Контрольная работа по "Химии"

1. Укажите, у каких элементов: Na или К, Mg или Са больше выражены металлические свойства. Ответ обоснуйте, написав электронные формулы данных элементов.

Ответ:

Составим электронные формулы атомов элементов:

Na +11  1s² 2s² 2p⁶ 3s¹  элемент III периода, первой группы, главной подгруппы

К+19 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ элемент IV периода, первой группы, главной подгруппы

 

Mg +12  1s² 2s² 2p⁶ 3s²   элемент III периода, второй группы, главной подгруппы

Ca  +20  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² элемент IV периода, второй группы, главной подгруппы

 

Наиболее выражены металлические свойства у:

а) у калия К; б) у магния Mg,

так как с увеличением атомного номера энергия ионизации атомов увеличивается, радиусы атомов и ионов увеличиваются, металлические свойства химических элементов усиливаются.

 

 

 

2. Определить степень окисления всех элементов в следующих соединениях: NaOH, H₂O, KCl, K₂SO₄, MnO₂, P₂O₅.

Ответ:

Определим степень окисления элементов, входящих в соединения, учитывая, что молекула электронейтральна, кислород в данных соединених имеет степень окисления -2, водород +1, щелочные металлы (K, Na) +1.

 

Na⁺¹ O^-2 H⁺¹

 

H⁺¹₂O^-2

 

K⁺¹ Cl^-1

 

K⁺¹ ₂S⁺⁶O^-2₄

 

Mn⁺¹O^-2₂

 

P⁺⁵₂O^-2₅

 

 

3. Смешали 200 кг 78-% раствора, 300 кг 60-% раствора и 600 кг 20-% раствора. Найти концентрацию смеси.

Решение:

Рассчитаем содержание вещества в каждом из растворов, используя формулу для расчета массовой доли раствора:

 

 

 

 

Обща масса вещества будет равна:

 

 

Общая масса раствора будет равна:

 

 

Тогда массовая доля раствора будет равна:

 

 

 

 

 

 

4. Как теория электролитической диссоциации определяет основные классы неорганических соединений (кислоты, основания, соли).

Ответ:

Основания. Название "основание" первоначально было отнесено к веществам, которые в реакциях с кислотами образуют соли. К основаниям принадлежат гидроксиды многих металлов. 
Примеры: NaOH - гидроксид натрия (едкий натр), KOH - гидроксид калия (едкое кали), Ca(OH)2 - гидроксид кальция (гашёная известь).

Основания, которые хорошо растворяются в воде, называются щелочами, К ним относятся гидроксиды щелочных и щелочно-земельных металлов. С точки зрения теории электролитической диссоциации основания-это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием анионов одного вида - гидроксид - ионов ОН^-.

В общем виде уравнение электролитической диссоциации основания имеет вид:

 
Основание → Катион основания + Гидроксид - ион

 

NaOH Na++ OH-   Ba(OH)2 Ba2++ 2OH-  NH3·H2O NH4++ OH-

 

Кислоты.Кислоты исторически получили своё название из-за кислого вкуса водных растворов тактх веществ, как хлороводород или уксусная кислота. С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты - это вещества, диссоциирующие в водном растворе с образованием катионов одного вида - катионов водорода Н⁺.

В общем виде уравнение электролитической диссоциации кислоты имеет вид:

 
Кислота → Катион водорода + Анион кислотного остатка

 

H2SO4 2H+ + SO42-  CH3COOH H+ + CH3COO-

 

Соли. С точки зрения теории электролитической реакции соли - это вещества, которые в водном растворе диссоциируют с образованием катионов основания и анионов кислотного остатка.

В общем виде уравнение электролитической диссоциации солей имеет следующий вид:

 
Соль → Катион основания + Анион кислотного остатка

 

BaCl2 Ba2+ + 2Cl-   K2CO3 K+ + CO32-

 

 

 

 

5. Как протекает диссоциация воды? Что такое водородный показатель (рН)?

Ответ:

Чистая вода, хоть и плохо (по сравнению с растворами электролитов), но может проводить электрический ток. Это вызвано способностью молекулы воды распадаться (диссоциировать) на два иона которые и являются проводниками электрического тока в чистой воде (ниже под диссоциацией подразумевается электролитическая диссоциация - распад на ионы):

H₂O ↔ H⁺ + OH^-

Примерно на 556 000 000 не диссоциированных молекул воды диссоциирует только 1 молекула, однако это 60 000 000 000 диссоциированных молекул в 1мм³. Диссоциация обратима, то есть ионы H⁺ и OH^- могут снова образовать молекулу воды. В итоге наступает динамическое равновесие при котором количество распавшихся молекул равно количеству образовавшихся из H⁺ и OH^- ионов. Другими словами скорости обоих процессов будут равны. Для нашего случая, уравнение скорости химической реакции можно написать так:

υ₁ = κ₁ ·[H₂O] (для диссоциации воды)

υ₂ = κ₂ · [H⁺] · [HO^-] (для обратного процесса)

где υ - скорость реакции; κ - константа скорости реакции (зависящая от природы реагирующих веществ и температуры); [H₂O], [H⁺] и [HO^-] - концентрации (моль/л).

В состоянии равновесия υ₁ = υ₂, следовательно:

κ₁ · [H₂O] = κ₂ · [H⁺] · [HO^-]

Проведем нехитрые математические действия и получим:

κ₁/κ₂ = [H⁺] · [HO^-]/[H₂O]

κ₁/κ₂ = K

K - константа равновесия, а в нашем случаи константа диссоциации, которая зависит от температуры и природы веществ, и не зависящая от концентраций (также как κ₁ и κ₂). K для воды 1,8*10^-16 при 25 °C (справочная величина).

Вследствие очень малого количества продиссоциированных молекул концентрацию [H₂O] можно принять равной общей концентрации воды, а общую концентрацию воды в разбавленных растворах как величину постоянную:

[H₂O]=1000(г/л)/18(г/моль)=55,6 моль/л.

Заменяя κ₁/κ₂ на K и используя величину [H₂O], определяем чему равно произведение концентраций [H⁺] и [HO^-], которое называется - ионное произведение воды:

K = [H⁺] * [HO^-]/55,6 моль/л 
1,8*10^-16 * 55,6 моль/л = [H⁺] * [HO^-] 
10^-14 = [H⁺] * [HO^-]

Так как, при определенной температуре, величины используемые в расчете ионного произведения воды (K, [H₂O]) постоянны, значение ионного произведения воды [H⁺] * [HO^-] так же постоянно. А поскольку при диссоциации молекулы воды образуется одинаковое количество ионов [H⁺] и [HO^-], получается что для чистой воды концентрации [H⁺] и [HO^-] будут равны 10^-7 моль/л. Из постоянства ионного произведения воды следует, что если количество ионов H⁺ становится больше, то количество ионов HO^- становится меньше. Например, если к чистой воде добавить сильную кислоту HCl, она как сильный электролит вся продиссоциирует на H⁺ и Cl^-, в результате концентрация ионов H⁺ резко увеличится, и это приведет к увеличению скорости процесса противоположного диссоциации, так как она зависит от концентраций ионов H⁺ и OH^-:

υ₂ = κ₂ * [H⁺] * [HO^-]

В ходе ускорившегося процесса противоположного диссоциации, концентрация ионов HO^- уменьшится до величины соответствующей новому равновесию, при котором их будет так мало, что скорости диссоциации воды и обратного процесса снова будут равны. Если концентрация получившегося раствора HCl равна 0,1моль/л, равновесная концентрация [HO^-] будет равна:

[HO^-] = 10^-14/0,1 = 10^-13 моль/л

При добавлении сильного основания NaOH сдвиг будет в сторону уменьшения концентрации H⁺.

pH воды

Для удобства, концентрации [H⁺] и [HO^-] выражают в виде водородного показателя pH и гидроксильного показателя pOH. pH и pOH - это отрицательные десятичные логарифмы концентраций [H⁺] и [HO^-] (правильнее использовать не концентрацию, а активность) соответственно:

pH = -lg[H⁺]

pOH = -lg[OH^-]

Прологарифмируя уравнение [H⁺] * [HO^-] = 10^-14 получим:

lg[H⁺] + lg[OH^-] = -14 
-lg[H⁺] - lg[OH^-] = 14 
pH + pOH = 14

Получившаяся сумма pH и pOH, также как и произведение, которое логарифмировали, является постоянной и равна 14, так если pH=3 то pOH=11.

 

 

 

 

 

 

 

6. Дать определение гидролиза солей и написать уравнение гидролиза солей, образованных:

а. сильным основанием и слабой кислотой;

б. сильной кислотой и слабым основанием.

Ответ:

Гидролиз солей - это химическое взаимодействие ионов соли с ионами воды, приводящее к образованию слабого электролита.

Напишем уравнения гидролиза солей,образованных:

а)  сильным основанием и слабой кислотой

Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой (КClO, K₂SiO₃, Na₂CO₃, CH₃COONa) подвергается гидролизу по аниону, в результате чего образуется слабый электролит, гидроксид ион и другие ионы. рН>7, среда щелочная.

 

K₂SiO₃ + НОH → KHSiO₃+ KОН

 
2K⁺ +SiO₃^2- + НОH → НSiO₃^- + 2K⁺ + ОН^-

 

SiO₃^2- + НОH → НSiO₃^- + ОН^-

 

б) сильной кислотой и слабым основанием

В соли, образованной слабым основанием и сильной кислотой (FeCl₂, NH₄Cl, Al₂(SO₄)₃, MgSO₄) гидролизу подвергается катион:

 

FeCl₂ + HOH → Fe(OH)Cl + HCl

 
Fe²⁺ + 2Cl^- + HOH → FeOH⁺ ↓ + 2Cl^- + Н⁺

 
Fe²⁺ + HOH → FeOH⁺ ↓  + Н⁺

 

В результате гидролиза образуется слабый электролит, ион H и другие ионы. рН раствора < 7 ( раствор приобретает кислую реакцию).

 

 

 

Органическая химия

1. Дать название по международной номенклатуре следующих органических веществ:

а)

б)

в)

г)

 

 

 

 

Ответ:

а)

              1       2      3       4            

             СН₃ - С = СН - СН₃

                        |                                 

                       СН₃       2 - метилпбутен - 2

 

1.  В главной цепочке  4 углеродных атомов, поэтому основа названия - бутан (по названию соответствующего алкана).

2. Так как в молекуле имеется двойная связь, суффикс  -ан в основе названия изменяется на - ен.

3. После основы названия указано положение двойной связи в цепи: она начинается от второго углеродного атома.

4. В главной цепи имеется один заместитель  - метил СН₃ .   Он называется перед основой названия с указанием положения в цепи: при втором атоме углерода.

 

б)   

2 - метил, 3 - этил пентан

 

 

 

 

в)

 

Циклогексан

 

г)

 

3 - этил гептен - 3

 

 

2. Дать названия по международной номенклатуре всех возможных изомеров гексана С₆Н₁₄.

Ответ:

Гексан С₆Н₁₄ может существовать в следующих изомерах:

 

 

 

 

3. Какой объем оксида углерода (СО₂) образуется при полном брожении 1 моль глюкозы?

 

Решение:

Запишем уравнение реакции брожения глюкозы с образованием спирта и углекислого газа

                                          _{1 моль                                                            х, л}

                                           ^{1 моль                                                       2·22,4 л/моль}

 

 

Составим пропорцию и решим ее относительно х:

 

 

 

Ответ: 44,8 л