2550

Министерство образования и науки РФ ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная

академия (СибАДИ)»

В.А.Хомич, С.А.Эмралиева

СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ХИМИИ

Омск

СибАДИ

2011

1

УДК 546

ББК 24.1 С 91

Рецензенты: канд.хим.наук, доц. Л.Н.Котова (ОмГТУ); канд.хим.наук, доц. В.Л.Штабнова (ОГИС)

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве сборника задач для студентов очной и заочной форм обучения.

Сборник задач по химии / В.А.Хомич, С.А.Эмралиева. Омск: СибАДИ, 2011. 179 с.

Сборник задач для самостоятельной работы по углубленному изучению химии для студентов направлений бакалавриата: 140400 – электроэнергетика и электротехника, 141100 – энергетическое машиностроение, 151000 – технологические машины и оборудование, 190100 – Наземные транспортнотехнологические комплексы, 190600 – Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов, 190700 – Технология транспортных процессов, 220700 – Автоматизация технологических процессов и производств.

Сборник задач содержит теоретический материал, разобранные примеры решения типовых задач и условия задач, тестовые задания, а также необходимые справочные таблицы. Условия задач могут быть использованы в качестве заданий для выполнения контрольной работы студентами заочной формы обучения.

Табл. 11. Библиогр.: 6 назв.

ГОУ «СибАДИ», 2011

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………… 4

ДЕДАКТИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА 1. ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ…………………………………………………………………………. 5

1.Моль. Эквивалент. Закон эквивалентов…………………………………. 5

2.Строение атома и периодическая система элементов……..……………. 14

3.Классы неорганических соединений…………………………………….. 34

4.Способы выражения состава растворов…………………………………. 47

5.Окислительно-восстановительные реакции…………………………….. 59

ДЕДАКТИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА 2. ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ…………… 72

6.Основы химической термодинамики. Термохимия…………………….. 72

7.Основы химической термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса……. 84

8.Химическая кинетика и равновесие…………………………………...... 96

9.Общие свойства растворов……………………………………………….. 114

10. Электрохимические процессы. Гальванические элементы…………… 126

11.Электрохимические процессы. Коррозия металлов………………....... 137

12.Электрохимические процессы. Электролиз……………………………. 150

3

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина «Химия» преподается студентам на лекциях, а также лабораторных занятиях, так как химия является экспериментальной наукой. С введением контроля знаний студентов путем тестирования, навыков в практическом применении теоретических химических знаний, получаемых на лабораторных работах, становится явно недостаточно. Для овладения алгоритмами решения задач и выполнения тестовых заданий необходима самостоятельная работа студентов, для которой и предназначен данный сборник.

Сборник задач включает материал двух основных дедактических единиц (ДЕ):

Первая ДЕ «Общая и неорганическая химия» включает 5 тем:

1.Моль. Эквивалент. Закон эквивалентов.

2.Строение атома и периодическая система элементов.

3.Классы неорганических соединений.

4.Способы выражения состава растворов.

5.Окислительно-восстановительные реакции.

Вторая ДЕ «Физическая химия» включает 7 тем:

6.Основы химической термодинамики. Термохимия.

7.Основы химической термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса.

8.Химическая кинетика и химическое равновесие.

9.Общие свойства растворов.

10.Электрохимические процессы. Гальванические элементы.

11.Электрохимические процессы. Коррозия металлов.

12.Электрохимические процессы. Электролиз.

Таким образом, материал сборника охватывает 12 тем. В приложениях сборника даются таблицы со справочными физикохимическими данными, необходимыми для выполнения заданий.

По каждой теме курса химии, при подготовке к лабораторной работе, студент, после прочтения лекции, должен ознакомиться с теоретическим материалом этого сборника, рассмотреть примеры решения типовых задач, прорешать задачи и выполнить тесты.

Условия задач могут быть использованы в качестве заданий для выполнения контрольной работы студентами заочной формы обучения. Для этого в приложении 1 (табл. П1) приведены номера задач, соответствующие каждому варианту. Всего вариантов – 30, количество задач в каждом варианте – 12.

4

ДЕДАКТИЧЕСКАЯ ЕДИНИЦА 1

ОБЩАЯ И НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

1. Моль. Эквивалент. Закон эквивалентов

Основной единицей количества вещества по Международной системе является моль. Моль - это количество вещества, содержащее столько структурных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг изотопа углерода 126С. Структурными единицами могут быть атомы, молекулы, ионы, электроны и другие частицы вещества. Моль – это количество вещества, в котором содержится число частиц, равное постоянной Авогадро (6,02·1023 моль-1). Масса моля вещества М выражается в г/моль. Молярная масса вещества в граммах численно равна его относительной молекулярной (атомной) массе, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м.).

Кроме «моля» в химии применяют такое понятие, как «эквивалент». В некоторых химических реакциях условно принимает участие не целое количество молей структурных единиц, а лишь часть единицы, называемая эквивалентом. Эквивалент – это реальная или условная часть вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать один ион водорода в обменных реакциях или один электрон в окислительно-восстановительных реакциях. Эквивалент – безразмерная величина.

Эквивалент элемента – это такое количество вещества, которое соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Масса эквивалента элемента называется молярной массой эквивалента mЭ. Количество эквивалентов nЭ выражается в молях, а молярная масса одного эквивалента – в г/моль.

Для решения практических задач в химии молярные массы эквивалентов mЭ рассчитываются по следующим формулам:

mЭ = М/В,

где В – валентность.

Если молекула простого вещества состоит из n атомов, то

mЭ = M/nаB.

5

mЭ(кислоты) = M(кислоты)/D,

где D – основность кислоты (количество ионов водорода);

mЭ(основания) = M(основания)/D,

где D – кислотность основания (количество гидроксильных групп);

mЭ(соли) = M(соли)/nа·B,

где nа - число атомов металла; В – валентность металла;

mЭ(оксида) = M(оксида)/nа·B,

где nа - число атомов элемента, В – валентность элемента.

Согласно закону эквивалентов массы (объемы для газов) реагирующих друг с другом веществ m1(V1) и m2(V2) пропорциональны молярным массам их эквивалентов mЭ1 и mЭ2 (молярным объемам их эквивалентов VЭ1 и VЭ2).

Объем, занимаемый при данных условиях молярной массой или молярной массой эквивалентов газообразного вещества, называется

молярным или, соответственно, молярным объемом эквивалентов

этого вещества. Молярный объем любого газа при н.у. VМ = 22,4 дм3·моль-1. Отсюда молярный объем эквивалентов водорода VЭ(Н2), молекула которого состоит из двух атомов, равен 22,4/2 = 11,2 дм3·моль-1.

Примеры решениятиповых задач

Пример 1. Выразите в молях: а) 6,02·1021 молекул СО2; б) 1,2·1024 атомов кислорода; в) 2,0·1023 молекул воды. Определите молярную массу указанных веществ.

6

Решение. Моль – это количество вещества, в котором содержится число частиц любого определенного вида, равное постоянной Авогадро (табл. П.3). Отсюда: а) 0,01 моль; б) 2 моль; в) 1/3 моль.

Так как молекулярные массы СО2 и Н2О и атомная масса кислорода соответственно равны 44, 18, 16 а.е.м., то их молярные массы равны: а) 44 г/моль; б) 18 г/моль; в) 16 г/моль.

Пример 2. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 дм3 водорода (н.у.) Вычислите молярную массу эквивалентов оксида металла и металла. Чему равна молярная масса металла?

Решение. Согласно закону эквивалентов

Из последнего уравнения находим молярную массу эквивалентов оксида металла :

Молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей. Отсюда

mЭ(Ме) = mЭ(МеО) – mЭ(О) =35,45 – 8 = 27,45 г/моль.

Молярная масса металла определяется из соотношения mЭ =M/В.

Отсюда М = 27,45 · 2 = 54,9 г/моль.

Пример 3. Вычислите молярные массы эквивалентов H2SО4 и

Решение. Молярная масса эквивалента сложного вещества, так же как и молярная масса эквивалента элемента, может иметь различные

7

значения и зависит от того, в какую реакцию обмена вступает это вещество. Молярная масса эквивалента кислоты (основания) равна молекулярной массе М, деленной на число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл (на число вступающих в реакцию гидроксильных групп). Следовательно, молярная масса эквивалента Н2SО4 в реакции (1) равна MH2SO4, а в реакции (2) – MH2SO4/2. Молярная масса эквивалента Аl(ОН)3 в реакции (3) равна MАl(ОН)3 а в реакции (4) – MАl(ОН)3/3.

Задачу можно решить и другим способом.

Так как Н2SО4 взаимодействует с одним эквивалентом КОН и двумя эквивалентами магния, то ее молярная масса эквивалента равна в реакции (1) М/1 и в реакции (2) – М/2.

Аl(ОН)3 взаимодействует с одним эквивалентом НС1 и тремя эквивалентами НNО3, поэтому его молярная масса эквивалента в реакции (3) равна М/1, в реакции (4) – М/3. Следовательно, молярные массы эквивалентов

Пример 4. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,6 г его гидроксида. Вычислите молярную массу эквивалентов металла.

Решение. Аналогично примеру 2, записываем соотношение

Пример 5. В какой массе Са(ОН)2 содержится такое же количество эквивалентов вещества, сколько в 312 г А1(ОН)3?

Решение. mЭ[А1(ОН)3] = М/Z = 78/3 г/моль. Следовательно, количество эквивалентов вещества А1(ОН)3

nЭ[А1(ОН)3] = m[А1(ОН)3]/mЭ[А1(ОН)3] = 312/26 = 12 моль; mЭ[Са(ОН)2] = 74/2 = 37 г/моль.

Отсюда m[Са(ОН)2] = mЭ[Са(ОН)2] · nЭ = 37 · 12 = 444 г.

8

Пример 6. Вычислите абсолютную массу молекулы серной кислоты в граммах.

Решение. Моль любого вещества содержит постоянную Авогадро NА структурных единиц (в нашем примере молекул) (табл. П.1).

MH2SО4 = 98,0 г/моль. Следовательно, масса одной молекулы

98/(6,02·1023) = 1,63·1022 г.

Пример 7. Вычислите массу металла, молярная масса эквивалента которого 12,16 г/моль взаимодействует с 310 см3 кислорода, измеренного при н.у.?

Решение. Молярная масса О2 (32 г/моль) при н.у. занимает объем 22,4 дм3, а объем молярной массы эквивалента кислорода (8 г/моль) равен

22,4 5,6 дм3.

4

По закону эквивалентов,

Задачи для самостоятельного решения

1-1. Определите, в какой массе NaOH содержится такое же количество вещества эквивалентов, сколько в 140 г КОН?

Ответ: 100 г.

1-2. Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислите молярную массу эквивалентов этого металла.

Ответ: 32,5 г/моль.

1-3. Из 1,3 г гидроксида металла получается 2,85 г его сульфата. Вычислите молярную массу эквивалентов этого металла.

Ответ: 9 г/моль.

9

1-4. Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58 % кислорода. Вычислите молярную массу эквивалентов и молярную массу этого элемента.

Ответ: 17,3 г/моль; 52 г/моль.

1-5. Чему равен при н.у. объем эквивалентов водорода? Вычислите молярную массу эквивалентов металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсходовано 0,28 дм3 водорода

(н.у.).

Ответ: 11,2 дм3; 32,68 г/моль.

1-6. Выразите в молях: а) 6,02·1022 молекул С2Н2; б) 1,8·1024 атомов азота; в) 3,01·1023 молекул NH3. Какова молярная масса указанных веществ?

1-7. Вычислите молярную массу эквивалентов Н3РО4 в реакциях образования: а) гидрофосфата; б) дигидрофосфата; в) ортофосфата.

1-8. В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Вычислите молярную массу эквивалентов металла и его оксида. Чему равна молярная масса этого металла?

Ответ: 23 г/моль; 31 г/моль; 23 г/моль.

1-9. На сжигание 1,5 г двухвалентного металла требуется 0,69 дм3 кислорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалентов металла и его молярную массу.

Ответ: 12,17 г/моль; 24,34 г/моль.

1-10. Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида. Вычислите молярную массу эквивалентов этого металла.

Ответ: 103,6 г/моль.

1-11. Напишите уравнения реакций Fe(OH)3 с хлороводородной (соляной) кислотой, при которых образуются следующие соединения железа: а) хлорид дигидроксожелеза; б) дихлорид гидроксожелеза; в) трихлорид железа. Вычислите молярные массы эквивалентов Fe(OH)3 в каждой реакции.

1-12. Избытком гидроксида калия подействовали на растворы: а) дигидрофосфата калия; б) нитрата дигидроксовисмута (III). Напишите уравнения реакций этих веществ с КОН и определите их молярные массы эквивалентов.

1-13. В какой массе Сr(ОН)3 содержится такое же количество вещества эквивалентов, сколько в 174,96 г Mg(OH)2?

Ответ: 206 г.

1-14. Избытком хлорводородной (соляной) кислоты подействовали на растворы: а) гидрокарбоната кальция; б) дихлорида

10