- •Задачи и вопросы по неорганической химии
- •Издательство тпу
- •Кафедра
- •Введение
- •Общие закономерности неорганической химии
- •1.1. Распространенность химических элементов
- •1.2. Закономерности изменения свойств элементов и соединений в периодической системе
- •1.3. Общие закономерности окислительно-восстановительных реакций
- •1.4. Общие закономерности гидролиза
- •1.5. Взаимодействие металлов и неметаллов с кислотами, щелочами, водой
- •Водород и галогены
- •2.1. Водород и его соединения
- •2.2. Фтор и его соединения
- •2.3. Хлор, бром, иод - элементы, простые вещества и межгалогенные соединения
- •2.4. Галогеноводородные соединения и галогениды
- •2.5. Кислородосодержащие соединения галогенов
- •3.1. Кислород, воздух, озон
- •3.2. Бинарные соединения кислорода
- •3.3. Сера и её бинарные бескислородные соединения
- •3.4. Кислородосодержащие соединения серы
- •3.5. Селен, теллур, полоний
- •Глава четвертая. Главная подгруппа пятой группы
- •4.1. Азот и его водородосодержащие соединения
- •4.2. Соединения азота с кислородом и галогенами
- •4.3. Фосфор и его соединения
- •1) Р(бел) ® р(кр) 2) р(кр) ® р(чер) 3) р(бел) ® р(черн)
- •4.4. Мышьяк, сурьма, висмут
- •Главная подгруппа четвертой группы
- •5.1. Углерод и соединения углерода
- •5.3. Германий, олово, свинец
- •Главная подгуппа третьей группы
- •6.1. Бор и его соединения
- •6.2. Алюминий и его соединения
- •6.3. Галлий, индий, таллий
- •Химия s-элементов
- •7.1. Щелочные элементы
- •Переходные элементы
- •8.1. Общие закономерности
- •8.2. Подгруппа скандия
- •8.3. Подгруппа титана
- •8.4. Подгруппа ванадия
- •8.5. Подгруппа хрома
- •8.6. Подгруппа марганца
- •8.7. Железо, кобальт, никель
- •8.8. Платиновые элементы
- •8.9. Подгруппа меди
- •8.10. Подгруппа цинка
- •8.11. Лантаноиды и актиноиды
- •Ответы к расчётным задачам и рекомендации по выполнению заданий
- •Общие закономерности неорганической химии
- •Индивидуальное домашнее задание Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 8
- •Вариант 9
- •Вариант 10
- •Вариант 11
- •Вариант 12
- •Вариант 13
- •Вариант 14
- •Вариант 15
- •Вариант 16
- •Вариант 17
- •Вариант 18
- •Вариант 19
- •Вариант 20
- •Вариант 21
- •Вариант 22
- •Вариант 23
- •Вариант 24
- •Вариант 25
- •Вариант 26
- •Вариант 27
- •Вариант 28
- •Вариант 29
- •Вариант 30
- •Вариант 31
- •Вариант 32
- •Вариант 33
- •Вариант 34
- •Вариант 35
- •Вариант 36
- •Вариант 37
- •Вариант 38
- •Вариант 39
- •Вариант 40
- •Вариант 41
- •Вариант 42
- •Вариант 43
- •Вариант 44
- •Вариант 45
- •Вариант 46
- •Вариант 47
- •Вариант 48
- •Вариант 49
- •Вариант 50
- •Вариант 51
- •Вариант 52
- •Вариант 53
- •Вариант 54
- •Вариант 55
- •Вариант 56
- •Вариант 57
- •Вариант 58
- •Вариант 59
- •Вариант 60
- •Вариант 61
- •Вариант 62
- •Вариант 63
- •Вариант 64
- •Вариант 65
- •Вариант 66
- •Вариант 67
- •Вариант 68
- •Вариант 69
- •Вариант 70
- •Вариант 71
- •Вариант 72
- •Вариант 73
- •Вариант 74
- •Вариант 75
- •Вариант 76
- •Вариант 77
- •Вариант 78
- •Вариант 79
- •Вариант 80
- •Вариант 81
- •Вариант 82
- •Вариант 83
- •Вариант 84
- •Вариант 85
- •Вариант 86
- •Вариант 87
- •Вариант 88
- •Вариант 89
- •Вариант 90
- •Вариант 91
- •Вариант 92
- •Вариант 93
- •Вариант 94
- •Вариант 95
- •Вариант 96
- •Вариант 97
- •Вариант 98
- •Вариант 99
- •Вариант 100
- •Вариант 101
- •Вариант 102
- •Вариант 103
- •Вариант 104
- •Вариант 105
- •Вариант 106
- •Вариант 107
- •Вариант 108
- •Вариант 109
- •Вариант 110
- •Вариант 111
- •Вариант 112
- •Вариант 113
- •Вариант 114
- •Вариант 115
- •Вариант 116
- •Вариант 117
- •Вариант 118
- •Вариант 119
- •Вариант 120
- •Вариант 121
- •Вариант 122
- •Вариант 123
- •Вариант 124
- •Вариант 125
- •Вариант 126
- •Вариант 127
- •Вариант 128
- •Вариант 129
- •Вариант 130
- •Вариант 131
- •Вариант 132
- •Вариант 133
- •Вариант 134
- •Вариант 135
- •Вариант 136
- •Вариант 137
- •Вариант 138
- •Вариант 139
- •Вариант 140
- •Вариант 141
- •Вариант 142
- •Вариант 143
- •Вариант 144
- •Вариант 145
- •Вариант 146
- •Вариант 147
- •Вариант 148
- •Вариант 149
- •Вариант 150
- •Задачи и вопросы по неорганической химии
2.3. Хлор, бром, иод - элементы, простые вещества и межгалогенные соединения
151. Исходя из положения в периодической системе и электронного строения атомов, опишите общие свойства хлора, брома и иода: 1) валентные возможности, 2) степени окисления в соединениях, 3) закономерности изменения металлических и неметаллических свойств, 4) состав: а) молекул простых веществ, б) соединений с водородом и металлами, в) оксидов и гидроксидов, г) соединений между собой.
152. Чему равна энергия связи в молекулах галогенов и почему она уменьшается в ряду Cl2 - Br2 - I2 - At2? Объясните образование этих молекул методом ВС; определите кратность химической связи. Имеется ли в этих молекулах дополнительное донорно-акцепторное взаимодействие, укрепляющее основную связь? Если имеется, как оно называется?
153. Как и почему изменяются агрегатное состояние, температура плавления и кипения в ряду F2 - Cl2 - Br2 - I2 - At2?
154. Почему хлор, бром и иод хорошо растворяются в органических растворителях и плохо растворяются в воде? Найдите в справочниках растворимость хлора в воде при 20 ºC и вычислите массовую долю хлора в хлорной воде, принимая ее плотность равной плотности чистой воды. Такой же расчет проведите для бромной воды.
155. Растворимость хлора в воде (в г на 100 г H2О) равна 0,73 при 20 ºC и 0,46 при 40 ºC. Какой объем хлора, приведенный к н.у., выделится из одного м3 воды, насыщенной хлором при 20 ºС, при нагревании до 40 ºС? Почему растворимость газов в воде при нагревании уменьшается?
156. Объясните плохую растворимость иода в воде и хорошую растворимость во многих органических растворителях (бензоле, сероуглероде, ацетоне и др.). Почему растворимость иода в воде увеличивается, если в ней содержится растворённый йодид калия или натрия?
157. Соединение КI3, которое образуется при смешивании иода с водным раствором йодида калия, считается комплексным. Что является в этом соединении комплексообразователем, лигандами, внутренней сферой и внешней сферой? Чему равны заряды комплексообразователя, внутренней сферы и координационное число комплексообразователя?
158. Вычислите энергию Гиббса и константу равновесия при 1000 К реакций атомизации молекул Cl2, Br2 и I2 и сделайте вывод о прочности этих молекул. Данные для вычислений:
Молекулы и атомы |
Cl2(г) |
Br2(г) |
I2(г) |
Cl(г) |
Br(г) |
I(г) |
DHºf, кДж/моль |
0 |
30,9 |
62,4 |
121,3 |
111,8 |
106,3 |
Sº, Дж/(моль∙К) |
222,9 |
245,5 |
260,6 |
165,1 |
186,9 |
178,8 |
159. Степень термической диссоциации (атомизации) молекул хлора, брома и иода при 1000 К и стандартном давлении равна 3,5∙10–4, 2,3∙10–3 и 2,8∙10–2, соответственно. Вычислите константы равновесия этих процессов и сделайте вывод о прочности связей в молекулах галогенов.
160. Вычислите термодинамические параметры реакций хлора, брома и иода с водородом. Какие из них при стандартных условиях необратимы, а какая является обратимой реакцией? Для обратимой реакции вычислите температуру, при которой константа равновесия равна единице.
161. Опишите кинетику и механизм реакций хлора, брома и иода с водородом. Какая (или какие) из них является простой, сложной или цепной? Какую реакцию обычно проводят в присутствии катализатора? Для реакции иода с водородом вычислите энергию активации, если константа её скорости при 637 К равна 2,2∙10–4, а при 973 К – 8,33.
162. Опишите цепной механизм реакции хлора с водородом и его внешнее проявление. Какое практическое значение имеет эта реакция? Приведите примеры других реакций, протекающих по такому же механизму.
163. Многие металлы сгорают в хлоре. Какая масса алюминия сгорает в одном литре хлора, если объем газа был измерен до опыта при 20 ºС и 100 кПа? Какая масса хлорида алюминия при этом образуется?
164. Почему некоторые реакции с бромом (например, взаимодействие порошкообразного алюминия) протекают энергичнее, чем с хлором?
165. Реакцию порошкообразного алюминия с иодом инициирует одна капля воды, поэтому воду можно считать катализатором этой реакции. Как Вы считаете, в чем состоит механизм действия воды как катализатора?
166. Почему золото, не взаимодействующее при обычных условиях с водой и сухим хлором, взаимодействует с влажным хлором? Поэтому хлор тщательно сушат перед наполнением им стальных баллонов или стальных железнодорожных цистерн перед транспортировкой? Какие вещества можно использовать в качестве осушителей хлора?
167. Реакции хлора, брома и иода с NO в химической кинетике рассматриваются как простые. Напишите химические и кинетические уравнения этих реакций и укажите их кинетические параметры: а) порядок по NO и по галогену; б) общий кинетический порядок; в) молекулярность. Случайно или не случайно общий кинетический порядок и молекулярность этих реакций совпадают?
168. Взаимодействие хлора с оксидом азота (II) - простая тримолекулярная реакция. Напишите её химическое и кинетическое уравнения. Как изменится скорость этой реакции при увеличении концентрации в три раза: а) только NO; б) только хлора; в) NO и Cl2 одновременно?
169. Для реакций хлора, брома и иода с водяным паром можно записать следующие уравнения:
1) 2Cl2(г) + 2H2O(г) = 4HCl(г) + O2(г)
2) 2Br2(г) + 2H2O(г) = 4HBr(г) + O2(г)
3) 2I2(г) + 2H2O(г) = 4HI(г) + O2(г)
Термодинамическими расчетами установите, при какой температуре возможно протекание каждой реакции. Сделайте вывод об окислительных свойствах галогенов.
170. Выпишите из справочной литературы значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов полуреакций, в которых галогены восстанавливаются до галогенид-ионов. Как и почему изменяются окислительные свойства галогенов? Напишите продукты реакций:
1) K2MnO4 + Cl2 = 2) SO2 + Br2 + H2O = 3) H2S + I2 =
171. Почему и как изменяются окислительно-восстановительные свойства галогенов в ряду F2-Cl2-Br2-I2-At2? Напишите уравнения реакций:
1) Cl2 + FeCl3 + NaOH = Na2FeO4 + …
2) Br2 + KCrO2 + KOH = K2CrO4 + …
3) I2 + H2SO3 + H2O = H2SO4 + …
172. Используя значения окислительно-восстановительных потенциалов, для каждой данной реакции вычислите энергию Гиббса прямого процесса при стандартных условиях и определите возможность её протекания:
1) 2NO + Cl2 + 2H2O = 2HNO2 + 2HCl
2) 2NO + Br2 + 2H2O = 2HNO2 + 2HBr
3) 2NO + I2 + 2H2O = 2HNO2 + 2HI
173. Сколько граммов хлорной воды потребуется для окисления 3,9 г хлорида олова (II) в хлорид олова (IV), если в 100 г воды при 20 ºС растворяется 0,73 г хлора?
174. Какая масса бромной воды потребуется для окисления 30,4 г сульфата железа (II) в сернокислом растворе, если в 100 г воды при 20 ºС растворяется 3,58 г брома?
175. Выпишите из справочной литературы значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов полуреакций, в которых галогены окисляются до степени окисления +5 в кислой и щелочной средах. Как изменяется восстановительная способность галогенов в ряду Cl2 -Br2 - I2? В какой среде галогены окисляются легче? Напишите уравнения реакций, в которых йод является восстановителем:
1) I2 + HNO3 = |
3) I2 + O3 + H2O = |
2) I2 + H2O2 = |
4) I2 + O3 + NaOH = |
176. В 100 мл 60%-й HNO3 (r = 1,37) внесли 25,4 г иода, который полностью провзаимодействовал с азотной кислотой с выделением NO. Определите качественный и количественный состав образовавшегося раствора, считая, что его плотность практически не изменилась.
177. В один литр пергидроля (30%-й H2O2, r = 1,12) внесли 12,7 г иода, который полностью провзаимодействовал с H2O2. Определите качественный и количественный состав образовавшегося раствора, считая, что его плотность практически не изменилась.
178. Напишите уравнения реакций диспропорционирования в воде хлора, брома и иода и названия продуктов. Какие молекулы и ионы содержатся в хлорной воде? Запишите их в ряд по увеличению концентрации.
179. Хлор, бром и иод при растворении в воде диспропорционируют. Напишите уравнения реакций и названия образующихся продуктов. Используя справочные значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, вычислите энергию Гиббса и константу равновесия реакций. Какой из галогенов и почему диспропорционирует в воде полнее других?
180. Почему в химических лабораториях обычно используют не хлор, а хлорную воду? Почему хлорная вода обесцвечивает органические красители и обладает обеззараживающим действием?
181. В свежеприготовленной хлорной воде содержится четыре вещества, а после длительного стояния на свету - только два. Какие это вещества? Что происходит с хлорной водой при ее хранении на свету?
182. Определите молярную концентрацию хлора в хлорной воде, если после ее длительного стояния на свету на титрование 20 мл раствора потребовалось 4 мл децимолярного раствора NaOH.
183. Напишите уравнения реакций хлора, брома и иода с растворами KOH и Na2CO3. Укажите условия их проведения и названия продуктов.
184. Напишите уравнения реакций хлора с водой и растворами KOH и Ba(OH)2 – горячими и холодными. Укажите тип реакций и названия продуктов. Объясните, почему взаимодействие хлора с водой - обратимая, а со щелочами - практически необратимая реакция.
185. Напишите молекулярные и ионные уравнения реакций хлора с холодным и нагретым раствором гидроксида калия. Используя справочные значения окислительно-восстановительных потенциалов, вычислите энергию Гиббса и константу равновесия реакций.
186. Вычислите объем хлора (20 ºС; 102,5 кПа), теоретически необходимый для взаимодействия с одним литром нагретого 11%-го раствора гидроксида калия (r = 1,10).
187. Какая масса брома расходуется на взаимодействие с одним литром 14%-го раствора Na2CO3 (r = 1,15)? Чему равен объем (н.у.) образующегося в этой реакции углекислого газа?
188. Какое количество электричества (в ампер-часах) потребуется для получения одной тонны хлора при электролизе хлорида натрия, если выход по току составляет 95 %? Какой объем водорода выделится при этом и какая масса NaOH накапливается в растворе?
189. Электролиз раствора хлорида натрия проводился 5 ч при силе тока 10 А. При этом выделилось 20 л хлора (н.у.). Напишите схемы электродных процессов и общее уравнение электролиза. Определите выход по току.
190. Какой объем хлора (н.у.) можно теоретически получить из 1 м3 раствора (r = 1,23), содержащего 20,7 % NaCl и 4,3 % MgCl2?
191. Какой объем хлора (при 40 ºС и 98 кПа) образуется при взаимодействии концентрированной соляной кислоты с 10 г диоксида марганца, если MnO2 расходуется на 50 %?
192. Какой объем соляной кислоты(w = 30 %, r = 1,15) теоретически провзаимодействует с 15,8 г KMnO4 и какой объем хлора, приведенный к нормальным условиям, выделится при этом?
193. Какой объем соляной кислоты (w = 35,2 %, r = 1,175) и какая масса дихромата калия провзаимодействовали с выделением хлора, если его оказалось достаточно для окисления одного моля FeCl2 до FeCl3?
194. Какая общая закономерность наблюдается при взаимодействии свободных галогенов с соединениями других галогенов в степени окисления -1? Напишите продукты возможных реакций:
1) Br2 + NaCl = |
3) I2 + NaBr = |
5) Br2 + NaI = |
2) Cl2 + NaI = |
4) Cl2 + NaBr = |
6) I2 + NaCl = |
195. Какой объем хлора (25 ºС, 100 кПа) и какой объем 40%-го раствора KBr (r = 1,37) потребуются для получения одного килограмма брома?
196. Какой объем хлора (25 ºС, 100 кПа) необходимо пропустить через 10 л 40 %-го раствора KI (r = 1,40) для выделения из него всего йода?
197. Иод содержится в морских водорослях. После их обработки получают раствор, содержащий 45 % иодида калия. Иод получают из этого раствора взаимодействием с диоксидом марганца в присутствии H2SO4. Какая масса раствора и MnO2 расходуется на получение одного килограмма йода?
198. Какая масса иода образуется при взаимодействии избытка раствора иодида натрия с 100 мл 10%-го раствора K2Cr2O7 (r = 1,07)?
199. Город с населением около 500 тысяч человек потребляет ежесуточно до 200000 м3 водопроводной воды. Какой объем хлора (н.у.) затрачивается на хлорирование этой воды, если содержание хлора в ней должно быть не менее 0,3 мг/л?
200. Сколько граммов иода и какой объем спирта (r = 0,79) надо взять для приготовления 200 г иодной настойки, применяющейся в медицине и представляющей собой 10%-й раствор йода в спирте?
201. Напишите продукты взаимодействия галогенов между собой в газовой фазе, в воде и в растворе щелочи:
1) Cl2 + Br2 =
2) Cl2 + I2 = |
3) Cl2 + Br2 + H2O =
4) Cl2 + I2 + H2O = |
5) Cl2 + Br2 + NaOH =
6) Cl2 + I2 + NaOH = |
202. Иод образует с хлором два соединения, массовая доля хлора в которых составляет 21,8 % и 45,6 %. Установите формулы соединений.