chemistry2014for-eng / УМК для инженерных специальностей ЗАОЧНОЕ / Химия для инженерных специальностей

3. Первичная диссоциация и структура (состав) комплексного соединения.

только одной связью, поэтому дентатность этого лиганда равна 1. Количество координационных связей, которыми комплексообразователь связан со всеми лигандами, равно 2, следовательно, координационное число серебра в данном комплексном соединении равно 2.

Задание 4. Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе [Ag(CN)2] и определить его геометрию, магнитные свойства,

спиновость и окраску раствора.

От ве т . Электронная формула атома – Ag … 4d105s1, а иона – Ag+… 4d105s0. Координационное число равно 2, поэтому донорно-акцепторные связи образуют sp-гибридные орбитали и комплексный ион имеет линейное строение [CN→ Ag+ ← CN ] . Внутренние атомные орбитали имеют все спаренные электроны, и комплексный ион диамагнитный.

У иона Ag+ d-подуровень заполнен полностью, поэтому комплекс неокрашен.

Вариант 1

1.Определение комплексных соединений, основные положения координационной теории Вернера.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Fe(СN)6]3 ; [Cu(NH3)4]2+.

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение Na2[NiF4]. (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[Ag(CN)2]и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

21

Вариант 2

1.Состав комплексных соединений. Внешняя и внутренняя координационные сферы. Комплексообразователь, лиганды, координационное число.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Ag(S2O3)2]3 ; [Co(NH3)5Cl]2+.

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение Na2[Zn(OH)4] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[SiF6]2и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 3

1.Классификация комплексных соединений. Катионные, анионные

инейтральные комплексы. Номенклатура комплексных соединений.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Cr(C2O4)3]3 ; [Cu(SCN)3Cl]2 .

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение Na2[Zn(OH)4] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[Cd(CN)4]2и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 4

1.Типичные комплексообразователи. Факторы, определяющие способность атомов и ионов выступать в роли комплексообразователей. Координационное число комплексообразователя и факторы, определяющие его.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Ni(CO)4]; [Zn(OH)4]2 .

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение K3[Cr(OH)6] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

22

4. Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе [CoF6]3и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 5

1.Типичные лиганды. Молекулы и ионы в качестве лигандов. Факторы, определяющие их способность выступать в роли лигандов. Моно- и полидентатные лиганды.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [NiCl4]2 ; [Fe(NH3)6]3+.

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение Na3[Cr(NO2)6] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[Pt(NH3)2Cl2] и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 6

1.Химическая связь в комплексных соединениях: метод валентных связей, теория кристаллического поля.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Al(OH)4] ; [Cr(NH3)2(H2O)4]3+ .

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение Na2[Pd(NO2)4] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[Mn(SCN)6]2и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 7

1.Координационная ненасыщенность атомов и возможность образования комплексных соединений. Природа координационной ненасыщенности. Сочетание электростатического и ковалентного взаимодействия центрального атома (иона) с лигандами.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Ag(NO2)2] ; [Co(NH3)5Cl]2 .

23

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение [Ni(NH3)4]SO4 (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[Co(NO2)6]3и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 8

1.Основные положения теории кристаллического поля. Понятие о высоко- и низкоспиновых комплексах. Спектрохимический ряд лигандов.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Ag(SO3)2]3 ; [Cu(NH3)4]2+.

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение K2[HgI4] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе [Cu(En)2]2+ и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 9

1.Пространственная конфигурация комплексных ионов. Гибридизация атомных орбиталей комплексообразователя и пространственная конфигурация комплексного иона. Изометрия.

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Ti(H2O)6]3+; [Co(CN)6]3 .

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение K2[SiF4] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[FeF6]3и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Вариант 10

1. Устойчивость комплексных соединений в растворах. Константы нестойкости и константы устойчивости. Факторы, определяющие устойчивость комплексных ионов в растворе.

24

2.Определить степень окисления комплексообразователя: [Au(NH3)2]+; [Al(OH)4(H2O)2] .

3.Получить и охарактеризовать комплексное соединение Na2[PtCl6] (структура, первичная диссоциация, ступенчатая вторичная диссоциация, выражение константы нестойкости суммарной диссоциации комплексного иона).

4.Указать тип гибридизации АО комплексообразователя в ионе

[BF4]и определить его геометрию, магнитные свойства, спиновость и окраску раствора.

Тема 4 . ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Цель: формирование теоретических знаний и понятий в области химической термодинамики, умения на основе законов термодинамики прогнозировать направление протекания процессов.

Задачи: освоить понятия термодинамики: система, параметры, функции; осмыслить законы термодинамики и направление самопроизвольных процессов; описать протекание во времени химических гомогенных и гетерогенных процессов.

Методика выполнения блочно-модульных заданий

Задание 1. Дать ответы на предложенные теоретические вопросы, используя лекционный материал и учебные пособия.

Задание 2.1. Тепловой эффект какой реакции равен теплоте образования гидроксида кальция? Вычислить теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:

Са(к) + 0,5О2(г) = СаО(г); ∆Н0 = –635,60 кДж;

Н2(г) + 0,5О2 = Н2О(ж); ∆Н0 = –285,84 кДж; СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к); ∆Н0 = –65,06 кДж.

От ве т . Энтальпия (∆Н) – это термодинамическая функция, которая характеризует энергетическое состояние системы при изобарноизотермических условиях (∆Н = Нкон – Ннач). Тепловой эффект (энтальпия ∆Н) химической реакции – это количество теплоты, которое выделяется или поглощается при проведении химических реакций при постоянном давлении и температуре.

Стандартная энтальпия образования сложного вещества (∆Н0) – это энтальпия реакции получения 1 моль этого вещества из простых веществ при стандартных условиях: Р = 1 атм, 101325 Па; Т = 298К (прил. 2).

25

Согласно закону Гесса тепловой эффект (энтальпия) химической реакции зависит только от природы и состояния исходных и конечных веществ, но не зависит от пути перехода, этапов последовательных реакций. Применив закон Гесса, вычислим теплоту образования гидроксида кальция, исходя из следующих термохимических уравнений:

Са(к) + 0,5О2(г) = СаО(г); ∆Н0 = –635,60 кДж –

–Н2(г) + 0,5О2 = Н2О(ж); ∆Н0 = –285,84 кДж –

–СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к); ∆Н0 = –65,06 кДж Са(к) + 0,5О2(г) + Н2(г) + 0,5О2 (г) + СаО(к) + Н2О(ж) = = СаО(г) + Н2О(ж) + Са(ОН)2(к).

Сократив одинаковые значения, получим уравнение

Са(к) + О2(г) + Н2(г) = Са(ОН)2(к)

и расчет (–635,60 + (–285,84) + (–65,06)) = 986,5 кДж.

можно получить при взаимодействии соответствующих оксидов с СО2? Какая реакция идет наиболее энергично? Вывод сделать, вычислив G0298 этих реакций.

От ве т . Зная стандартные значения энергии Гиббса карбонатов, оксидов и СО2, рассчитаем тепловой эффект каждой реакции

G0298(реак) (кДж/моль).

ВеО(т) СаО(т) ВаО(т) СО2(г) ВеСО3(т) СаСО3(т) ВаСО3(т)

Если G0298(реак) < 0, то реакция идет самопроизвольно.

Н0298(реак) = (∆Н0(PbO) +∆Н0(H2O)) ( ∆Н0(PbO2)+∆Н0(H2))

Подставим известные значения и определим стандартную теплоту образования (∆Н0) PbO2:

182,8 = ( 218 242) – ( Н0(PbO2) + 0);

∆Н0(PbO2) = 277,2 кДж/моль.

От ве т : ∆Н0(PbO2) = 277,2 кДж/моль.

Вариант 1

1. Понятие: система; гомогенные и гетерогенные системы; открытые, закрытые и изолированные системы. Внутренняя энергия системы и энтальпия.

2. На основании расчета изобарно-изотермического потенциала ( G0298(реак)) определить возможность самопроизвольного протекания реакции по схеме:

2N2(г)+4H2O(ж)+O2(г) = 2NH4NO3(к).

G0298(H2O) = 237,5кДж/моль; G0298(NH4NO3) = 183,8 кДж/моль.

Вариант 2

1. Первое начало термодинамики. Тепловой эффект реакции, термохимические уравнения. Экзо- и эндотермические реакции.

2. На основании ∆Н0298 и S0298 соответствующих веществ вычислить G0298(реак) и определить возможность протекания реакции

H4(г) + 3O2(г) = 2CO2(г) + 2H2O(ж).

∆Н0298(кДж/моль) для О2 = 0; C2H4 = 52,28; CO2 = 393,51; H2O(ж) = 285,84; S0298(Дж/(моль К) для O2 = 205,03; C2H4 = 219,4; CO2 = 213,6; H2O(ж) = 69,96.

Вариант 3

1.Закон Гесса и его следствие.

2.При какой температуре наступит равновесие в системе

CO(г) + 2H2(г) CH3OH(ж).

∆Н0298(реак) = 128,05 кДж/моль; S0298(CO) = 197,4 Дж/(моль К); S0298(H2) = 130,6 Дж/(моль К); S0298(CH3OH) = 126,7 Дж/(моль К).

Вариант 4

1. Направленность химических процессов. Энтропия как мера неупорядоченности системы. Второе начало термодинамики.

27

2. Рассчитайте So298(реак) реакции разложения бертолетовой соли: 2KClO3(к) 2KCl(к) + 3O2(г).

S0(KClO3) = 142,97Дж/(моль К); S0(KCl) = 82,68Дж/(моль К);

S0(O2)=205,03Дж/(моль К).

Вариант 5

1.Энтальпия. Стандартная энтальпия образования и сгорания веществ.

2.При какой температуре наступит равновесие в системе

CH4(г) + CO2(г) 2CO (г) + 2H2(г).

∆Н0298(реак) = +247,37 кДж/моль, если S0298(CH4) = 186,19 Дж/(моль ∙ К); S0298(CO2) = 213,6 Дж/(моль ∙ К); S0298(H2) = 130,6 Дж/(моль ∙ К); S0298(CO) = 197,4 Дж/(моль ∙ К).

Вариант 6

1. Направленность химических процессов. Свободная энергия Гиббса.

2. На основании расчета изобарно-изотермического потенциала ( Go298(реак)) определить возможность самопроизвольного протекания реакции по схеме

2N2(г) + 4H2O(ж) + O2(г) = 2NH4NO3(к).

∆Н0298(H2O) = 285,84кДж/моль; ∆Н0(NH4NO3)= 365,4 кДж/моль и S0298(Дж/(моль ∙ К)) для NH4NO3 = 151,0; N2 = 191,5; O2 = 205,04; H2O = 70,08.

Вариант 7

1.Понятие: система; гомогенные и гетерогенные системы; открытые, закрытые и изолированные системы.

2.Вычислить стандартное изменение энергии Гиббса для химиче-

ской реакции NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(к) по значениям стандартных теплот образования и энтропий веществ, участвующих в реакции.

Вариант 8

1. Стандартная энтальпия образования и сгорания веществ. Закон Гесса и его следствие.

28

2. Определить So298(реак) системы H2(г) + S(к) = H2S.

S0298 (H2) = 130,6 Дж/(моль К); S0298(S) = 31,88 Дж/(моль К);

S0298(H2S) = 205,64 Дж/(моль К).

Вариант 9

1.Свободная энергия Гиббса. Направления изменений свободной энергии в химических системах.

2.Определите изменение энтропии в стандартных условиях для сле-

Вариант 10

1.Энтропия как мера неупорядоченности системы. Второе начало термодинамики.

2.На основании H0298 и S0298 соответствующих веществ вычислить G0298(реак) и определить возможность протекания реакции

C2H4(г) + 3O2(г) = 2CO2(г) + 2H2O(ж).

Значение ∆Н0298(кДж/моль) для C2H4 = 52,28; CO2 = 393,51; H2O(ж) = = 285,84.

Значение S0298(Дж/(моль К)) для O2 = 205,03; C2H4 = 219,4; CO2 =

=213,6; H2O(ж) = 69,96.

Тема 5 . ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА

Цель: формирование системы теоретических знаний и понятий в области химической кинетики.

Задачи: охарактеризовать сущность и особенности протекания во времени химических гомо- и гетерогенных процессов; объяснить обратимые процессы и принцип Ле-Шателье для химического равновесия; научиться на основе законов кинетики прогнозировать направление протекания процессов.

Методика выполнения блочно-модульных заданий

Задание 1. Дать ответы на предложенные теоретические вопросы, используя лекционный материал и учебные пособия.

29

Задание 2. Записать кинетическое уравнение по закону действующих масс для реакции 2(Н2) + (О2) 2(Н2О). Как изменится скорость реакции, если увеличить давление в 3 раза?

От ве т . По закону действующих масс для данной реакции скорость равна = k[H2]2 [O2].

Пусть до изменения условий концентрация [H2] равна а, концентрация [O2] – в моль/л, тогда 1 = k а2 в.

После увеличения давления в 3 раза концентрация реагирующих веществ также увеличивается в 3 раза: [H2] = 3а; [O2] = 3в.

Находим, что скорость реакции увеличится в 27 раз.

Задание 3. Записать выражение константы равновесия для реакции

CH4 + H2O CO + 3H2.

В каком направлении будет смещаться равновесие реакции при уменьшении объема?

От ве т . По закону действующих масс для данной реакции скорость

равна = k[СH4] [Н2О]. Выражение константы равновесия для реакции

CH4 + H2O CO + 3H2 имеет вид К = [CO] ∙ [H2]3/ ([СH4] [Н2О]).

Реакция идет с увеличением объема (4 > 2), поэтому уменьшение

следующих концентрациях: [H2] = 0,5 моль/л, [I2] = 0,1 моль/л, [HI] = =1,8 моль/л. Определить исходные концентрации йода и водорода и константу химического равновесия.

Следовательно, исходная концентрация составляет:

[H2] = 0,5 + 0,9 = 1,4 моль/л; [I2] = 0,1 + 0,9 = 1 моль/л.

Константа химического равновесия равна: