Задачи по химии (90

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию

Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова Кафедра общей и экспериментальной физики

Р. Ф. Балабаева

Задачи по химии

Рекомендовано Научно-методическим советом университета

для студентов, обучающихся по специальности Радиотехника и направлению Телекоммуникации

Ярославль 2009

1

УДК54+537.86

ББК Г 5я73

Б 20

Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного издания. План 2009 года

Рецензент кафедра общей и экспериментальной физики

Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова

Все представленные задачи подобраны в соответствии с программой лекционного курса. Материал разбит на 7 разделов, каждый из которых можно прорабатывать независимо от других. Для контроля правильности решения задач приведены ответы.

Задачник предназначен для студентов, обучающихся по специальности 210302 Радиотехника и направления 210400 Телекоммуникации (дисциплина "Химия", блок ЕН), очной формы обучения.

УДК54+537.86

ББК Г 5я73

♥ Ярославский государственный университет, 2009

2

1.Основные понятия и законы химии

1.В каком объеме в литрах при н.у. содержится 6.02•1024 атомов азота?

Ответ: 112 л.

2.Определить формулу соединения, содержащего 32,43% Na, 22,55% серы и 45,02% кислорода.

Ответ: Na2SO4.

3. В состав вещества входят 30,7% калия, 25,2% серы и 44% кислорода. Вывести простейшую формулу этого соединения.

содержащего 54,5% углерода, 36,4% кислорода, 9,1% водорода, если его плотность по пропану равна двум.

Ответ: C4H8O2 – масляная кислота.

5. Наибольшее число молекул содержится при нормальных условиях в 10 л:

а) сероводорода; б) воды; в) хлороводорода; г) водорода.

6. В сосуде объемом 20 л содержится одинаковое число молекул кислорода и водорода. Давление в нем равно 101,3 кПа.

Ошибочным является одно из следующих утверждений:

а) молекулы водорода движутся быстрее, чем молекулы кислорода;

б) в единицу времени со стенками сосуда сталкивается в среднем большее число молекул водорода, чем кислорода;

в) в сосуде находится равное число молей каждого газа; г) если из системы удалить кислород, то давление

уменьшится до 25,3 кПа.

7. Определить массу водорода, образующегося при взаимодействии 6,02•1021 атомов цинка с соляной кислотой.

Ответ: 0,02 г.

8. Какая масса (г) CaCO3 должна быть израсходована для получения 67,2 л оксида углерода (4), измеренного при н.у.?

Ответ: 300 г.

9. На весах уравновешены два стаканчика с соляной кислотой. В один стаканчик добавили некоторое количество металлического цинка, а в другой – такое же количество

3

металлического магния. Изменится ли равновесие после окончания реакций (кислота взята в избытке), если:

а) стаканчики открыты; б) стаканчики герметически закрыты;

в) стаканчики герметически закрыты при помощи ненадутых воздушных шариков?

10.При разложении нитрита аммония получено 7 л азота при температуре 27○С и давлении 760 мм рт. ст. Сколько соли было подвергнуто разложению?

Ответ: 18 г.

11.При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить молярную массу эквивалента металла и его атомную массу.

Ответ: 9 г, 27 г.

12. При нагревании 20,06 г металла было получено

21,66 оксида. Найдите молярную массу эквивалента металла.

Ответ: 100,3 г.

13.Рассчитать молярную массу эквивалента кислоты, если на нейтрализацию 0,009 кг ее израсходовано 0,008 кг гидроксида натрия.

Ответ: 45 г.

14.При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 2,98 г хлорида некоторого одновалентного металла, образуется 2,2 г его сульфида. Вычислить молярную массу эквивалента металла.

Ответ: 39 г.

15.При восстановлении водородом оксида металла массой 2,68 г образовалась вода массой 0,648 г. Вычислить молярную массу эквивалента металла.

Ответ: 29,2 г.

4

2.Концентрации растворов

испособы их выражения

16.Сколько граммов NaOH потребуется для приготовления трех литров 10-процентного раствора, плотность которого

1,103 г/мл? Ответ: 332,7 г.

17.Сколько граммов азотной кислоты содержится в 200 мл 0,1 М раствора?

Ответ: 1,26 г.

18.Какова молярность раствора, в 300 мл которого содержится 10,5 г КОН?

Ответ: 0,625 моль/л.

19.Сколько воды надо прибавить к 200 мл 68% раствора

HNO3 (плотность 1,4 г/мл), чтобы получить 10-процентный раствор?

Ответ: 1624 г.

20.Сколько миллилитров 96-процентного H2SO4 (плотность 1,84 г/мл) нужно взять для приготовления 1 л 0,5 н раствора?

Ответ: 13,84 мл.

21.Имеется 2 н раствор Ba(OH)2. Как приготовить из него 1 л 0,1н раствора?

22.Определить массовую долю NaOH (в процентах) в 2 н растворе плотностью 1,08 г/мл.

Ответ: 7,4%.

23.Какова будет массовая доля кислоты в растворе, если к

40 мл 96-процентного раствора HNO3 (плотность 1,5 г/мл) прилить 30 мл 48-процентного раствора HNO3 (плотность

1,3 г/мл)?

Ответ: 77,1%.

24.Плотность водного раствора NaCl, содержащего 8 г соли на 100 г раствора, равна 1,0541 г/мл. Рассчитать молярную и моляльную концентрации раствора.

Ответ: 1,44 моль/л; 1,49 моль/кг.

25.Раствор KNO3 содержит 192,6 г соли в 1 л раствора плотностью 1,1432 г/мл. Рассчитать концентрации: а) моляльную; б) молярную; в) в массовых долях (%); г) в мольных долях.

5

Ответ: а) 2 моль/кг; б) 1,91 моль/л; в) 16,85%; г) 0,965 и 0,035.

26.Упарили вдвое (по объему) 4 л 10% раствора NaCl плотностью 1,07 г/мл. Определить молярную концентрацию нового раствора.

Ответ: 3,65 моль/л.

27.Колба заполнена сухим HCl. Затем колбу заполнили водой. Определить массовую долю кислоты в растворе.

Ответ: 0,16%.

28.К раствору соляной кислоты объемом 1 мл прибавили раствор нитрата серебра, взятый в избытке. Масса выпавшего осадка равна 0,287 г. Вычислить молярную концентрацию кислоты.

Ответ: 2 моль/л.

29.При полном растворении некоторого количества кальция

в500 г воды образуется раствор гидроксида кальция, которым можно нейтрализовать 20мл 50-процентного раствора серной кислоты плотностью 1,4 г/мл. Определить массовую долю гидроксида кальция в растворе.

Ответ: 2,11%.

30.В 100 мл раствора содержится смесь серной и соляной кислот. После нейтрализации кислот едким натром и выпаривания образовалось 13,2 г безводных солей. Определить молярные концентрации кислот в растворе, если для нейтрализации 10 мл такого раствора расходуется 40 мл 0,5 н раствора NaOH.

Ответ: 0,8 моль/л (HCl); 0,6 моль/л (H2SO4).

6

3.Энергетика химических процессов

31.Чему равно изменение энтальпии одного моля воды при переходе воды из жидкого состояния при 20○C в лед с температурой 0○C (процесс осуществляется в обычных

атмосферных условиях, теплоту плавления принять λ=6 кДж/моль).

Ответ: -7,5 кДж. 32. Для реакции

4A(ТВ)+5B2(г)=2A2B5(г)

∆U298=15ккал. Определить ∆H298 для этой реакции. Ответ: 13,2 ккал.

33. Вычислить стандартную энтальпию образования уксусной кислоты, используя следующие данные:

1) CH3COOH(Ж)+2O2=2CO2(Г)+2H2O(Ж) ∆H1=-871,54кДж. 2) C(ГР.)+O2=CO2(Г) ∆H2=-393,5 кДж.

3) H2+1/2O2=H2O(Ж) ∆H3=-285,8 кДж. Ответ: -487,06 кДж.

34.Стандартная энтальпия сгорания ∆СH○298 твердого нафталина (C10H8) равна -1231,6 ккал/моль. Продукт сгорания – CO2 и жидкая вода. Найти стандартную энтальпию образования нафталина при 25○C.

Ответ: 17,82 ккал.

35.Используя следующие данные:

а) Вывести выражение для зависимости ∆H○ от температуры

для реакции A+2B=AB2.

б) Оценить ∆H○ для этой реакции при 1000 К.

Ответ: 23390-11Т-0,001Т2; 11390 кал.

36. Вывести уравнение зависимости ∆H○ от температуры для приведенной ниже реакции. Конечное уравнение должно содержать только Т и числа.

7

температурой 100○С и 100 г воды с исходной температурой 25○С погружены вместе в калориметр. Приняв, что теплоемкость постоянна, и что тепло не было потеряно или получено от окружающей среды или калориметра, найти: а) конечную температуру системы; б) изменение энтропии для олова, воды и для олова и воды вместе.

Ответ: -2,07 кал/К; 2,32 кал/К; 0,25 кал/К.

8

41.2 моля идеального одноатомного газа при начальном давлении 1 атм и 300 К были проведены через следующий цикл, все стадии которого обратимы: изотермическое сжатие до 2 атм (I), изобарическое нагревание до 400 К (II) и возвращение в начальное состояние по пути р=а+bT (а и b- постоянные) (III). Изобразить цикл на диаграмме р-Т и вычислить ∆U и ∆S рабочего тела для каждой стадии цикла.

Ответ: I: 0, -2,77 кал/К; II: 600 кал, 2,88 кал/К; III: -600 кал, -0,1 кал/К.

42.Определить ∆S, ∆H и ∆U процесса

1 моль H2O(ж, 20○С, 1атм )→ 1моль H2O(г, 250○С, 1атм ),

имея следующие данные: Ср(г)=8,6 кал/(моль•К), теплота испарения воды при 100○С и 1 атм составляет 9720 кал/моль.

Ответ: 33,28 кал/К; 12450 кал; 11410 кал.

43. Рассчитать абсолютную энтропию 1 моля металлического урана при 20 К, если его теплоемкость при этой температуре

Температура плавления 150 К. ∆H○ПЛ=300 кал/моль.

а) Вычислить мольную энтропию этого вещества в жидком состоянии при 300К.

б) Рассчитать мольную энтальпию плавления, энтропию плавления и энергию плавления Гиббса при 100 К.

Ответ: 13,32 э.е.; 250 кал/моль; 1,59 э.е;91 кал/моль.

46. Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F и ∆G при расширении 5 молей кислорода от 100 до 1000 литров при 25○С.

Ответ: 0; 0; 22,9 кал/К; -6,8 ккал; -6,8 ккал.

9

47.Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F и ∆G при переходе воды в пар при 100○С и 1 атм. При этой температуре и давлении мольный объем воды равен 18мл, а мольный объем пара 30,2 л. Теплота испарения воды при этой температуре равна 9,71 ккал/моль.

Ответ: 8979,3 кал; 9710 кал; 26,03 кал/К; -730,7 кал; 0.

48.Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F, ∆G и конечные V и T при адиабатическом расширении до 1 атм 1 л кислорода, взятого при

25○С и давлении 5 атм, если S○298(О2)=49,01 э.е.

Ответ: -110 кал; -154 кал; 0; 968,2 кал; 924,2 кал.

49. Вычислить ∆F○ и ∆G○ процесса перехода 1 моля бензола в газообразное состояние при температуре кипения 80,2○С и р=1 атм. Определить разность внутренних энергий в этих состояниях, если изменение энтропии в этом процессе равно

20,8 э.е.

Ответ: -702,2 кал; 0; 6647,6 кал.

50.Имеется два источника тепла, температура которых

Т1=400К и Т2=300К, а теплоемкости С1=25 кал/К и С2=30 кал/К. Найти работу при обратимом выравнивании температур. Определить конечную температуру при необратимом выравнивании температур.

Ответ: 195,5 кал; 345,4 К.

51.Показать, что в изолированной системе самопроизвольный процесс затвердевания бензола при -5°С

возможен. Изменение энтропии в этом процессе S = -8,5 э.е., а тепловой эффект затвердевания Н = -2360 кал/моль.

52.Пойдёт ли образование воды согласно реакции

H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(ж) при 298 К,

если Н=-68317 кал/моль.

53.В водном растворе проходит реакция:

54. Рассчитайте изменение энтропии в реакциях

H2O(г) = H2(г) + 1/2O2(г),

CaO(кр) + CO2(г) = CaCO3(кр).

10