Подгруппа серы
1. Рассчитайте объёмную долю сероводорода в газовой смеси, не содержащей других восстановителей, если при пропускании 20 л газа через избыток нейтрального раствора перманганата калия образовалось 40.5 г осадка (после дегидратации).
2. В закрытый сосуд под давлением 300 атм были помещены 8 моль диоксида серы и 4 моль кислорода. К моменту наступления равновесия давление в системе уменьшилось на 80 атм. Определите степени превращения исходных веществ.
3. Рассчитайте объем 96 % серной кислоты (r = 1.84 г / см3), необходимый для приготовления 500 мл 0.5 н. раствора.
4. Рассчитайте массу селена, которая может быть получена при взаимодействии 5.0 г селенида цинка с 300 мл 11.81 % раствора азотной кислоты (r = 1.067 г / см3). Рассчитайте степень превращения селенида цинка, если масса осадка составила 3.5 г.
5. Рассчитайте объем 35 % раствора гидроксида натрия (r = = 1.38 г / см3), необходимый для нейтрализации раствора, получен-ного смешением 350 мл 84.5 % раствора серной кислоты (r = = 1.78 г / см3) и 500 мл 42 % раствора этой кислоты (r = 1.36 г / см3).
6. Рассчитайте объем воды, который необходимо прибавить к 1.5 л раствора 6.4 г диоксида серы в хлороформе, чтобы извлечь 5.12 г диоксида серы. Определите, как изменится доля неэкстрагированного вещества, если рассчитанный объем воды разделить на 4 равные порции и прибавлять их последовательно. Коэффициент распределения диоксида серы между хлороформом и водой равен 0.953.
7. Через 100 мл 0.5 М водного раствора селенита натрия пропустили избыток диоксида серы. Рассчитайте массу полученного осадка.
8. Рассчитайте рН раствора, полученного смешением 100 мл 0.2 н. раствора серной кислоты, 150 мл 0.2 М раствора едкого натра и 150 мл воды.
9. Рассчитайте значение энтальпии образования H2SO4 (ж), если DНf (SO2 (г)) = - 297 кДж / моль, DНf (Н2О (ж)) = - 286 кДж / моль, энтальпии реакций
SO3 (г) + H2O (ж) ® H2SO4 (ж) DH1 = - 130 кДж / моль,
SO2 (г) + 1/2O2 (г) ® SO3 (г) DН2 = - 95 кДж / моль.
10. Вычислите энтальпию реакции
2H2S (г) + SO2 (г) ® 3S (т)+ 2H2O (г)
при постоянном давлении, если DHf (SO2) = - 297 кДж / моль, а энтальпия реакции
H2S (г) + 3/2 O2 (г) ® H2O (г) + SО2 (г) DH = - 563 кДж / моль.
11. По значениям констант равновесия реакций при 1000 К
2 SO3 Û 2 SO2 + O2 Кр1 = 4.7 . 10-4 Па
2 CO2 Û 2 CO + O2 Кр2 = 3.7 . 10-16 Па
вычислите константу равновесия реакции SO2 + CO2 Û SO3 + CO.
12. Серная кислота затвердевает при 10.5 oС. Рассчитайте ее энтропию плавления при этой температуре, если ее удельная теплота плавления составляет 109 Дж / г.
13. В сосудах объемами 100 л за 5 минут образуются 17 г сероводорода и 24 г сернистого газа. Рассчитайте скорости образования этих веществ и сравните их.
14. Составьте кинетическое уравнение реакции
S2O82- +3I- ® 2 SO42- + I3-,
если ее скорость увеличивается в 2 раза при увеличении концентрации ионов S2O82- в 2 раза и увеличивается в 3 раза при увеличении ионов I- в 3 раза.
15. В одном из опытов по изучению скорости реакции
H2S2O3 (р) ® H2O (ж) + SO2 (р) + S (т)
одна и та же плотность суспензии серы достигается за 110 с при 20 оС и за 45 с при 30 оС. Рассчитайте температурный коэффициент скорости реакции и энергию активации.
16. Определите, из скольки атомов состоит молекула серы, если температура кипения раствора 4.455 г серы в 50 г бензола на 0.891 оС выше температуры кипения чистого бензола. Эбулиоскопическая константа бензола равна 2.60 К . кг / моль.
17. Температура замерзания 10 % раствора серной кислоты равна - 5.5 оС. Вычислите степень диссоциации серной кислоты в этом растворе. Криоскопическая константа воды равна 1.86 К . кг / моль.
18. Вычислите рН раствора, полученного приливанием 9.5 мл 96 % раствора серный кислоты (r = 1.84 г / мл) к 8.5 л воды. Примите, что серная кислота диссоциирует полностью.
19. Рассчитайте растворимость Н2S в воде на основании следующих данных:
Н2S + 4H2O ® SO42- + 10Н+ + 8 е- Е1о = 0.303 В,
Н2S (г) + 4Н2О ® SO42- + 10Н+ + 8 е- Е2о = 0.311 В.
20. Вычислите среднюю энергию связи Н-Se, если DHf (Н2Se) = = 85.77 кДж / моль, энергия диссоциации Н2 равна 435.9 кДж / моль.
21. При 30 оС константа равновесия Кp реакции термораспада хлористого сульфурила равна 0.029 атм. Вычислите степень его диссоциации, если общее давление смеси составляет 0.5 атм.
22. Рассчитайте концентрации ионов Na+, S2-, HS-, H+, OH- и молекул H2S в 0.1 М растворе Na2S, если Кa1 (Н2S) = 6 . 10-8, Ka2 (H2S) = = 1 . 10-14, Kw = 1 , 10-14.
АЗОТ. ФОСФОР
1. Для промышленного получения ортофосфорной кислоты используют фосфоритную руду, содержащую 75 % ортофосфата кальция и другие компоненты, не содержащие фосфора. Рассчитайте объем 60 % ортофосфорной кислоты (r = 1.43 г / см3), который может быть получен из 1 т руды.
2. Рассчитайте молярность, нормальность и моляльность 11 % раствора сульфата аммония. Плотность раствора 1.056 г / мл.
3. Твердый продукт термического разложения 0.505 г нитрата калия растворили в воде, добавили избыток хлорида аммония и нагрели. Полученный газ собрали над водой при давлении 1 атм и температуре 25 оС (давление паров воды 23.76 мм рт.ст.). Высота столба жидкости в эвдиометре 5 см. Рассчитайте объем газа в эвдиометре.
4. Навеску кальция обработали азотом при нагревании. Полученный продукт растворили в воде, раствор прокипятили. Выделившийся при этом газ объемом 0.863 л (н.у.) пропустили через 200 мл 0.2 н. раствора серной кислоты. На титрование 20 мл полученного раствора было израсходовано 26.4 мл 0.1 н. раствора щелочи. Определите степень превращения исходного металла в нитрид.
5. В реакторе объемом 5 л находилось 6 моль PCl5. При некоторой температуре Кс реакции РCl5 (г) ® PСl3 (г) + Cl2 (г) составляет 0.04 моль / л. Рассчитайте равновесные концентрации и плотность по водороду образующейся смеси.
6. Для приготовления буферного раствора с pH = 10 используют 0.1 М водный раствор гидроксида аммония и твердый хлорид аммония. Рассчитайте массу твердого вещества, необходимую для приготовления 0.5 л буферного раствора.
7. Рассчитайте моляльность нашатырного спирта, если для его приготовления смешивают 25 % водный раствор аммиака (r = = 0.91 г / мл) с водой в объемном соотношении 1:5.
8. В вакуумированной ампуле объемом 2 л находилось 4.6 г N2O4. После нагревания до 47 оС давление в сосуде установилось равным 0.83 атм. Рассчитайте степень термической диссоциации исходного вещества.
9. Рассчитайте pH 0.1 М раствора азида натрия при 22 оС. Кa (HN3) = 2 . 10-5.
10. К 50 мл смеси азота и аммиака прибавили 150 мл водорода, смесь нагрели над платиной. В результате объем ее сократился до 160 мл. Полученную после реакции газовую смесь пропустили через 120 мл 0.2 н. раствора соляной кислоты, в результате концентрация кислоты стала равной 0.182 М. Определите состав исходной газовой смеси в мольных процентах. Все объемы газов измерены при нормальных условиях.
11. Масса 1 л азота при 0 оС и 101325 Па равна 1.25050 г, а при 0 оС и при 10132.5 Па равна 0.125002 г. Вычислите наиболее точное значение молярной массы азота.
12. Рассчитайте, какое количество теплоты необходимо затратить на нагревание 280 г азота от 20 оС до 30 оС при постоянном объеме.
13. Рассчитайте DHfо (NH4NO2 (т)), если DHfо (H2O (ж)) = = - 285.8 кДж / моль, а тепловой эффект реакции при постоянном объеме
NH4NO2 (г) ® N2 (г) + Н2О (ж) DU = - 310.0 кДж / моль.
14. Определите DHfо (PCl5) из следующих данных:
Р4 + 6 Cl2 ® 4PCl3 DH1 = - 1272.0 кДж / моль,
PCl3 + Cl2 ® PCl5 DH2 = -137.2 кДж / моль.
15. Вычислите энтальпию образования водного раствора азотистой кислоты по следующим данным:
NH4NO2 (p) ® N2 (г) + 2 H2O (ж) DH1 = - 320.0 кДж / моль,
NH3 (p) + HNO2 (p) ® NH4NO2 (p) DH2 = - 37.7 кДж / моль,
NH3 (p) ® 1/2 N2 (г) + 3/2 H2 (г) DH3 = + 84.9 кДж / моль,
H2 (г) + 1/2 O2 (г) ® H2O (ж) DH4 = - 285.8 кДж / моль.
16. Константа равновесия Кp реакции
NH4Cl (т) ® NH3 (г) + HСl (г)
при 25 оС равна 2.6 . 10-7 Па2, а DHо (298) = 177.1 кДж / моль. Рассчитайте, при какой температуре хлорид аммония разлагается при давлении 1 атм.
17. В вакуумированную стеклянную ампулу вместимостью 15.26 см3 помещено 0.2344 г нитрита аммония и проведено полное термическое разложение этой соли. Определите давление в ампуле, охлажденной до - 60 оС.
18. Вычислите константу равновесия Кр реакции димеризации диоксида азота при 298 К, если
DHfо 298 (NO2 (г)) = 33.89 кДж / моль,
DHfо 298 (N2O4 (г))= 9.37 кДж / моль,
So298 (NO2 (г)) = 240.45 Дж / моль . К,
So298 (N2O4 (г))= 304.3 Дж / моль . К.
19. Из контактного аппарата для синтеза аммиака выходит газ, содержащий 0.4 % аммиака, 24.9 % азота и 74.7 % водорода. Эта газовая смесь поглощается водой. Какой состав имеет газ, выделенный из воды кипячением, если коэффициенты абсорбции составляют: 1150 для аммиака, 0.0235 для азота, 0.0215 для водорода.
20. Константа скорости реакции
2 NO2 (г) ® 2 NO (г) + O2 (г)
при 600 К равна 84 л / моль . с, а при 640 К - 410 л / моль . с. Вычислите энергию активации реакции и предэкспоненциальный множитель. Рассчитайте константу скорости реакции при 620 К (интерполяция) и при 580 и 660 К (экстраполяция).
21. Вещество содержит 22.21 % азота, 1.59 % водорода и 76.20 % кислорода. Раствор, содержащий 1 г этого вещества в 100 г воды, замерзает при - 0.472 оС. Раствор, содержащий 1 г этого же вещества в 100 г бензола, замерзает при 5.419 оС. Установите истинную формулу данного вещества и его состояние в указанных растворах. Криоскопические константы воды и бензола равны 1.86 и 5.07 К . кг / моль соответственно, температура замерзания бензола 5.45 оС.
22. Рассчитайте концентрации ионов Н+, ОН-, Н2РО4-, НРО42-, РО43-, а также молекул Н3РО4 в 0.1 М растворе фосфорной кислоты, если Кw = 1 . 10-14, Кa1 = 7.52 . 10-3, Кa2 = 6.81 . 10-8, Кa3 = 1.26 . 10-12 при 25 оС.
23. Вычислите константу диссоциации азотистой кислоты, если рН 0.1 М раствора кислоты равен 2.167.
24. Рассчитайте рН раствора, в 5 л которого содержится 20 г хлорида аммония, если Кв = 1.8 . 10-5, Кw = 1 . 10-14.
25. Рассчитайте, сколько граммов хлорида аммония необходимо прибавить к 100 мл 0.01 М раствора NH4OH, чтобы среда стала нейтральной. Кв = 1.8 . 10-5, Кw = 1 . 10-14.
26. Рассчитайте ЭДС гальванического элемента
Pt, H2 ½ 0.02 M HN3 êê 0.5 M NH2OH ½ H2, Pt
если Ka (HN3) = 2.6 . 10-5, Кв (NH2OH) = 9.33 . 10-9, Кw = 1 . 10-14, стандартный электродный потенциал реакции Н2 - 2 е- ® 2Н+ Ео = 0 В.
27. Константа диссоциации Кb (NH4OH ) при 18 оС равна 1.72 . 10-5 моль / л, а при 25 оС - 1.81 . 10-5 моль / л. Рассчитайте энтальпию диссоциации и константу диссоциации гидроксида аммония при 20 оС.
УГЛЕРОД. КРЕМНИЙ
1. Рассчитайте pH 0.65 % раствора цианида калия при 22 оС. Кa (HCN) = 7.9 . 10-10. Плотность раствора составляет 1.00 г / мл.
2. Смесь 4.5 г диоксида кремния и 5.4 г магния нагревают. После окончания реакции и охлаждения шихты к ней добавляют раствор соляной кислоты. Оставшееся твердое вещество растворяют в концентрированном растворе гидроксида натрия, при этом выделяется 2.52 л газа (н.у.). Рассчитайте выход полученного кремния.
3. Водный раствор насыщен при 22 оС карбонатом бария (ПР = 4.65 . 10-9) и карбонатом кальция (ПР = 1.2 . 10-8). Рассчитайте равновесные концентрации ионов в растворе.
4. Плотность по воздуху некоторого газообразного силана равна 2.15. Определите молекулярную формулу силана.
5. Рассчитайте рН 0.8 л 0.2 н. раствора уксусной кислоты (Ка = 1.8 . 10-5) до и после добавления к нему 4.1 г ацетата натрия.
6. К 120 мл смеси метана, угарного и углекислого газов прибавили 240 мл кислорода. После химической реакции газ был пропущен через озонатор, в результате чего объем газа оказался равным 250.7 мл. Степень превращения кислорода в озонаторе при этом составила 20 %. После пропускания исходной смеси в обычных условиях через 200 мл 0.500 н. раствора едкого натра нормальность щелочи уменьшилась до 0.482 н. Определите объемный состав исходной газовой смеси. Объемом образующейся воды необходимо пренебречь. Все объемы газообразных веществ приведены к нормальным условиям.
7. Три сосуда емкостью 30, 40 и 10 л, заполненные соответственно метаном, этаном и угарным газом под давлениями 1, 1.5 и 2 атм, соединены через краны. Рассчитайте парциальные давления газов и общее давления газовой смеси, полученной при открытых соединительных кранах.
8. Вещество имеет состав: 36.36 % кислорода, 9.12 % водорода, 54.52 % углерода. Пары вещества были взвешены в колбе при температуре 20 оС и давлении 93300 Па. Емкость колбы 293 мл, масса колбы с воздухом 48.369 г, масса колбы с парами вещества 48.537 г. Установите молекулярную формулу вещества.
9. Для установления формулы газообразного углеводорода 5 мл пробы были сожжены в избытке кислорода. Образовалось 15 мл углекислого газа и 20 мл паров воды. Установите формулу углеводорода.
10. Изомеры C2H2Cl2 имеют следующие электрические моменты диполей: 0 Д, 1.2 Д, 1.9 Д. Укажите формулы этих изомеров.
11. Пользуясь определением атомной массы, рассчитайте величину 1 а.е.м. в граммах и килограммах.
12. При сгорании глюкозы при 298 К DH = -2538.6 кДж / моль, DG = - 2818.6 кДж / моль. Вычислите изменение энтропии в ходе сгорания.
13. Вычислите энтальпию образования глюкозы, если энтальпия образования углекислого газа - 393.7 кДж / моль, энтальпия образования воды - 241.8 кДж / моль, а энтальпия сгорания глюкозы DH = - 2538.6 кДж / моль.
14. Вычислите равновесные парциальные давления CO2 и CО при 1000 К над смесью карбоната кальция и углерода, если константы равновесия реакций:
CaCО3 (т) Û CaO(т) + CO2 (г) Кр1 = 3.95 . 103 Па,
С (т) + СO2 (г) Û 2CO (г) Кр2 = 1.92 . 105 Па.
15. Константа равновесия Кр реакции
2 СО2 (г) ® 2 СО (г) + О2 (г)
при 1000 К равна 3.7 . 10-16 Па. Вычислите Кр реакции при 2000 К, приняв, что в этом температурном интервале DrH = DrHo (1500 К) = = 561.9 кДж / моль.
16. Составьте кинетическое уравнение реакции образования фосгена CO (г) + Cl2 (г) ® COCl2 (г), если уменьшение парциального давления СО в 3 раза приводит к уменьшению скорости реакций в 3 раза, а увеличение парциального давления Cl2 в 4 раза приводит к ускорению реакции в 8 раз. Рассчитайте общий порядок реакции.
17. Определите процентное содержание камфоры C10H16O и мочевины (NH2)2CO в смеси, если криоскопическая константа камфоры равна 40 К . кг / моль, температура плавления камфоры 178.4 оС, а смеси камфоры и мочевины 171.55 оС.
18. Коэффициент абсорбции Бунзена для CO2 при 25 оС равен 0.76. Рассчитайте концентрацию ионов CO32-, HCO3- , H+, OH- и молекул CO2 и H2CO3 в растворе, полученном насыщением воды углекислым газом при 25 оС и давлении 1 атм. Ионное произведение воды Кw = 10-14, истинная константа диссоциации H2CO3 по первой ступени равна Кa1 = 1.32 . 10-4, кажущиеся константы диссоциации Ка1 = = 4.45 . 10-7 , Ка2 = 4.69 . 10-11.
19. Проведя соответствующие расчеты, покажите, что действие углекислого газа на известковую воду приводит вначале к образованию осадка CaCО3, а в избытке углекислого газа - к его растворению. ПР(Ca(OH)2) = 5.5 . 10-6, ПР(CaCО3) = 3.8 . 10-9, Кw = 1 . 10-14, Ка1 (H2CO3) = 4.45 . 10-7, Ка2 (H2CO3) = 4.69 . 10-11.
20. Рассчитайте pH раствора при 25 оС, полученного при полном гидролизе 1.28 г карбида кальция и разбавленного водой до 2 л.
БОР. АЛЮМИНИЙ
1. В некотором боране массовая доля бора составляет 78.26 %. Плотность борана по воздуху равна 0.953. Определите молекулярную формулу борана.
2. Cмесь частично окисленных магния и алюминия массой 0.50 г обработали раствором едкого натра. Масса образовавшегося при этом осадка составила 0.25 г. Выделившийся газ, собранный при температуре 20 оС и атмосферном давлении 750 мм рт.ст. занял в эвдиометре объем 68 мл. Высота столба жидкости при этом составила 11.2 см. При обработке исходной смеси раствором соляной кислоты выделившийся газ, собранный при тех же условиях, занял в эвдиометре объем 255 мл. Высота столба жидкости при этом составила 10.4 см. Определите состав исходной смеси. Давление паров воды при температуре эксперимента составляет 17.54 мм рт.ст.
3. Раствор, содержащий 0.5 г бромида алюминия (III) в 200 г бензола, замерзает при температуре на 0.025 оС ниже температуры замерзания чистого бензола. Установите состояние молекул бромида алюминия в бензольном растворе. Криоскопическая константа бензола равна 5.07 К . кг / моль.
4. Минерал бирюза содержит 2.3 % водорода, 14.2 % фосфора, 24.8 % алюминия, 58.7 % кислорода и примесь меди, вызывающую окраску. Запишите формулу минерала через формулы входящих в него оксидов.
5. Пользуясь правилом Дюлонга-Пти, оцените количество теплоты, которое выделяется при охлаждении 50 г алюминия от 40 оС до 15 оС.
6. При -146 оС давление паров диборана составляет 10 мм рт.ст., а при -122 оС оно достигает 100 мм рт.ст. Рассчитайте температуру кипения диборана.
7. Растворимость борной кислоты в воде при 13 оС равна 38.5 г на 1 л раствора и 49.1 г / л при 20 оС. Рассчитайте энтальпию растворения борной кислоты.
8. Пользуясь теорией Дебая-Хюккеля, рассчитайте активности ионов в 0.01 М растворе хлорида алюминия (III).
9. Рассчитайте константы гидролиза Al2S3 и Al2(CO3)3 и покажите возможность глубокого протекания гидролиза. Кw = 10-14, ПР (Al(OH)3) = 1 . 10-32, Ка1(H2S) = 6 . 10-8, Ka2 (H2S) = 1 . 10-14, Ka1(H2CO3) = 4.45 . 10-7, Ka2 (H2CO3) = 4.69 . 10-11.
10. Определите тепловой эффект при сгорания 6.05 л (н.у.) диборана на воздухе, если DHf (B2H6 (г)) = 35 кДж / моль, DHf (B2O3 (т)) = = - 1272 кДж / моль, DHf (H2O (ж)) = - 286 кДж / моль.
11. Для осветления питьевой воды к ней добавляют сульфат алюминия. Образуется гидроксид алюминия, хлопья которого адсорбируют взвешенные частицы. Установите остаточную концентрацию (мг / л) ионов алюминия в питьевой воде, имеющей pH = 6.55 при 25 оС. ПР (Al(OH)3) = 5.7 . 10-32.
12. Печь для выплавки алюминия потребляет ток силой 20 кА. Какое количество угольных анодов (кг) требуется для ее работы в течении суток, если 15 % выделяющегося кислорода вступают в реакцию с материалом анода с образованием CO2.