Задачи и упражнения / Авдеенко А.П. Сборник задач по неорганической химии

Задача № 10. Определить теоретический выход реакции синтеза аммиака при стандартной температуре (азот и водород взяты в стехиометрическом соотношении, концентрация азота в исходной смеси равна 0,1 моль/л). Что необходимо сделать для повышения теоретического выхода аммиака?

191

В данных реакциях галоген должен играть роль окислителя. ЭДС этих реакций определяется по формуле

ЭДС = Еокислитель,галоген – Евосстановитель,NO.

Чтобы ЭДС была положительной, должно выполняться следующее условие:

Еокислитель,галоген > Евосстановитель,NO.

Находим в справочнике [4] значения стандартных ОВ потенциалов

Значение ОВ потенциалов хлора и брома выше, чем у восстановителя NO, значит, первые две реакции возможны, а так как ЭДС для второй реакции имеет небольшую величину (< 0,3 В), то вторая реакция обратима. Реакция с иодом в прямом направлении невозможна.

17.2.Задачи для самостоятельного решения

1.Как объяснить, что энергия связи в молекуле F2 (36 ккал/моль) меньше,

чем в молекуле Cl2 (57,2 ккал/моль)? При переходе к Br2 и I2 наблюдается снижение энергии связи: E Br2 = 46 ккал/моль; E I 2 = 35,6 ккал/моль.

2. В чем принципиальное различие получения свободных галогенов из соединений, содержащих ионы Hal¯ или HalО3¯ ? Написать два уравнения соответствующих реакций получения Cl2 из Cl¯ и ClО3¯.

3.Написать формулы оксидов хлора в степени окисления +1, +3, +5, +7 и соответствующих им кислот. Дать названия кислот и указать, как последовательно изменяются их электролитическая сила, устойчивость и окислительные свойства.

4.Учитывая относительную электроотрицательность атомов F, Cl, Na и N (4,0; 3,05; 0,9; 3,0 соответственно), указать смещение электронных пар и

193

соответственно степень окисления каждого элемента в соединениях NF3, NCl3, Na3N.

5. Как изменяется электроотрицательность мышьяка, сурьмы, висмута и как в связи с этим изменяются прочность и восстановительная способность

AsH3, SbH3 и BiH3 ? ,

6. Какой из указанных ниже оксидов проявляет наиболее основные свойства, наиболее кислотные? Какой из них является более сильным окислителем, наиболее сильным восстановителем: As2O3, As2O5, Sb2O3, Sb2O5, Bi2O3, Bi2O5 ?

7.Написать уравнения реакций получения сернистого газа тремя различными способами. В каком состоянии гибридизации находится атом серы

вмолекуле SO2 ?

8.Какая из солей – K2SO3 или K2SeO3 – имеет большую степень гидролиза в водном растворе одинаковой концентрации ?

9.Чем объясняется тот факт, что метан СH4 не обладает кислотными свойствами подобно HCl и не способен входить в комплексные соединения ?

10.Как изменяются: а) восстановительные свойства ионов в ряду Ge2+,

Sn2+, Pb2+; окислительные свойства ионов в ряду Ge4+, Sn4+, Pb4+ ? Написать электронные формулы этих элементов в соответствующей степени окисления. Привести примеры уравнений реакций.

Tl(OH)3? Написать уравнения реакций, характеризующих свойства указанных гидроксидов.

13. Какой из оксидов легче восстановить углем – В2О3 или SiO2, если

Go298,CO = -137,27 кДж/моль ?

14. Чему равен водородный показатель 0,05 М NH4OH, если степень диссоциации раствора такой концентрации равна 1,9 % ?

194

15.Какой объем 1,0 н КОН необходимо добавить к 0,2 л 4%-ного

раствора SnCl2 (ρ = 1,03 г/мл), чтобы последний полностью перевести в тетрагидроксо(II)станнат калия ?

16.Вычислить процентное содержание KIO3 в 6,5 г раствора, который, реагируя с избытком KI в сернокислом растворе, образует 0,635 г воды.

17.Дописать окислительно-восстановительные реакции, составив ионноэлектронный баланс:

18. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СВОЙСТВ БИНАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

18.1. Типовые задачи с решениями

Задача № 1. Как меняется природа химической связи в ряду следующих

электроотрицательностей двух химических элементов, образующих связь, увеличивается, так как увеличивается электроотрицательность элементов

Br Cl F.

195

По этой причине эффективный заряд на атоме Cs увеличивается также в

– связь атома активного металла с активными неметаллами. Причем степень ионности связи увеличивается в ряду CsBr CsCl CsF.

Известно, что галиды металлов с ионной связью по своей природе – солеобразные вещества, таким образом, галиды цезия также солеобразные вещества, причем эти свойства наиболее выражены у CsF.

Задача № 2. Исследовать химическую природу следующих оксидов: CO2, SiO2, GeO2, SnO2, PbO2 – в зависимости от типа химической связи в них.

Решение. Разность электроотрицательностей элемент-кислород (∆ЭО) в данном ряду следующая:

С увеличением разности электроотрицательностей двух элементов ионный характер связи этих элементов увеличивается.

Известно, что с увеличением ионного характера связи в оксиде его свойства изменяются от кислотных через амфотерные к основным. При ∆ЭО <

свойств: уже у PbO2 основные свойства преобладают над кислотными.

Задача № 3. Как меняется химическая активность следующих галидов: CF4, CCl4, CВr4, CI4, участвующих в реакциях, требующих разрыва связи C-Hal ?

Решение. Для сравнения химической активности соединений, в которых происходит разрыв однотипной связи, необходимо знать величины энергий химических связей (Е):

196

значит, химическая активность этих соединений в реакциях с разрывом связи C-Hal увеличивается в этом же ряду.

Задача № 4. Почему термическая стабильность уменьшается в ряду

соединений увеличивается, а значит, термическая стабильность уменьшается.

Задача № 5. Как изменяется химическая природа следующих фторидов в ряду MgF2 AlF3 SiF4, если известно:

Решение. Согласно значениям энергий Гиббса реакций этих соединений с фторидом натрия, являющимся солеобразным соединением, можно сделать заключение, что кислотообразующие свойства в ряду MgF2 AlF3 SiF4

увеличиваются (уменьшается ΔGo298,реакции), так как химическое сродство в этом ряду увеличивается по отношению к солеобразному соединению.

Задача № 6. Сравнить кислотно-основные свойства следующих пар:

197

Пример решения. а) Согласно значениям энергий Гиббса реакций B2O3 и

Al2O3 с СаО, обладающим основной природой, кислотные свойства B2O3 выше, чем у Al2O3, так как ΔGo298,реакции В2О3 с СаО имеет более низкое значение, т.е. химическое сродство В2О3 выше, чем у Al2O3 по отношению к одному и тому же основному соединению.

И действительно, Al2O3 – амфотерный оксид, B2O3 – кислотный оксид.

Задача № 7. Составить и расставить коэффициенты в следующих уравнениях реакций. Указать условия протекания реакций.

Решение. Ниже приводятся уже составленные и уравненные реакции:

2KI + Na2O2 + 2H2SO4 I2 + Na2SO4 + K2SO4 + 2H2O.

198

432, 360 и 299 кДж/моль ?

199

19. КОМПЛЕКСНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

19.1. Типовые задачи с решениями

Задача № 1. Назвать следующие комплексные соединения. Определить координационное число, заряд комплексообразователя и заряд

[Co(H2O)3(OH)3].

Решение. а) Катионные комплексы:

[Cr(H2O)6]Cl3 – гексааквахром(III) хлорид,

КЧ = 6, Cr+3, [Cr(H2O)6]3+;

[Cr(H2O)2(NH3)4]2(SO4)3 – тетраамминдиаквахром(III) сульфат,

КЧ = 6, Cr+3, [Cr(H2O)2(NH3)4]3+;

[Co(NH3)4Cl2]Cl – дихлоротетраамминкобальт(III) хлорид,

КЧ = 6, Cо+3, [Co(NH3)4Cl2] +;

[Al(NH3)6](OH)3 – гексаамминалюминий(III) гидроксид,

КЧ = 6, Al+3, [Al(NH3)6]3+;

[Pt(NH3)3Cl]Cl – монохлоротриамминплатина(II) хлорид,

КЧ = 4, Pt+2, [Pt(NH3)3Cl] +;

б) Анионные комплексы:

Na2[Zn(OH)4] – тетрагидроксоцинкат(II) натрия,

КЧ = 4, Zn+2, [Zn(OH)4] 2-; K[AuCl4] – тетрахлороаурат (III) калия,

КЧ = 4, Au+3, [AuCl4]¯; Na[Al(OH)4] – тетрагидроксоалюминат(III) натрия,

КЧ = 4, Al+3, [Al(OH)4]¯;

200