Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая химия. Учебно-методическое пособие
.pdf
41
Катодные процессы
На катоде возможно восстановление:
катионов металла Ме
n+
+ nē = Me ;
катиона водорода (свободного или в составе молекул воды).
2H
+
+ 2ē = H 2 ( в кислой среде) ;
2H2
O + 2ē =H 2+ 2 OH– (в нейтральной и щелочной средах).
Для выбора приоритетного процесса следует сравнить стан-
дартные электродные потенциалы металла и водорода. Потенциал
восстановления катионов водорода необходимо использовать
с учетом перенапряжения:
0
22
Е 2НОH
1 В, т. е. потенциал выде-
ления водорода на катоде гораздо более отрицательный, чем равновесный потенциал, отвечающий рН данного раствора.
Перенапряжением называют сдвиг потенциала электрода от
данного равновесного значения, вызванный замедленностью электрохимической реакции разряда или образования ионов при данной
плотности тока.
Перенапряжение водорода очень сильно зависит от природы катода и состояния его пове
рхнос
ти. Самым незначительным оказывается перенапряжение водорода на гладкой платине. При выделении
металлов на катоде, как правило, перенапряжение невелико.
Все металлы по своему поведению при электролизе водных рас-
творов можно разделить на 3 группы:
1. Активные металлы (Li – Al) из-за низкой окислительной способности их ионов на катоде не осаждаются, вместо них идет во
сста-
новление ио
нов водорода.
2. Металлы средней активности (Mn, Zn, Fe, Sn) могут осаждаться на
катоде с одновременным выделением водорода.
3. Неактивные металлы (стоящие в ряду напряжений после водорода)
из-за высокой окислительной способности их ионов осаждаются на
катоде без выделения водорода.
Анодные процессы
На аноде возможны процессы окисления:
материала анода Ме
nē = Men+;
молекул воды 2H
2
O 4ē =О 2+ 4H+ ;
анионов солей 2Cl
2ē = Cl2; NO
2
–
2ē + H2O = NO
3
–
+ 2H+.
Анионы кислородосодержащих кислот, имеющие в своем составе атом элемента в высшей степени окисления (SO
4
2–
, NO
3
–
и др.),
при электролизе водных растворов на аноде не разряжаются. С учетом перенапряжения величину потенциала выделения кислорода
нужно считать равной 1,8 В.
41
42
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ*
Тема 1. Строение атома
Задание 1. Напишите электронные формулы атомов и ионов. Укажи-
те валентные электроны атомов.
Задание 2. Распределите по квантовым ячейкам валентные электроны и определите какой это элемент.
Задание 3. Укажите значение главного и орбитального (побочного)
квантовых чисел для подуровней
Номер
варианта
Задание 1 Задание 2 Задание 3
1 Ag, Ba2+ 2s22p2 2p
2 As, Ti4+ 2s22p6 4f
3 Sr, In3+ 3s23p3 3d
4 Xe, Br– 3s2 3s
5 Cs, Ga3+ 2s22p1 4p
6 F, Mg2+ 3s23p1 5d
7 S, Li+ 6s2 4s
8 N, S2– 5s25p3 3p
9 Ne, Al3+ 5s25p2 4d
10 Si, Na+ 4s23d2 5p
11 O, I– 5s24d2 5s
12 P, F– 4s13d10 5f
13 Mg, Ar 6s25d2 2s
14 K, S2– 6s25d5 1s
15 Ca, Cl– 6s26p3 5d
16 Al, Te2– 5s25p1 1s
17 C, K+ 6s25d4 6d
18 Se, Be2+ 5s25p6 5f
19 Mn, Se
2
–
6s15d10 7s
20 Cl, Si4+ 5s14d10 4p
21 Si, Ge4+ 5s25p4 5s
22 Na, B3+ 6s26p6 6s
23 Zn, Hg2+ 3s23p5 2p
24 Ar, Zn2+ 2s22p2 3d
*
Образцы билетов контрольных работ и экзаменационного билета, а также критерий оценки
письменного экзамена приведены в прил. 2.
42
43
Окончание таблицы
Номер
варианта
Задание 1 Задание 2 Задание 3
26 B, Y3+ 3s23p1 3p
27 Au, P5+ 3s23p6 4s
28 Cd, Br– 2s22p4 4f
29 Ne, Sn2+ 3s23p5 1s
30 At, Cr3+ 4s1 5d
Пример решения и оформления задания раздела 1
Пример 1. Напишите электронные формулы атомов и ионов. Под-
черкните валентные электроны.
4
Ве: 1s22s
2
9
F–: 1s22s22p6.
Пример 2. Распределите по квантовым ячейкам валентные электро-
ны и определите какой это элемент.
1s
22s22p4
– это кислород 8O (8-й порядковый номер)
Пример 3. Укажите значение главного и орбитального (побочного)
квантовых чисел для подуровней.
6d: n = 6
l = 2
Тема 2. Закономерности химических процессов
Термохимия
Задание 1. Приведите значение теплового эффекта реакции при
стандартных условиях. Укажите, какая это реакция – экзо- или эндотермическая (см. табл. П.1.2).
Задание 2. Определите температуру, при которой устанавливается
химическое равновесие реакции (см. табл. П.1.2).
Задание 3. Сделайте вывод о возможности протекания данной реакции при стандартных условиях и при температуре 1500 К.
2s
2
2p4
43
44
Номер
варианта
Реакция
1
2SO
2(г
)
+O
2(г
)
2SO
3(г
)
2
4NH
3(г
)
+5O
2(г
)
4NO
(г)
+6H2O
(ж)
3
CO
2(г
)
+C(графит)2CO
2(г
)
4
4NO
(г)
2N2O
(г)
+O
2(г
)
5
CH
4(г
)
C(графит) +2H
2(г
)
6
CaO
(тв)
+H
2(г
)
Ca
(тв)
+H2O
(г)
7
4HCl
(г)
+O
2(г
)
2H2O
(г)
+2Cl
2(г
)
8
N
2(г
)
+3H
2(г
)
2NH
3(г
)
9
2HNO
3(г
)
H
2(г
)
+N
2(г
)
+3O
2(г
)
10
2N
2(г
)
+O
2(г
)
2N2O
(г)
11
C
(графит) +H
2
O
(г)
CO
(г)
+H
2(г
)
12
CO
(г)
+H2O
(г)
CO
2(г
)
+H
2(г
)
13
2Ag
2
O
(тв)
4Ag
(тв)
+O
2(г
)
14
SiF
4(г
)
Si
(тв)
+2F
2(г
)
15
2CO
(г)
+O
2(г
)
2CO
2(г
)
16
3S
(тв)
+2H2O
(ж)
SO
2(г
)
+2H2S
(г)
17
SO
2(г
)
+NO
2(г
)
SO
3(г
)
+NO
(г)
18
C(графит)+2F
2(г
)
CF
4(г
)
19
2H
2
S
(г)
+O
2(г
)
2S
(тв)
+2H2O
(г)
20
Cl
2(г
)
+2O
2(г
)
2ClO
2(г
)
21
2H
2(г
)
+O
2(г
)
2H2O
(г)
22
2NO
2(г
)
2NO
(г)
+O
2(г
)
23
O
2(г
)
+2F
2(г
)
2OF
2(г
)
24
H
2
S
(г)
+Cl
2(г
)
2HCl
(г)+S(тв)
25
CO
(г)
+H
2(г
)
C(графит) + H2O
(г)
26
SO
2(г
)
+2H2S
(г)
3S
(тв)
+2H2O
(ж)
27
С(алмаз)+H
2
O
(г)
CO
(г)
+H
2(г
)
28
2N
2
O
(г)
+O
2(г
)
4NO
(г)
29
Si
(тв)
+3F
2(г
)
SiF
6(г
)
30
CO
(г)
+Cl
2(г
)
COCl
2(г
)
Примеры решения и оформления задания раздела 2
Пример 1. Вычислить стандартные изменения энтальпии, эн-
тропии, энергии Гиббса в реакции CO
2(г)
+ С(графит) = 2CO
(г)
. Опреде-
44
45
лить температуру, при которой устанавливается химическое равновесие реакции, и сделать вывод о возможности протекания реакции
в прямом направлении.
Решение
Производим расчет стандартного изменения энтальпии реакции по
следствию из закона Гесса:
0
х.р
Δ
H
= (n·
0
прод
ΔH ) – (m·
0
исх.в
ΔH
) = 2
0
СО
ΔН
– (
2
0
СО
ΔН
+
0
С
Δ
Н
) =
= 2
(–110,5) – (–393,5 + 0) = 172,5 кДж.
0
х.р
Δ
H
> 0 – эндотермическая реакция.
Стандартное изменение энтропии реакции также определяем по следствию из закона Гесса:
0
х.р
ΔS = (n
0
прод
S ) – (m
0
исх.в
S ) = 2
CO
0
S – (
2
CO
0
S +
C
0
S ) = 2197,5 –
– (213,7 + 5,7) = 175,6 Дж/К = 176,5
10
–3
кДж/К.
Стандартное изменение энергии Гиббса реакции равно:
0
х.р
ΔG =
0
х.р
Δ
H
– Т
0
х.р
ΔS = 172,5 – 298176,510
–3
= 120,2 кДж.
0
х.р
ΔG > 0 при Т = 298 К прямая реакция невозможна.
Определим температуру, при которой устанавливается химическое
равновесие.
Если пренебречь зависимостями
Н и S от температуры и считать
их постоянными, можно рассчитать энергию Гиббса при нестандартной температуре Т:
G = Н – ТS
0
х.р
ΔH
– Т
0
х.р
ΔS
,
х.р
ΔG =
0
х.р
Δ
H
– Т
0
х.р
ΔS = 0 Т =
0
х.р
0
х.р
ΔΔН
S
=
3
172,5
982 К.
175,6 10
Химическое равновесие
Задание 1.
Напишите математическое выражение Кс (константы
химического равновесия) для обратимых реакций.
Задание 2. Укажите направление смещения равновесия при
изменении условий:
а) при увеличении парциального давления одного из исходных
газообразных веществ;
б) понижении давления;
в) повышении температуры.
45
46
Номер
варианта
Уравнение реакции
Н
0
,
кДж/моль
1 2N2O
(г)
+ O2
(г)
4NO
(г)
196
2 4NH
3(г)
+ 5 O
2 (г)
4NO
(г)
+ 6 H2O
(г)
908
3 2H2S
(г)
+ 3 O
2 (г)
2 SO
2 (г)
+ 2 H2O
(г)
1038
4 CO
2 (г)
+ H
2 (г)
CO
(г)
+ H2O
(г)
41
5 2 H
2 (г)
+ O
2 (г)
2 H2O
(г)
–484
6 2 SO
2 (г)
+ O
2(г)
2SO
3(г)
–196
7 2NO
(г)
+ O
2 (г)
2 NO
2 (г)
–112
8 Fe3O
4 (т)
+ H
2 (г)
3 FeO
(т)
+ H2O
(г)
62
9 FeO
(т)
+ H
2 (г)
Fe
(т)
+ H2O
(г)
–272
10 C(графит) + H2O
(г)
CO
(г)
+ H
2 (г)
131
11 CO
(г)
+ H2O
(г)
CO
2 (г)
+ H
2(г)
–41
12 SO
3 (г)
+ H
2 (г)
SO
2 (г)
+ H2O
(г)
–144
13 H
2 (г)
+ Cl
2 (г)
2HCl
(г)
–184
14 FeO
(т)
+ CO
(г)
Fe
(т)
+ CO
2 (г)
–11
15 2ZnS
(т)
+ 3 O
2 (г)
2 ZnO
(т)
+ 2SO
2 (г)
–878
16 N
2 (г)
+ 3 H
2 (г)
2 NH
3 (г)
–92
17 СaCO
3 (т)
СaO
(т)
+ CO
2 (г)
175
18 2 MgCl
2 (т)
+ O
2 (г)
2 MgO
(т)
+ 2 Cl
2 (г)
82
19 Сa(OH)
2 (т)
CaO
(т)
+ H2O
(г)
48
20 H2O
(г)
+ CO
(г)
CO
2 (г)
+ H
2 (г)
–41
21 Si
(тв)
+3F
2(г)
SiF
6(г)
1614
22 CO
(г)
+ H
2 (г)
C(графит) + H2O
(г)
–131
23 SO
2 (г)
+ H2O
(г)
SO
3 (г)
+ H
2 (г)
144
24 MgO
(т)
+ CO
2 (г)
MgCO
3 (т)
–98,5
25 СaO
(т)
+ CO
2 (г)
СaCO
3 (т)
–175
26 2 MgO
(т)
+ 2 Cl
2 (г)
2 MgCl
2 (т)
+ O
2 (г)
–82
27 СaO
(т)
+ SO
3 (г)
СаSO4
(т)
–393,7
28
2HCl
(г)
H
2 (г)
+ Cl
2 (г)
184
29
C
(графит)
+ 2F
2 (г)
CF4
(г)
1614
30
Fe
2O3 (т)
+ H
2 (г)
2FeO
(т)
+ H2O
(г)
–26
46
47
Пример 2. Напишите математическое выражение К
с
(константы равно-
весия) для обратимой реакции N
2
+ 3H
2
2NH3;
H
0
х.р
= –92 кДж и
укажите направление смещения равновесия при изменении условий:
1)
при увеличении концентрации NH
3
;
2)
при увеличении давления;
3)
при понижении температуры.
Константа равновесия записывается следующим образом:
2
3
3
22
.
c
K
При изменении параметров равновесие смещается:
1) с увеличением
3
NH
С
(влево) в обратном направлении;
2) с увеличением общего давления (вправо) в прямом направ-
лении;
3) при понижении температуры (вправо) в прямом направлении.
Тема 3. Классы неорганических веществ
Задание 1. Укажите, к какому классу неорганических веществ отно-
сятся приведенные в задании соединения.
Задание 2. Напишите в молекулярной форме уравнения возможныx
реакций предложенных веществ с H
2
O, KOH и HNO
3
(разб.).
1. N
2O3
, Li2O; HCl, Cr(OH)3
2. SnO, P2O5; Cd(OH)2, H2S
3. MgO, Al2O3; Cu(OH)2, HBr
4. SO3, CaO; H2SO3, Sn(OH)2
5. SiO2, NiO; H2SiO3, Pb(OH)2
6. PbO, N2O5; CH3COOH, KOH
7. SO2, CuO; H2Se, Zn(OH)2
8. Cr2O3, Cl2O7;Fe(OH)2, H3AsO
3
9. CoO, ZnO; RbOH, HI
10. P2O3, FeO; H2Te, Al(OH)3
11. BeO, CO2; Ca(OH)2, HCN
12. Fe2O3, K2O; HNO3, Be(OH)2
13. MnO, P2O5; H2SO3, Sn(OH)4
14. BaO, Mn2O7;H3PO4, Ga(OH)3
15. CdO, SnO2; HF, Be(OH)2
47
48
16.
As2O3, CuO;
NaOH, H2CO3
17. Al2O3, SiO2; NH4OH, HClO4
18. N2O5, TiO2; Pb(OH)4, HNO2
19. PbO2, MgO; Mg(OH)2, HClO
20. As2O5, NiO; Ga(OH)3, HMnO4
21. FeO, Sb2O3; H3BO3, Mo(OH)2
22. BaO, CO2; Be(OH)2, HBrO
23. Mn2O7, Cs2O; Al(OH)3, H2Cr2O
7
24. CaO, Cl2O; Cr(OH)3, H3PO3
25. CrO, Sb2O5; RbOH, H2S
26. Li2O, Br2O; NH4OH, HClO4
27. Na2O, CO; Ni(OH)2, HCl
28. MnO, ZnO; CsOH, H2Te
29. SrO, CrO3; Sb(OH)3, H2SO4
30. SO3, TiO2; Sr(OH)2, H3PO3
Пример решения и оформления задания раздела 3
Пример. Укажите, к какому классу неорганических веществ относят-
ся указанные в задании соединения.
Na
2
O – оксид (основной);
MoO
3
– оксид (кислотный);
HNO
3
– сильная кислота;
Be(OH)
2
– амфотерный гидроксид.
Пример. Напишите в молекулярной форме уравнения возможныx ре-
акций предложенных веществ с H
2
O, KOH и HNO
3
(разб.).
1.
Na
2
O + H2O → 2NaOH
Na
2
O + KOH ≠
Na
2
O + 2HNO3 → 2NaNO3 + H2O
2.
N
2O5
+ H2O → 2HNO3
N
2O5
+ 2KOH → 2KNO3 + H2O
N
2O5
+ HNO3 ≠
3. HNO
3
+ H2O ≠
HNO
3
+ KOH → KNO3 + H2O
HNO
3
+ HNO3 ≠
4. Be(OH)
2
+ H2O ≠
Be(OH)
2
+ 2KOH → K2BeO2 + 2H2O
Be(OH)
2
+ 2HNO3 → Be(NO3)2 + 2H2O
48
49
Тема 4. Растворы электролитов
Задание 1. Приведите название солей. Напишите уравнения их дис-
социации.
1. NiOHCl, NiBr
2
, NaH2PO4
2. CaCl2, (CoOH)2SO4, KHCO3
3. BaSO4, Cа(HCO3)2, AlOHCl2
4. CaBr2, (SnOH)2SO4, K2HPO4
5. NaHSe, CoOHNO3, MgCl2
6. Al2(SO4)3, CrOHCl2, KHSO3
7. Fe(NO3)3, SnOHNO3, NaHTe
8. Mn(NO3)2, Bi(OH)2Cl, KHS
9. ZnCl2, MnOHCl, Ba(HSO3)2
10. KHSO3, (PbOH)2SO4, CrBr3
11. AlOHBr2, Sr(HS)2, K2SO3
12. FeCl2, NaH2AsO4, KCrO2
13. Cu(NO3)2, CoOHCl, NaHS
14. CrOHSO4, SrBr2, CsHSO3
15. NaHSe, NiOHNO3, ZnSO4
16. CdOHBr, Ni(NO3)2, NaHCO3
17. Pb(HSO4)2, NH4NO3, CoOHCl
18. K2HAsO3, AlOHCl2, K2CO3
19. Al(OH)2NO3, Fe2(SO4)3, KHSe
20. CsHTe, Ca3(PO4)2, MnOHBr
21. CuOHCl, Ca(H2PO4)2, Rb2SO4
22. Ba(HSe)2, ZnCl2, (NH4)2SO4
23. FeCl2, Al(NO3)3, (MnOH)2SO4
24. FeCl3, NH4HSO3, (CoOH)2SO4
25. Fe2(SO4)3, RbHCO3, FeOHSO4
26. BeCl2, Ca(HCO3)2, CoOHCl
27. NH4Cl, NH4HSO3, FeOHCl
28. (NH4)2CO3, K2HAsO3, BiCl3
29. NH4H2AsO3, ZnOHCl, BaSO4
30. Be(NO3)2, K2SnO2, BiOHCl2
Задание 2. Напишите в молекулярной и ионной формах уравнения
реакций для следующих превращений:
1. Ni(OH)
2
(NiOH)2SO4 NiSO4 Ni(OH)2
2. CuSO
4
(CuOH)2SO4 Cu(OH)2 CuOHNO3
49
3. Bi(NO3)3 BiOH(NO3)2 Bi(OH)3 Bi2O3
4. Co(OH)
2
CoOHCl CoCl2 Co(NO3)2
5. Pb(NO
3)2
PbOHNO3 Pb(OH)2 K2PbO2
6. NiCl
2
Ni(OH)2 NiOHCl NiCl2
7. CrOHCl
2
CrCl3 Cr(OH)3 CrOHSO4
8. (SnOH)
2SO4
SnSO4 Sn(OH)2 Na2SnO2
9. NiBr
2
NiOHBr Ni(OH)2 NiSO4
10. CoSO
4
Co(OH)2 (CoOH)2SO4 Co(NO3)2
11. [Cr(OH)
2]2SO4
CrOHSO4 Cr2(SO4)3 CrCl3
12. NiSO
4
(NiOH)2SO4 Ni(OH)2 NiBr2
13. FeOHSO
4
Fe2(SO4)3 Fe(OH)3 FeCl3
14. NiBr
2
Ni(OH)2 NiOHCl NiCl2
15. Al(OH)
3
Al(OH)2Cl AlCl3 Al(NO3)3
16. Sn(OH)
2
SnOHCl K2SnO2 Sn(OH)2
17. CoCl
2
Co(OH)2 (CoOH)2SO4 CoSO4
18. Bi(OH)
3
Bi(OH)2NO3 Bi(OH)3 Bi2O3
19. Cu(OH)
2
CuOHCl CuCl2 Cu(NO3)2
20. CoSO
4
(CoOH)2SO4 Co(OH)2 Co(NO3)2
21. Ni(NO
3)2
NiOHNO3 Ni(OH)2 (NiOH)2SO4
22. Bi(OH)
2NO3
Bi(NO3)3 Bi(OH)3 Bi(NO3)3
23. Cr
2
(SO4)3 CrOHSO4 Cr(OH)3 K3CrO3
24. SnCl
2
SnOHCl Na2SnO2 Sn(OH)2
25. Pb(NO
3)2
Pb(OH)NO3 Pb(OH)2 K2PbO2
26. Na
2CO3
NaHCO3 H2CO3 K2CO3
27. AlCl
3
Al(OH)3 Al(OH)2Cl Al(NO3)3
28. MgO Mg(NO
3)2
Mg(OH)2 MgCl2
29. Na
2
S NaHS Na2S H2S
30. H
2SO3
KHSO3 K2SO3 H2SO3
Задание 3. По заданным ионным уравнениям напишите соответству-
ющие молекулярные
1. Ca
2+
+ SO
3
2–
= CaSO3
2. H
+
+ OH– = H2O
3. Co
2+
+ OH– + Cl– = CoOHCl
4. Al
3+
+ 3OH– = Al(OH)3
5. HSO
3
–
+ OH– = SO
3
2–
= H2O
6. Ag
+
+ Br– = AgBr
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]