88_na_30_11
.pdfВариант № 22
22. В кислый раствор, содержащий смесь солей KCl, KBr и KJ добавлено достаточное количество KNO2. Записать редокси-цепи, выражающие взаимодействие NO2-иона с каждым по отдельности галогенид-ионом (один из электродов NO 2 + 2H+/NO + H2O). Сопоставлением
электродных потенциалов установить, какой из галогенид-ионов будет окисляться до свободного состояния и какие не будут. Для окисляющегося галогенид-иона написать молекулярное уравнение реакции.
Решение:
Редокси-цепи, выражающие взаимодействие NO2-иона с каждым по отдельности галогенид-ионом:
1. К(-) NO 2 + 2H+ + 1е →NO + H2 O (Согласно табличным данным,
Е0(NO2-/NO) = +1.2 B
А(+) 2Cl - -2e → Cl20 (E0(2Cl-/Cl2) = +1.36 В)
Вычислим значение ЭДС по формуле:
Е = Ек-Еа = 1.2 – 1.36 = -0.16 (В). Так как ЭДС меньше 0, то реакция самопроизвольно не протекает, то есть идёт в обратном направлении. Значит, хлорид-ион окисляться до свободного хлора не будет.
2. К(-) NO 2 + 2H+ + 1е →NO + H2 O (Согласно табличным данным,
Е0(NO2-/NO) = +1.2 B
А(+) 2Br - -2e → Br20 (E0(2Br-/Br2) = +1.087 В)
Вычислим значение ЭДС по формуле:
Е = Ек-Еа = 1.2 – 1.087 = +0.113 (В). Так как ЭДС больше 0, то реакция самопроизвольно протекает, то есть идёт в прямом направлении. Значит, бромид-ион может окисляться до свободного брома.
3. К(-) NO 2 + 2H+ + 1е →NO + H2 O (Согласно табличным данным,
Е0(NO2-/NO) = +1.2 B
А(+) 2I - -2e → I20 (E0(2I-/I2) = +0.536 В)
Вычислим значение ЭДС по формуле:
Е = Ек-Еа = 1.2 – 0.536 = +0.664 (В). Так как ЭДС больше 0, то реакция самопроизвольно протекает, то есть идёт в прямом направлении. Значит, йодид-ион может окисляться до свободного йода (процесс окисления проходит быстрее, чем окисление брома).
47. Гальванические элементы составлены по схемам:
а) Fe3+/Fe2+ || Ag+/Ag;
б) ClO 3 + 6H+/Cl– + 3H2O || 2J–/J2.
Рассчитайте ЭДС этих элементов при стандартных условиях и найдите изменение энергии Гиббса протекающих в них реакций, уравнения которых напишите в ионно-молекулярной и молекулярной формах.
Ответ:
а)Запишем процессы, протекающие на электродах:
К(-) Ag+1 +1e → Ag0 (Е0 = +0.799 В)
A(+) Fe+2 - 1e → Fe+3 (Е0 = +0.77 В)
Для расчёта ЭДС воспользуемся формулой:
Е = Ек-Еа = 0.799 – 0.77 = 0.029 (В)
Для вычисления изменения энергии Гиббса запишем уравнения в ионномолекулярной и молекулярной формах:
Fe+2 + Ag+1 → Ag0 + Fe+3
Fe(NO3)2 + AgNO3 → Ag + Fe(NO3)3
Согласно справочным данным, G°298 (Ag) = 0 ккал/моль; G°298
(Fe(NO3)2) = -72.2 ккал/моль; G°298 (Fe(NO3)3) = -81.09 ккал/моль; G°298 (AgNO3) = -8.24 ккал/моль.
Тогда G реакции равен:
Gр-ции = ΣΔGпрод. – ΣΔGреаг. = ( G°298 (Ag) + G°298 (Fe(NO3)3) – ( G°298 (Fe(NO3)2) + G°298 (AgNO3)) = (0+(-81.09)) – (-72.2 + (-8.24)) = - 0.65 (ккал).
Так как Gр-ции<0, значит реакция протекает самопроизвольно (в прямом направлении).
б) Запишем процессы, протекающие на электродах:
К(-) ClO 3 + 6H+ + 6е → Cl– + 3H2O (Е0 = +1.45 В) A(+) 2I- - 2e → I20 (Е0 = +0.536 В)
Для расчёта ЭДС воспользуемся формулой:
Е = Ек-Еа = 1.45 – 0.536 = 0.914 (В)
Для вычисления изменения энергии Гиббса запишем уравнения в ионномолекулярной и молекулярной формах:
ClO 3 |
+ 6H+ + 2I-→ I20 + Cl– + 3H2O |
|
|
||||
KClO |
3 |
+ 3H SO |
4 |
+ 6KI→ 3I 0 + KCl + 3H O + 3K SO |
|||
|
2 |
2 |
2 |
2 |
4 |
||
Согласно справочным данным, |
G°298 (I2) = 0 ккал/моль; G°298 (KCl) = |
||||||
-98.9 ккал/моль; |
G°298 (H2O) = -56.7 ккал/моль; |
|
G°298 (K2SO4) = -313.3 |
||||
ккал/моль; |
G°298 (KClO 3 ) = |
-67.7 ккал/моль; G°298 (H2SO4) = -217.3 |
ккал/моль; |
G°298 (KI) = -79.9 |
ккал/моль. |
Тогда G реакции равен:
Gр-ции = ΣΔGпрод. – ΣΔGреаг. = (3· G°298 (I2) + G°298 (KCl) + 3· G°298 (H2O) + 3· G°298 (K2SO4)) – ( G°298 (KClO 3 )) + 3· G°298 (H2SO4)
+ 6· G°298 (KI)) = (3· 0 + (-98.9) + 3· (-56.7) + 3· (-313.3)) – (-67.7) + 3· (-
217.3) + 6· (-79.9)) = -9.9 (ккал).
Так как Gр-ции<0, значит реакция протекает самопроизвольно (в прямом направлении).
72. При электролизе одного из соединений олова ток силой в 10 А за 3 мин выделил на электродах металл массой 0,554 г и хлор объемом 209 мл (н.у.). Найдите формулу этого соединения.
Решение:
Дано: |
Решение: |
|
|
|
||
I = 10А |
Согласно закону Фарадея: |
|||||
t = 3 мин = 180 с |
|
|
|
|
|
|
m (Sn) = 0.554 г |
|
|
|
|
|
|
V(Cl2) = 209 мл = |
где: |
|
|
|
||
0.209 л |
m — масса осаждённого на электроде вещества в |
|||||
|
граммах |
|
|
|
||
|
Q — полный электрический заряд, прошедший через |
|||||
|
вещество (Q = I·t = 10·180 = 1800 Кл) |
|||||
|
F = 96 485,33(83) Кл·моль−1 — постоянная Фарадея |
|||||
|
M — молярная масса вещества (Например, молярная |
|||||
|
масса воды H2O = 18 г/моль) |
|||||
|
z — валентное число ионов вещества (число электронов |
|||||
|
на один ион). |
|||||
|
Заметим, что M/z — это эквивалентная масса |
|||||
|
осаждённого вещества. |
|||||
|
Из этой формулы вычислим эквивалентную массу |
|||||
|
осажденного вещества: |
|||||
|
M/z = |
∙ |
|
= |
0.554∙96500 |
= 29.7 |
|
|
|
||||
|
|
1800 |
|
|||
|
Тогда валентное число ионов вещества равно: |
|||||
|
Z = M/29.7 = 119/29.7 = 4 |
|||||
|
Таким образом, в процессе электролиза участвует 4 |
|||||
|
электрона, значит, степень окисления олова + 4: |
|||||
|
Sn+4 + 4e → Sn0 |
|||||
|
В этом случае, формула соединения SnCl4. |
Найти: |
Ответ: |
SnxCly = ? |
SnCl4 |
97. Цинковую и железную пластинки опустили в раствор сульфата меди. Составьте электронные и ионные уравнения реакций, происходящих на каждой из этих пластинок. Какие процессы будут проходить на пластинках, если наружные концы их соединить проводником?
Решение:
1. Протекает коррозия обеих пластинок Цинковая пластина:
Zn + CuSO4 → Cu↓ + ZnSO4
Zn0 - 2e → Zn2+
Cu2+ + 2e → Cu0
Железная пластина:
Fe + CuSO4 → Cu↓ + FeSO4
Fe0 - 2e → Fe2+
Cu2+ + 2e → Cu0
2. При замыкании пластин образуется гальванический элемент. Электродные потенциалы металлов пластинок:
φо(Fe2+/ Fe0) = − 0,44 В φо(Zn 2+/ Zn 0) = − 0,763 В
Т.к. E0Zn2+/Zn < E0Fe2+/Fe, железо будет катодом, а цинк - анодом. Процессы на электродах
A: Zn0 - 2e → Zn2+ - окисление цинка (цинковая пластинка растворяется) К: Cu2+ + 2e → Cu0 – восстановление (выделяется на железной пластинке)
122. При растворении в кислоте 5,00 г СаО, содержащего примесь CaCO3, выделилось 140 мл газа, измеренного при н.у. Сколько процентов CaCO3 (по массе) содержалось в исходной навеске?
Решение:
Дано: |
Решение: |
m (СаО+СаСО3) = |
С кислотой будут взаимодействовать 2 компонента |
5.00 г |
смеси: |
V(CO2) = 140 мл = |
СаО+2HCl→ CaCl2 + H2O |
0.140 л |
СаСО3 +2HCl→ CaCl2 + H2O + CO2↑ |
|
|
Вычислим массу углекислого газа, который выделяется, |
|||||||||||||||
|
|
по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
(2) |
= |
(2) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
( ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2 |
|
|
(2)∙ (2) |
|
0.140∙44 |
|
|
|
|
||||||
|
|
m(CO2) = |
= |
= 0.275 (г) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
22.4 |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
вычислим массу карбоната кальция по уравнению |
|||||||||||||||
|
|
реакции: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
m (CaCO3) = |
(2)∙ (3) |
= |
0.275∙100 |
|
= 0.625 (г) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(2) |
44 |
|
|
||||||
|
|
Вычислим массовую долю карбоната кальция по |
|||||||||||||||
|
|
формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
(3) |
0.625 |
|
|||||||
|
|
ω(CaCO3) = |
|
|
·100% = |
|
·100% = 12.5 (%) |
||||||||||
|
|
(+ |
) |
5.00 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Найти: |
|
Ответ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ω(CaCO3) = ? |
|
ω(CaCO3) = 12.5 %/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
147. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: Al Al2(SO4)3 Na[Al(OH)4]
Al(NO3)3.
Решение:
Уравнения химических реакций:
2Al + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2↑
Al2(SO4)3 + 8NaOH → 2Na[Al(OH)4] + 3Na2SO4 Na[Al(OH)4] + 4HNO3 → NaNO3 + Al(NO3)3 + 4H2O
172. Карбонил никеля может быть получен при действии оксида углерода на тонкодисперсный порошок металла. Процесс может быть выражен уравнением Ni (Т) + 4CO (Г) [Ni(CO)4] (Г)
Какой объем займет тетракарбонил никеля, если в реакцию вступило 23,48 г никеля, а производственные потери составили 10%?
Решение:
Дано: |
Решение: |
m (Ni) = 23.48 г |
Процесс выражен уравнением реакции: |
α = 10% |
Ni (Т) + 4CO (Г) [Ni(CO)4] (Г) |
|
Вычислим массу никеля, который вступил в реакцию с |
|
учётом производственных потерь: |
|
23,48 г – 100% |
|
Х г – 10% |
|
|
Х = 10%·23.48 г/100% = 2.348 (г) |
|
||||||||
|
|
То есть потери составили 2.348 г. |
|
||||||||
|
|
Таким образом, массу вступившего в реакцию никеля |
|||||||||
|
|
равна: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m(Ni) = 23.48 – 2.348 = 21.132 (г) |
|
||||||||
|
|
По приведенному уравнению реакци вычислим массу |
|||||||||
|
|
карбонила никеля: |
|
|
|
|
|||||
|
|
21.132 г |
|
|
Х г |
|
|
|
|
||
|
|
Ni (Т) + 4CO (Г) [Ni(CO)4] (Г) |
|
|
|
|
|||||
|
|
59 |
|
|
59+4·(12+16) = 171 |
|
|
||||
|
|
Х = 21.132·171/59 = 61.25 (г) |
|
|
|
|
|||||
|
|
Переведем вычисленную массу в объём: |
|||||||||
|
|
([ ( )4 ]) |
= |
([ ( )4 ]) |
|
|
|
|
|
||
|
|
([ ( )4 ]) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
([ ( )4 ]) = |
([ ( )4]∙ |
|
= |
61.25∙22.4 |
= 8.02(л) |
||||
|
|
([ ( )4] |
|
171 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Найти: |
|
Ответ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V([Ni(CO)4]) = ? |
|
V([Ni(CO)4]) = 8.02 л. |
|
|
|
|
|||||
197. Какие комплексные ионы входят в состав солей: K2PtCl6; KAu(CN)4; CrCl3 5H2O; K4Fe(CN)6; KAu(CN)2; CoCl3 6NH3, если
комплексообразователями в них являются ионы Pt4+; Au3+; Cr3+; Fe2+; Au+ и Co3+. Составьте уравнения диссоциации этих солей.
Решение:
1.K2[PtCl6]
Комплексный ион - [PtCl6]2- Уравнение диссоциации:
K2[PtCl6] ↔ 2К+ + [PtCl6]2-
2.K[Au(CN)4]
Комплексный ион - [Au(CN)4]- Уравнение диссоциации:
K[Au(CN)4] ↔ К+ + [Au(CN)4]-
3.CrCl3 5H2O
Комплексный ион – [Cr(H2O)5]3+ Уравнение диссоциации:
[Cr(H2O)5]Cl3 ↔ [Cr(H2O)5]3+ + 3Cl-
4.K4 [Fe(CN)6]
Комплексный ион - [Fe(CN)6]4- Уравнение диссоциации:
K4 [Fe(CN)6] ↔ 4К+ +[Fe(CN)6]4-
5.K[Au(CN)2]
Комплексный ион - [Au(CN)2]- Уравнение диссоциации:
K[Au(CN)2]↔К+ + [Au(CN)2]-
6.CoCl3 6NH3
Комплексный ион – [Co(NH3)6]3+ Уравнение диссоциации:
[Co(NH3)6]Cl3 ↔ [Co(NH3)6]3+ + 3Cl-
222. Напишите уравнение реакции поликонденсации карбамида с уксусным альдегидом исходя из того, что с каждыми 3 моль карбамида вступают в реакцию 2 моль альдегида. Рассчитайте массу смолы, которая получится, если в реакции участвуют 15 кг карбамида и 12 кг альдегида.
Решение:
Запишем для начала уравнение реакции поликонденсации:
15000 г |
х г |
3(NH2)2C=O + 2H2C=O → H2NCONHCH2NHCONHCH2NHCONH2 + 2H2O
3·М(NH2)2C=O= 2·(2+12+16)= 60
=3·(28+4+12+16) =
=180
Определим, какое из веществ – в избытке, а какое – в недостатке.
Решим пропорцию:
15000180 = 60х
Х = 15000·60/180 = 5000 (г) = 5(кг).
Таким образом, альдегид дан в избытке. Выичслим массу смолы, используя массу альдегида, по уравнению реакции:
12000 г |
y г |
3(NH2)2C=O + 2H2C=O → H2NCONHCH2NHCONHCH2NHCONH2 + 2H2O
2·(2+12+16)= 60 |
6·14+12·1+5·12+3·16 = 204 |
Решим пропорцию:
1200060 = 204у
Y = 12000·204/60 = 40800 (г) = 40.8 (кг).
Масса образовавшейся смолы mсмолы = 40.8 кг.
Ответ: mсмолы = 40.8 кг.
247. Жженый гипс mСаSО4 nH2O готовят из обычного гипса xСаSО4 yH2O выдерживанием последнего при 1300С. По данным анализа образец гипса содержит 20,9% (по массе) воды, а образец жженого гипса - только 6,2%. Установите химический состав обоих кристаллогидратов.
Решение:
Дано: |
Решение: |
|
|
|
|
|
|||||
ω(yH2O)= 20.9% |
Вычислим массовую долю сульфата кальция в обычном |
||||||||||
ω(nH2O)= 6.2% |
гипсе: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ω(xCaSO4) = 100% - 20.9% = 79.1 (%) |
|
|
||||||||
|
Массовая доля сульфата кальция в жженом гипсе: |
|
|||||||||
|
ω(mCaSO4) = 100% - 6.2% = 93.8 (%) |
|
|
||||||||
|
Вычислим соотношение коэффициентов в обычном |
||||||||||
|
гипсе: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.791 |
|
|
0.209 |
|
|
|
|
||
|
Х:Y = |
|
|
: |
|
|
|
= |
0.005: |
||
|
(40+32+4∙16+2∙1+16) |
(40+32+4∙16+2∙1+16) |
|||||||||
|
0.001 = 5:1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
То есть химичесий состав обычного гипса: |
|
|
||||||||
|
СаSО4 |
5H2O |
|
|
|
|
|
||||
|
Проведем аналогичные расчёты для жжёного гипса: |
||||||||||
|
m:n = |
0.938 |
: |
0.062 |
|
|
= |
0.006: |
|||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
(40+32+4∙16+2∙1+16) |
(40+32+4∙16+2∙1+16) |
||||||||
|
0.0004 = 15:1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
То есть химичесий состав жжёного гипса: |
|
|
||||||||
|
СаSО4 |
15H2O |
|
|
|
|
|
||||
Найти: |
Ответ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mСаSО4 nH2O = ? |
СаSО4 |
5H2O; |
|
|
|
|
|
||||
xСаSО4 yH2O = ? |
СаSО4 |
15H2O. |
|
|
|
|
|
||||
272. Определите температуру затвердевания и плавления сплава, содержащего 60% Ni и 40% Cu. Диаграмма плавкости на рисунке 7.
1453
1083 |
|
1000 |
|
Cu 100% |
Ni 100% |
Рис.7.Диаграмма состояния системы Cu–Ni
Решение:
1453
1083 |
|
1000 |
|
Cu 100% |
Ni 100% |
Рис.7.Диаграмма состояния системы Cu–Ni
Красная линия соответствует составу: 60% Ni и 40% Cu.
Точка пересечения красной линии с нижней кривой – точка начала плавления Ts, которая соответствует 1090°С.
Верхняя точка (точка пересечения красной сплошной линии с верхней кривой) TL – температура начала кристаллизации, которая соответствует
1350°С.