Химия. Готовимся к экзамену по химии. Учебное пособие

Zn(NO3 )2 +4NaOH =Na2 Zn(OH)4 +2NaNO3;

Cr(NO3 )3 +6NaOH =Na3 Cr(OH)6 +3NaNO3; Fe(NO3 )3 +3NaOH =FeOOH +3NaNO3 +H2O.

Ответ: Na2[Zn(OH)4]; Na3[Cr(OH)6]; FeOOH.

Задание  3

Напишите уравнение реакции внутрисферного замещения лигандов, проходящей между гидроксидом диамминсеребра и взятым в избытке раствором тиосульфата натрия в молекуляр ной и сокращенной ионной формах. Приведите в ответе сумму коэффициентов сокращенного ионного уравнения.

Решение

Реакция внутрисферного замещения лигандов протекает, если к раствору комплексного соединения добавить реактив, ионы которого могут образовать с данным комплексообразова телем более прочную частицу. Обратившись к значениям кон стант нестойкости, нетрудно увидеть, что тиосульфатный ком плекс серебра более устойчив, чем его амминокомплекс.

Молекулярное уравнение:Ag(NH3 )2 OH +2Na2S2O3 =

=Na3 Ag(S2O3 )2 +NaOH +2NH3. Ионное уравнение:

Ag(NH3 )2 + +OH– +4Na+ +2S2O32– =

=3Na+ + Ag(S2O3 )2 3– +Na+ +OH– +2NH3. Сокращенное ионное уравнение:

Ag(NH3 )2 + +2S2O23− = Ag(S2O3 )2 3– +2NH3.

Ответ: Сумма коэффициентов сокращенного ионного урав нения – 6.

Задание  4

Определите, какая из двух реакций возможна:

21

а)  KMnO4 +Bi(NO3 )3 +HNO3 →KBiO3 +Mn(NO3 )2 +… б)  KMnO4 +FeSO4 +H2SO4 →Fe2 (SO4 )3 +…

Составьте уравнение возможной реакции, используя метод электронно-ионных полуреакций. Приведите в ответе значе ние стандартной ЭДС и сумму коэффициентов уравнения.

Решение

Критерием протекания любой окислительно-восстанови тельной реакции служит положительное значение ее ЭДС, ко торая равна разности электродных потенциалов окислителя и восстановителя.

Для расчета ЭДС обратимся к таблице стандартных электро дных потенциалов окислительно-восстановительных систем (см. прил.  1).

В реакции (а) в роли окислителя выступает перманганат калия (степень окисления марганца изменяется от +VII до +II

впродукте реакции), а в роли восстановителя – нитрат вис мута, степень окисления которого изменяется от +III до +V

впродукте реакции – висмутате калия. Составим схемы полу реакций восстановления и окисления и найдем в таблице соот

ветствующие им значения стандартных электродных потенци алов j° для кислой среды:

MnO4− +5e →Mn2+, j°=1,52 В; Bi3+ −2e →BiO3−, j°=1,80 В.

ЭДС реакции:

E°=j°ок −j°восст =1,52−1,80 =−0,28 В <0,

следовательно, в стандартных условиях эта реакция не проте кает.

В реакции (б) окислителем также является перманганат ка лия (степень окисления марганца в кислой среде изменяется от +VII до +II), а восстановителем служит сульфат железа(II), в котором свою степень окисления будет менять железо: от +II до +III.

Составим схемы полуреакций восстановления и окисления и найдем в таблице соответствующие им значения стандартных электродных потенциалов j° (см. прил.  1):

MnO4− +5e →Mn2+, j°=1,52 В;

Fe2+ −e →Fe3+, j°=0,77 В.

22

ЭДС реакции:

E°=j°ок −j°восст =1,52−0,77 =0,75 В >0, следовательно, эта реакция возможна.

Составим схему реакции: KMnO4 +FeSO4 +H2SO4 →

→Fe2 (SO4 )3 +MnSO4 +K2SO4 +H2O.

Составим уравнения полуреакций для окислителя и восста новителя (сразу учтем, что в молекуле продукта окисления два атома железа), подберем дополнительные множители в соответ ствии с передачей электронов и просуммируем эти два уравнения:

Перенесем полученные коэффициенты в уравнение реакции: 2KMnO4 +10FeSO4 +8H2SO4 =

=5Fe2 (SO4 )3 +2MnSO4 +K2SO4 +8H2O. Сумма коэффициентов уравнения равна 35.

Ответ: E° = 0,75 В; сумма коэффициентов уравнения 35.

Задание  5

Массовая доля ванадия в одном из его оксидов – 68 %. Уста новите формулу оксида ванадия.

Решение

Ванадий образует несколько оксидов. В общем виде форму лу оксида ванадия можно записать VxOy. Для решения задачи необходимо определить x и y.

Возьмем 100 г оксида. В соответствии с условием задачи в этой массе содержится 68 г ванадия и 32 г кислорода. Опреде лим относительные количества вещества элементов:

x:y = n(V):n(O) = 68 / 51:32 / 16 = 1,33:2.

Принимаем меньшее из чисел за единицу, тогда x:y = 1:1,5. Чтобы получить отношения целых чисел, умножаем на 2 и по лучаем x:y = 2:3. В оксиде ванадия на два атома ванадия при ходится три атома кислорода. Формула оксида V2O3.

Ответ: V2O3.

23

Задание  6

По эмпирической формуле Hg(SCN)2 2KSCN составьте ко ординационную формулу комплексного соединения и назови те его. Покажите распределение электронных пар лигандов по орбиталям комплексообразователя и определите, какой тип ги бридизации орбиталей комплексообразователя осуществляется в комплексе. Напишите уравнения диссоциации комплексного соединения и выражение для константы нестойкости.

В ответе приведите координационную формулу комплекс ного соединения и тип гибридизации орбиталей комплексоо бразователя.

Решение

Согласно координационной теории, центральное место в комплексном соединении занимает комплексообразователь, который окружен лигандами, число которых, как правило, равно удвоенной степени окисления атома-комплексообразо вателя. Вместе они составляют внутреннюю сферу комплекс ного соединения. Ионы внешней сферы компенсируют заряд комплексного иона.

Предлагаемая эмпирическая формула позволяет выделить в качестве комплексообразователя атом ртути в степени окис ления +II. Лигандами являются роданид-ионы. Во внешней сфере располагаются ионы калия.

Координационная формула и название комплексного со единения:

K2 Hg(SCN)4 – тетрароданомеркурат(II) калия.

Электронная формула атома-комплексообразователя:

Hg(II):[Xe]4f145d106s0.

У этого атома полностью заполнен 5d-подуровень. Для обра зования комплексной частицы атом ртути предоставляет орби тали внешнего электронного уровня 6s и 6p. Роданид-ион – это монодентатный лиганд, образующий с комплексообразователем одну ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму. Четыре лиганда образуют четыре ковалентные связи, для кото рых комплексообразователь предоставляет четыре атомные ор битали, одну s-орбиталь и три p-орбитали. Под действием поля лигандов орбитали комплексообразователя подвергаются гибри дизации. В данном комплексе осуществляется sp3 гибридизация.

24

Распределение электронных пар лигандов по орбиталям комплексообразователя:

Hg(II): [Xe]4f14

sp3-гибридизация

В водном растворе диссоциация комплексных соединений протекает ступенчато. Первая ступень – диссоциация на внеш нюю и внутреннюю сферы – протекает по типу сильного элек тролита, a= 100 %. Вторая ступень – диссоциация комплексно го иона – протекает обратимо в очень незначительной степени.

K2 Hg(SCN)4 →2K+ + Hg(SCN)4 2– ;Hg(SCN)4 2– Hg2+ +4SCN−.

Константа нестойкости – константа равновесия, отвечающая диссоциации комплексной частицы. Для данного комплекса рту ти выражение для константы нестойкости можно записать так:

Ответ: K2[Hg(SCN)4]; sp3.

Задание  7

В 200 мл раствора содержится 3,76 г нитрата меди(II). Кон центрация нитрат-ионов в этом растворе равна 0,16 моль/л. Рассчитайте степень диссоциации соли (%).

Решение

Напишем уравнение диссоциации нитрата меди(II):

Cu(NO3 )2 →Cu2+ +2NO3−. Концентрация нитрат-ионов в растворе

NO3− =2ca,

25

где c – молярная концентрация соли; a – степень диссоциации.

Молярная концентрация

Ответ: 80 %.

Задание  8

Из 800 кг руды, на 74 % состоящей из оксида железа(III), выплавлено 432,6 кг чугуна. Определите содержание (%) угле рода в чугуне.

Решение

Чугун – сплав железа с углеродом. Может содержать при меси кремния, марганца и других элементов.

Определим массу оксида железа(III) в руде:

m(Fe2O3 )=m(руды) w(Fe2O3 )=800 0,74 =592 кг. Mr (Fe2O3 )=160.

Массу железа, извлеченного из руды, можно рассчитать, со ставив пропорцию:

160 кг Fe2O3 содержат 112 кг железа, 592 кг Fe2O3 содержат х кг железа, отсюда х = 414,4 кг.

Массу углерода в полученном чугуне определим по разности m(C)=m(чугуна)−m(Fe)=432,6–414,4 =18,2 кг. Содержание углерода в чугуне

Ответ: 4,21 %

26

3.  ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ БИЛЕТЫ БЕЗ РЕШЕНИЙ

3.1.  Горный институт

Экзаменационный билет №  2

Задание  1

Определите элемент одной из главных подгрупп Периодиче ской системы, если суммарный спин всех электронов в основном состоянии атома равен 1,5, а сумма значений главного и орби тального квантовых чисел для последнего электрона внешнего уровня равна 5. Определите, какую максимальную валентность может проявлять элемент. Ответ обоснуйте. Составьте формулу высшего оксида и приведите в ответе его молярную массу.

Задание  2

Дана схема превращений:

Al2O3 →AlCl3 →Al(OH)3 NaOH, t→X.

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Назо вите соединения и укажите, к какому классу неорганических соединений относится каждое из них. Для второго превраще ния составьте сокращенное ионное уравнение реакции. В отве те приведите сумму коэффициентов сокращенного уравнения.

Задание  3

При добавлении в раствор комплексной соли кобальта, отвечающей эмпирической формуле СоBrSO4 4NH3, нитрата серебра образуется осадок бромида серебра. Напишите коор динационную формулу этой соли, назовите ее, определите ко ординационное число кобальта, заряд комплексной частицы. Составьте уравнения диссоциации комплексного соединения и выражение для константы нестойкости комплексного иона. В ответе укажите число атомов в комплексной частице.

Задание  4

Определите, в каком направлении протекает реакция при стандартных условиях:

27

I2 +MnO2 +KOH KMnO4 +...

Завершите уравнение протекающей реакции и расставьте коэффициенты методом электронно-ионного баланса. В отве те укажите, сколько электронов отдает молекула восстанови теля.

Задание  5

Смешали 250 мл 10%-ного раствора НNО3 (плотность 1,056 г/см3) и 100 г 30%-ного раствора НNО3. Вычислите мас совую долю (%) азотной кислоты в полученном растворе и мо лярную концентрацию полученного раствора (плотность рас твора 1,085 г/мл).

Задание  6

Вычислите, сколько времени потребуется на электролиз водного раствора хлористого натрия при силе тока 12 А, что бы выделить хлор объемом 8,96 л (н. у.), если выход по току составляет 88 %. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза. Ответ дайте в формате: часы, минуты и секунды.

Задание  7

Золь гидроксида магния Mg(OH)2 получен при взаимодей ствии 140 мл 1 М раствора MgCl2 и 165 мл 0,5 М раствора NaOH. Напишите уравнение реакции образования золя и формулу ми целлы. В ответе укажите противоионы.

Задание  8

Пользуясь приведенными данными, рассчитайте энергию Гиббса реакции получения одного моля карбида кальция при взаимодействии кальция с угарным газом при 250 °С. Сделай те вывод о возможности самопроизвольного протекания реак ции в указанных условиях.

28

Экзаменационный билет №  3

Задание  1

Определите степень окисления атома ванадия, находящего ся в составе ванадиевой кислоты. Напишите его полную элек тронную формулу в установленной степени окисления. Ука жите сумму спиновых чисел всех электронов атома ванадия в данной степени окисления. Составьте формулу оксида вана дия в данной степени окисления и укажите его относительную молекулярную массу.

Задание  2

Дана схема превращений:

CaO →Ca(OH)2 →Ca(NO3 )2 t→X.

Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения. Назо вите соединения и укажите, к какому классу неорганических соединений относится каждое из них. Для второго превраще ния составьте сокращенное ионное уравнение реакции. В отве те приведите сумму коэффициентов сокращенного уравнения.

Задание  3

Из раствора комплексной соли PtCl2 3NH3 нитрат серебра осаждает 1/2 часть входящего в ее состав хлора в виде хлорида серебра. Напишите координационную формулу этой соли, на зовите ее, определите координационное число комплексообра зователя, заряд комплексной частицы. Составьте уравнения диссоциации комплексного соединения и выражение для кон станты нестойкости комплексного иона.

Задание  4

Определите, в каком направлении протекает реакция при стандартных условиях:

NH4Cl +H3AsO4 HNO3 +As +...

Завершите уравнение протекающей реакции и подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса. В ответе укажите, сколько электронов отдает атом элемента-восстано вителя в протекающей реакции.

29

Задание  5

Смешали 660 г 72%-ного раствора и 780 мл 18%-ного рас твора серной кислоты (плотность 1,125 г/мл). Вычислите мас совую долю и молярную концентрацию Н2SO4 в полученном растворе, если его плотность составляет 1,445 г/мл.

Задание  6

Найдите объем (л; н. у.) кислорода, который выделится при пропускании тока силой в 8 А в течение 1,5 ч через во дный раствор серной кислоты. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электро лиза раствора кислоты с инертным анодом. Выход по току со ставляет 85 %.

Задание  7

Для получения золя AgCl смешали 150 мл 0,03 М KCl и 100 мл 0,05 М AgNO3. Напишите формулу мицеллы получен ного золя. В ответе укажите потенциалопределяющие ионы.

Задание  8

Пользуясь приведенными данными, рассчитайте энергию Гиббса реакции окисления одного моля сероводорода кисло родом при температуре 298 К. Сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания реакции при стандартных ус ловиях.

3.2.  Институт новых материалов и нанотехнологий

Экзаменационный билет №  2

Задание  1

Составьте полную электронную формулу иона Ti3+. Укажи те число электронов с главным квантовым числом 3 в этом ионе.

30