Химия. Сборник задач и упражнений. Учебно-методическое пособие
.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
А.И. АПАРНЕВ, А.А. КАЗАКОВА
ХИМИЯ
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ
Учебно-методическое пособие
НОВОСИБИРСК
2015
1
УДК 54(075.8) А 761
Рецензенты:
Л.В. Шевницына, канд. техн. наук, доцент Л.И. Афонина, канд. хим. наук, доцент
Работа подготовлена на кафедре химии и химической технологии
иутверждена Редакционно-издательским советом университета
вкачестве учебно-методического пособия для практических занятий
исамостоятельной работы студентов, обучающихся по техническим направлениям и специальностям всех форм обучения
Апарнев А.И.
А 761 Химия. Сборник задач и упражнений : учебно-метод. пособие / А.И. Апарнев, А.А. Казакова. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2015. – 75 с.
ISBN 978-5-7782-2776-7
Пособие является составной частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Химия» и предназначен для студентов НГТУ, обучающихся по техническим направлениям и специальностям. Работа включает в себя задачи и упражнения, которые могут быть использованы как для практических занятий, так и для индивидуальной работы студентов. Сборник имеет приложение, содержащее справочный материал, необходимый для решения задач.
|
УДК 54(075.8) |
ISBN 978-5-7782-2776-7 |
Апарнев А.И., Казакова А.А., 2015 |
|
Новосибирский государственный |
|
технический университет, 2015 |
|
2 |
Тема 1
ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
Реакции ионного обмена
Задание 1. Даны вещества, участвующие в реакции ионного обмена (табл. 1). Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций. Рассчитайте молярную массу эквивалентов веществ Мэк, вступивших в реакцию.
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
Номер |
Схема реакции |
|
Номер |
Схема реакции |
варианта |
|
варианта |
||
|
|
|
||
1 |
NiCl2 + NaOH |
|
16 |
CaCl2 + Na2CO3 |
2 |
Cu(NO3)2 + K2S |
|
17 |
CuSO4 + Na2S |
3 |
ZnCl2 + K2CO3 |
|
18 |
AlCl3 + Na3PO4 |
4 |
Na2SO4 + Ba(NO3)2 |
|
19 |
Ba(NO3)2 + H2SO4 |
5 |
FeSO4 + NaOH |
|
20 |
MgSO4 + Na3PO4 |
6 |
CaCl2 + AgNO3 |
|
21 |
NaOH + Al2(SO4)3 |
7 |
Pb(NO3)2 + K2S |
|
22 |
Pb(NO3)2 + HI |
8 |
Ba(NO3)2 + Al2(SO4)3 |
|
23 |
HCl + Cr(OH)3 |
9 |
Mn(NO3)2 + KOH |
|
24 |
ZnCl2 + Na3PO4 |
10 |
Ca(OH)2 + H2SO4 |
|
25 |
Al(NO3)3 + K3PO4 |
11 |
AgNO3 + FeCl3 |
|
26 |
FeCl2 + Na2S |
12 |
ZnSO4 + Na2S |
|
27 |
NiCl2 + Na2CO3 |
13 |
Ca(OH)2 + HCl |
|
28 |
(NH4)2SO4 + BaCl2 |
14 |
KOH + Fe(NO3)2 |
|
29 |
H2SO4 + Mg(OH)2 |
15 |
(NH4)2CO3 + Pb(NO3)2 |
|
30 |
K2SiO3 + HCl |
|
|
3 |
|
|
Окислительно-восстановительные свойства элементов и составление окислительно-восстановительных реакций
Задание 2. Даны вещества (табл. 2). Определите степень окисления каждого элемента. По формуле соединения рассчитайте Мэк соединения.
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
Номер |
Соединение |
Номер |
Соединение |
|
варианта |
варианта |
|||
|
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
HIO3, Al(OH)3, K2SO3 |
16 |
H2CO3, Sn(OH)2, K2S |
|
2 |
HClO4, In(OH)3, NiCl2 |
17 |
H2SnO2, Ni(OH)2, BF3 |
|
3 |
H2SO3, Sn(OH)4, K2S |
18 |
H2TeO3, Cd(OH)2, Mg(BrO3)2 |
|
4 |
H2CrO4, Pd(OH)2, KIO3 |
19 |
H2S, Sr(OH)2, Cu(IO3)2 |
|
5 |
HClO2, Fe(OH)3, FeS |
20 |
H3PO4, Cr(OH)3, Bi2S3 |
|
6 |
H3VO4, Ba(OH)2, Na2CrO4 |
21 |
H2Cr2O7, Pd(OH)4, KIO4 |
|
7 |
H2GeO3, Cr(OH)2, NaCrO2 |
22 |
H2C2O4, Ti(OH)2, FeSO4 |
|
8 |
H3AsO4, Fe(OH)2, K3PO4 |
23 |
H2SiO3, Ca(OH)2, Na2SO3 |
|
9 |
H3AsO4,V(OH)3, NaPO3 |
24 |
H3PO2, Bi(OH)3, Ba(CrO2)2 |
|
10 |
H2Se, Mn(OH)2, Na2ZnO2 |
25 |
H2MnO4, Au(OH)3, MnF2 |
|
11 |
H2SeO3, Co(OH)2, Al2(SO4)3 |
26 |
НNO2, Ga(OH)3, Li2SO3 |
|
12 |
HNO3, Sb(OH)3, K2MnO4 |
27 |
HPO3, Zr(OH)4, Ca(PO3)2 |
|
13 |
H3PO3, Pb(OH)2, BiCl3 |
28 |
H2WO4, Sc(OH)3, Na2SiO3 |
|
14 |
H2Te, Hg(OH)2, Ni(IO3)2 |
29 |
H3SbO3, Y(OH)3, Hg2(NO3)2 |
|
15 |
H2MnO4, B(OH)3, NaClO |
30 |
H2SeO4, Hg2(OH)2, NaSbO3 |
Задание 3. Дана схема реакции (табл. 3):
1)определите и расставьте степень окисления атомов элементов, меняющих ее в процессе реакции;
2)составьте электронный баланс с учетом принципа равенства числа отдаваемых и принимаемых электронов;
3)укажите процессы окисления и восстановления, вещества – окислитель и восстановитель;
4
4)расставьте множители как основные стехиометрические коэффициенты в уравнение окислительно-восстановительной реакции;
5)подберите стехиометрические коэффициенты остальных участников реакции;
6)рассчитайте молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя;
7)укажите тип окислительно-восстановительной реакции.
Таблица 3
Номер |
Схема реакции |
|
варианта |
||
|
1K2SO3 + K2Cr2O7 + H2SO4 Cr2O3 + K2SO4 + H2O
2KI + KIO3 + H2SO4 I2 + K2SO4 + H2O
3SnCl2 + K2Cr2O7 + HCl SnCl4 + CrCl3 + KCl + H2O
4CuS + HNO3 Cu(NO3)2 + NO2 + H2SO4 + H2O
5KMnO4 + HCl MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O
6HNO2 + KMnO4 + H2SO4 HNO3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
7K2Cr2O7 + HBr CrBr3 + Br2 + KBr + H2O
8KMnO4 + Na2S + H2SO4 MnSO4 + S + Na2SO4 + K2SO4 + H2O
9SnCl2 + NaOH + Bi(NO3)3 SnCl4 + Bi + Na2SO4 + H2O
10HNO3 + Zn Zn(NO3)2 + N2O + H2O
11NaBr + NaBrO3 + H2SO4 Br2 + Na2SO4 + H2O
12P + HNO3 + H2O H3PO4 + NO
13K2Cr2O7 + KI + H2SO4 Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + H2O
14Bi2S3 + HNO3 Bi(NO3)3 + NO + S + H2O
15H2SO3 + HNO3 H2SO4 + NO + H2O
16K2Cr2O7 + SO2 + HCl CrCl3 + KCl + H2SO4 + H2O
17Cl2 + Br2 + KOH KCl + KBrO3 + H2O
18K2Cr2O7 + H2O2 + H2SO4 O2 + Cr2(SO4)3 + H2O + K2SO4
19HClO4 + SO2 + H2O H2SO4 + HCl
20H2S + HClO3 H2SO4 + HCl
5
Окончание табл. 3
Номер |
Схема реакции |
|
варианта |
||
|
21KCl + KMnO4 + H2SO4 Cl2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
22FeSO4 + KClO3 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + KCl + H2O
23Cr2(SO4)3 + Br2 + NaOH Na2CrO4 + NaBr + Na2SO4 + H2O
24MnSO4 + KMnO4 + H2O MnO2 + H2SO4 + K2SO4
25Sn + HNO3 Sn(NO3)2 + N2 + H2O
26Ca + HNO3 Ca(NO3)2 + NH4NO3 + H2O
27Cu2O + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O
28Mn(NO3)2 + PbO2 + HNO3 HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O
29NaCrO2 + PbO2 + NaOH Na2CrO4 + Na2PbO2 + H2O
30KNO2 + (NH4)2SO4 N2 + K2SO4 + H2O
Задание 4. Закон эквивалентов
1.При сгорании 20 г металла образовалось 33,32 г оксида этого металла. Рассчитайте молярную массу эквивалентов этого металла.
2.При разложении 0,05 г оксида металла образовалось 10 мл кислорода (н.у.). Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла.
3.Хлорид металла содержит 65,5 % хлора. Рассчитайте молярную
массу эквивалентов металла.
4.На сжигание 1,5 г двухвалентного металла требуется 0,69 л кислорода (н.у.). Вычислите молярную массу и молярную массу эквивалентов этого металла.
5.Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла, зная, что 28,5 г его при взаимодействии с водородом образуют 30 г водородного соединения.
6.При восстановлении водородом 5,3 г оксида двухвалентного ме-
талла образовалось 1,2 г воды, молярная масса эквивалентов которой равна 9 г/моль. Вычислите молярную массу эквивалентов оксида и металла. Чему равна молярная масса металла?
7.На нейтрализацию 0,943 г фосфорной кислоты израсходовано 1,077 г гидроксида калия. Рассчитайте основность фосфорной кислоты.
8.Молярная масса эквивалентов металла равна 100 г/моль. Рассчитайте объем кислорода (н.у.), образующегося при разложении 2,16 г оксида этого металла.
6
9.Сколько граммов сульфата натрия содержал раствор, если в результате взаимодействия его с избытком хлорида бария образовалось
11,6 г BaSO4?
10.На восстановление 15 г оксида металла потребовалось 4225 мл водорода (н.у.). Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла.
11.Для нейтрализации 0,6 г гидроксида натрия потребовалось 0,945 г одноосновной кислоты. Рассчитайте молярную массу кислоты. Какая кислота была взята для реакции?
12.При разложении 1 г оксида металла выделилось 0,52 л кислорода. Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла.
13.Оксид металла содержит 28,65 % кислорода, а соединение того же металла с галогеном – 48,72 % галогена. Рассчитайте молярную массу эквивалентов галогена.
14.При взаимодействии 22 г металла с кислотой выделилось 8,4 л водорода (н.у.). Рассчитайте молярную массу эквивалентов металла. Сколько литров кислорода потребуется для окисления этого же металла?
15.При окислении 16,74 г двухвалентного металла образовалось 21,54 г оксида. Вычислите молярную массу металла и молярную массу эквивалентов металла и его оксида.
16.При взаимодействии 4,86 г трехвалентного металла с кислотой выделилось 6,05 л водорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалентов металла и его молярную массу. Назовите металл.
17.Одно и то же количество металла соединяется с 0,14 л кислорода и 3,173 г галогена. Рассчитайте молярную массу эквивалентов галогена.
18.При взаимодействии 13,1 г двухвалентного металла с кислотой выделилось 5 л водорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалентов металла и его молярную массу. Назовите металл.
19.При взаимодействии с кислотой 0,376 г алюминия вытеснили 0,468 л водорода (н.у.). Определите молярный объем эквивалентов водорода, зная, что молярная масса эквивалентов алюминия равна 9 г/моль.
20.На нейтрализацию 9,8 г ортофосфорной кислоты израсходовано 8 г NaOH. Вычислите молярную массу эквивалентов и основность H3PO4 в этой реакции.
21.Некоторое количество металла, молярная масса эквивалентов ко-
торого равна 27,9 г моль, вытесняет из кислоты 700 мл водорода (н.у.). Определите массу металла.
7
22.При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с 2,75 г хлористого водорода получилось 4.40 г соли. Вычислите молярные массы эквивалентов вещества и образовавшейся соли.
23.Вычислите молярную массу эквивалентов металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсходовано 0,28 л водорода (н.у.).
24.В оксиде одновалентного металла массой 2,48 г содержится 1,84 г данного металла. Вычислите молярную массу эквивалентов металла и его оксида.
25. |
При взаимодействии 87,6 |
г металла с кремнием по реакции |
2 М + Si = М2Si образуется 114,4 |
г силицида. Вычислите атомную мас- |
|
су металла и определите, какой это металл. |
||
26. |
При взаимодействии 12,8 г двухвалентного металла с кислотой |
|
выделяется 4,38 л водорода (н.у.). Вычислите молярную массу и молярную массу эквивалентов металла. Определите, какой это металл.
27. При взаимодействии 23,5 г металла с бромом по реакции 2 М + Br2 = 2 МВr образовалось 45,46 г бромида. Вычислите атомную массу металла и определите, какой это металл.
28.Молярная масса эквивалентов металла равна 137 г/моль. Рассчитайте массу металла, образующегося при разложении 22,1 г оксида этого металла.
29.При взаимодействии 30 г одновалентного металла с фосфором по реакции 3М + Р = М3Р образовалось 41,9 г фосфида. Вычислите молярную массу эквивалентов металла.
30.Для нейтрализации 2,6 г гидроксида калия потребовалось 1,45 г двухосновной кислоты. Рассчитайте молярную массу кислоты.
8
Тема 2
СТРОЕНИЕ АТОМА
Задание 1. Дана электронная конфигурация валентной оболочки атома (табл. 4).
1.Определите, какой это элемент. Напишите его полную электронную формулу. Укажите электронное семейство.
2.Распределите валентные электроны по энергетическим ячейкам.
иукажите валентность элемента в невозбужденном (основном) и возбужденном состояниях.
3.Укажите значения квантовых чисел для валентных электронов.
4.Объясните связь электронного строения атома элемента с его положением в периодической системе Д.И. Менделеева (период, группа, подгруппа).
5.Определите высшую и низшую степени окисления элемента и приведите примеры соединений, в которых элемент проявляет эти степени окисления.
6.Составьте электронные формулы для элемента в высшей и низшей степенях окисления и охарактеризуйте окислительно-восстанови- тельные свойства элемента в этих степенях окисления.
7.Запишите возможные формулы оксидов и гидроксидов, образованные данным атомом элемента, и охарактеризуйте их химические свойства с помощью уравнений реакций.
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|
|
|
|
|
|
Номер |
Электронная |
Номер |
Электронная |
Номер |
Электронная |
варианта |
формула |
варианта |
формула |
варианта |
формула |
1 |
3s23p5 |
11 |
5s25p2 |
21 |
6s26p2 |
2 |
4s24p4 |
12 |
3d84s2 |
22 |
4s24p2 |
3 |
3d64s2 |
13 |
5d106s2 |
23 |
3d54s2 |
4 |
3d104s2 |
14 |
5s25p3 |
24 |
4s24p5 |
5 |
4s24p1 |
15 |
5s2 |
25 |
6s2 |
6 |
3d24s2 |
16 |
4d15s2 |
26 |
3s23p1 |
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 4 |
||
|
|
|
|
|
Электронная |
|
Номер |
Электронная |
Номер |
Электронная |
Номер |
|
|
варианта |
формула |
варианта |
формула |
варианта |
формула |
|
7 |
3s23p3 |
17 |
3d24s2 |
27 |
5s25p4 |
|
8 |
2s22р1 |
18 |
5s25p3 |
28 |
4s24p3 |
|
9 |
3d54s1 |
19 |
3s23p2 |
29 |
5s25p1 |
|
10 |
3d34s2 |
20 |
4d25s2 |
30 |
4d105s2 |
|
Задание 2. Вопросы и упражнения.
1. Какие ионы более сходны по строению внешних электронных оболочек: Cd2+ и Ag+ или Сd2+ и Ba2+? Ответ подтвердите, записав полные электронные конфигурации данных ионов.
2.Напишите полные электронные формулы атомов углерода (С), кремния (Si) и титана (Ti). К какому семейству по формирующим (валентным) электронам относится каждый из этих элементов?
3.Какова электронная формула внешних электронных оболочек ионов: Cs+ , Cu2+ , Mn2+ , S2–? У каких из этих ионов внешняя электронная оболочка сходна с электронной оболочкой атомов инертных газов?
4.Сколько электронов содержат в наружном слое следующие ионы элементов четвертого периода: Ca2 + , Cr3 + , Zn2 + , Se2–, Br–. Какие из них сходны по строению электронной оболочки с атомами инертных
газов?
5.Какие ионы элементов P и Cl одинаковы по своему строению с атомом аргона? Ответ подтвердите, записав электронные конфигурации валентных оболочек данных ионов.
6.Как изменяются окислительно-восстановительные свойства элементов третьего периода при переходе от натрия к хлору? Объясните
это с точки зрения строения электронных оболочек.
7.Атомы каких элементов могут иметь валентные электроны, характеризуемые суммой n + l, равной 1, 2, 3?
8.Одинаково ли строение электронных оболочек: а) у ионов хлора
иионов кальция; б) у ионов натрия и брома?
9.Сколько электронов содержат в наружном слое следующие ионы элементов пятого периода: Sr2+ , Mo3+ , Cd2+ , Te2–, I–. Какие из них сходны по строению электронной оболочки с атомами инертных газов?
10. Ядро атома содержит 10 нейтронов, электронная оболочка – 9 электронов. Какой это элемент? Напишите полную электронную формулу этого элемента?
10