Общая и неорганическая химия. Неорганическая химия. Учебное пособие

Задача 2. Вычислите осмотическое давление раствора при 27 С, в 0,5 л которого содержится 45,5 г сахара С12Н22О11.

Решение. Величину осмотического давления (Росм, кПа) можно вычислить по уравнению Вант-Гоффа:

Росм = CмRT.

Заменив молярную концентрацию См, получим:

Росм = Mm RT.

Молекулярная масса сахара равна 342, тогда

Росм 34245,50,58,31 300 633,3 кПа.

Задача 3. Вычислите температуру кипения и кристаллизации 2%-го раствора глюкозы С6Н12О6.

Решение. Для вычисления повышения температуры кипения tкип и понижения температуры кристаллизации tкр раствора по сравнению с температурами кипения и кристаллизации растворителя воспользуемся законом Рауля:

∆tкип = ECm, ∆tкр = KCm,

где Е и K – эбуллиоскопическая и криоскопическая константы растворителя, для воды по таблице (см. прил. 3) находим соответственно равными

0,52 и 1,86). Получаем:

2%-й раствор глюкозы содержит 2 г глюкозы и 98 г воды в 100 г раствора, тогда повышение температуры кипения для 2%-го раствора глюкозы равно

tкип 0,52 2 1000 0,06 °C. 180 98

Вода кипит при 100 С, тогда температура кипения этого раствора равна (100 + 0,06) С = 100,06 С.

Понижение температуры кристаллизации для 2%-го раствора глюкозы равно

tкр = 1,86 2 1000 = 0,21 С. 180 98

Зная, что вода кристаллизуется при 0 С, определяем температуру кристаллизации данного раствора глюкозы: (0 0,21) С = 0,21 С.

51

Задача 4. Раствор, содержащий 33,2 г нитрата бария в 300 г воды, кипит при 100,47 С. Вычислите кажущуюся степень диссоциации соли в растворе.

Решение. Повышение температуры кипения раствора нитрата бария без учета его диссоциации на ионы равно

tкип 0,52 33,2 1000 0,22 C. 261 300

Изотонический коэффициент i может быть вычислен как отношениеtкип, найденного экспериментально, к tкип, вычисленному без учета диссоциации Ba(NO3)2:

tэксп

i tкипрасч , tкипэксп 100,47 – 100 = 0,47 С.

кип

Отсюда

i 0,470,22 2,13.

Кажущаяся степень диссоциации равна

где k = 3 – число ионов, на которое диссоциирует одна условная молекула нитрата бария.

Задача 5. Определите степень диссоциации и водородный показатель 0,1 молярного раствора уксусной кислоты (Кд = 1,8·10 5). Найдите степень диссоциации и водородный показатель рН, если к 1 литру этой кислоты добавлено 8,2 г ацетата натрия.

Решение. Находим степень диссоциации из закона разбавления Оствальда:

Для определения водородного показателя pH = lg[H+] необходимо знать концентрацию катионов водорода, которую находим из константы диссоциации уксусной кислоты:

CH3COOH CH3COO + H+,

K= [CH3COO ] [H+ ] .

д[CH3COOH]

52

Концентрация ацетат-ионов равна концентрации катионов водорода [CH3COO ] = [H+], а концентрация недиссоциированной уксусной кислоты практически равна исходной, поскольку это слабый электролит:

КД Н 2 ; отсюда [H+]2 = 1,8 · 10 6,

См

[H+] = 1,348 · 10 3 моль/л, pH = lg(1,348 · 10 3) = 2,87.

Решаем эту задачу, учитывая добавление 8,2 г ацетата натрия. Ацетат натрия – электролит сильный, поэтому он полностью распадается на ионы по схеме

CH3COONa → CH3COO + Na+

Находим молярную концентрацию ацетат-ионов, она равна концентрации ацетата натрия, т. е.

Cм = 8,282 = 0,1 моль/л.

Теперь концентрация ацетат-ионов не равна концентрации ионов водорода. Концентрацию ионов водорода находим из константы диссоциации уксусной кислоты, которая остается неизменной, но уменьшается степень диссоциации самой кислоты из-за увеличения концентрации ацетатионов. Концентрация ионов водорода будет меньше, чем в первом случае.

Выражаем концентрацию катионов водорода:

[H+ ]= Кд[СH3COOН] , [CH3COO– ]

[H+ ]=1,8 10 5 0,1 1,8 10–5 моль/л, 0,1

pH = lg(1,8 · 10 5) = 4,74.

Видно, что количество водородных ионов уменьшилось почти в 100 раз, а водородный показатель увеличился на две единицы.

Степень диссоциации рассчитываем по формуле

Степень диссоциации уменьшилась почти в 100 раз. Так повлияло добавлениеодноименногоионана степеньдиссоциации слабого электролита.

53

Задача 6. Найдите растворимость CaCO3 в моль/л и в г/л. Произведение растворимости CaCO3 равно 4,8 · 10 9.

Решение. Записываем равновесие на границе твердое вещество раствор в воде:

CaCO3(к) Ca2+(р-р) + CO32–(р-р)

Так как малорастворимый электролит диссоциирует на два иона, то ПР = S2,

отсюда выражаем растворимость S, моль/л:

Находим растворимость в г/л, для этого нужно знать молярную массу карбоната кальция, она равна 100 г/моль, затем умножить растворимость в моль/л на молярную массу:

S = 6,9 · 10–5 моль/л · 100 г/моль = 6,9 · 10–3 г/л.

Задача 7. Какие из солей MnSO4, Na2SiO3, Pb(NO3)2 подвергаются гидролизу с образованием основных солей? Ответ обоснуйте. Напишите уравнения реакций гидролиза этих солей. Рассчитайте константу гидролиза соли Pb(NO3)2. Как подавить гидролиз этой соли?

Решение. Анализируя формулы солей, приходим к заключению, что основные соли возможны при гидролизе солей MnSO4 и Pb(NO3)2, так как эти соли образованы слабыми основаниями и сильными кислотами. Гидролиз идет по катиону с образованием основных солей, до конца не доходит, поскольку в растворе накапливаются катионы водорода. Среда кислая pH < 7.

2MnSO4 + 2H2O ↔ (MnOH)2SO4 + H2SO4

Mn2+ + H2O ↔ (MnOH)+ + H+

Pb(NO3)2 + H2O ↔ PbOHNO3 + HNO3

Pb2+ + H2O ↔ PbOH+ + H+

Константа гидролиза рассчитывается для ионного уравнения реакции

К= [PbOH+ ] [H+ ]

г[Pb2+ ]

Числитель и знаменатель этого уравнения умножаем на равновесную концентрацию гидроксид-ионов [OH–], чтобы получить в числителе Кw = 10 14 ионное произведение воды, а в знаменателе Кд = 3·10 8 константу диссоциации Pb(OH)2 по второй ступени.

54

Как подавить гидролиз этой соли? При гидролизе соли Pb(NO3)2 реакция среды кислая, поэтому к раствору соли добавляем раствор HNO3. Это сильная кислота, которая диссоциирует на ионы по схеме

HNO3 → H+ + NO3

Добавление в раствор соли Pb(NO3)2 катионов H+ сдвигает равновесие реакции гидролиза в сторону исходных веществ (принцип Ле Шателье), и таким образом гидролиз подавляется.

Контрольная работа 1

1. Классы неорганических соединений

Общие задания для всех вариантов:

а) получите все теоретически возможные соли (кислые, средние, основные) из данной кислоты и основания согласно варианту. Напишите уравнения их получение при взаимодействии «кислота + основание», расставьте коэффициенты;

б) для кислоты и основания укажите их ангидриды (оксиды), из которых они могли быть образованы. Докажите их химический характер (кислотный, основный или амфотерный) с помощью соответствующих уравнений реакций (2–3 реакции);

в) назовите исходные кислоту и основание, а также оксиды и все полученные соли по традиционной и систематической номенклатурам. Постройте для всех этих веществ графические формулы;

г) напишите реакции диссоциации кислоты, основания и всех солей, учитывая силу данного электролита;

д) от основных и кислых солей перейдите к средним; е) для кислоты приведите формулы галогенангидридов, постройте их

графические формулы. Дайте им название по традиционной и систематической номенклатурам. Напишите реакции взаимодействия полученных галогенангидридов с водой и щелочами.

55

2. Эквивалент. Закон эквивалентов

31.На реакцию с 13,61 г дигидроортофосфата калия израсходовано 5,61 г гидроксида калия. Вычислите эквивалентную массу и эквивалентное число соли, напишите уравнение реакции.

32.При восстановлении 6,50 г оксида трехвалентного металла образовалось 4,45 г этого металла. Вычислите эквивалентные массы оксида и металла. Какой это металл?

33.На нейтрализацию 9,797 г ортофосфорной кислоты израсходовано 12,0 г гидроксида натрия. Вычислите эквивалентную массу и основность кислоты. На основания расчетов напишите уравнение реакции.

34.Чему равны эквивалентные массы хрома в его оксидах, содержащих 76,47; 68,42; 52 % хрома? Определите валентность хрома в каждом из этих оксидов и запишите их формулы.

35.На нейтрализацию 7,33 г фосфорноватистой кислоты Н3РО2 пошло 4,44 г гидроксида натрия. Вычислите эквивалентную массу кислоты, определите ее основность и напишите уравнение реакции нейтрализации.

36.На сжигание 0,5 г металла требуется 230 мл кислорода, измеренного при н. у. Определите эквивалентные массы металла и его оксида. Какой это металл, если его валентность равна двум?

37.2,8 г металла взаимодействуют с 4,57 г кислоты, эквивалентная масса которой равна 32,67 г/моль. Вычислите эквивалентную массу металла и объем выделившегося водорода (н. у.). Какой это металл, если он двухвалентен?

38.На нейтрализацию 15,6 г гидроксида алюминия израсходовано 14,6 г хлороводорода. Вычислите эквивалентную массу и кислотность основания, напишите уравнение реакции.

39.Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислите эквивалентную массу металла. Какой это металл, если он двухвалентен?

40.На нейтрализацию 0,943 г фосфористой кислоты Н3РО3 израсходовано 1,291 г гидроксида калия. Вычислите эквивалентную массу кислоты, ее основность и напишите уравнение реакции нейтрализации.

41.Из 1,3 г гидроксида металла получается 2,85 г сульфата этого металла. Вычислите эквивалентную массу металла, если он трехвалентен.

56

42.Сколько эквивалентов содержится в 1,48 г гидроксида кальция? Определите массы сульфата железа (Ш) серной кислоты, в которых содержится такое же число эквивалентов.

43.Избытком НСl подействовали на растворы:

а) гидрокарбоната натрия; б) хлорида гидроксоалюминия,

в) хлорида дигидроксоалюминия.

Напишите уравнения реакций и определите эквивалентные массы указанных веществ в этих реакциях.

44.Вычислите атомную массу двухвалентного металла и определите, какой это металл, если 8,34 г его взаимодействуют с 0,68 л кислорода, измеренного при нормальных условиях.

45.Одна и та же масса металла соединяется с 4,773 г галогена и с 210,6 мл кислорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислите эквивалентную массу галогена.

46.Определите массу 5 · 1022 эквивалентов:

а) ортофосфорной кислоты; б) сульфата меди (II);

в) гидроксида железа (III).

47.Для растворения 5,4 г металла потребовалось 29,4 г серной кислоты. Определите эквивалентную массу металла и объем выделившегося при н. у. водорода.

48.Массовая доля кислорода в оксиде трехвалентного химического элемента равна 30 %. Определите атомную массу элемента и напишите формулу оксида.

49.0,152 г металла вытесняют из раствора никелевой соли 0,367 г никеля, а из раствора кислоты − 140 мл водорода (н. у.). Вычислите эквивалентные массы металла и никеля.

50.Вычислите эквивалентную массу хлора, зная, что 0,824 г меди соединяются с 291 мл хлора, измеренного при н. у.

51.На полное сгорание 0,3 г некоторого элемента расходуется 480 мл кислорода, измеренного при н. у, а при неполном сгорании элемента требуется в два раза меньше кислорода. Вычислите эквивалентные массы в каждом из оксидов.

52.Вычислите процентное содержание кислорода в оксиде металла, если эквивалентная масса металла равна на 8,22 г/моль.

53.Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58 % кислорода. Вычислите эквивалентную массу элемента.

54.Вычислите эквивалентную массу металла, зная, что 0,584 г его вытеснили из кислоты 219 мл водорода, измеренного при 17 ºС и 740 мм рт. ст. Какой это металл, если он двухвалентен?

55.При разложении 4,13 г оксида двухвалентного металла выделилось 581 мл кислорода, измеренного при н. у. Определите эквивалентные массы металла и его оксида. Какой это металл?

57

56.При восстановлении 1,306 оксида четырехвалентного элемента получено 0,825 г этого элемента. Определите его эквивалентную массу. Какой это элемент и какова формула оксида?

57.Определите число эквивалентов, содержащихся в 3,65 г хлороводорода. Каковы массы фосфата кальция и гидроксида кальция, содержащих такое же число эквивалентов?

58.В одном оксиде азота содержится 36,35 % кислорода, в другом − 65,55 %. Вычислите эквивалентные массы азота в каждом из оксидов и составьте их формулы.

59.На восстановление 1,80 г оксида металла израсходовано 833 мл водорода, измеренного при н. у. Вычислите эквивалентные массы металла

иего оксида.

60.Вычислите эквивалентную массу и валентность свинца в оксиде, в котором на 10 г свинца приходится 1,544 г кислорода.

3. Газовые законы. Стехиометрические расчеты

61.Какова масса 100 м3 оксида углерода (II), собранного над водой при 20 °С и 720 мм рт. ст.? Давление насыщенного пара при 20 °С равно

17,5 мм рт. ст.

62.Сколько лет потребуется для того, чтобы из заполненной гелием

(0 ºС и 101,3 кПа) ампулы емкостью 1 мм³ полностью эвакуировать газ со скоростью 1·106 атомов в секунду?

63. Сколько молекул содержится в 1 л любого газа при 25 °С

и100 кПа?

64.Масса одного литра серосодержащего газа при н. у. равна 1,52 г. Определите формулу газа.

65.250 мл водорода собраны над водой при 26 ºС и давлении 98,7 кПа. Давление насыщенного пара воды при этой температуре равно 3,4 кПа. Вычислите объем водорода при н. у. и его массу.

66.Какой объем при 100 ºС и нормальном давлении займут пары 10 г сероуглерода?

67.Определите объем, занимаемый 11 г диоксида углерода при н. у. Сколько молекул содержится в этой массе газа?

68.Масса 0,001 м³ газа при н. у. равна 0,0021 кг. Определите молярную массу газа и массу его молекулы.

69.Какой объем займут при н. у. 120 мл азота, собранного над водой при 20°С и 100 кПа?

70.В газометре над водой находятся 7,4 л кислорода при 23 °С и 104,1 кПа. Давление насыщенного водяного пара при 23 °С равно 2,8 кПа. Какой объем займет находящийся в газометре кислород при н. у.?

71.Вычислите молярную массу ацетона, если масса 500 мл его паров при 87 °С и 96 кПа равна 0,93 г.

58

72.Во сколько раз увеличится объем этилового спирта в результате превращения его из жидкости в пар при н. у.? Чему равна масса одной молекулы этилового спирта?

73.Чему равно атмосферное давление на вершине Казбека, если при 0 °С масса одного литра взятого там воздуха равна 700 мг? Молярную массу воздуха принять равной 29 г/моль.

74.Сколько граммов воды заключается в 1 мл воздуха, насыщенного водяными парами при 28 °С? Давление паров воды при этой температуре составляет 28,4 мм рт. ст.

75.Емкость камеры автомобиля равна 20 л. Какой объем при н. у. займет воздух, находящийся в камере, при давлении 5 атм и 25 °С? Молярную массу воздуха принять равной 29 г/моль.

76.Вычислите массу 76 мл азота, собранного над водой при 29 °С

и104 кПа. Давление насыщенных паров воды равно 4 кПа.

77.Баллон емкостью 20 л содержит 3 г кислорода. Вычислите давление в баллоне при 20 °С. Какой объем займет это количество кислорода при н. у.?

78.Масса одной молекулы газа равна 4,32·10–23 г. Определите молярную массу газа и объем, который при н. у. займут 6,5 г.

79.0,927 г некоторого азотсодержащего вещества образовали при реакции 126 мл азота (27 °С и 98,6 кПа). Вычислите процентное содержание азота в веществе.

80.Определите молярную массу газа, если 1 л его при 27 °С и давлении 1,2·105 Па имеет массу 0,96 г.

81.Два органических вещества имеют одинаковые доли углерода и водорода: 92,3 и 7,7 % соответственно. Масса 1 л первого вещества (газ) при н. у. равна 1,17 г, а масса 1 л паров второго равна 3,51 г. Какие это вещества?

82.Масса 200 мл газа при н. у. равна 0,232 г. Определите молярную массу газа и массу его одой молекулы.

83.Вычислите количество молекул диоксида серы, которое содержится в 560 мл этого газа при н. у.

84.Какой объем при н. у. займут 2,41·1025 молекул хлора? Какова масса этого числа молекул?

85.Масса 9 · 1023 молекул газа равна 38,9 г. Какой объем они занимают при н. у.? Определите молярную массу газа.

86.Сколько лет потребуется для того, чтобы пересчитать количество молекул, которое содержится в 1 г воды, если отсчитывать по одной молекуле в секунду?

87.Определите давление газа, содержащего 1·1012 молекул в 1 см3

при 27 °C.

88.Во сколько раз увеличится объем воды в результате превращения ее из жидкости в пар при н. у.? Чему равна масса одной молекулы воды?

59

89.Собранный над водой газ, массой 0,465 г при 23 °С и 764 мм рт. ст., занял объем 446 мл. Парциальное давление паров воды при этой температуре равно 21,1 мм рт. ст. Определите молярную массу газа.

90.Масса 1 л газа при н. у. равна 1,25 г. Вычислите молярную массу газа и массу его одной молекулы.

4. Окислительно-восстановительные реакции

Общее задание для всех вариантов.

Закончите и уравняйте окислительно-восстановительные реакции, используя электронно-ионный метод. Определите тип ОВР. Укажите окислитель и восстановитель.

91.a) Fe + HNO3 →

б) К2Сr2O7 + K2SO3 + HCl → CrCl3 + …

в) Al + LiNO3 + HCl → AlCl3 + NH4Cl + …

92.a) I2 + KOH →

б) K2Сr2O7 + Na2SO3 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + …

в) NaMnO4 + Na2SO3 + H2O → MnO2 + Na2SO4 + …

93.a) Mg + H2SO4(конц) → …

б) KMnO4 + H2O2 + H2SO4 → O2 + … в) Na2SeO4 + Zn + HCl → H2Se + …

94.a) As + H2SO4 → HAsO2 + SO2 + …

б) NaClO2 + Pb(NO3)2 + KОH → NaCl + PbO2 + … в) Li2CrO4 + Li2S + H2O → Li3[Cr(OH)6] + S + …

95.a) Cu + H2SO4(конц) →

б) KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 →

в) H5IO6 + MnCl2 → HMnO4 + HIO3 + …

96.a) MnS + HNO3(конц) → MnSO4 + NO2 +…

б) Zn + NaNO3 + NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] + … в) NaNO2 + KMnO4 + HCl →

97.a) H2O2 + KMnO4 + H2O → MnO2 + … б) KBrO + MnCl2 + KOH → KBr + … в) Cr2O3 + KNO3 + NaOH → KNO2 + …

98.a) NaMnO4 + Na2SеO3 + H2O →

б) K2FeO4 + H2O2 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + … в) SO2 + KIO3 + H2O → I2 + …

60