1 курс 1 ый семестр / химия / Фахрутдинова_В_Х___Марданова_Э_И__Макарова_Т_П___Будкевич_Р_Химия__Учебное_пособие_по_выполнению_контрольных_работ_по_ку / метод по химии

Закон Фарадея.

АГ

Понятие об электродных потенциалах. Гальванические элементы. Элек-

тродвижущая сила и ее измерение. Стандартный водородный электрод и водоНИ-

тельно - восстановительных электродов.

ка

Кинетика электродных процессов. Поляризация и перенапряжение. Кон-

центрационная и электрохимическая поляризация.

Первичные гальванические элементы, электродвижущ я сила, напряже-

ние и емкость элементов. Топливные элементы.

е

Электролиз. Последовательность электродных проц ссов. Выход по току.

т

Электролиз с нерастворимыми и растворимыми анодами. Практическое приме-

о

л

5.6. Коррозия и защ та металлов

б

коррозией народному хозяй-

Основные виды коррозии. Вред, наносимыйи

лов. Методы защиты металлов от корроз . Изоляция металлов от агрессивной

б

(протек-

среды; защитные покрытия. Электрох м ческие методы защиты

6. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ХИМИИ

ая

6.1. Химия воды

Строение молекул воды. Внутреннее строение и свойства воды в жидком

н

состоянии. Строе ие кристаллов и свойства льда. Различные формы связанной

воды. Химически связанная вода. Термическая диссоциация гидроксидов. Ак-

васоединения.

н

Гид огели.оПроцессы гидратации и дегидратации гидрогелей. Тиксо-

ванная вода. Хемосорбция воды. Капиллярная конденсация. Адсорбция. Гид-

рофильность и гидрофобность.

тр

Диаграммы состояния двойных систем типа вода-соль. Кристаллизация

к

воды и водяных растворов в различных условиях. Химические свойства воды.

л

е

мальдегидные смолы,

карбамидоформальдегидные смолы, эпоксидные смо-

АГ

лы, фурановые смолы. Кремнийорганические полимеры. Битумы и дегти.

Физико-химические

свойства полимеров. Особенности внутреннегоНИ

лов.

т

о

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВе

1.

Ахметов Н.С.

и

- М.: Высшая школа,

Общая и неорганическая химия.

1991.

2.

Курс общей химии / Под ред. Н.В. Коров на.

- М.: Высшая школа,

1998.

б

3.

Глинка Н. Л.

Общая химия.

- Л.: Химия, 1989.

4.

Введение в общую химию/ Под редл. Г. П. Лучинского.

- М: Высшая

школа, 1980.

б

и

5.

Фролов В.В.

Химия. - М.: Высшая школа , 1979.

6.

Харин А. Н.,

Катаева Н. А.,

Харина Л. Т. Курс химии. - М.:

Высшая школа, 1983.

ая

7.

Курс химии.

ч. 2 , специальная для строительных вузов / Под ред. В.А.

Киреева. - М. : Высшая школа, 1974.

8.

Левант Г. Е. и Райцин Г.А. Практикум по общей химии.

- М. :

Высшая школа, 1978.

н

9.

Павлов Н. Н.

Теоретические основы общей химии.

- М. : Высшая

школа, 1978.

н

10. Глинка Н. Л.

Задачи и упражнения по общей химии.

- Л. : Химия,

1985.

о

11. Гольбрайх З. Е. Сборник задач и упражнений по химии. - М. : Выс-

тр

шая школа, 1984.

к

8. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

янной Авогадро NА=(6,022045±0,000031)10

23

-1

е

моль с руктурных элементов.

При применении понятия “моль” следуют указыватьт, какие структурные эле-

о

23

-

е и от-

нов, моль электронов и т.п. Так, заряд моля электронов равен 6,022 10

л

и

вечает количеству электричества, равному 1 фараде (F). Масса моля атомов или

масса моля молекул (мольная или мо ярная масса), выраженная в граммах

(г/моль), есть грамм-атом данного элемента или соответственно грамм-

молекула данного вещества в прежнем понимании.

и

б

21

Пример 1. Выразите в молях: а)

6,02 10 молекул СО2;

б) 1,20 1024 атомов кислорода; в) 2,00 1023

молекул воды. Чему равна мольная

б

(молярная) масса указанных веществ?

Решение. Моль- это количество вещества, в котором содержится число

Отсюда а) 6,02 1021, т.е. 0,01 моль; б) 1,20 1024, т.е. 2 моль;

в) 2,00 1023, т.е. 1/3 моль. ая

Масса моля вещества выражается в кг/моль или г/моль. Мольная (моляр-

н

ная) масса вещества в граммах численно равна его относительной молекуляр-

ной (атомной) массен, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м.)

Так молекулярные массы СО2 и Н2О и атомная масса кислорода соответ-

о

ственно авны 44; 18 и 16 а.е.м., то их мольные (молярные) массы кислорода

равны а) 44 г/моль; б) 18 г/моль; в) 16 г/моль.

Примертр2. Определите эквивалент (Э) и эквивалентную массу mЭ азота,

серы и хлора в соединениях NH3, H2S и HCI.

к

Р шение. Масса вещества и количество вещества - понятие неидентич-

ные.еМасса выражается в килограммах (граммах), а количество вещества - в

молях.

л

13

В данных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1/3 моль

НИ

азота, 1/2 моль серы и 1 моль хлора. Отсюда Э(N)= 1/3 моль, Э(S)=1/2 моль,

Э(СI)=1 моль. Исходя из мольных масс этих элементов, определяем их эквива-

массы: mЭ(N)=1/3 14=4,67

АГ

лентные

г/моль; mЭ(S)=1/2 32=16

г/моль;

mЭ(CI)=1 35,45=35,45 г/моль.

Пример 3. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла тре-

5

е °

буется 2,24 л водорода (н.у.). Вычислите эквивалентную массу оксида и экви-

валентную массу металла. Чему равна атомная масса м таллака?

Нормальные условия по Международной сис еме единиц (СИ): давление

1,013 10

о

Па (760 мм рт.ст.=1 атм), температура 273К или 0 С.

m

m

б

m

и

mH

3

1 =

2

,

MeO =

3

2

m

Э(1)

m

Э

(2)

m

(MeO)

m

Э(H2 )

и

лЭ

Если одно из веществ наход

тся в газообразном состоянии, то, как пра-

массой газообразного вещества, называется мольным или, соответственно, эк-

вивалентным объемом этого веществаб

. Мольный объем любого газа при н.у.

2 =11,2 л. в формуле (2) отношение mН 2 /mЭ(H 2 )

заменяем равным ему отноше-

нием VН 2 /VmЭ(Н 2 ) , где VH 2ая- объем водорода, VmЭ(Н 2 )- эквивалентный объем во-

о

н

н

VH

дорода:

m

=

MeO

2

mЭ(MeO )

VmЭ(H2 )

Из уравнения (3) находим эквивалентную массу оксида металла mЭ(МеО);

7 , 09

2 , 24

7 ,09 × 11 , 2

тр

=

; m Э (MeO

) =

= 35 , 45

m Э (MeO

)

11 , 2

2 , 24

к

Согласно закону эквивалентов mЭ(МеО)= mЭ(Ме)+ mЭ(О 2 ), отсюда mЭ(Ме)= mЭ(МеО) -

mЭ(О ) = 35,45 - 8 = 27,45 г/моль. Мольная масса металла определяется из соот-

е2

ношения mЭ=А/В, где mЭ - эквивалентная масса, А - мольная масса металла, В -

л

14

стехиометрическая валентность элемента; А=mЭВ = 27,45 2=54,9

НИ

г/моль. Так

АГ

Пример 4. Сколько металла, эквивалентная масса которого 12,16 г/моль,

взаимодействует с 310 см3 кислорода (н.у.) ?

Решение. Так как мольная (молярная) масса О2 (32 г/моль) при н.у. зани-

мает объем 22,4 м, то объем эквивалентной массы кислорода

(8г/моль) бу-

дет 22,4: 4=5,6 л =5600 см3. По закону эквивалентов

ка

mMe

VO2

m Me

=

=

310

или

mЭ (Me )

Vm Э (O2 )

12 ,16

5600

откуда mМе =12,16 310/5600 =0,673 г.

т

е

о

Пример 5. Вычислите эквиваленты и эквивален ные массы Н2SO4 и

АI(OH)3 в реакциях, выраженных уравнениями:

Н2SO4 + КОН = КНSO4 + Н2О

л

и

(1)

Н2SO4 + Mg = MgSO4 + H2

б

(2)

(3)

AI(OH)3 + HCI = AI(OH)2CI + H2O

и

+ 3H2O

(4)

AI(OH)3 + 3HNO3 = AI(NO3)3

зависит от того, в какую реакцию о мена вступает это вещество. Эквивалент-

ая

ная масса кислоты (основная) равнаб

мольной массе (М), деленной на число

атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл (на число вступаю-

щих в реакцию гидроксильных групп). Следовательно, эквивалентная масса

н

Н2SO4

в реакции (1) МН 2 SO 4 =98 г/моль, а реакции (2) МН 2 SO 4 /2 = 49 г/моль.

Эквивалентная масса AI(OH)3 в реакции (3) МAI(OH) 3 = 78 г/ моль, а в реакции (4)

н

МAI(OH)

3 /3 = 26 г/моль.

о

Задачу мож о решить и другим способом. Так как Н2SO4 взаимодейству-

уравнениях (1) и (2) соответственно равны 1 моль и 1/2 моль; эквиваленты

AI(OH)3

тр

в уравнениях (3) и (4) соответственно равны 1 моль и 1/3 моль.

е

к

Пример 6. Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вы-

чис ите эквивалентную массу металла (mЭ(Ме)).

л

15

ме эквивалентов (эквивалентных масс) составляющих его частей.

НИ

Учитывая сказанное, подставляем соответствующие данные в уравнение

(1) примера 3:

mЭ (Me ) + mЭ (NO 3− )

mЭ (Me ) + 62АГ

3,85

=

3,85

=

1,60

mЭ (Me ) + mЭ (OH − )

; 1,60

mЭ (Me ) + 17

;

mЭ(Ме)=15 г/моль.

ка

Пример 7. В какой массе Са(ОН)2 содержи ся с олько же эквивалентов,

сколько в 312 г AI(OH)3?

е

Решение. Эквивалентная масса AI(ОН)3 равна 1/3тего мольной массы, т.е.

78/3 = 26 г/моль. Следовательно, в 312 г AI(OH)3

с держится 312/26 = 12 экви-

валентов. Эквивалентная масса Са(ОН)2 равна 1/2оего мольной массы, т.е. 37

г/моль. Отсюда 12 эквивалентов составляют 37 г/моль12 моль =444г.

и

Пример 8. Вычислите абсолютную массу молекул серной кислоты в

граммах.

л

Моль любого вещества б(см. пример 1) содержит постоянную

Решение.

Авогадро NA структурных единиц (в нашем примере молекул). Мольная масса

Н2SO4 равна 98,0 г/моль. Следовательнои , масса одной молекулы 98/(6,02 1023)

= 1,63 10-22г.

б

Контрольные вопросы

1. Определите эквив лент и эквивалентную массу фосфора, кислорода и

брома в соединениях РН3, Н2О, НВr.

2. В какой массе NаОНаясодержится столько же эквивалентов, сколько в

140 г КОН? Ответ: 100 г.

н

3. Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислите эк-

вивалентную массу эт го металла. Ответ: 32,5 г/моль.

н

4. Из 1,3 гидроксида металла получается 2,85 г его сульфата. Вычислите

эквивалентную массуо

этого металла. Ответ: 9 г/моль.

5. Оксид

ехвалентного элемента содержит 31,58% кислорода. Вычисли-

те эквивален ную, мольную и атомную массы этого элемента.

6. Чему равен при н.у. эквивалентный объем водорода? Вычислите экви-

тр

валентную массу металла, если на восстановление 1,017 г его оксида израсхо-

довалоськ

0,28 л водорода (н.у.). Ответ: 32,68 г/моль.

л

е

11. Из 3,31 г нитрата металла получается 2,78 г его хлорида. Вычислите

эквивалентную массу этого металла. Ответ: 103,6 г/моль.

ка

АГ

лите эквивалент и эквивалентную массу Fe(OH)3 в каждой

из этих реакций.

13. Избытком гидроксида калия подействовали на растворы: а) дигидро-

е

фосфата калия; б) нитрата дигидроксовисмута (111). Напишите уравнения ре-

акций этих веществ с КОН и определите их эквивалентыт

и эквивалентные мас-

сы.

14. В каком количестве Сr(ОН)3 содержитсяо столько же эквивалентов,

сколько в 174,96 г Мg(ОН)2

? Ответ: 174 г.

и

15. Избытком хлороводородной (соляной) кислоты подействовали на рас-

л

творы: а) гидрокарбоната кальция; б) дихлорида гидроксоалюминия. Напишите

уравнения реакций этих веществ с НСI и определите их эквиваленты и эквива-

лентные массы.

б

б

16. При окислении 16,74 г двухвалентного металла образовалось 21,54 г

оксида. Вычислите эквивалентные массыи

металла и его оксида. Чему равны

мольная и атомные массы металла?

массы металла.

н

18. Исходя из мольной м ссы углерода и воды, определите абсолютную

массу атома углерода и молекулыая

воды в граммах. Ответ: 2,0 10-23 г, 3,0 10-

23г.

н

19. На нейтрализацию 9,797 г ортофосфорной кислоты израсходовано

7,998 г NaOH. Вычислите эквивалент, эквивалентную массу и основность

тр

реакции. На основании расчета напишите уравнение реак-

Н3PO4 в этой

ции. Ответ: 0,5 мольо

, 49 г/моль, 2.

20. На нейт ализацию 0,943 г фосфористой кислоты H3PO3 израсходовано

к

1,291 г КОН. Вычислите эквивалент, эквивалентную массу и основность кисло-

ты. На основании расчета напишите уравнение реакции. Ответ: 0,5 моль, 41

е

г/моль, 2.

л

17

НИ

Продолжение табл. 1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

p

1

-1; 0;+1

3

6

АГ

1

2

3

4

5

6

7

8

9

М

3

р

1

-1; 0;+1

3

6

s

0

0

1

2

р

1

-1; 0;+1;+2

3

9

6

18

d

2

-2;-1; 0;+1;

5

10

N

4

s

0

0

1

ка

2

d

2

-2;-1; 0;+1;+2

5

16

32

10

f

3

-3;-2;-1;0;+1;

7

е

14

+ 2;+3;

Пример 2. Составьте электронные формулы а омов элементов с поряд-

о

ковыми номерами 16 и 22. Покажите распределение элек ронов этих атомов по

квантовым (энергетическим) ячейкам.

и

т

Решение. Электронные формулы отображают распределение электронов

л

меньшая сумма n+l (правило

Клечковского). Последовательность заполнения

энергетических уровней и подуровнейиследующая:

1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d→4p→5s→4d→5p→6s→(5d1)→4f→5d→6p

→7s→(6d1-2)→5f→6d→7p

б

Так как число электронов в атоме того или иного элемента равно

16S 1s

2

2s

2

2p

6

2

4

ая3s 3p

22Ti 1s22s22p63s23p63d24s2

н

Электронная структура атома может быть изображена также в виде схем раз-

н

мещения электр н в в квантовых (энергетических) ячейках, которые являются

схематическим из бражением атомных орбиталей (АО). Квантовую ячейку

обозначают в видео прямоугольника , кружка

или линейки ____ , а элек-

данного подуровня заполняются сначала по одному электрону с одинаковыми

тр

спинами, а затем по второму электрону с противоположными спинами (правило

Хунда):

к

л

е

19

е

ка

Контрольные вопросы

21.Напишите электронные формулы атомов элемен ов с порядковыми но-

о

мерами 9 и 28. Покажите распределение электронов э их а омов по квантовым

ячейкам.

и

каждый из этих эле-

К какому электронному семейству тноситсят

ментов?

л

22. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми

n=3

−↓

−↓

−

−

НИ

16S

n=2

−↓

↓−

↓−

↓−

d

n=1

−↓

p

s

АГ

n=4 −↓

22Тi n=3 −↓ −↓ −↓ −↓ −

−

n=2 −↓ −↓ −↓ −↓

n=1 −↓

вым ячейкам. К какому электронному семейству относится каждый из этих эле-

ментов?

б

и

могут занимать s-, р-, d- и f-

23. Какое максимальное число электроновб

или 4р? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядко-

вым номером 21.

ая

26. Напишите электронную формулу иона p-3. Какой атом, а также поло-

н

жительный и отрицатель ый ионы имеют сходную электронную формулу.

27. Какие

рбитали атома заполняются электронами раньше: 4d-или 5s; 6s

н

или 5p? Почему? Напишите электронную формулу атома элемента с порядко-

вым номе ом 43.о

28. Ч о акое изотопы? Чем можно объяснить, что у большинства эле-

Могут ли атомы разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются

тр

подобные атомы?

к

+2

3-

N . Сколько свобод-

29. Напишите электронные формулы ионов Sn и

л

е