Можно ли получить фтор по реакции а и восстановить pbo2 цинком по реакции б

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↓

Задача 1

Определите количество вещества эквивалента
и молярную массу эквивалентов фосфора,
кислорода и брома в соединениях РН3, Н2О, HBr.

Решение:

1. Эквивалент
   данного элемента (количество вещества
   эквивалента) – это такое количество элемента
   или вещества, которое взаимодействует
   с 1 молем атомов водорода (1 г) или замещает
   это количество водорода в химических
   реакциях.

В данных соединениях с 1 моль
атомов водорода соединяется 
1/3 моль фосфора, 1/2 моль кислорода и 1 моль
брома. Следовательно:

 – эквивалент фосфора в соединении
РН3

 – эквивалент кислорода в соединении
Н2О

 – эквивалент брома в соединении
HBr

2. Масса
   эквивалента элемента называется молярной
   массой эквивалента:

 – молярная масса эквивалента
фосфора в соединении РН3

 – молярная масса эквивалента
кислорода в соединении Н2О

 – молярная масса эквивалента
брома в соединении HBr

Задача 21

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

Решение:

1. По периодической
   системе химических элементов найдем
   элементы с порядковыми номерами 9 и 28.
   Эти элементы: фтор (F) и никель (Ni).
2. Количество
   электронов в атоме элемента равно порядковому
   номеру этого элемента. Количество подуровней
   в атоме элемента равно номеру периода.
3. Фтор
   относится к семейству p–элементов

F:

4. Никель
   относится к семейству d–элементов

Ni:

Задача 41

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

Решение:

1. Германий
   – химический элемент периодической системы,
   расположенный в IV группе главной подгруппы
   и проявляющий высшую степень окисления
   от +4. Соответствующая ортогерманиевая
   кислота имеет формулу H4GeO4, метагерманиевая кислота H2GeO3.
2. Технеций
   (Тс) химический элемент периодической
   системы, расположеный в VII группе побочной
   подгруппе, проявляющий высшую степень
   окисления +7. Соответствующий оксид Tc2O7.
3. Графические
   формулы данных соединений: 

   – ортогерманиевая кислота 
    

   – метагерманиевая кислота 
    

   – высший оксид технеция 

Задача 61

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

Решение:

1. Ковалентная
   связь – химическая связь, образованная
   обобществлением пары валентных электронных
   облаков. Обеспечивающие связь электронные
   облака называются общей электронной парой.
2. Направленность
   ковалентной связи является результатом
   стремления атомов к образованию наиболее
   прочной связи за счет возможно большей
   электронной плотности между ядрами. Это
   достигается при такой пространственной
   направленности перекрывания электронных
   облаков, которая совпадает с их собственной.
   Исключение составляют s-электронные облака,
   поскольку их сферическая форма делает
   все направления равноценными.
3. При образовании
   молекулы воды электронные облака двух
   неспаренных 2p–электронов атома кислорода перекрываются
   с 1s–электронными облаками двух атомов
   водорода. Поскольку р-электронные облака атома кислорода
   ориентированы во взаимно перпендикулярных
   направлениях, то молекула Н2О имеет угловое строение, причем
   можно ожидать, что угол между связями
   О–Н будет составлять 90°.

Задача 81

Вычислите количество теплоты, которое
выделится при восстановлении Fe2O3 металлическим алюминием, если было
получено 335,1 г железа. Ответ: 2543,1 кДж

Дано: 

Найти: 

Решение:

1. Реакция
   восстановления железа:

2. Количество
   вещества восстановленного железа:

3. Количество
   вещества оксида железа (III) находим из
   пропорции по реакции:

4. Энтальпией образования (стандартной
   теплотой образования) сложного вещества
   называется количество энергии (теплоты),
   выделяемое или поглощаемое при образовании
   одного моля сложного вещества из простых
   при стандартных условиях

По закону Гесса тепловой эффект
реакции (изменение энтальпии) равен разности
между суммой энтальпий образования 
продуктов реакции и суммой энтальпий
образования  исходных веществ с учетом
их стехиометрических коэффициентов и
агрегатных состояний.

Стандартная энтальпия образования
оксида железа
; стандартная
энтальпия образования оксида алюминия
; стандартная
энтальпия образования простых веществ
равна нулю. Тогда уравнение изменения
энтальпии в реакции восстановления железа:

5. С учетом того, что в реакцию вступило
   3 моль оксида железа, то количество теплоты, которое выделится
   при восстановлении железа:

Ответ:

Задача 101

Вычислите
для
следующих реакций: 

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

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

Можно ли получить фтор по реакции (а)
и восстановить  PbO2 цинком по реакции (б). Ответ: +313,94
кДж; –417,4 кДж

Решение:

1. В химических процессах одновременно
   действуют два противоположных фактора  энтропийный (
   ) и энтальпийный (
   ). Суммарный эффект этих противоположных факторов в процессах, протекающих при постоянном давлении и температуре, определяет изменение энергии Гиббса (
   ):

2. Стандартная энтальпия образования веществ:

3. По закону Гесса тепловой эффект реакции
   (изменение энтальпии) равен разности
   между суммой энтальпий образования 
   продуктов реакции и суммой энтальпий
   образования  исходных веществ с учетом
   их стехиометрических коэффициентов и агрегатных
   состояний. Тогда уравнение изменения
   энтальпии в реакции:

4. Стандартная энтропия образования веществ:

5. Изменение энтропии в реакции равно разности между суммой энтропий образования  продуктов реакции
   и суммой энтропий образования  исходных веществ
   с учетом их стехиометрических коэффициентов
   и агрегатных состояний:

6. Изменение энергии Гиббса
   :
7. Характер изменения энергии Гиббса позволяет
   судить о принципиальной возможности осуществления процесса. При 
    процесс может протекать, при 
   процесс протекать не может (иными словами,
   если энергия Гиббса в исходном состоянии
   системы больше, чем в конечном, то процесс
   принципиально может протекать, если наоборот —
   то не может). Если же
   , то система находится в состоянии химического равновесия.
1. – реакция протекать не может
2. – реакция протекать может

Ответ: получить фтор по реакции (а) невозможно;

восстановить PbO2 цинком по реакции (б) возможно

Задача 121

Окисление серы и ее диоксида протекает
по уравнениям:  
а) S(к)+О2(г)=SO2(г); 

б) 2SO2(г)+О2(г)=2SO3(г).

Как изменятся
скорости этих реакции, если объемы каждой
из систем уменьшить в 4 раза?

Решение:

При постоянной температуре скорость
химической реакции прямо пропорциональна
произведению концентраций реагирующих
веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим
коэффициентам в уравнении реакции.

1.  
   Согласно кинетическому уравнению:
   . При уменьшении объема в 4 раза концентрация
   O2 увеличится в 4 раза, тогда:
   , т.е. скорость реакции увеличится
   в 4 раза.
2.  
   Согласно кинетическому уравнению:

   . При уменьшении объема в 4 раза концентрации
   O2 и SO2 увеличатся в 4 раза, тогда:
   , т.е. скорость реакции увеличится
   в 64 раза.

Ответ: скорость реакции (а) увеличится в 4 раза;

скорость реакции (б) увеличится в 64 раза

Задача 141

Вычислите молярную концентрацию и молярную
концентрацию эквивалента 20%-ного раствора
хлорида кальция плотностью 1,178 г/см3. Ответ: 2,1М; 4,2 н.

 Дано: 

Найти: 

Решение:

1. Принимаем
   объем раствора 1000 мл, тогда его масса
   составляет:

2. Массовая
   процентная концентрация показывает число
   граммов (единиц массы) вещества, содержащееся
   в 100 г (единиц массы) раствора, следовательно,
   масса соли, содержащейся в 1000 мл раствора,
   составляет:

3. Молярная
   масса соли составляет:

4. Молярное
   количество вещества растворенной соли
   составляет:

5. Молярная
   концентрация показывает число молей
   растворенного вещества, содержащихся
   в 1 л раствора, следовательно:
6. Эквивалент
   – это реальная или условная частица, которая
   в кислотно-основных реакциях присоединяет
   (или отдает) один ион Н+ или ОН–, в окислительно-восстановительных
   реакциях принимает (или отдает) один электрон,
   реагирует с одним атомом водорода или
   с одним эквивалентом другого вещества.

Эквивалент
соли равен:
, где:
М – молярная масса соли; z – валентность
катиона; х – количество атомов катиона
в соединении.

Молярная
концентрация эквивалента (нормальная
концентрация) – это число молей эквивалентов
вещества, содержащихся в одном литре
раствора (моль/л), следовательно: