані та магнітних властивостей у ряду: В2 >C2 >N2.

Який хімічний зв'язок у сполуках CO, CO2, Вr2, LiCl?

За методом ВЗ показати будову молекул NH3, HI, H2Те.

3a MO ЛКАО пояснити характер зміни енергії зв'язку, кратності зв'язку, між'ядерної відстані та магнітних властивостей у ряду: O2 >F2>NO.

Який хімічний зв'язок у сполуках Н2. НВr, NaI, K2SO4?

За методом ВЗ пояснити характер зміни валентних кутів і геометрію молекул: NH3, PH3, AsH3.

ЗА МО ЛКАО пояснити характер зміни енергії зв'язку, кратності зв'язку, між'ядерної відстані та магнітних властивостей у ряду: F2 >F2+>F2-.

За методом ВЗ показати будову молекул та пояснити характер зміни полярності молекул в ряду: HF >НСl >НВr >НІ

За методом ВЗ пояснити характер зміни дипольного моменту в молекулах: HI > НBr >НСl

Визначити ступені окислення (електровалентність), ковалентність та координаційне число центрального атома у сполуках і відобразити будову частинок: СО2, NH4+, N2, СН4.

ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ПРОТІКАННЯ ХІМІЧНИХ РЕАКЦІЙ. ЕЛЕМЕНТИ ХІМІЧНОЇ ТЕРМОДИНАМІКИ І ТЕРМОХІМІЇ

Науку про взаємні перетворення різних видів енергії називають термодинамікою. Термодинаміка встановлює закони цих перетворені, а також напрямок самодовільного протікання різних процесів у даних умовах.

Розділ термодинаміки, який вивчає теплові ефекти хімічних реакції, називають термохімією. Реакції, які супроводжуються виділенням теплоти, називають екзотермічними, а ті, що супроводжуються поглинанням теплоти, -- ендотермічними (позначаються знаками "-" і "+" відповідно).

При будь-якому процесі спостерігається закон збереження енергії. Теплота Q, яка поглинається системою, втрачається на зміну її внутрішньої енергії ДU і на виконання роботи А:

Q=ДU+A.

При хімічних реакціях А -- це робота проти зовнішнього тиску, тобто у першому наближенні A=pДV, де ДV -- зміна об'єму системи (V2-V1). Оскільки більшість хімічних реакцій відбувається при постійному тиску, то для ізобарно-ізотермічного процесу (p=const, T=const)

теплота

Qp=ДU+pДV,

QP=(U2-U1)+p(V2-Vl),

Qp=(U2+pV2)-( U1+pVl).

Суму (U + pV) позначаємо через Н, тоді

Qр=Н2-H1=ДH.

Величину Н називають ентальпією.

Ентальпія, як і внутрішня енергія, є функцією стану. Неважко помітити, що теплота реакції в ізохорно-ізотермічному процесі (V=const, T=сonst), при якому ДV=0, дорівнює зміні внутрішньої енергії системи:

QV=ДU

Теплоти хімічних процесів, які протікають при p,V=const і V,Т=const, називають тепловими ефектами.

Реакція, яка протікає при даній температурі з виділенням теплоти, при іншій температурі проходить з поглинанням теплоти. Це пояснюється тим, що з одного боку система прагне до упорядкованості (агрегації), до зменшення Н; з другого боку, система прагне до безладдя (дезагрегації).

Перша тенденція зростає з пониженням, а друга -- з підвищенням температури. Тенденцію до безладдя характеризує величина, яку називають ентропією (S, Дж/моль*К). Вона відображає рух частинок речовини і є мірою невпорядкованості системи (зростає при нагріванні, випарюванні, плавленні та ін.) ? TДS. Ентропія є функцією стану, тобто її зміна (ДS) залежить від початковою (S1) і кінцевого (S2) стану і не залежить від шляху процесу:

ДSх.р. = ?S0прод. - S0вих.

Таким чином, рушійна сила процесу складається із двох сил: прагненням до упорядкованості (Н) і прагненням до безладдя (TS). При p=const і Т=const загальну рушійну силу процесу, яку позначають ДG. можна знайти із співвідношення:

ДG=ДН-TДS.

Величина G -- ізобарно-ізотермічний потенціал або енергія Гіббса. Таким чином, мірою хімічної спорідненості є зменшення енергії Гіббса (ДG), яка залежить від природи речовини, її кількості і під температури (г функцією спіну), тому

Якщо ДG<0, процес принципово можливий; якщо ДG>0, процес самодовільно протікати не може.

Приклади розв'язування задач

Приклад І. Користуючись даними табл. 1, обчислити ДНх.р (хімічної реакції):

2Mg(K) + СO2(г) 2MgO(к) + C(графіт).

Розв'язування: За даними табл. І стандартні ентальпії утворення СО2 та MgО відповідно дорівнюють -393,5 і 601,8 кДж/моль (слід запам'ятати, що стандартні ентальпії утворення простих речовин дорівнюють нулю).

За законом Гесса: "Стандартна зміна ентальпії хімічної реакції дорівнює сумі стандартних ентальпій утворення продуктів реакції за відрахуванням суми стандартних сіпальній утворення вихідних речовий". У кожному випадку необхідно враховувати кількість молей речовин, які беруть участі, у реакції (відповідно до рівняння реакції).

Звідси, для стандартної ентальпії даної реакції: ДНх.р.=2ДН0МgO - ДН0СО2 = 2(-601,8)-(-393,5)=-1203,6+393,5 =-8 1 0, 1 кДж.

Приклад 2. Реакція горіння етилового спирту описується термохімічним рівнянням:

С2Н5ОН(Р) + 3О2(Г) = 2СО2(г) + 3Н2О(р); ДН0х.р.=?

Обчислити тепловий ефект реакції, якщо відомо, що молярна теплота пароутворення C2Н5OH(p) дорівнює 42,36 кДж.

Розв'язування: Для визначення ДН0х.р необхідно знати теплоту утворення C2H5ОН(p). Останню знаходимо таким чином;

С2Н5ОН(Р) С2Н5ОН(г); ДН0пароутворення = -42,36 кДж.

Звідки 42,36= -235,31 - ДН0С2Н5ОН(Р);

ДН0С2Н5ОН(Р)=-235,31 - 42,36=-277,67 кДж.

Знаходимо ДНх.р, скориставшись висновком із закону Гесса:

ДНх.р=2ДН0СО2 + 3ДН0Н2О(Р) - ДН0С2Н5ОН(Р)=2(-393,5)+3(-285,8)-

(-277,67)=-1366,73 кДж.

Приклад 3. Реакція відновлення Fе2О3 воднем відбувається за рівнянням:

Fe203(K) + ЗН2(г) = 2Fe(K) + ЗН2О(Г); ДНх.р=96,61 кДж.

При якій температурі почнеться відновлення Fe203, якщо зміна ентропії ДS0=0,1387 кДж/(моль*К)?

Розв'язування. Оскільки в момент рівноваги ДG0=0, a ДН0=TДS,

Отже, при температурі ?696,5К почнеться реакція відновлення Fe2O3 (температура початку реакції).

Приклад 4. Знайти кількість теплоти, яка виділиться під час вибуху 12,6л гримучого газу (взятого за нормальних умов) з утворенням водної пари.

Розв'язувати. Запишемо термохімічне рівняння цієї реакції:

2Н2 + О2 2H2O; ДН0х.р.=?

Тепловий ефект цієї реакції дорівнюватиме стандартній ентальпії утворення водяної пари:

ДНх.р.=2ДН0H2O = 2(-241,8)=-483,о кДж.

Оскільки в утворенні 2 моль води бере участь 3 моль газоподібних речовин (67,2 л), то:

67,2 л -- (-483,6)

12,6 л -- х,

Таблиця 1.

Стандартні ентальпії утворення ДН0298, ентропії S0298 і енергії Гіббса ДG0298 деяких речовин при 298 К (25°С)

Речовина	ДН0298, кДж/моль	S0298, Дж/(моль*К)	ДG0298, кДж/моль
Al2O3 (к)	-1676,0	50,9	-1582,0
ВаСО3 (к)	-1176,76	112.1	-1138,8
ВаO (к)	538,9	67,87	-527.5
ВеСО3 (к)			-944.75
ВeО (к)			-581,61
С(графіт)	0	5,74	0
С(алмаз)	1,807	2.38
СH4 (г)	-74,9	186,2	50,8
С2H2 (г)	226,8	200,8	209,2
С2Н4 (г)	52,3	219,4	68,1
С2Н6 (г)	89,7	229,5	-32,9
CH3OH (р)	-238,7	126.7	-167,22
С2Н5ОН (p)	-277,67	160,7	-174,8
С2Н5ОН (г)	-235,31
C6H6 (p)	89,2	269,2	129,7
С6H12O6 (глюкоза)	- 1273,0		-919,5
СO (г)	-110,5	197,5	-137,1
CO2 (г)	393,5	213,7	-394,4
СаСО3 (к)	-1207,0	88,7	-1127,7
СаО (к)	635,5	39,7	-604,2

Речовина	ДН0298, кДж/моль	S0298, Дж/(моль*К)	ДG0298, кДж/моль
Са(ОН)2 (к)	986,6	76,1	-896,8
СІ2 (г)	0	222,9	0
Сг2О3(к)	-1440,6	81,2	-1050,0
СuО (к)	-162,0	42,6	-129,9
Fe (к)	0	27,15	0
FeO (к)	-264,8	60,8	-244,3
Fе2O3 (к)	-822,2	87,4	-740,3
Fe3O4 (к)	-1117,1	146,2	-1041,2
H2 (г)	0	130,5	0
HCl (г)	-92,3	186,8	-95,2
H2О (г)	-241,8	188,7	-228,6
H2О (р)	-285,8	70,1	-237,3
H2S (г)	-21,0	205,7	-33,8
KC1 (к)	-435,9	82,6	-408,0
КСlO3 (к)	-391,2	143,0	-289,9
MgCO3 (к)		65,69	-1028,3
MgO (к)	-601,8	26,9	-569,6
N2 (г)	0	199,9	0
NH3 (г)	-46,2	192,6	-16,7
N2O (г)	82,0	219,9	104,1
NO (г)	90,3	210,6	86,6
NO2 (г)	33,5	240,2	51,5
N204 (г)	9,6	303,8	98,4
NiO (к)	-239,7	38,0	-211,6
О2 (г)	0	205,0	0
Р2О3 (к)	-820,0	173,5
Р2О5 (к)	-1492,0	1 14,5	-1348,8
PbO (к)	-219,3	66,1	-189,1
PbO2 (к)	-276,6	74,9	-218,3
PCl3 (г)		311,66
PCl5 (г)		352.71
CS2 (г)	1 15,28	2-19,6	62,82
NH4Cl (к)	-315,39	94,5	-203,88
ZnO (к)	-350,6	43,6	-320,7

Контрольні питання

Знайти кількість теплоти, що виділиться під час вибуху 8.4 л гримучого газу, взятого за нормальних умов.

Відповідь: -60,45 кДж.

Реакція горіння етану описується термохімічним рівнянням:

С2Н6(r) + 3,5О2(r) = 2СО2 (r) + 3Н2О (р); ДН0х.р.=-1559,87 кДж.

Знайти ентальпію утворення етану, якщо відомі теплоти утворення СО2 (r) і Н2О (р) (див. табл. 1).

Відповідь: -84,59 кДж.

Газоподібний етиловий спирт С2Н5ОН можна добути при взаємодії етилену С2Н4 (г) і водяної пари. Написати термохімічне рівняння цієї реакції, обчислити її тепловий ефект.

Відповідь: -45,81 кДж.

Водяний газ -- це суміш рівних об'ємів водню і вуглець (II) оксиду. Знайти кількість теплоти, що виділиться при спалюванні 112 л водяного газу, який взято за нормальних умов.

Відповідь: -1322 кДж.

При взаємодії газоподібних сірководню і вуглець двооксиду утв`````?ся пари води і сірковуглеці. CS2 (г). Написати термохімічне рівняння цієї реакції, визначити її тепловий ефект.

Відповідь: 67,18 кДж.

При відновленні 12,7 г мідь (II) оксиду вуглецем з утворенням СО(г) поглинається 8,24 кДж теплоти. Знайти ДН0298 утворення СuО (к).

Відповідь: -162,4 кДж/моль.

Чим можна пояснити, що за стандартних умов неможлива екзотермічна реакція: Н2 (г) + СO2 (г) = СO(г) + Н2О(р); ДН0х.р=-2,85 кДж? Знаючи тепловий ефект реакції і абсолютні стандартні ентропії відповідних речовин, знайти ДG0298 цієї реакції.

Відповідь: І9,98кДж.

При сполучені 2,1 г заліза з сіркою виділилось 3,77 кДж теплоти. Обчислити ентальпію утворення заліза (II) сульфіду.

Відповідь: -100,5 кДж/моль.

Кристалічний амоній хлорид утворюється при взаємодії газоподібних NН3 і НС1. Написати термохімічне рівняння цієї реакції, обчислити її тепловий ефект. Скільки теплоти виділиться, якщо у реакції було витрачено 10л аміаку, взятого за нормальних умов?

Відповідь: -78,97кДж.

Визначити стандартну ентальпію ДН0298 утворення РН3, виходячи із рівняння:

2РH3 (г) + 4O2 (г) = P2O5 (к) + ЗН3О (р); ДН0х.р=-2360 кДж.

Відповідь: 5,3 кДж/моль.

Тепловий ефект реакції горіння рідкого бензолу з утворенням рідкої води і вуглецю диоксиду дорівнює -3135,58 кДж. Скласти термохімічне рівняння цієї реакції і обчислити ентальпію утворення С6Н6 (р).

Відповідь: 82,82 кДж.

При взаємодії 6,3 г заліза з сіркою виділилось 11,31 кДж теплоти. Обчислити ентальпію утворення заліза (II) сульфіду.

Відповідь: -100,5 кДж/моль.

Обчислити, скільки теплоти виділиться при спалюванні 165л (н.у.) ацетилену С2Н2, якщо продуктами спалювання є СО2 і Н2О1(г).

Відповідь: -9248, 8 кДж.

Виходячи із теплового ефекту реакції:

3СаО (к) + Р205 (к) = Ca3(PO4)2; ДН0х.р=-739 кДж, обчислити ДН0298 утворення три кальцій дифосфату.

Відповідь: -4137,5 кДж/моль.

При повному згорянні етилену (з утворенням рідкої води) виділилося 6226 кДж теплоти. Знайти об'єм кисню, який вступив у реакцію (н.у.).

Відповідь: 296,5 л.

Реакція горіння метилового спирту описується термохімічним рівнянням: СН3ОН (р) + 1,5О2 (г) = CO2 (г) + 2Н2О (р); ДН0х.р=? Обчислити тепловий ефект цієї реакції, якщо відомо, що молярна теплота пароутворення СН3ОН (р) дорівнює 37,4 кДж.

Відповідь: -726,40 кДж.

При згорянні газоподібного аміаку утворюються водянії пара і азот (II) оксид. Скільки теплоти виділиться у цій реакції, якщо добуто 44,8л NO (н.у.)?

Відповідь: -452,4 кДж.

Обчислити ДН0298 реакції С2Н6(г) + 3,5О2(г) = 2СО2 (г) + 3Н2О (р) .

Відповідь: -1422,7 кДж.

Реакція горіння аміаку описується термохімічним рівнянням:

4NH3 (г) + 3О2 (г) = 2Н2 (г) + 6Н2О (р); ДН0х.р=1530,28 кДж. Обчислити ентальпію утворення NH3 (г).

Відповідь: -46,13 кДж/моль.

При згорянні 1 л ацетилену (н.у.) виділилося 56,053 кДж теплоти. Написати термохімічне рівняння реакції, у результаті якої утворюються водяна пара і вуглець диоксид. Обчислити ентальпію утворення С2Н2 (г).

Відповідь: 226,75 кДж/моль.

При якій температурі настає рівновага у системі:

4НС1(г) + О2(г) = 2Н2О(г) + 2СІ2(г); ДН0х.р=-114,4 кДж?

Відповідь: 886,8 К.

Обчислити, при якій температурі почнеться дисоціація фосфор пентахлориду, яка відбувається за рівнянням:

РСІ5(г) = РСІ3(г) + С12(г) ; ДН0х.р=92,59кДж.

Відповідь: 509 К.

Відновлення Fe3O4, вуглець оксидом відбувається за рівнянням: Fe3O4(к) + СО(г) = 3FcO(к) + CO2. Знайти ДG0 і зробити висновок про самодовільний перебіг цієї реакції за стандартних умов. Чому дорівнює ДS0 у цьому процесі?

Відповідь: 51 кДж; 52,4 Дж/моль К.

Визначити, при якій температурі почнеться реакція відновлення Fe3O4, яка описується рівнянням:

Fe3O4(к) + СО(г) = 3FcO(к) + CO2. ДН0х.р=34,55кДж.

Відповідь: 659,35 К.

При якій температурі настає рівновага у системі

СН4(г) + СО2(г) = 2СО (г) + 2Н2(г); ДН0х.р=247,34 кДж?

Відповідь: 965,9 К.

Які із карбонатів, ВеСО3 чи ВаСО3, можна добути при взаємодії відповідних оксидів з СО2? Зробити висновок, обчисливши ДG0289 реакцій.

Відповідь: 31,26 кДж (реакція неможлива); --216,02 кДж (реакція можлива).

При якій температурі настає рівновага у системі:

СО(г) + 2Н2(г) = CH3ОН(р); ДН0х.р=-128,05 кДж?

Відповідь: 385,9 K.

Які із перелічених оксидів можна відновити алюмінієм при 298 К: CaO, FeO, Сг2О3? Відповідь обґрунтувати, обчислити ДG0х.р. .

Відповідь: FeO, Cr2O3.

Реакція відновлення Fe2O3 воднем описується рівнянням: Fe2O3(к)+ 3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О; ДН0х.р=96,61 кДж. Чи можлива ця реакція за стандартних умов, якщо зміна ентропії ДS0х.р=0,1387 кДж/моль*К? При якій температурі почнеться відновлення Fe2О3?

Відповідь: 696,5 К.

Обчислити значення ДG0289 реакцій і установити, в якому напрямку вони перебігатимуть самодовільпо за стандартних умов (при 25°С): a) NiO(к) + РЬ(к) = Ni(K) + PbO(к);

б) РЬ(к) + СuО(к) = РЬО(к) + Cu(к).

Відповідь: а) 22.5 кДж; б) -59,2 кДж.

Обчислити ДН0, ДS0 і ДG0 реакції, яка описується рівнянням: Fe2O3(к)+ 3С(к) = 2Fe(к) + 3СО(г). Чи можлива реакція відновлення Fe2O3 вуглецем при температурах 500 і 1000 К?

Відповідь: 220,7 кДж; --49,3 кДж.

Обчислити значення ДG0289 реакцій і установити, у якому напрямку вони перебігають самодовільно за стандартних умов при 250С: а)8А1(к) + 3Fe3O4(к) = Fe(к) + 4А12О3(к);

б) Рb(к) + CuO(к) = РbО(к) + Сu(к).

Відповідь: -3204,4 кДж; -59,2 кДж

Які із оксидів можуть бути відновлені алюмінієм при 298 К: СаО, CuO, PbO, Fe2O3? Відповідь обґрунтувати, обчислити ДG0х.р..

Відповідь: 230 кДж; -1192,3 кДж. -101-1,7 кДж; -841.7 кДж.

На підставі стандартних теплот утворення і абсолютних стандартних ентропій відповідних речовим обчислити ДG0289 реакції, яка описується рівнянням:

СО2(г) + 4Н2(г) = СН4(г) + 2Н2О(р). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?

Відповідь: -131,01 кДж.

Порівняти ДН0289 реакції відновлення залізо (III) оксиду різними відновниками при 298К: а) Fe2О3(к) + 3Н2 = 2Fе(к) 3CO2; б) Fе2O3(к) + 3СО(г) = 2Fе(к) + 3СO2(г).

Відповідь: 96,8 кДж; -26,8 кДж.

На підставі стандартних ентальпій утворення і абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин обчислити ДG0289 реакції: 4NH3(г) + 5О2(г) = 4NO(г) + 6Н2О(г). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?

Відповідь: -958,4 кДж.

Обчислити ДG0289 для реакції: СаСО3(к) = CaO(к) + CО2(г) при 25, 500 і 1500°С. Залежностями ДН0х..р. та ДS°х.р. від температури знехтувати.

Відповідь: 128,92 кДж; 50,7 кДж; -114,0 кДж.

Скориставшись довідниковими даними, показати, у якому напрямку відбуватиметеся реакція: Сu(к) + ZnО(к) = CuO(к) + Zn(к).

При одержанні еквівалентної маси кальцій дигідроксиду із СаО(к) і Н2О(р) виділяється 32,53 кДж теплоти. Скласти термохімічне рівняння цієї реакції і обчислити ентальпію утворення кальцій оксиду.

Відповідь: -635,7 кДж.

На підставі стандартних теплот утворення і абсолютних стандартних ентропій відповідних речовин обчислити ДG0289 реакції, яка описується рівнянням:

С2Н4(г) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(р). Чи можлива ця реакція за стандартних умов?

Відповідь: -1331,4 кДж.

ХІМІЧНА КІНЕТИКА І РІВНОВАГА

Кінетика -- учення про швидкість річних процесів, у тому числі хімічних реакцій. Критерієм принципової можливості реакцій є нерівність ДGр,Т<0. Але ця нерівність не є ще повною гарантією фактичного перебігу процесу за даних умов, не є достатньою для оцінки кінетичних можливостей реакції. Наприклад, ДG0289 Н2О(г) = -22...