Билет 5б

Задача 1

Используя табличные значения стандартных электродных потенциалов, определите, в каком направлении возможно протекание реакции в системе

Pb(NO₃)₂ + Hg(NO₃)₂ + H₂O  PbO₂ + Hg₂(NO₃)₂ + HNO₃.

С учётом направления реакции найдите эквивалент восстановителя.

Задача 2

Вычислите ЭДС гальванического элемента:

CoCo²⁺ (0,01 моль/л)  Cd²⁺ (0,001 моль/л) Cd.

Задача 3

Смесь оксидов цинка, хрома (VI) и железа (III) обработали избытком водного раствора едкого кали. Укажите молекулярную массу нерастворившегося вещества. Ответ мотивируйте уравнениями реакций.

Задача 4

Какой объём 3М раствора перманганата калия необходимо взять для полного протекания реакции с 243 мл 2 М раствора нитрита натрия в нейтральной среде?

Задача 5

К водному раствору нитрата хрома (III) прилили раствор карбоната калия. Составьте молекулярное уравнение реакции совместного гидролиза. В ответе приведите формулу вещества, выпавшего в осадок.

Задача 6

Рассчитайте массу ванадия, который можно получить из 30 кг концентрата с массовой долей оксида ванадия (V) 55 % при восстановлении его металлическим кальцием, если выход этой реакции составляет 80 %.

Задача 7

Составьте уравнение реакции нитрата железа (III) с сульфидом натрия. В ответе укажите молекулярную массу железосодержащего продукта.

Задача 8

Составьте формулу хлорида хлоропентаамминхрома (III) и определите максимальное значение изотонического коэффициента Вант-Гоффа в растворе этого соединения.

Билет 6а

Задача 1

Сравните атомные радиусы элементов, подставив знаки > ; < или :

r_Yиr_Ru;

r_Prиr_Tm;

r_Nbи r_Ta.

Решение

Иттрий ₃₉Yи рутений₄₄Ruотносятся к десятиd-элементам 5-го периода, а празеодим₅₉Prи тулий₆₉Tm– к 14 лантаноидам,f-элементам 6-го периода.

С ростом порядкового номера внутри периода как у d-элементов, так и уf-элементов радиус атома в целом уменьшается. Такую закономерность в изменении атомного радиуса можно объяснить тем, что заряд ядра атома растёт, а число энергетических уровней, «заселённых» электронами, не меняется, вследствие чего связь электронов с ядром усиливается. Следовательно:

r_Y>r_Ru;

r_Pr>r_Tm.

Ниобий ₄₁Nbи тантал₇₃Taявляютсяd-элементами подгруппыVБ. Для элементов одной подгруппы имеет место увеличение радиуса атома с ростом порядкового номера, поскольку такие элементы имеют сходную электронную структуру, в то время как число энергетических уровней, «заселённых» электронами, увеличивается. Так, у ниобия атомный радиус больше, чем у первого изd-элементов подгруппыVБ – ванадия. Однако при переходе от ниобия к танталу атомный радиус практически не меняется, что является следствием так называемого «лантаноидного сжатия». Дело в том, что суммарный эффект снижения атомного радиуса при возрастании заряда ядра на 14 единиц у лантаноидов оказывается существенным и проявляется в пониженном значении радиусов у атомов следующих за лантаноидамиd-элементов 6-го периода. В силу этого оказывается, что

r_Nb r_Ta.

Задача 2

Металлический порошок содержит медь, марганец и вольфрам. Проведите последовательное растворение компонентов сплава.

Решение

Задание состоит в том, чтобы последовательно получить три раствора, каждый из которых содержит только один из указанных металлов.

Марганец, в отличие от меди и вольфрама, реагирует с соляной кислотой, вытесняя из неё водород:

Mn+HClMnCl₂+H₂

Поэтому, если к металлическому порошку добавить соляную кислоту, то в раствор перейдёт только марганец. После окончания реакции отделим раствор от осадка (это можно сделать, например, с помощью фильтрования). В результате мы получим первый раствор, содержащий хлорид марганца.

Осадок, содержащий медь и вольфрам, обработаем разбавленной азотной кислотой, с которой будет реагировать только медь по реакции

Cu + HNO₃  Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O.

Таким образом, мы получаем второй раствор, содержащий нитрат меди.

Оставшийся в осадке вольфрам устойчив к действию любой отдельно взятой кислоты, но может растворяться в смеси азотной и плавиковой кислот, чему способствует комплексообразование. Схема реакции:

W+HNO₃+HFH₂[WF₈] +NO+H₂O.

Последний полученный нами раствор содержит комплексную октафторовольфрамовую кислоту.

Задача 3

Укажите, в какой области находятся значения рН (рН 7; рН > 7 или рН < 7) в растворах следующих солей:KVO₃;K₂[Pt(CN)₆];TiBr₃.

Решение

Любую соль можно рассматривать как продукт взаимодействия соответствующих кислоты и основания. Для того, чтобы определить, подвергается ли соль гидролизу в водном растворе, выясним, сильными или слабыми электролитами являются кислота и основание, образующие каждую из этих солей.

Соль	Кислота		Основание		Реакция среды в растворе соли	рН
KVO3	HVO3	Слабая	KOH	Сильное	Щелочная	рН > 7
K2[Pt(CN)6]	H2[Pt(CN)6]	Сильная	KOH	Сильное	Нейтральная	рН 7
TiBr3	HBr	Сильная	Ti(OH)3	Слабое	Кислая	рН < 7

Отметим, что H₂[Pt(CN)₆] является сильной кислотой, поскольку растворимые комплексные соединения в процессе первичной диссоциации в водных растворах необратимо распадаются на внешнесферные ионы (в данном случае ионы водорода) и комплексные ионы.

Задача 4

Определите, для какого из следующих соединений, где комплексообразователь находится в своей высшей степени окисления, эквивалент равен 1/3 молекулярной массы:

 гексафтороцирконат калия;

 гептафторониобат калия;

 дитиосульфатоаргентат натрия;

 сульфат гексаамминкобальта.

В ответе приведите значение эквивалента.

Решение

В указанных комплексных соединениях комплексообразователем являются атомы d-элементов. Высшая степень окисленияd-элементов равна номеру группы периодической системы, причём исключения составляют элементы подгруппIБ иVIIIБ. В связи с этим высшая степень окисления циркония и ниобия соответственно +IVи +V. Что касается серебра и кобальта, то их высшие степени окисления следуют только из конкретных химических свойств и равны соответственно +Iи +III.

Составим формулы комплексных соединений:

K₂[ZrF₆];

K₂[NbF₇];

Na₃[Ag(S₂O₃)₂];

[Co(NH₃)₆]₂(SO₄)₃.

Эти соединения представляют собой комплексные соли, при этом первые три соли содержат комплексные анионы, а последняя – комплексные катионы. Эквивалент солей в реакциях обмена равен молекулярной массе, делённой на произведение числа катионов соли в молекуле на заряд катиона. Для первых двух солей , для третьей соли, а для последней соли(два комплексных катиона в молекуле, заряд каждого равен +3).

Следовательно, поставленному условию удовлетворяет дитиосульфатоаргентат (I) натрия,134.

Задача 5

Вычислите степень диссоциации нитрата кадмия в 0,2М растворе, если в 10 мл этого раствора содержится 8,410²⁰ионов кадмия.

Решение

Нитрат кадмия диссоциирует по уравнению

Cd(NO₃)₂Cd²⁺+ 2NO₃^–.

Концентрация ионов кадмия [Cd²⁺], концентрация солиcи степень её диссоциациисвязаны формулой

[Cd²⁺] =c.

.

Вычислим молярную концентрацию ионов кадмия. Прежде всего рассчитаем количество вещества (молей) ионов кадмия в 10 мл раствора:

моль.

Составив пропорцию, определим количество вещества ионов кадмия в 1 л раствора:

10 мл раствора	——	1,410–3мольCd2+
1000 мл раствора	——	x

Находим: x= 0,14 моль, т.е. [Cd²⁺] = 0,14 моль/л.

Подставив значения концентраций, рассчитаем степень диссоциации:

0,7 (или 70 %).

Задача 6

Рассчитайте, в какой массе нитрида самария содержится 1 моль электронов.

Решение

Самарий принадлежит семейству лантаноидов и проявляет единственную устойчивую степень окисления +III, азот в нитридах проявляет низшую степень окисления –III, поэтому формула нитрида самарияSmN.

Общее число электронов в атоме равно порядковому номеру элемента в периодической системе, т.е. 62 и 7 у атомов самария и азота соответственно. Одна молекула нитрида самария содержит 69 электронов, а следовательно, 1 моль SmN содержит 69 моль электронов. Масса одного моля нитрида самария (молярная масса) = 164 г/моль.

Составим пропорцию:

164 г SmN	——	69 моль электронов
xг	——	1 моль электронов

Находим: x=m(SmN) = 2,38 г.

Задача 7

Найдите массу иодида гексаамминникеля (II), если газ, который выделяется при его термическом разложении, занимает при 60Cи давлении 80 кПа объём 82,8 л.

Решение

Составим уравнение реакции термического разложения:

[Ni(NH₃)₆]I₂ = 6NH₃ + NiI₂

1 моль 6 моль

Приведём объём выделившегося газа – аммиака – к нормальным условиям, используя уравнение Клапейрона:

;

.

Теперь найдём количество вещества аммиака:

моль.

Далее, составив пропорцию на основе коэффициентов в уравнении реакции, вычислим количество вещества иодида гексаамминникеля (II):

6 моль NH3	——	1 моль [Ni(NH3)6]I2
2,4 моль NH3	——	xмоль

Отсюда находим количество вещества [Ni(NH₃)₆]I₂: x= 0,4 моль.

И наконец, рассчитаем массу данного комплексного соединения:

m = nM = 0,4 415 = 166 г.

Задача 8

Вычислите молярную концентрацию ионов железа в растворе, содержащем гексафтороферрат (III) калия и фторид калия в концентрации 5,74 г/л и 5,8 г/л соответственно. Константа нестойкости комплекса равна 10^–16.

Решение

Вычислим молярные концентрации гексафтороферрата (III) калияK₃[FeF₆] и фторида калияKFв растворе, для чего рассчитаем количество вещества каждого из этих веществ в 1 л раствора по формуле . Молярные массыK₃[FeF₆] иKFравны 287 и 58 г/моль соответственно. Находим молярные концентрации:

моль/л;

моль/л.

Указанные вещества диссоциируют в водном растворе по уравнениям

KF  K⁺ + F^–;

K₃[FeF₆]  3K⁺ + [FeF₆]^3–;

[FeF₆]^3–  Fe³⁺ + 6F^–.

Диссоциация фторида калия и первичная диссоциация комплексного соединения происходят практически полностью, в то время как вторичная диссоциация комплексной частицы – равновесный процесс. Составим выражение для константы данного равновесия – константы нестойкости:

.

Концентрация комплексных ионов, получающихся при первичной диссоциации комплексного соединения:

[[FeF₆]^3–]моль/л

(принимаем равной 1, а уменьшением концентрации ионов [FeF₆]^3–из-за вторичной диссоциации можно пренебречь).

Концентрация фторид-ионов обусловлена только диссоциацией фторида калия, так как образование фторид-ионов при диссоциации комплексных ионов происходит в гораздо меньшей степени и не вносит каких-либо заметных изменений в эту величину. Поэтому

[F^–]моль/л.

Подставим значение константы нестойкости и известные концентрации ионов в выражение для константы нестойкости:

.

Вычислим концентрацию ионов железа:

[Fe³⁺]210^–12моль/л.