Можно ли получить фтор по реакции а и восстановить цинком по реакции б

Контрольная работа по «Химии»

1. Определите количество вещества эквивалента и молярную массу эквивалентов фосфора, кислорода и брома в соединениях PH3, H2O, HBr.

Решение

Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Молярную массу эквивалента элемента можно рассчитать как отношение молярной массы атома элемента к его валентности.

PH3 количество вещества эквивалента фософра равно 1/3 моля.

Mэ(Р) = Ar(P)/валентность = 31/3 = 10,3 г/моль.

H2O количество вещества эквивалента фософра равно 1/2 моля.

Mэ(О) = Ar(О)/валентность = 16/2 = 8 г/моль.

HBr количество вещества эквивалента фософра равно 1 моль.

Mэ(Br) = Ar(Br)/валентность = 80/1 = 80 г/моль.

Ответ: PH3 1/3моля; 10,3 г/моль; H2O ½ моля; 8 г/моль; HBr — 1 моль;

80 г/моль

21. Напишите электронные формулы аиомов элементов с порядковыми номерами 9 и 28. Покажите распределение электронов этих атомов по квантовым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов.

Решение

В периодической системе элементов Д.И. Менделеева под № 9 расположен фтор; под № 28 — никель.

Электронные формулы атомов элементов

Фтор F 1s22s22p5

Никель Ni 1s22s22p6 3s23p64s23d8

Распределение электронов элементов по квантовым ячейкам

Фтор Никель

Фтор относится к семейству р-элементов; никель — d- элементов.

41. Исходя из положения германия и технеция в периодической системе, сотавьте формулы мета- и ортогерманиевых кислот, и оксида технеция, отвечающие их высшей степени окисления. Изобразите формулы этих соединений графически.

Решение

Положение элемента в периодической системе элементов Д.И. Менделеева показывает, какими свойствами обладает тот или иной элемент:

При перемещении вдоль периода справа налево металлические свойства элементов усиливаются. В обратном направлении возрастают неметаллические. Это объясняется тем, что правее находятся элементы, электронные оболочки которых ближе к октету. Элементы в правой части периода менее склонны отдавать свои электроны для образования металлической связи и вообще в химических реакциях. Слева направо в периоде также увеличивается и заряд ядра. Следовательно, увеличивается притяжение к ядру валентных электронов и затрудняется их отдача.

Германий (Ge) — химический элемент главной подгрпуппы IV группы 4 периода Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 32. В химические соединениях Германий обычно проявляет валентности 2 и 4, причем более стабильны соединения 4х-валентного Германия. Метагерманиевая кислота H2GeO3

Ортогерманиевая кислота H4GeO4

Технеций (Тс) — элемент побочной подгруппы седьмой группы пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 43. По химическим свойствам технеций близок к марганцу и рению, в соединениях проявляет степени окисления от −1 до +7. Оксид технеция(VII) Tc2O7

61. Какую химическую связь называют ковалентной? Чем можно объяснить направленность ковалентной связи? Как метод валентных связей (ВС) объясняет строение молекул воды?

Решение

Ковалентная связь — химическая связь между атомами, осуществляемая общей парой электронов. Если ковалентная связь образована одинаковыми атомами О=О, то обобществленные электроны равномерно распределены между ними. В молекуле О2 кислород образовывает неполярные ковалентные связи. Если же один атом сильнее притягивает электроны, то электронная пара смещается в сторону этого атома, например, как молекуле воды Н2О. где возникает полярная ковалентная связь.

Образование ковалентной связи, являющееся результатом перекрывания валентных электронных облаков взаимодействующих атомов, возможно только при определённой взаимной ориентации электронных облаков. При этом область перекрывания располагается в определённом направлении по отношению к взаимодействующим атомам. Иначе говоря, ковалентная связь обладает направленностью.

Представление о направленности ковалентных связей позволяет объяснить взаимное расположение атомов в многоатомных молекулах. Так, например, при образовании молекулы воды электронные облака двух неспаренных 2p-электро-нов атома кислорода перекрываются с 1s-электронными облаками двух атомов водорода (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема образования ковалентных связей в молекуле воды

Поскольку p-электронные облака атома кислорода расположены перпен-

дикулярно друг к другу, то молекула H2O имеет угловое строение, причём можно было бы предположить, что угол между связями O-H должен составлять 90°. На самом же деле углы между связями (т.е. валентные углы) в молекулах воды несколько отличаются от 90°.

Для объяснения отличия валентных углов в молекулах воды от 90° необходимо учесть, что устойчивому состоянию молекулы отвечает такая её геометрия и такое пространственное расположение электронных облаков внешних оболочек атомов, при которых потенциальная энергия соединения будет минимальной. Это приводит к тому, что при образовании соединения формы и взаимное расположение электронных облаков атомов изменяются по сравнению с их формами и взаимным расположением в свободных атомах. В результате достигается более полное перекрывание валентных электронных облаков и, вследствие этого, образование более прочных ковалентных связей. В рамках метода валентных связей такая перестройка электронной структуры атома рассматривается на основе представления о гибридизации атомных орбиталей.

81 Вычислите количество темплоты, которое выделится при восстановлении Fe2O3 металлическим алюминием, если было получено 335,1 г железа.

Решение

Тепловой эффект реакции — количество теплоты, которое выделяется или поглощается при полном превращении исходных веществ в продукты реакции в количествах, равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении.

2Al + Fe2O3 → Al2O3 + 2Fe

Стандартной теплотой (энтальпией) образования вещества ∆H2980 называют тепловой эффект реакции образования 1 моля вещества из простых веществ, устойчивых при стандартных условиях. Теплоты образования простых веществ равны 0.

Для расчетов используем следствие из закона Гесса: тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов n. Функцию состояния системы ∆Hх.р. находим по формуле:

∆H2980 = ∑n(i)∆H2980(i) — ∑n (j) ∆H2980(j)

i -продукты j-исходные вещества

Записываем табличные значения теплот образования1

∆H2980 = -1676 — (-822,16) = — 853,84 кДж

Определяем количество молей образовавшегося железа: 335,1/55,84= 6 моль

Составляем пропорцию:

При образовании 2 молей железа выделилось 853,84 кДж

«-« 6 молей «-« х

Ответ: 2561,52 кДж

101. Вычислите ∆G2980 для следующих реакций:

а) 2NaF(к) + Cl2(г) = 2 NaCl(к) + F2(г)

б) PbO2(к) + 2Zn(к) = Pb(к) + 2 ZnO(к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить PbO2 цинком по реакции (б).

Решение

Для установления термодинамической возможности протекания реакции нужно вычислить энергию Гиббса реакции при температуре 298К по уравнению

∆G2980 = ∑n(i)∆G2980(i) — ∑n (j) ∆G2980(j)

i -продукты j-исходные вещества

Записываем табличные значения исходных веществ и продуктов реакции под формулами веществ в уравнении реакции (а)

∆G2980 = 2· (-384,0) — 2 · (-540,97) = 313,95 кДж

Поскольку ∆G2980 = 313,95 кДж>0, то реакция термодинамически невозможна.

Записываем табличные значения исходных веществ и продуктов реакции под формулами веществ в уравнении реакции (б)

∆G2980 = 2· (-320,7) — (-224,0) = — 417,4 кДж

Поскольку ∆G2980 = — 417,4 кДж<0, то реакция термодинамически возможна.

Ответ: 313,95 кДж; — 417,4 кДж

121. Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнениям:

а) S (к)+ O2 =SO2(г); б) 2SO2(г) + O2 +2SO3(г)

Как изменится скорость этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза?

Решение

Согласно закону действующих масс, скорости реакций:

V(a) = k1·[O2] (концентрация твердой фазы — кристаллической серы не входит в это выражение)

V(б) = k2·[SO2]2 ·[O2]

При уменьшении объемов каждой из систем в 4 раза концентрации реагентов увеличатся в 4 раза

V1(a) = k1·[4O2]= 4 k1·[O2]

V1(б) = k2·[4SO2]2 ·[4O2] =64 k2·[SO2]2 ·[O2]

Для реакции а) соотношение скорости реакции V1(a)/ V(a) = 4, т.е. скорость увеличится в 4 раза.

Для реакции б) соотношение скорости реакции V1(б)/ V(б) = 64, т.е. скорость реакции увеличится в 64 раза.

Ответ: скорость увеличится для реакции а) в 4 раза; б) — 64 раза

141. Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эжквивалента 20%-ного раствора хлорида кальция плотностью 1,178 г/см3.

Решение

Принимаем объем раствора за 1 л или 1000 мл. Определяем массу 1 л раствора

mр-ра = 1000∙1,178= 1178 г

Находим массу CaCl2 в этом растворе

Рассчитываем молярную концентрацию раствора

Определяем нормальную концентрацию. Поскольку фактор эквивалентности хлорида кальция равен 1/2, то

Ответ: 2,12 М; 4,2 н

161. Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в 100 г бензола, кристаллизуется при 5,296оС. Температура кристаллизации бензола 5,5 оС. Криоскопическая константа 5,1о. Вычислите молярную массу растворенного вещества.

Решение

Используя данные условия задачи и температуру замерзания бензола 5,5оС определим ∆Т.

∆Т = 5,5 — 5,296 = 0,204о

Для определения молярной массы растворенного вещества воспользуемся соотношением:

откуда

Ответ: 128 г/моль

181. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:

а) NaHCO3 и NaOH; б) K2SiO3 и HCl; в) BaCl2 и Na2SO4

Решение

а) NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O

Na+ + HCO3− + Na+ + OH− = 2Na+ + CO32− + H2O

HCO3− + OH− = CO32− + H2O

б) K2SiO3 + 2HCl(разб.) = SiO2↓ + 2KCl + H2O

2K+ +SiO32- +2H+ +2Cl- =2K+ +2Cl-+ SiO2↓ + H2O

SiO32- +2H+-= SiO2↓ + H2O

в) BaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaCl

Ba2+ + 2Cl- + 2Na+ +SO42- = BaSO4↓ + 2Na+ + Cl-

Ba2+ + SO42- = BaSO4↓

Источник

Расчет энергии Гиббса и энтропии химической реакции

Вычисление энергии Гиббса

Задание 101.

Вычислите для следующих реакций:

а) 2NaF (к) + Cl2 (г) = 2NaCl (к) + F2

б) PbO2 (к) + 2Zn (к) = Pb (к) + 2ZnO (к)

Можно ли получить фтор по реакции (а) и восстановить РbO2 цинком по реакции (б). Ответ: +313,94 кДж; -4 17,4 кДж.

Решение:

Реакция имеет вид:

2NaF (к) + Cl2 (г) = 2NaCl (к) + F2

Для вычисления энергии Гиббса прямой реакции используются значения соответствующих веществ, приведённых в специальных таблицах. Зная, что есть функция состояния и, что для простых веществ, находящихся в устойчивом при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим , получим:

= 2 (NaCl) — 2(NaF) = 2(-384,03) — 2(-54!,0) = +313,94 кДж.

То, что > 0, указывает на невозможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

б) Реакция имеет вид:

PbO2 (к) + 2Zn (к) = Pb (к) + 2ZnO (к)

Находим реакции, получим:

= 2(ZnO) — (PbO2) = 2(-318,2) — (-219,0) = -417,4 кДж.

То, что < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Ответ: +313,94 кДж; -4 17,4 кДж.

Равновесие системы

Задание 102.

При какой температуре наступит равновесие системы

4НСI (г) + 02 (г) = 2Н2О (г) + 2С12 (г); = -114,42 кДж?

Хлор или кислород в этой системе является более сильным окислителем и при какой температуре? Ответ: 891 К.

Решение:

Уравнение реакции имеет вид:

4НСI (г) + O2 (г) = 2Н2О (г) + 2С12 (г); = -114,42 кДж?

< 0, значит, реакция экзотермическая, идёт с выделением теплоты.

Находим из соотношения:

Для данной реакции:

= 2(Н2О) + 2 (Cl2) — (4 (HCl) + (O2);

= 2(188,72) + 2(222,95) -[ 4(186,69) + 205,03] = 128,41 Дж/моль . К.

Зная и , и, то, что = 0 можно вычислить температуру, при которой наступит равновесие системы, получим:

= — Т

При = 0 получим равенство:

= Т

Тогда

Т = / = 114,42/(128,41 . 10-3) = 891 K.

Находим энергии Гиббса реакции:

= — Т = -114,42 — 298(-0б12841) = -76б15 кДж.

Так как < 0, то реакция при стандартных условиях возможна, т.е. будет идти окисление хлора и при данных условиях (Т = 298) кислород является более сильным окислителем до температуры 891 К, т. е. до тех пор пока не наступит состояние равновесия системы, а выше 891 К более сильным окислителем станет кислород.

Ответ: 891 К.

Задание 103.

Восстановление Fe3O4 оксидом углерода идет по уравнению

Fe3O4 (к) + СО (г) = 3ЕеО (к) + СO2 (г)

Вычислите и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях, Чему равно в этом процессе? Ответ. +24,19 кДж; + 31,34 Дж/(моль . К).

Решение:

Реакция имеет вид:

Fe3O4 (к) + СО (г) = 3ЕеО (к) + СO2 (г)

Для вычисления энергии Гиббса прямой реакции используются значения соответствующих веществ, приведённых в специальных таблицах. Зная, что есть функция состояния и, что для простых веществ, находящихся в устойчивом при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим , получим:

= 3 (FeO) + (CO2) — [ (Fe3O4) + (CO)];

= 3(-244,3) + (-394,38) — [(-1014,2) + (-137,27) = +24,19 кДж.

То, что > 0, указывает на невозможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Находим из соотношения:

Для данной реакции:

= FeО) + (CO2) — [(Fe3O4) + )))э (CO)];

= (3 . 54,0 + 213,65) — (146,4 + 197,91) = +31,34 Дж/моль .К.

Ответ. +24,19 кДж; + 31,34 Дж/(моль . К).

Энтропия системы

Задание 104.

Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С2Н2 (г) + 5/2О2 (г) = 2СО2 (г) + Н2О (ж)

Вычислите и . Объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции. Ответ: -1235,15 кДж; -216,15 Дж/(моль .К).

Решение:

Реакция имеет вид:

С2Н2 (г) + 5/2О2 (г) = 2СО2 (г) + Н2О (ж)

Для вычисления энергии Гиббса прямой реакции используются значения соответствующих веществ, приведённых в специальных таблицах. Зная, что есть функция состояния и, что для простых веществ, находящихся в устойчивом при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим , получим:

= 2 (CO2) + (Н2O) — [(С2Н2) + 5/2(O2)];

= 2(-394,38) + (-237,19) — [(209,20) = -1235,15 кДж.

Энтропия () является функцией состояния, т. е. её изменение зависит только от начального (S1) и конечного (S2) состояний и, не зависит от пути процесса:

Значения находим из специальных таблиц.

Для данной реакции:

= 2S0(СО2) + S0(Н2О) — [( S0(С2Н2) + 5/2 So(O2);

= (2 . 213,65 + 69,94) — (200,82 + 5/2 .205,03) = -216,15 Дж/моль .К.

Уменьшение энтропии объясняется тем, что система в результате реакции переходит в более устойчивое состояние, так как из 3,5 объёмов газообразных веществ происходит образование 2 объёмов газообразных веществ и образуется 1 моль жидкого вещества, т. е. объём системы уменьшается, и агрегатное состояние вещества упорядочивается, < 0.

Ответ: -1235,15 кДж; -216,15 Дж/(моль . К).

Задание 105.

Уменьшается или увеличивается энтропии при переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях. Ответ: а) 118,78 Дж(моль . К); 6) -3,25 Дж/(моль . К).

Решение:

Энтропия является свойством вещества, пропорциональным его количеству. Она обладает аддитивными свойствами, т. е. при соприкосновении систем суммируется. Энтропия отражает движение частиц вещества и является мерой неупорядоченности системы. Она возрастает с увеличением движения частиц (при нагревании, испарении, плавлении, расширении газа, при ослаблении или разрыве связей между атомами и т.п.), > 0 Процессы, связанные с упорядоченностью системы (конденсация, кристаллизация, сжатие, упорядочение связей, полимеризация и т.п.) ведут к уменьшению энтропии, < 0.

а) Изменение значений энтропии при переходе воды в пар.

При переходе воды в пар энтропия будет возрастать, потому что при испарении воды происходит увеличение движения молекул, т. е. система переходит в менее устойчивое состояние, из жидкого в газообразное, > 0.

Уравнение реакции имеет вид:

Н2О (ж) → Н2О (г);

= [Н2О] (г) — [Н2О] (ж);

= 188,72 — 69,94 = +118,78 Дж/моль . К.

б) Изменение значений энтропии при переходе. При переходе графита в алмаз образуются более прочные связи между атомами углерода в алмазе, чем в графите, т. е. происходит процесс с упорядоченностью системы, упрочнение связей, что ведёт к уменьшению энтропии, < 0.

Уравнение реакции имеет вид:

С (графит) → С (алмаз);

= S0 С (алмаз) — S0С (графит);

= 2,44 — 5,69 = -3,25 Дж/моль . К.

Значения взяты из специальных таблиц.

Ответ: а) 118,78 Дж(моль . К); 6) -3,25 Дж/(моль . К).

Определение энергии Гиббса реакции

Задание 106.

Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция

Н2 (г) + СО2 (г) = СО (г) + Н2О (ж); = -2,85 кДж.

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите этой реакции. Ответ: +19,91 кДж.

Решение:

Уравнение реакции имеет вид:

Н2 (г) + СО2 (г) = СО (г) + Н2О (ж); = -2,85 кДж.

Значения находим из специальных таблиц.

Для данной реакции:

= S0(СО) + S0 (Н2О) — [( S0(Н2) + (S0СO2)];

= (197,91 + 69,94) — (130,59 + 213,65) = -76,39 Дж/моль . К.

Теперь вычислим реакции из уравнения Гиббса:

= — Т;

= -2,85 — 298(-76,39) = +19,91 кДж.

То, что > 0, указывает на невозможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм).

Ответ: +19,91 кДж.

Задание 107.

Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

2NO (г) + O2 (г) = 2NO2 (г)

Ответ мотивируйте, вычислив прямой реакции. Ответ: -69,70 кДж.

Решение:

Уравнение процесса:

2NO (г) + O2 (г) = 2NO2 (г)

Для вычисления энергии Гиббса прямой реакции используются значения соответствующих веществ, приведённых в специальных таблицах. Зная, что есть функция состояния и, что для простых веществ, находящихся в устойчивом при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, находим , получим:

= 2(NO2) — 2Г(NO) = 2 . 51,84 — 2 . 86,69 = -69,70 кДж.

То, что < 0, указывает на возможность протекания прямой реакции при Т = 298 К и давлении взятых газов равном 1,01325 Па (760 мм. рт. ст. = 1 атм.), обратная реакция не протекает при н. у..

Ответ: -69,70 кДж.

Источник