Задачи по химии

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

по дисциплине «Химия»

Вариант  
 
 
 
 
 

                                               Выполнил:

                                               Студент группы  
 

                                               Проверил:

                                               Преподаватель

                                               . 
 
 

    Сызрань, 2010.

 

     Задача №16. Определите  молярную массу эквивалента  и фактор эквивалентности  кислоты и основания, участвующих в реакции нейтрализации. Уравнение реакции H₃PO₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + 2H₂O 

    Решение:

    Фактор  эквивалентности кислоты находится  по формуле:

                                1

    f_экв = ----------------------------- ;

               основность кислоты

     

    молярная  масса эквивалента М_экв = f_экв ^. М

    В данном случае в фосфорной кислоте  замещается только 1 атом водорода, т.е. она реагирует как одноосновная. Поэтому f_экв = 1, М_экв = М(H₃PO₄) = 3^.1 + 31 + 4^.16 = 98 г/моль. 
 
 

    Задача  №35. Напишите электронные формулы атомов серы и ванадия в основном и в возбужденном состоянии. Почему сера может проявлять только четную валентность в своих соединениях? 

    Решение:

    Сера  – элемент 3-го периода, поэтому орбитали 1s, 2s и 2p заполнены целиком, и на них размещается 10 электронов. Порядковый номер серы 16, поэтому в её атоме 16 электронов. Оставшиеся 6 электронов занимают 3s и 3р – орбитали в соответствии с принципом наименьшей энергии. Таким образом, электронная формула серы в основном состоянии 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴, или [Ne]3s²3p⁴.

 

     Графическая схема выглядит следующим образом:

₁₆S         3s  3p    3d

              2s  2p

              1s

    В возбужденных состояниях электроны  из спаренного состояния переходят  на свободную орбиталь с более  высокой энергией, в данном случае – 3d-орбиталь:

₁₆S*         3s  3p    3d

              2s  2p

              1s

1s²2s²2p⁶3s²3p³3d¹ (однократно возбужденное состояние). 

Дважды возбужденное состояние:

1s²2s²2p⁶3s¹3p³3d² 
 

₁₆S**         3s  3p    3d

              2s  2p

              1s

    Валентность элемента (число образуемых его атомом ковалентных связей) определяется числом неспаренных электронов. В основном состоянии атома серы их 2, в возбуждённых – 4 и 6. Во всех состояниях число неспаренных электронов чётное, поэтому сера проявляет только чётную валентность (2, 4 и 6). 

    Ванадий – элемент 4-го периода, поэтому у  него полностью заняты орбитали 1s, 2s, 2p, 3s, 3p.  На них размещаются 18 электронов. Порядковый номер ванадия 23, поэтому на следующих по порядку заполнения орбиталях 4s и 3d остаётся разместить еще 5 электронов. Таким образом, электронная формула атома ванадия в основном состоянии 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d³, или [Ar]3d³4s². 3d-электроны, в соответствии с правилом Хунда, неспаренные. Графическая схема:

               4s

₂₃V         3s  3p    3d

              2s  2p

              1s

    (Рекомендация. Энергия 4s-орбитали чуть ниже, чем 3d, поэтому её лучше нарисовать ниже).

    В возбуждённом состоянии 1 электрон с 4s-орбитали перейдёт на свободную 3d-орбиталь: ₂₃V* 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁴ .

 

     Графическая схема:

               4s

₂₃V*         3s  3p    3d

              2s  2p

              1s 
 
 

    Задача  №56. Назовите самый активный металл и неметалл и дайте объяснение, исходя из электронного строения атома и его расположения в Периодической системе Д.И.Менделеева. 

    Решение:

    Самые активные металлы – щелочные. Они  находятся в 1 группе, главной подгруппе  Периодической системы (IA). В атомах этих элементов всего 1 электрон на внешнем уровне,  радиус этих атомов максимальный среди всех элементов периода, а заряд ядра – минимальный в периоде. Поэтому валентный электрон связан слабо и атом легко его отдаёт, превращаясь в положительно заряженный ион, что и является проявлением металлических свойств.

    В подгруппе с увеличением номера периода (т.е. сверху вниз) металлические свойства усиливаются, так как растёт радиус атома и число электронных слоёв, экранирующих валентный электрон от притяжения ядра. Поэтому самым активным металлом будет франций, а из стабильных элементов – цезий.

    Самые активные неметаллы – галогены, которые расположены в 7 группе, главной  подгруппе (VIIA). У атомов этих элементов 7 электронов на внешнем уровне, т.е. до завершения его заполнения не хватает только одного электрона, радиус атома наименьший в периоде, а заряд ядра – наибольший (не считая инертных газов). Поэтому атомы галогенов легко присоединяет электрон, превращаясь в отрицательно заряженный ион, в чём и заключаются неметаллические свойства. Эти свойства ослабевают с увеличением номера периода из-за увеличения радиуса атома и экранирования валентных электронов внутренними электронными оболочками, поэтому самый активный неметалл – фтор. 
 
 

    Задача  №75. Каковы особенности металлической связи? 

    Решение:

    Особенности металлической связи.

    Электроны, осуществляющие такую связь, делокализованы, т.е. могут свободно перемещаться в  пределах кристаллической решётки, в том числе направленно –  в электрическом поле, вследствие чего металлы проводят электрический ток. По той же причине при механической деформации металла не происходит разрыва химических связей, поэтому металлы способны к пластической деформации (обладают ковкостью).

    Металлическая связь, в отличие от ковалентной, не обладает направленностью, поэтому взаимное расположение атомов в кристалле с металлической связью определяется в основном геометрическими факторами (принцип плотнейшей упаковки), а не их электронным строением.

    Задача  №96. Вычислите энтальпию образования оксида фосфора (V), если при сгорании 4 г фосфора выделяется 97,2 кДж. 

    Решение:

    Энтальпия образования вещества (∆Н_обр) – это тепловой эффект образования 1 моля этого вещества из простых веществ. ∆Н > 0, если теплота поглощается, и меньше 0, если теплота выделяется.

    Уравнение реакции образования 1 моля оксида фосфора (V) :

    2Р  + 2,5О₂ = Р₂О₅

    Это же уравнение является уравнением сгорания 2 молей фосфора (так как коэффициент  перед формулой фосфора равен 2). Найдём массу 2 моль фосфора: m = n ^. M =

    = 2 моль ^. 31 г/моль = 62 г.

    Составим  пропорцию:

    При сгорании 4 г фосфора выделяется 97,2 кДж;

    При сгорании 62 г – х кДж

                          62 г ^. 97,2 кДж

    Отсюда  х = --------------------- = 1506,6 кДж.

                                 4 г

    Таким образом, ∆Н_обр(Р₂О₅) = -1506,6 кДж/моль.

 

     Задача №115. Химическая реакция протекает по уравнению: 2SO2+ O2 = 2SO3. Иcходные концентрации SO2 и О2    соответственно равны 0,4 и 0,2 моль/л . Через некоторое время концентрация SO2 уменьшилась на 0,2 моль/л. Определите равновесные концентрации всех веществ. 

    Решение:

    Согласно  уравнению реакции, 2 моль SO₂ вступают в реакцию с 1 моль кислорода и при этом образуется 2 моль SO₃. Соответственно, если израсходовалось 0,2 моль/л SO₂, то израсходовалось 0,1 моль/л кислорода и образовалось 0,2 моль/л SO₃. Равновесные концентрации исходных веществ найдём как разность начальной и израсходованной концентрации. SO₃ в начальный момент не было, поэтому его равновесная концентрация равна образовавшейся в ходе реакции: