Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач по химии. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ФГБОУ ВО
«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»
В. Н. ДАНИЛОВ, Е. А. МОТИНА
СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ХИМИИ
Утверждено
редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
2-е издание, исправленное и дополненное
ВОРОНЕЖ
2021
1
1701000000-13
ОК2(03)-2021
УДК 54 (075)
Г1я7 ББК
(075) 54 УДК
ISBN 978-5-00032-525-4
© Данилов В. Н., Мотина Е.А., 2011
© ГОУ ВПО «Воронеж. гос. технол. акад.», 2011
© Данилов В. Н., Мотина Е.А., 2021, с изменениями
© ФГБОУ ВО «Воронеж. гос. ун-т инж. технол.», 2021
Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежского государ-
ственного университета инженерных технологий, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия университета запрещается.
Д36
ББК Г1я7
Д36
Научный редактор профессор С. И. НИФТАЛИЕВ
Р е ц е н з е н т ы:
кафедра химии Воронежского государственного
педагогического университета;
д-р хим. наук В. Н. СЕМЕНОВ
(Воронежский государственный университет)
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Воронежского государственного университета инженерных технологий
Данилов, В. Н.
Сборник задач по химии [Текст] : учеб. пособие / В.Н. Данилов,
Е. А. Мотина; Воронеж. гос. ун-т инж. технол. – 2-е изд., испр. и доп.
– Воронеж : ВГУИТ, 2021. – 147 с.
ISBN 978-5-00032-525-4
Учебное пособие написано для иностранных учащихся подготовительного факультета. Предназначено для закрепления теоретического материала начального курса химии и
овладения практическими навыками решения химических задач. Включает тематический
текстовый материал, примеры решения задач, контрольные задания и вопросы.
Д Без объявл.
2
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
И ЗАКОНЫ ХИМИИ
1.1. Химия как наука.
Атомно-молекулярное учение в химии.
Относительная атомная масса
Химия – это наука, которая изучает состав, строение, свой-
ства и превращения веществ. Тела состоят из веществ, которые
обладают физическими и химическими свойствами.
Физические свойства веществ: агрегатное состояние
(твердое, жидкое, газообразное); цвет; запах; вкус; растворимость; плотность; температуры кипения и плавления.
Природа все время изменяется. Любое изменение в природе
– это явление. Существуют физические и химические явления.
Физические явления – это явления, при которых изменяются форма, объем или физические свойства веществ.
Химические явления – это явления, при которых одни вещества превращаются в другие новые вещества (химические реакции).
Великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов
в 1741 году развил и впервые применил в химии атомномолекулярное учение.
Основные положения учения Ломоносова.
1. Все вещества состоят из молекул.
2. Молекулы состоят из атомов.
3. Частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном
движении.
4. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых ато-
мов, молекулы сложных веществ – из разных атомов.
На международном съезде химиков в г. Карлсруэ в 1860 году были приняты определения понятий молекулы и атома.
Молекула – это наименьшая частица вещества, которая
сохраняет его химические свойства.
Атом – это наименьшая частица химического элемента, ко-
торая сохраняет его химические свойства.
3
При химических реакциях молекулы веществ разрушаются,
.
18
4,5
)C(
X
/
)(X
)(
12
1
a
a
m
m
A
r
1. 008,1
/
)(H
)(
26-
12
1
-27
12
1
101,993 /
101,674
)C(
H
a
a
m
m
A
r
16. 999,15
/
)(O
)O(
26-
12
1
-26
12
1
101,993 /
102,667
)C(
a
a
m
m
A
r
а из атомов образуются молекулы новых веществ. Атомы при
химических реакциях не разрушаются.
Химический элемент – это вид атомов с одинаковыми химическими свойствами.
Массы атомов чрезвычайно малы. Так, масса атома водоро-
да составляет 1,674.10
1,993.10
-26
кг. Поэтому в химии традиционно применяют не абсо-
-27
кг, кислорода – 2,667.10
-26
кг, углерода –
лютные значения масс, а относительные. За единицу относительных атомных масс принята атомная единица массы (а. е. м.),
представляющая собой 1/12 массы атома изотопа углерода 12C.
Относительная атомная масса химического элемента
(Ar(X)) – величина, равная отношению массы атома элемента
(ma(X)) к 1/12 (одной двенадцатой) массы атома углерода 12C
(mа(C)):
масса атома больше, чем 1/12 массы атома углерода 12C. В периодической системе Д. И. Менделеева приведены относительные
атомные массы всех элементов.
величина, равная отношению массы молекулы вещества к 1/12
(одной двенадцатой) массы атома углерода 12C.
равна сумме относительных атомных масс всех элементов (с учетом числа атомов), входящих в состав молекулы вещества.
Например, Mr (H2O) = 2∙Ar(H) + Ar(O) = 2∙1 + 16 = 18.
4
Относительная атомная масса показывает, во сколько раз
Относительная молекулярная масса вещества Mr(XY) –
Относительная молекулярная масса вещества численно
Mr (H2SO4) = 2∙Ar(H) + Ar(S) + 4∙Ar(O) = 2∙1 + 32 + 4∙16 = 98.
Контрольные задания
1. Выполните задание по образцу:
тело вещество
стакан железо
Стакан, железо, стекло, сера, Земля, алюминий, Солнце,
дом, мел, кислород, сахар, книга, автобус, колба, азот, серебро,
нож, фосфор, колба.
2. Какие это явления (физические или химические): плавление серебра, горение магния, растворение железа в серной кислоте, горение фосфора, кипение воды, испарение этилового спирта, превращение мела в порошок?
3. Определите, какие изменения характеризуют химическую реакцию: изменение цвета, изменение формы тела, образование вещества, которое не растворяется в воде, изменение агрегатного состояния вещества, образование газа, выделение теплоты, изменение объема.
4. Во сколько раз относительная атомная масса химических
элементов: а) углерода; б) серы; в) железа; г) алюминия; д) цинка;
е) свинца; ж) марганца; з) хлора больше, чем 1/12 часть массы
атома углерода?
5. Определите относительные атомные массы: а) хлора
(масса атома хлора 5,891·10
1,792·10
-25
кг); г) железа (масса атома железа 9,913∙10
в) меди (масса атома меди 1,055∙10
3,967∙10
-25
кг).
-26
кг; б) серебра (масса атома серебра
-25
; д) урана (масса атома урана
-26
кг);
6. Найдите массу атома натрия, кальция, галлия, циркония,
олова, если масса атома углерода равна 1,993 ·10
-26
кг.
7. Рассчитайте атомные массы элементов: а) лития; б) фос-
фора; в) титана; г) олова; д) радона; е) франция.
8. Во сколько раз атом ртути тяжелее: а) атома кальция;
б) атома хлора; в) атома цинка; г) атома серебра; д) атома йода;
е) атома цезия; ж) атома платины?
9. Вычислите относительные молекулярные массы веществ:
Ca(NO3)2; Al2(SO4)3; Fe2O3; Ba(OH)2; H3PO4; HNO3; SO3; Na2SiO3;
(CuOH)2CO3; Ca(HCO3)2; Mg3(PO4)2.
5
1.2. Простые и сложные вещества. Валентность.
Закон постоянства состава. Массовая доля вещества
Все вещества делят на простые и сложные.
Простые вещества – это вещества, образованные атомами
одного элемента. Простые вещества можно разделить на металлы
(Fe, Cu, Ag, Mg) и неметаллы (P, O2, S, N2).
Сложные вещества, или химические соединения, - это
вещества, образованные атомами разных элементов. Сложные
вещества делятся на классы: оксиды, основания, кислоты, соли.
Оксиды – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов кислорода и другого химического элемента (K2O,
CaO, Al2O3, CO2, SO3).
Основания – это сложные вещества, молекулы которых
состоят из атомов металла и гидроксильных групп – OH (NaOH,
Ca(OH)2, Al(OH)3).
Кислоты – это сложные вещества, молекулы которых состоят из атомов водорода и кислотных остатков (HCl, HNO3,
H2SO4, H3PO4).
Соли – это сложные вещества, молекулы которых состоят
из атомов металла и кислотных остатков (NaCl, BaSO4, Ca(NO3)2).
Состав молекул веществ изображается химическими формулами.
Химическая формула – это выражение состава вещества
при помощи химических знаков и индексов, показывающих число атомов каждого элемента.
Закон постоянства состава в 1808 году впервые сформу-
лировал французский ученый Пруст: всякое чистое вещество
независимо от способа получения всегда имеет постоянный
качественный и количественный состав. Чтобы правильно написать формулу вещества, нужно знать важное свойство химических элементов – валентность.
Валентность – это способность атомов данного элемента
присоединять определенное число атомов другого элемента.
Атом водорода никогда не присоединяет больше одного атома
другого элемента. Поэтому валентность водорода принята за
единицу измерения валентности элементов.
6
Некоторые элементы имеют постоянную валентность.
Элемент
Валентность
Элемент
Валентность
Медь (Cu)
I, II, (III)
*
Серебро (Ag)
I, (II), (III)
Золото (Au)
I, (II), III
Ртуть (Hg)
I, II
Таллий (Tl)
I, (II), III
Церий (Се)
III, IV
Неодим (Nd)
III, IV
Тербий (Tb)
III, IV
Самарий (Sm)
(II), III
Европий (Eu)
(II), III
Тулий (Tm)
(II), III
Иттербий (Yb)
(II), III
Уран (U)
(II), III, IV, (V), VI
Углерод (С)
(II), IV
Кремний (Si)
(II), IV
Германий (Ge)
(II), IV
Олово (Sn)
(II), IV
Свинец (Pb)
(II), IV
Азот (N)
(I), II, III, IV, V
Фосфор (P)
I, III, V
Мышьяк (As)
(II), III, V
Сурьма (Sb)
III, (IV), V
Висмут (Bi)
(II), III, (IV), V
Ванадий (V)
II, III, IV, V
Ниобий (Nb)
(II), III, (IV), V
Тантал (Ta)
(III), (IV), V
Сера (S)
II, IV, VI
Селен (Se)
(II), IV, VI
Теллур (Te)
(II), IV, VI
Полоний (Po)
II, IV, (VI)
Хром (Cr)
II, III, VI
Молибден (Mo)
(II), III, (IV), (V),VI
Вольфрам (W)
(II),(III), (IV), (V),VI
Хлор (Cl)
I, (II),III, (IV), V,VII
Бром (Br)
(I),(III), (IV), V
Йод (I)
I, (III), (IV), V,VII
Железо (Fe)
II, III, (IV), (VI)
Кобальт (Co)
II, III, (IV)
Никель (Ni)
(I), II, (III), (IV)
Рутений (Ru)
(II),III, (IV), (V),(VI)
Родий (Rh)
(II), (III), IV, (VI)
Палладий (Pd)
II, IV, (VI)
Осмий (Os)
(II), III, IV, VI, VIII
Иридий (Ir)
(I), (II), III, IV, VI
Платина (Pt)
(I), II, (III), IV, VI
*
- в скобках обозначены более редкие валентности элементов
Например, элементы водород Н, фтор F, щелочные металлы (литий
Li, натрий Na, калий K и др.) всегда одновалентны (присоединяют
только один атом водорода). Щелочноземельные металлы (бериллий Be, кальций Ca, магний Mg и др.), а также кислород О, цинк
Zn и кадмий Cd всегда двухвалентны, бор В, алюминий Al, галлий
Ga и индий In – трехвалентны.
Многие элементы (неметаллы и металлы побочных под-
групп периодической системы элементов) имеют переменную
валентность (табл. 1).
Таблица 1
Химические элементы с переменной валентностью
7
Валентность элемента обычно указывают римской цифрой
Дано:
H2SO4
Решение
Массовая доля элемента рассчитывается по
формуле ω(X) = z∙Ar(X) / Mr,
Найти:
ω (H)
ω (S)
ω (O)
где z – число атомов каждого элемента,
Ar(X) – относительная атомная масса элемента,
Мr – относительная молекулярная масса вещества
(серной кислоты).
m n
валентность
AxB
y
: m ∙ x = n ∙ y
индексы
в скобках после названия элемента: Cu2O – оксид меди (I), CuO –
оксид меди (II). Для определения валентности элементов применяется правило: в молекуле бинарного соединения произведение
валентности на число атомов одного элемента равно произведению валентности на число атомов другого элемента:
Зная химическую формулу вещества, можно вычислить
массовую долю каждого элемента в веществе (в долях единицы
или в процентах).
Массовая доля вещества ω(X) – это величина, равная от-
ношению массы вещества m(X) в системе к общей массе всей системы m: ω(X) = m(X) / m.
Пример 1. Определите массовую долю каждого элемента,
входящего в состав серной кислоты H2SO4.
Относительная молекулярная масса серной кислоты равна:
Mr(H2SO4) = 2∙Ar(H) + Ar(S) + 4∙Ar(O) = 2∙1 + 32 + 4·16 = 98.
ω (H) = 2∙Ar(H) / Mr(H2SO4) = 2∙1 / 98 = 0,020 (или 2,0 %).
ω (S) = Ar(S) / Mr(H2SO4) = 32 / 98 = 0,327 (или 32,7 %).
ꞷ (O) = 4∙Ar(O) / Mr(H2SO4) = 4∙16 / 98 = 0,653 (или 65,3 %).
Ответ: ω(H) = 0,020; ω(S) = 0,327; ω(O) = 0,653.
8
Пример 2. Определите формулу вещества, в котором
Дано:
NaxPyO
z
ω(Na) = 0,346
ω(P) = 0,233
ω(O) = 0,421
Решение
Для нахождения формулы вещества
следует воспользоваться следующим соотношением:
.7:2:43,5:1:20,026:0,0075:0,015
16
0,421
:
31
0,233
:
23
0,346
(O)
(O)
:
(P)
(P)
:
(Na)
(Na)
z:y:x
r
A
ω
r
A
ω
r
A
ω
Найти:
x:y:z
массовая доля натрия равна 0,346, массовая доля фосфора равна
0,233, массовая доля кислорода равна 0,421.
Ответ: Na4P2O7.
Контрольные задания
1. Напишите формулы веществ (химическими знаками): ар-
гентум – два – эс – о – четыре; феррум – эн – о – три – трижды;
арсеникум – два – о – три; кальций – о – аш – дважды; купрум –
два – о; барий – це – два – о – четыре; хидраргирум – о; аш – эн –
о – три; натрий – три – пе – о – четыре.
2. Напишите формулы веществ (словами): LiOH; P2O5; H2S;
Hg2SO4; HNO3; BaCl2; K2SO4, HIO4; Mg(HCO3)2; BeF4; Ag2CrO4;
CuCN; AsH; N2O5; CdBr2; H3PO4; CaO; HCl; Ba(OH)2.
3. Из веществ, указанных в задании 2, выпишите отдельно
оксиды, основания, кислоты и соли.
4. Выпишите отдельно простые и сложные вещества: ртуть
Hg, кислород O2, вода H2O, хлорид натрия NaCl, серная кислота
H2SO4, гелий He, оксид железа (III) Fe2O3, сера S, медь Cu, гидроксид калия KOH, озон O3, хлор Cl2.
5. Вычислите массовые доли каждого элемента, входящего
в состав: нитрата кальция, сульфата алюминия, гидроксида бария,
оксида железа (III), фосфорной кислоты.
медь (массовая доля 0,400), сера (массовая доля 0,200) и кислород.
6. Определите формулу вещества, в состав которого входят
9
7. Определите формулу вещества, в состав которого входят
углерода (IV) с бромом (I);
железа (III) с серой (II);
алюминия с хлором (I);
кислорода с азотом (III);
натрия с кислородом;
кальция с водородом;
азота (III) с водородом;
натрия с водородом;
кислорода с фосфором (V);
алюминия с серой (II);
углерода (IV) с водородом;
меди (I) с кислородом;
хлора (VII) с кислородом;
кислорода с водородом;
углерода (IV) с алюминием;
серы (VI) с кислородом;
кислорода с азотом (V);
водорода с фосфором (III).
калий (массовая доля 0,247), марганец (массовая доля 0,348) и
кислород.
8. Определите формулу вещества, в состав которого входят
натрий (массовая доля 0,421), фосфор (массовая доля 0,189) и
кислород.
9. Определите формулу вещества, в состав которого входят
барий (массовая доля 0,801), кислород (массовая доля 0,187) и
водород.
10. Определите формулу вещества, в состав которого входят: серебро (массовая доля 0,783), углерод (массовая доля 0,044)
и кислород.
11. Определите формулу вещества, в состав которого входят: железо (массовая доля 0,231), азот (массовая доля 0,174) и
кислород.
12. Состав оксида элемента выражается формулой ЭО2.
Для получения оксида массой 6,4 г необходимо 3,2 г элемента.
Какой элемент образует оксид?
13. Состав оксида элемента выражается формулой Э2О3.
Для получения оксида массой 7,6 г необходимо 2,8 г элемента.
Какой элемент образует оксид?
14. Напишите формулы соединений и их графические
изображения:
15. Определите валентность элементов в соединениях: NH3;
SO3; P2O5; CH4; Cu2O; ZnS; N2O3; CaCl2; H2O; PH3; P2O3; N2H4;
Na2O; Al4S3; C2H6; C2H4; C2H2.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]