Общая и неорганическая химия. Неорганическая химия. Учебное пособие
.pdfное уравнение и расставьте коэффициенты в окислительно-восстанови- тельном процессе, протекающем в водном растворе:
Cr3+ + 4H2O = CrO42– + 8H+ + 3ē
Pb2+ = Pb4+ + 2ē
Перепишите полуреакции, учитывая, что один процесс является восстановительным, другой – окислительным.
б) Составьте электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе водного раствораCuCl2, если: а) анод медный; б) анодугольный.
21. а) Проходя через водный раствор электролита, ток силой 0,5 А за 1 ч выделяет 0,55 г металла. Определите эквивалентную массу металла.
б) Стандартный потенциал никелевого электрода больше, чем у кобальтового. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никелевого электрода в растворе его ионов с концентрацией [Ni2+] = 0,001 моль/л,
акобальтового электрода – [Co2+] = 0,1 моль/л при 298 К?
22.а) Вычислите ЭДС гальванического элемента, образованного кадмиевым электродом в растворе CdCl2, [Cd2+] = 0,01 моль/л, и никелевым электродом в растворе Ni(NO3)2, [Ni2+] = 0,004 моль/л. Напишите электронные уравнения процессов, происходящих на электродах.
б) Используя значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов φо двух полуреакций, на их основе составьте молекулярное уравнение и расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительном процессе, протекающем в водном растворе:
Zn + 4OH– = ZnO22– + 2H2O + 2ē
Cl– + 6OH– = ClO3– + 3H2O + 6ē
Перепишите полуреакции, учитывая, что один процесс является восстановительным, другой – окислительным.
23.а) Напишите электронные уравнения реакций, протекающих на инертных электродах при электролизе водных растворов солей: а) сульфата калия; б) хлорида никеля (II); в) нитрата меди (II).
б) Вычислите ЭДС гальванического элемента при 25 °С, составьте катодную и анодную реакции и определите направление движения элек-
тронов между цинковым и марганцевым электродами в растворе их солей с концентрацией ионов металлов: [Zn2+] = 10–4 моль/л и [Мn2+] = 10–2 моль/л.
24.а) Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на угольных электродах при электролизе водного раствора сульфата никеля (II). Какое вещество и какой массы выделится на катоде при пропускании тока силой 3 А в течение 2 ч 20 мин?
б) Из предложенных металлов – Au, Zn, Bi, Al – составьте гальванический элемент, который дает наибольшее напряжение при стандартных условиях. Чему равна ЭДС гальванического элемента, дающего наименьшее напряжение?
81
25. а) Используя значения стандартных окислительно-восстановитель- ных потенциалов φ0 двух полуреакций, на их основе составьте молекулярное уравнение и расставьте коэффициенты в окислительно-восстанови- тельном процессе, протекающем в водном растворе:
PH3 = P + 3H+ + 3ē
Zn + 4OH– = ZnO22– + 2H2O + 2ē
Перепишите полуреакции, учитывая, что один процесс является восстановительным, другой – окислительным.
б) Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента при 298 К, состоящего из никелевого и медного электродов, опущенных в растворы их солей
сконцентрацией ионов [Ni2+] = 0,01 моль/л, [Cu2+] = 0,1 моль/л.
26.а) Медь не вытесняет водород из разбавленных кислот. Почему? Однако, если к медной пластинке, опущенной в кислоту, прикоснуться цинковой, то на меди начинается бурное выделение водорода. Объяснить это явление.
б) При электролизе водного раствора сульфата магния на катоде выделилось 0,28 л водорода (н. у.). Какое газообразное вещество и в каком объеме выделится на аноде?
27.а) Через раствор, содержащий ионы Cu2+, в течение 5 мин пропускали ток постоянной силы. За это время масса катода увеличилась на 1,24 г. Какова сила тока, который был использован для электролиза?
б) Составьте схему гальванического элемента, в основе которого ле-
жит реакция, протекающая по уравнению Fe + NiSO4 = FeSO4 + Ni. Напишите электронные уравнения реакций, происходящих на элек-
тродах гальванического элемента. Вычислите ЭДС этого элемента при
298 К, если [Fe2+] = 0,01 моль/л, [Ni2+] = 0,0001 моль/л.
28.а) Вычислите ЭДС серебряно-кадмиевого гальванического элемента, в котором концентрации ионов Ag+ и Cd2+ составляют 0,1 и 0,05 моль/л соответственно. Напишите схемы анодного и катодного процессов.
б) Используя значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов φо двух полуреакций, на их основе составьте молекулярное уравнение и расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительном процессе, протекающем в водном растворе:
Cu+ = Cu2+ + ē
H3PO3 + H2O = H3PO4 + 2H+ + 2ē
Перепишите полуреакции, учитывая, что один процесс является восстановительным, другой – окислительным.
29. а) Напишите электронные уравнения процессов, происходящих при электролизе водных растворов нитрата серебра и нитрата калия.
б) Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов гальванического элемента, состоящего из хромового и серебря-
82
ного электродов, опущенных в растворы их солей. Вычислить ЭДС этого элемента при 298 К, если [Cr3+] = 0,001 моль/л и [Ag+] = 0,01 моль/л.
30. а) Сколько минут следует пропускать ток силой 0,5 А через водный раствор нитрата серебра для выделения 0,27 г металла?
б) Используя значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов φ0 двух полуреакций, на их основе составьте молекулярное уравнение и расставьте коэффициенты в окислительно-восстановительном процессе, протекающем в водном растворе:
ClO3– + 2OH– = ClO4– + H2O + 2ē
MnO42– = MnO4– + ē
Перепишите полуреакции, учитывая, что один процесс является восстановительным, другой – окислительным.
2. р-элементы VII группы
31.Укажите методы получения фтора, хлора, брома и иода в свободном виде. Приведите примеры соответствующих реакций. Напишите реакции указанных галогенов с водой и с раствором щелочи.
32.Каким образом могут быть получены трифторид хлора и трихлорид иода? Как протекает гидролиз этих соединений? Напишите уравнения соответствующих реакций.
33.Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
KCl Cl2 KClO3 KClO4 HClO4 Cl2O7
34.Какие оксиды иода существуют? Как они могут быть получены? Каковы их свойства? Напишите уравнения соответствующих реакций. Объясните солеобразный характер I2O4 и I4O9.
35.Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
HIO3 I2 IF7 Ba5(IO6)2
36.Как получают фтор? Каковы его свойства? Почему, в отличие от других галогенов, фтор не образует кислородсодержащих кислот? Как получают фторид водорода? Почему раствор HF в воде является значительно более слабой кислотой, чем остальные галогеноводородные кислоты? Почему нельзя хранить плавиковую кислоту в стеклянных сосудах? Напишите уравнения соответствующих реакций.
37.Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
NaCl Cl2 HClO Cl2O NaClO
Напишите три типа реакций разложения хлорноватистой кислоты, укажите условия их протекания.
83
38.При изготовлении хлората калия KClO3 сначала, действуя хлором на известковое молоко Ca(OH)2, получают хлорат кальция Ca(ClO3)2; затем обменной реакцией с KCl его переводят в KClO3. Вычислите в тоннах расход хлора, негашеной извести CaO и KCl, необходимых для получения 1 т
KClO3, учитывая при этом, что выход продуктов составляет 80 % от теоретического.
39.Опишите свойства соединений хлора (VII).
40.Какая из галогеноводородных кислот является наиболее сильным восстановителем? Почему? Можно ли получить чистые HBr и HI действием концентрированной серной кислоты на KBr и KI? Как получают эти кислоты? Приведите примеры соответствующих реакций.
41.Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
NaI I2 HIO3 I2O5 IOF3
Как протекает гидролиз оксотрифторида иода? Приведите уравнение реакции.
42.Вычислите водородный показатель рН децимолярного раствора хлорноватистой кислоты HClO (константа диссоциации равна Кд = 5·10–8),
кодному литру которого добавлено 0,2 моль гипохлорита натрия.
43.Опишите свойства соединений иода (V).
44.Как получить бертолетову соль, имея серную кислоту, диоксид марганца, хлорид калия, воду и металлический калий? Каковы окисли-
тельные свойства хлората калия KClO3 в зависимости от реакции среды? Как протекает термическое разложение хлората калия в зависимости от условий? Напишите уравнения соответствующих реакций.
45.Имеется небольшое количество сухой соли. Известно, что эта соль – галогенид калия. Как можно установить – фторидом, хлоридом, бромидом или иодидом является эта соль? Напишите уравнения соответствующих реакций.
46.Выделение иода из раствора, полученного после выщелачивания золы морских водорослей, производится путем добавления диоксида марганца и серной кислоты. Сколько тонн раствора, содержащего 4,5 % по
массе KI, и сколько килограммов MnO2 требуется для получения 1 тонны иода?
47.Опишите свойства соединений брома (VII).
48.Каким образом приготовить хлорную воду, исходя из хлорида натрия? Напишите схему равновесия, существующего в хлорной воде. В каком направлении сместится указанное равновесие при добавлении: а) щелочи; б) сильной кислоты? Почему?
49.Сколько миллилитров 6,8%-го раствора KClO3 с плотностью 1,04 г/мл следует взять для того, чтобы в сернокислом растворе окислить 250 мл 21%-го раствора FeSO4 с плотностью 1,22 г/мл?
84
50. Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
NaBrO3 Br2 BrF5 NaBrO3 NaBrO4
51.Как получают жавелевую воду и белильную известь? Какими свойствами они обладают? Почему их отбеливающее действие усиливается
вприсутствии диоксида углерода? Напишите уравнения соответствующих реакций.
52.Какие оксиды хлора существуют? Как они могут быть получены? Ангидридами каких кислот они являются? Напишите уравнения соответствующих реакций.
53.Сколько граммов йода выделится в сернокислом растворе при взаимодействии избытка раствора KI со 150 мл 6%-го раствора KMnO4
сплотностью 1,04 г/мл?
54.Укажите способы получения галогеноводородов. Напишите уравнения соответствующих реакций. Почему иодоводород нельзя получить способами, применяемыми для получения хлороводорода?
55.Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
CaCl2 Cl2 KClO3 ClO2 NaClO2
Объясните окислительно-восстановительную двойственность хлоритов. Докажите это на примерах соответствующих реакций.
56. Вычислите константу гидролиза гипохлорита калия. Каковы степень гидролиза и рН раствора соли в 0,1 моль/л растворе? Константа диссоциации хлорноватистой кислоты Кд = 5 10–8.
57.Приведите уравнения реакций получения диоксида хлора в лаборатории и в промышленности. Каким образом он отделяется от продуктов реакции? Каковы его свойства? Напишите уравнения реакции взаимодействия ClO2 с раствором щелочи.
58.Опишите свойства соединений иода (III).
59.Составьте уравнения реакций, протекающих при осуществлении следующих превращений:
KCl Cl2 NaClO3 ClO2 Cl2O6
Напишите уравнения реакций взаимодействия гексаоксида дихлора
сводой и с раствором щелочи.
60.При взаимодействии брома с раствором соды при нагревании об-
разуются бромид натрия и бромат натрия. Сколько килограммов брома пойдет на взаимодействие с 1 м3 14%-го раствора Na2CO3 с плотностью
1,15 г/см3? Какой объем CO2 (0 C; 101,3 кПа) выделится при этом?
85
3. р-элементы VI группы. Кислород и его соединения
61.Объясните такие аномальные свойства воды как максимальная плотность при +4 ºС и меньшая плотность льда по сравнению с жидкой водой.
62.Что произойдет, если оксигенит поджечь? Каков его состав? Как очистить образующийся газ от CO2?
63.Как получают кислород в промышленности? В лабораторной практике? Его применение.
64.Озон и пероксид водорода являются сильными окислителями. Почему? Закончите уравнения реакций:
H2O2 + CrCl3 + KOH
O3 + PbS
65.Опишите физические и химические свойства кислорода, строение его атома и молекулы с точки зрения разных методов.
66.Как влияет на окислительно-восстановительные свойства пероксида водородадобавление ионов H+ или OH−? Закончите уравненияреакций:
H2O2 + KCrO2 + KOH
H2O2 + K2Cr2O7 + H2SO4
67. Приведите резонансные структуры озона, определите заряды центрального и концевых атомов кислорода. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций:
O3 + H2O2
O3 + CrCl3 + KOH
68.Какие свойства пероксида водорода выражены сильнее: окислительные или восстановительные? Ответ мотивируйте значениями соответствующих окислительно-восстановительных потенциалов. Приведите примеры уравнений реакций.
69.Диоксигенильные соединения. Методы их получения, физикохимические свойства. Синтез какого вещества послужил толчком к синтезу соединений ксенона?
70.Чему равна степень окисления кислорода в соединениях O2, O3, Na2O, H2O2, KO2, KO3? Пероксид натрия поглощает аммиак, максимально его окисляя. Составьте уравнения этой реакции.
71.Фториды кислорода, строение молекул, получение, физикохимические свойства. Почему в реакциях фториды кислорода выделяют свободный кислород?
72.Какое вещество называется озоном? Как он получается и какими свойствами обладает? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций:
86
O3 + KI + H2O
O3 + NO2 + SO2
73.Как построена молекула пероксида водорода? Чем отличаются по строению пероксиды от оксидов? Какой реакцией можно доказать, что
BaO2 − пероксид, а PbO2 − оксид? Какое из этих веществ можно использовать для получения H2O2?
74.Изобразите диаграмму состояния воды. Аномальные свойства воды и прекрасные возможности, которые они дают человечеству.
75.Озон. Способы его получения, строение молекулы, физические
ихимические свойства. Как качественно определить присутствие озона в воздухе?
76.Почему молекула кислорода может образовывать молекулярные ионы типа O22–, O2–, O2+? Какие из перечисленных частиц являются парамагнитными?
77.Получение пероксида водорода. Строение молекулы H2O2, его кислотно-основные свойства.
78.Кислород можно получить в результате разложения: а) хлората калия; б) перманганата калия; в) дихромата калия. Составьте электронные
имолекулярные уравнения этих реакций. К какому типу окислительновосстановительных реакций они относятся?
79.Как объяснить тот факт, что при одной и той же температуре SO2 быстро реагирует с H2O(ж), но медленно с O2, хотя у обеих реакций боль-
шие отрицательные значения G?
80.Какие реакции лежат в основе реставрации старых картин, написанных масляными красками и потемневшими от времени?
81.Возможные значения ковалентности атома кислорода. Может ли быть кислород трех-, четырехвалентным? Приведите примеры соответствующих соединений?
82.Вода, строение молекулы воды, физические и химические свойства. Какое свойство воды обеспечивает влагой растения?
83.Роль озона на земном шаре. Что такое озонные дыры? Каков механизм их появления? Почему озон не встречается в нижних слоях атмосферы?
84.Промышленные и лабораторные способы получения кислорода.
Строение молекулы O2, физические и химические свойства. Какие вещества называются оксигенитами?
85.Почему озера, замерзающие зимой, не промерзают до дна? Почему плавает лед?
86.В какой среде и почему H2O2 проявляет бóльшие окислительные или восстановительные свойства? Привести примеры соответствующих уравнений реакций.
87.Строение молекулы элементарного кислорода. В чем его отличие от остальных р-элементов VI группы?
87
88.Какие степени окисления может проявлять кислород в различных соединениях? Объясните, исходя из электронного строения атома, приведите примеры соответствующих молекул.
89.Почему нельзя фторид кислорода назвать оксидом фтора? Рассмотрите строение молекулы с точки зрения метода валентных связей, его получение. Какие свойства проявляет фторид кислорода в ОВР? Приведите примеры.
90.Чем оксиды отличаются от пероксидов? Приведите классификацию оксидов, химические свойства.
4. р-элементы VI группы. Подгруппа серы
91.Оксид серы (IV), его получение и строение (по методу ВС). Какие
химические свойства характерны для SO2, докажите это. Что можно получить при взаимодействии: SO2 с Zn, SO2 с MnO2, SO2 с Cl2? Назовите полученные соединения.
92.Как и почему изменяются кислотно-основные и окислительно-
восстановительные свойства в ряду SO2–SeO2–TeO2–PoO2? Докажите это. Чем объяснить, что, кроме SO2, указанные оксиды являются полимерными соединениями? Покажите отношение этих оксидов к воде и растворам щелочей.
93.Триоксид серы. Строение и получение SO3. Льдовидная и асбестовая модификации. Кислотные и окислительные свойства SO3. Какие
вещества получаются при действии на SO3: а) SCl2; б) HClгаз; в) HBr; г) HI?
94.Какова реакция среды в растворах Na2SO3 и NaHSO3? Докажите путем расчета констант гидролиза. Вычислите рН в 0,001М растворе Na2SO3, учитывая только первую ступень гидролиза.
95.Как получить персульфид натрия? Какие свойства он проявляет
вокислительно-восстановительных реакциях? Как можно получить сульфаны? Как изменяются кислотные свойства в ряду сульфанов с увеличе-
нием числа атомов серы? Определите, раствор какой соли Na2S или Na2S2 имеет при равных условиях большее значение рН.
96.Тиосерная кислота, ее строение, кислотные и окислительновосстановительные свойства. Тиосульфат натрия. Приведите различные способы его получения. Какие вещества получаются при действии на тиосульфат натрия: а) йода; б) дихромата калия; в) хлора; г) бромида серебра. Для каких целей в медицине используют тиосульфат натрия?
97.Промышленные способы получения серной кислоты: нитрозный и контактный. Объясните механизм протекающих реакций с позиций гомогенного и гетерогенного катализа. Полисерные кислоты, их получение и состав. Какие продукты получаются при прокаливании: Na2S2O7, NaHSO4,
Na2SO4.
98. Пероксосерная и пероксодисерная кислоты, их строение, получение, кислотные и окислительные свойства. Какие вещества получаются
88
при взаимодействии указанных кислот с растворами: а) тиосульфата на-
трия; б) KMnO4; в) KI?
99.Серная, селеновая, теллуровая кислоты, их получение, кислотные
иокислительные свойства. Какие вещества получаются при взаимодействии указанных кислот: а) с концентрированной соляной кислотой; б) с золотом?
100.Триоксид серы, селена, теллура, их строение и получение. Как изменяются кислотные и окислительные свойства в этом ряду? Покажите отношение указанных оксидов к воде и щелочам.
101.Сернистая, селенистая, теллуристая кислоты, их соли. Строение
иполучение указанных соединений. Как изменяются устойчивость, кислотные и окислительно-восстановительные свойства соединений в этом ряду? Приведите соответствующие уравнения реакций.
102.Какие водородные соединения образует сера, селен, теллур? Как их можно получить, как изменяется в этом ряду устойчивость соединений, кислотные свойства, восстановительная активность, растворимость в воде?
103.По каким признакам можно выделить 4 группы сульфидов?
Приведите уравнения реакций взаимодействия сульфидов Sb3+ и Sn2+
ссульфидом и дисульфидом аммония.
104.Тетрафторид и гексафторид серы, их получение и строение. Сравните их реакционную способность, взаимодействие с водой и растворами щелочей, приведите соответствующие уравнения реакций.
105.Кислотные и окислительные свойства разбавленной и концентрированной серной кислоты. Взаимодействие серной кислоты различной концентрации с металлами и неметаллами. Объясните поведение азотной и хлорной кислот в моногидрате серной кислоты.
106.В чем проявляется наличие амфотерных свойств у теллуристой
кислоты? Какое из соединений H2SO3, H2SeO3, H2TeO3 обладает более сильными окислительными свойствами?
107.Фторселеновая и хлорселеновая кислоты. Их получение и строение. Дайте характеристику кислотных и окислительных свойств указанных соединений.
108.Можно ли в качестве осушителя для сероводорода, бромоводорода и иодоводорода применить концентрированную серную кислоту? Напишите соответствующие молекулярные уравнения реакций.
109.Сравните строение молекул по методу ВС следующих соедине-
ний: SO2, SO3, SOCl2, SO2Cl2.
110.Приведите уравнения реакций получения тиосолей: мышьяка
(+V), мышьяка (+III) и олова (+IV).
111.Как можно получить жидкость Вакенродера? Напишите все возможные реакции, протекающие между исходными веществами и продуктами реакций. Что такое явление конмутации?
112.Дитионовая кислота, ее соли. Получение, строение молекулы, кислотные и окислительно-восстановительные свойства.
89
113.Какие свойства проявляет концентрированная серная кислота
при взаимодействии: а) с NaCl; б) с NaI; в) Ba(OH)2; г) SO3? Приведите уравнения соответствующих химических реакций.
114.Оксиды серы: S2O, SO2, SO3, S2O7, SO4, их получение, строение молекул. Ангидридами каких кислот они являются? Приведите уравнения реакций взаимодействия указанных оксидов с водой
115.Почему сульфиды железа (III), хрома (III) и алюминия можно получить только сухим способом? Что происходит с сульфидами этих металлов в растворе?
116.Как могут быть получены поликислоты селена? Дайте им характеристику, какие продукты получаются при прокаливании полиселенатов
ипри взаимодействии их с водой?
117.Покажите строение по методу ВС следующих соединений: H2S, SCl4, SF6. Какова их химическая природа?
118.В зависимости от условий продуктами окисления сульфидов мо-
гут быть S, SO2 и H2SO4. Приведите уравнения соответствующих реакций, укажите условия их протекания.
119.Какие известны галогениды селена, теллура, полония? Как их получают, устойчивы ли они? Напишите их гидролиз.
120.Какой из элементов шестой группы образует 6-тиосновную кислоту? Напишите ее формулу и покажите строение. Какие свойства она проявляет? Ее взаимодействие с металлами. Почему остальные элементы этой подгруппы не образуют подобных кислот?
5. р-элементы V группы. Азот и его соединения
121.Объясните строение молекулы азота с точки зрения методов ВС
иМО. Какие выводы можно сделать о физических и химических свойствах молекулы?
122.Рассмотрите пространственную форму молекулы оксида азота (IV). Объясните причины ее полярности (µ = 1 · 10–30 Кл·м) и парамагнетизма.
123.Какие химические реакции лежат в основе промышленного способа получения азотной кислоты?
124.Почему азотистая кислота и ее соли – нитриты − могут проявлять свойства окислителя и восстановителя? Приведите уравнения соответствующих реакций.
125.Как можно получить гидразин? Каково его строение с позиции метода ВС? Какие свойства – окислительные или восстановительные – проявляет гидразин в реакциях? Ответ мотивировать.
126.Используя представления методов ВС и МО, объясните строение молекулы оксида азота (II).
127.Опишите химические свойства азотной кислоты (кислотные, окислительно-восстановительные)? Как концентрированная азотная кисло-
90