ИДЗ Альмяшева / 0501_ИДЗ1_Конунников

МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра физической химии

ОТЧЕТ по Индивидуальному домашнему заданию №1

по дисциплине «Химия» Тема: Основные стехиометрические законы химии. Строение атома и

химическая связь. Ионно-электронный метод уравнения окислительно-

востоновительных реакций.

Санкт-Петербург

2020

7

Основные формулы для расчетов

Уравнение состояния идеального газа описывается формулой (1):

где p – давление, Па;

V – объем, м3;

m – масса газа, кг;

M – молярная масса газа, кг/моль; v – число молей газа;

R = 8.314 Дж/(моль · К) – универсальная газовая постоянная;

T – температура, К.

Следствие из закона Авогадро описывается формулой (2):

где m1 m2, – массы газов, г;

M1, M2 – молярные массы газов, г/моль;

– относительная плотность первого газа по второму.

Закон эквивалентов описывается выражением (3):

где m1 m2, – массы взаимодействующих веществ, г;

Mэк1 Mэк2, – молярные массы эквивалентов веществ, г/моль.

Молярные эквивалентные массы веществ определяются по следующим соотношениям:

Ход работы.

Вариант – 8.

Пример 1. Какой объем кислорода при Т = 600 К и р = 1.03 · 105 Па потребуется для полного сжигания 6 · 10–2 кг углерода (до СО2)?

Решение.

Запишем уравнение реакции:

C2+2O2 → 2CO2

Отсюда следует:

M(О2) = 16 ∙ 2 = 32 г/моль

Пример 2. Требуется:

а) написать электронную формулу атома элемента № 51; б) записать в форме энергетических ячеек электронную конфигурацию

валентного уровня атома сурьмы в основном и «возбужденном» состояниях.

Решение.

а) Элемент № 51 – сурьма, р-элемент. Электронная формула будет выглядеть следующим образом:

1s22s22p63s23p64s23d104p65s224d105p3

б) Внешний энергетический уровень атома сурьмы содержит 5 электронов, которые являются валентными. Энергетическая диаграмма основного состояния принимает следующий вид:

9

5s ↑↓

Наличие трех неспаренных электронов свидетельствует о том, что для сурьмы характерна степень окисления +3. За счет наличия вакантных орбиталей 5d-подуровня для атома сурьмы возможно возбужденное состояние:

5d ↑

5s ↑↓

Пример 3. Укажите тип гибридизации орбиталей в молекуле NH3.

Решение. Азот имеет электронную конфигурацию: 1s22s22p3.

Определим тип гибридизации азота в молекуле аммиака:

2s ↓↑

В образовании связи участвуют три единичных электрона, находящиеся на р-орбитали, но гибридизоваться р-орбитали без s не могут, поэтому тип гибридизации sp3.

Пример 4. Закончите и уравняйте ионно-электронным методом окислительно-восстановительные реакции:

FeSO4 +KMnO4 +H2SO4 → Fe2(SO4)3 +MnSO4 +…

KCrO2 +KMnO4 +KOH → K2CrO4 +K2MnO4 +…

Решение.

1. Данное уравнение реакции перепишем в ионной форме:

Fe3+ + SO42- +K+ + MnO4- + 2H+ + SO42- → 2Fe2+ + 3SO42- + Mn2+ + SO42- +…

и определим для восстановителя его окисленную форму:

Fe2+ → Fe3+

10

а для окислителя – его восстановленную форму:

MnO4- → Mn2+

Для процессов окисления и восстановления необходимо сначала составить материальный баланс с помощью ионов Н+ и Н2О, а затем баланс по электрическим зарядам. Два полученных уравнения следует просуммировать,

умножив каждое из них на коэффициенты, подобранные так, чтобы число электронов, теряемых восстановителем, было равно числу электронов,

приобретаемых окислителем. В результате получаем ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции:

5 Fe2+ - e- → Fe3+

1 15MnO4- + 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O

5Fe2+ + 15MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Теперь переносим все коэффициенты из ионного уравнения в молекулярное уравнение реакции, согласно материальному балансу.

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O

Проводим проверку правильности расстановки стехиометрических коэффициентов по кислороду: количество атомов кислорода в левой и правой части уравнения окислительно-восстановительной реакции должно быть одинаковым.

2. Данное уравнение реакции перепишем в ионной форме:

K+ + CrO2- + 3K+ + MnO4- + 4K+ + OH- → 2K+ + CrO43- + 2K+ + MnO4- +…

и определим для восстановителя его окисленную форму:

Cr3+ → Cr6+

а для окислителя – его восстановленную форму:

Mn7+ → Mn6+

Для процессов окисления и восстановления необходимо сначала составить материальный баланс с помощью ионов Н+ и Н2О, а затем баланс по электрическим зарядам. Два полученных уравнения следует просуммировать,

умножив каждое из них на коэффициенты, подобранные так, чтобы число

11

электронов, теряемых восстановителем, было равно числу электронов,

приобретаемых окислителем. В результате получаем ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции:

1

3

Cr3+ + 3Mn7+ + 3OH- → Cr6+ + 3Mn6++ 3H2O

Теперь переносим все коэффициенты из ионного уравнения в молекулярное уравнение реакции, согласно материальному балансу.

KCrO2 + 3KMnO4 + 4KOH → K2CrO4 + 3K2MnO4 + 2H2O

Проводим проверку правильности расстановки стехиометрических коэффициентов по кислороду: количество атомов кислорода в левой и правой части уравнения окислительно-восстановительной реакции должно быть одинаковым.