Химия. Сборник задач и упражнений. Учебно-методическое пособие-1
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
А.И. АПАРНЕВ, А.А. КАЗАКОВА
ХИМИЯ
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ
Учебно-методическое пособие
2-е издание, исправленное и дополненное
НОВОСИБИРСК
2019
1
УДК 54(075.8) А 761
Рецензенты:
Е.М. Турло, канд. пед. наук, доцент Л.И. Афонина, канд. хим. наук, доцент
Работа подготовлена на кафедре химии и химической технологии и утверждена Редакционно-издательским советом университета в качестве учебно-методического пособия для практических занятий и самостоятельной работы студентов, обучающихся по техническим направлениям и специальностям всех форм обучения
Апарнев А.И.
А 761 Химия. Сборник задач и упражнений : учебно-методическое пособие / А.И. Апарнев, А.А. Казакова. – 2-е изд., испр. и доп. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2019. – 80 с.
ISBN 978-5-7782-3895-4
Пособие является составной частью учебно-методического комплекса по дисциплине «Химия» и предназначено для студентов, обучающихся по техническим направлениям и специальностям. Работа включает в себя задачи и упражнения, которые могут быть использованы как для практических занятий, так и для самостоятельной работы студентов. Сборник имеет приложение, содержащее справочный материал, необходимый для решения задач.
УДК 54(075.8)
Апарнев Александр Иванович, Казакова Анна Александровна ХИМИЯ
СБОРНИК ЗАДАЧ И УПРАЖНЕНИЙ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Учебно-методическое пособие 2-е издание, исправленное и дополненное
Редактор Л.Н. Ветчакова
Выпускающий редактор И.П. Брованова Дизайн обложки А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Л.А. Веселовская
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)
Подписано в печать 30.05.2019. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Уч.-изд. л. 4,65. Печ. л. 5,0. Изд. № 130. Заказ № 949. Цена договорная
Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
ISBN 978-5-7782-3895-4 |
Апарнев А.И., Казакова А.А., 2015, 2019 |
|
Новосибирский государственный |
|
технический университет, 2015, 2019 |
2
Тема 1
ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ И СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
Реакции ионного обмена
Задание 1. Даны вещества, участвующие в реакции ионного обмена (табл. 1). Составьте молекулярное, полное и краткое ионномолекулярные 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 класс соединений, к которому относятся данные вещества (кислота, основание или соль), и рассчитайте 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 |
H3ВO3, Ni(OH)2, Ti2(SO4)3 |
|
3 |
H2SO3, Mn(OH)3, K2S |
18 |
H2TeO3, Cd(OH)2, Mg(BrO3)2 |
|
4 |
H2CrO4, Pt(OH)2, Na2TeO3 |
19 |
H2S, Sr(OH)2, Cu(IO3)2 |
|
5 |
HClO3, Fe(OH)3, In2(SО4)3 |
20 |
H3PO4, Cr(OH)3, Bi2(SO4)3 |
|
6 |
H3VO4, Ba(OH)2, Na2CrO4 |
21 |
H2Cr2O7, La(OH)3, Y(NO3)3 |
|
7 |
H2GeO3, Cr(OH)2, K3AsO4 |
22 |
H2C2O4, Zn(OH)2, Fe2(SO4)3 |
|
8 |
H3AsO4, Fe(OH)2, K3PO4 |
23 |
H2SiO3, Ca(OH)2, Na2SO3 |
|
9 |
H3AsO3,V(OH)3, Na2C2O4 |
24 |
H3PO2, Bi(OH)3, Ba(CrO2)2 |
|
10 |
H2Se, Mn(OH)2, Ba(ClO3)2 |
25 |
H2MnO4, Au(OH)3, SnCl2 |
|
11 |
H2SeO3, Co(OH)2, Al2(SO4)3 |
26 |
НNO2, Ga(OH)3, Li2SO3 |
|
12 |
HNO3, Sb(OH)3, K2MnO4 |
27 |
HCN, Ce(OH)3, Ca3(PO3)2 |
|
13 |
H3PO3, Pb(OH)2, Bi(NO3)3 |
28 |
H2WO4, Sc(OH)3, Na2SiO3 |
|
14 |
H2Te, Hg(OH)2, Ni(NO3)2 |
29 |
H3SbO3, Y(OH)3, Hg2(NO3)2 |
|
15 |
H2MnO4, Be(OH)2, Li2SO4 |
30 |
H2SeO4, Cu(OH)2, Na3SbO4 |
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;
4
3)укажите процессы окисления и восстановления, вещества – окислитель и восстановитель;
4)расставьте множители как основные стехиометрические коэффициенты в уравнении 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 |
||
|
1 KNO2 + K2Cr2O7 + H2SO4 → KNO3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
2NaI + NaIO3 + H2SO4 → I2 + Na2SO4 + H2O
3 SnCl2 + K2Cr2O7 + HCl → SnCl4 + CrCl3 + KCl + H2O
4CuS + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO2 + H2SO4 + H2O
5MnSO4 + NaBiO3 + HNO3 → HMnO4 + Bi(NO3)3 + Na2SO4 + + NaNO3 + H2O
6HNO2 + KMnO4 + HNO3 → Mn(NO3)2 + KNO3 + H2O
7K2Cr2O7 + KBr + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + Br2 + K2SO4 + H2O
8 KMnO4 + Na2S + H2SO4 → MnSO4 + S + Na2SO4 + K2SO4 + H2O
9KNO2 + (NH4)2SO4 → N2 + K2SO4 + H2O
10NiCl2 + HNO3 → Ni(NO3)2 + Cl2 + NO + H2O
11KBr + KBrO3 + H2SO4 → Br2 + K2SO4 + H2O
12K2MnO4 + HCl → KMnO4 + MnO2 + KCl + H2O
13(NH4)2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO4 + + (NH4)2SO4 + H2O
14HIO3 + FeSO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + I2 + H2O
15Bi2O5 + MnSO4 + HNO3 → Bi(NO3)3 + HMnO4 + H2SO4 + H2O
16C + K2Cr2O7 + H2SO4 → CO2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
17K2CO3 + Cl2 → CO2 + KCl + KClO3
5
Окончание табл. 3
Номер |
Схема реакции |
|
варианта |
||
|
18FeCl2 + HCl + K2Cr2O7 → FeCl3 + CrCl3 + KCl + H2O
19As2O3 + KMnO4 + H2O + H2SO4 → H3AsO4 + K2SO4 + MnSO4
20Cu2O + KMnO4 + H2SO4 → CuSO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
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
25H2S + H2SO4 → SO2 + H2O
26Al + K2Cr2O7 + H2SO4 → CrSO4 + Al2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
27HClO3 → ClO2 + Cl2O7 + H2O
28Au + H2SeO4 + HCl → HAuCl4 + SeO2 + H2O
29Co(NO3)2 → Co2O3 + NO + O2
30K2MnO4 + CO2 → KMnO4 + MnO2 + K2CO3
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.). Рассчитайте 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 металла образовалось 1,2 г воды, молярная масса эквивалентов которой равна 9 г/моль. Рассчитайте молярную массу эквивалентов оксида и металла. Чему равна молярная масса металла?
6
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.
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. Рассчитайте 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.). Рассчитайте 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.). Рассчитайте 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.). Рассчитайте молярный объем эквивалентов водорода, зная, что молярная масса эквивалентов алюминия равна 9 г/моль.
7
20.На нейтрализацию 9,8 г ортофосфорной кислоты израсходовано 8 г NaOH. Рассчитайте 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.
22.При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с 2,75 г хлороводорода получилось 4.40 г соли. Рассчитайте молярные массы эквивалентов вещества и образовавшейся соли.
23.Рассчитайте 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. Рассчитайте 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. Рассчитайте атомную |
|
массу металла и определите, какой это металл. |
||
26. |
При взаимодействии 12,8 г двухвалентного металла с кислотой |
|
выделяется 4,38 л водорода (н.у.). Рассчитайте 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. Рассчитайте 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. Рассчитайте 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.Для атома элемента в основном состоянии 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, все возможные промежуточные 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 степени окисления и охарактеризуйте окислительно-восстанови- тельные свойства элемента в этих степенях окисления.
7.Составьте возможные формулы оксидов, гидроксидов и кислот (бескислородные и кислородсодержащие), образованные данным атомом элемента.
|
|
|
|
|
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 |
2s22р3 |
23 |
3d54s2 |
4 |
3d104s1 |
14 |
5s25p3 |
24 |
4s24p5 |
5 |
4s24p1 |
15 |
6s26p1 |
25 |
6s26p3 |
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
Окончание табл. 4 |
||
|
|
|
|
|
Электронная |
|
Номер |
Электронная |
Номер |
Электронная |
Номер |
|
|
варианта |
формула |
варианта |
формула |
варианта |
формула |
|
6 |
3d24s2 |
16 |
4d15s2 |
26 |
3s23p1 |
|
7 |
3s23p3 |
17 |
3d24s2 |
27 |
5s25p4 |
|
8 |
2s22р1 |
18 |
5s25p5 |
28 |
4s24p3 |
|
9 |
3d54s1 |
19 |
3s23p2 |
29 |
5s25p1 |
|
10 |
3d34s2 |
20 |
4d25s2 |
30 |
4d55s2 |
|
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 электрон-
ная 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 электронного строения атомов.
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