umm_2544

Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Е. П. Артемьева
Е. В. Михалева
В. Н. Соколов
ХИМИЯ
Екатеринбург
2011
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Уральский государственный университет путей сообщения
Кафедра «Инженерная защита окружающей среды»
Е. П. Артемьева
Е. В. Михалева
В. Н. Соколов
ХИМИЯ
Сборник контрольных заданий для студентов-заочников ускоренной формы обучения всех инженерно-технических специальностей
Екатеринбург
2011
УДК 54
А86
Артемьева, Е. П.
А86
Химия : сб. контрольных заданий / Е. П. Артемьева, Е. В. Михалева,
В. Н. Соколов. – Екатеринбург: УрГУПС, 2011. – 68 с.
В сборнике даны контрольные задания по дисциплине «Химия» для студентов-заочников ускоренной формы обучения всех инженерно-технических
специальностей. Выполнение контрольных работ предусмотрено утвержденными рабочими программами.
Сборник контрольных заданий включает в себя также методические указания к их выполнению и предназначен для самостоятельной работы студентов.
УДК 54
Рекомендован к печати на заседании кафедры «ИЗОС», протокол № 9 от
24.05.2010 г.
Авторы:
Е. П. Артемьева, доцент кафедры «ИЗОС», канд. биол. наук,
УрГУПС (темы 1, 3, 4, 9, 11)
Е. В. Михалева, ст. преподаватель кафедры «ИЗОС», УрГУПС
(темы 2, 7–11)
В. Н. Соколов, доцент кафедры «ИЗОС», канд. техн. наук, УрГУПС
Рецензент: А. Г. Мохов, доцент кафедры «ИЗОС», канд. техн. наук, УрГУПС
Ó Уральский государственный университет
путей сообщения (УрГУПС), 2011
Оглавление
Указания к выполнению контрольной работы…………………………………
Тема 1. Электронное строение атома.………………………………………………....
Тема 2. Образование химических связей………………………………………
2.1. Метод валентных связей…….…………………………………………
2.2. Метод молекулярных орбиталей.……………………………………..
Тема 3. Способы выражения концентрации…………………………………………
Тема 4. Скорость химических реакций. Химическое равновесие……………
Тема 5. Химико-термодинамические расчеты………………………………...
Тема 6. Растворы электролитов…………………………………………………………
6.1. Диссоциация электролитов…………………………………………….
6.2. Реакция обмена в растворах электролитов…………………………...
6.3. Водородный показатель рН……………………………………………………
6.4. Гидролиз солей.………………………………………………………………..…
Тема 7. Окислительно-восстановительные реакции.……………………………...
Тема 8. Гальванические элементы.…………………………………………………..…
Тема 9. Электрохимическая коррозия.……………………………………………...…
Тема 10. Электролиз.………………………………………………………………………..
Тема 11. Полимеры……………………………………………………………….
Библиографический список ……………………………………………………………..…
Приложение 1 ……………………………………………………………………………….
Приложение 2 ……………………………………………………………………..
Приложение 3 …………………………………………………………………….
Приложение 4 …………………………………………………………………….
Приложение 5 ……………………………………………………………………..
Приложение 6 …………………………………………………………………….
3
4
5
9
9
11
14
20
27
31
31
33
35
37
40
42
49
53
56
59
60
61
62
63
64
65
Указания к выполнению контрольной работы
Контрольная работа, выполняемая студентами-заочниками ускоренной
формы обучения всех инженерно-технических специальностей, состоит из 12
заданий и охватывает основные темы курса «Химия».
Студент выполняет вариант контрольной работы, обозначенный двумя
последними цифрами номера его зачетной книжки. Например, если номер зачетной книжки 09-В-204, то две последние цифры 04, им соответствует вариант контрольной работы 04. В приложении 6 (см. с. 67–69) варианту 04 соответствуют номера 12 заданий: 4, 34, 94, 124, 139, 169, 184, 224, 254, 284, 344, 374.
Контрольные работы, выполненные произвольно или не соответствующие варианту, не засчитываются.
Контрольная работа должна быть написана разборчиво, аккуратно и грамотно. Слова следует писать полностью, избегая сокращений. Обязательно следует переписать контрольное задание, после которого изложить решение и ответ на него. К каждой теме даны методические указания и пример оформления
ответа.
На каждой странице необходимо оставлять поля для замечаний проверяющего преподавателя. Ответы на замечания оформляются в конце контрольной работы.
4
Тема 1. Электронное строение атома
Современная квантово-механическая модель строения атома основывается на принципах квантовой механики. Атом является электронейтральной
системой взаимодействующих элементарных частиц. Он состоит из положительно заряженного ядра (образованного протонами р+ и нейтронами n0) и отрицательно заряженных электронов е-. В настоящее время периодический закон
Д. И. Менделеева формулируется следующим образом: свойства химических
элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости
от заряда ядра атомов этих элементов (совпадающего с порядковым номером
элемента в периодической системе).
Электронной конфигурацией (электронной формулой) атома называется
запись распределения электронов в атоме по электронным уровням, подуровням и орбиталям. При записи электронной конфигурации слева внизу от символа атома пишут заряд ядра, затем указывают цифрами энергетические уровни,
буквами (s, p, d или f) – подуровни, а степень обозначает число электронов в
данном подуровне. Например, электронная конфигурация атома магния: +12Mg
(12e-) 1s22s22p63s2.
При составлении электронных конфигураций многоэлектронных атомов
учитывают принцип минимальной энергии, принцип Паули, правила Клечковского и Хунда.
Принцип минимальной энергии гласит, что в основном (наиболее устойчивом) состоянии атома электроны заполняют орбитали в порядке повышения
уровня энергии орбиталей.
Правило Клечковского. Увеличение энергии и соответственно заполнение
орбиталей происходит в порядке возрастания суммы главного n и орбитального
l квантовых чисел, а при равной сумме (n + l) заполнение происходит в порядке
возрастания главного квантового числа n. Согласно этому правилу подуровни
выстраиваются в следующий ряд:
1s < 2s < 3s < 3p < 4s ≈ 3d < 4p < 5s ≈ 4d < 5p < 6s ≈ 5d ≈ 4f < 6p < 7s и т. д.
Принцип Паули. В атоме не может быть электронов, имеющих одинаковый набор всех четырех квантовых чисел. Поэтому на каждой орбитали может
быть не более двух электронов с противоположными спинами.
Правило Хунда. В основном (наиболее устойчивом) состоянии атома
электроны размещаются в пределах электронного подуровня так, чтобы их суммарный спин был максимален.
При образовании химической связи с другими атомами валентные электроны, непрочно связанные с ядром, могут быть легко отданы. Для элементов
главных подгрупп такими электронами являются электроны, находящиеся на
внешнем энергетическом уровне. Для элементов побочных подгрупп валентными являются не только электроны внешнего, но также и предвнешнего энергетического уровня (при этом максимальное их число совпадает с номером
группы периодической системы, в которой находится элемент).
5
В зависимости от электронов, которые последними заполняют орбитали
атома, выделяют четыре электронных семейства: s-, p-, d- и f-элементы.
Степенью окисления называется условный заряд атома в соединении, вычисленный на основе предположения, что соединение состоит только из простых ионов. Значение степени окисления определяется числом электронов,
смещенных от атома данного элемента к более электроотрицательному атому
другого элемента.
Большинство элементов являются металлами. К металлам относят sэлементы (кроме H и He), d-, f-элементы, а также р-элементы, условно располагающиеся в левой нижней части периодической системы от диагонали, проведенной от бора к астату. Атомы металлов содержат на внешнем энергетическом
уровне не более трех электронов (кроме Sn, Pb, Bi и Po). В отличие от неметаллов атомы металлов обладают значительно бóльшими размерами атомных радиусов и сравнительно легко отдают валентные электроны (т.е. окисляются):
М0 – n · e- → Mn+.
При окислении атомы металлов М0 образуют положительно заряженные ионы
Mn+ и в соединениях проявляют только положительную степень окисления. Таким образом, атомы металлов в свободном состоянии являются восстановителями.
Неметаллических элементов по сравнению с металлическими относительно немного. К неметаллам относят два s-элемента (Н и Не) и р-элементы,
условно располагающиеся в правой верхней части периодической системы от
диагонали, проведенной от бора к астату. В атомах неметаллов на внешнем
энергетическом уровне находятся четыре и более электронов. Большинство
атомов неметаллов способно как присоединять электроны (т.е. восстанавливаться), так и отдавать валентные электроны (т.е. окисляться). Соответственно,
атомы неметаллов в соединениях проявляют отрицательные или положительные степени окисления. Таким образом, атомы неметаллов в химических реакциях могут быть и окислителями, и восстановителями, за исключением фтора
(только окислитель) и благородных газов (Kr, Xe, Rn – только восстановители,
остальные – инертны).
Оксиды – это сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из
которых является кислород. Почти все элементы (за исключением некоторых
инертных) образуют оксиды. По функциональным признакам оксиды подразделяются на солеобразующие и несолеобразующие (безразличные). Солеобразующие оксиды, в свою очередь, подразделяются на оснóвные, кислотные и
амфотерные.
Пример контрольного задания
Дан химический элемент с порядковым номером № 6 (углерод). Напишите атомную массу химического элемента, его содержание в природе, особенности строения и свойств. Укажите заряд ядра атома и число электронов у данного элемента. Составьте электронную конфигурацию атома данного элемента и
подчеркните валентные электроны. К какому электронному семейству относит6
ся данный элемент? Какие свойства (металлические или неметаллические) характерны для данного элемента? Напишите значения высшей и низшей степеней окисления для данного элемента и соответствующие полуреакции окисления – восстановления. Составьте графическую формулу оксида данного элемента в высшей степени окисления. Укажите соединения, содержащие данный
элемент в разной степени окисления.
Пример ответа
Углерод – химический элемент IV группы периодической системы, атомная масса 12,011. В природе встречаются два стабильных изотопа: 12C и 13С.
Содержание в земной коре 0,1, в атмосфере (в виде СО2) – 0,012 % по массе.
Содержится в горючих ископаемых – бурых и каменных углях, торфе, горючих
сланцах, а также в виде соединений нефти и в природных горючих газах. Углерод встречается в виде четырех аллотропных модификаций: алмаз, графит, карбин и фуллерен.
При обычных температурах углерод химически инертен, при высоких –
соединяется со многими элементами. Наиболее распространенная степень окисления +4, соединения со степенью окисления +2 и +3 неустойчивы. При нагревании на воздухе воспламеняется, сгорая до СО2 и СО. Углерод обладает сильными восстановительными свойствами, например, выделяет свободные металлы из их оксидов.
+6С
(6 e-) 1s22s22p2; p-элемент; неметалл.
Высшая степень окисления +4. Полуреакция окисления: С0 – 4е- → С+4.
Низшая степень окисления –4. Полуреакция восстановления: С0 + 4е- → С–4.
Графическая формула диоксида углерода (углекислого газа) СO2: O = С = O.
Примеры соединений, содержащих углерод в разной степени окисления:
+4
+2
–4
Н2СО3 – угольная кислота; СО – угарный газ; СН4 – метан.
Контрольные вопросы к заданиям 1–30
При выполнении заданий используйте учебную и справочную литературу
(см. с. 61). Ответьте на следующие вопросы о химическом элементе, порядковый номер которого указан в Вашем задании (см. приложение 1, с. 62).
1. Напишите атомную массу химического элемента, его содержание в природе, особенности строения и свойств.
2. Укажите заряд ядра атома и число электронов у данного элемента.
3. Составьте электронную конфигурацию атома данного элемента и подчеркните валентные электроны.
4. К какому электронному семейству относится данный элемент?
5. Какие свойства (металлические или неметаллические) характерны для данного элемента?
7
6. Напишите значения высшей и низшей степеней окисления для данного элемента и соответствующие полуреакции окисления – восстановления.
7. Составьте графическую формулу оксида данного элемента в высшей степени окисления.
8. Укажите соединения, содержащие данный элемент в разной степени окисления.
1. № 30 цинк
2. № 31 галлий
3. № 32 германий
4. № 33 мышьяк
5. № 34 селен
6. № 21 скандий
7. № 22 титан
8. № 23 ванадий
9. № 25 марганец
10. № 38 стронций
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
№ 39 иттрий
№ 40 цирконий
№ 48 кадмий
№ 49 индий
№ 50 олово
№ 51 сурьма
№ 53 йод
№ 56 барий
№ 57 лантан
№ 24 хром
8
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
№ 72 гафний
№ 73 тантал
№ 74 вольфрам
№ 75 рений
№ 76 осмий
№ 80 ртуть
№ 82 свинец
№ 17 хлор
№ 29 медь
№ 79 золото
Тема 2. Образование химических связей
2.1. Метод валентных связей
Метод валентных связей (ВС) – квантово-механический метод расчета
электронных волновых функций ψ молекул.
Основные положения метода ВС:
1. Единичную химическую связь образуют два электрона с противоположными спинами, принадлежащие двум атомам.
2. Химическая связь располагается в том направлении, в котором возможность перекрывания волновых функций электронов, образующих связь,
наибольшая.
3. Химическая связь тем прочнее, чем сильнее перекрывание.
4. Для каждой молекулы можно предложить несколько схем спаривания валентных электронов. Их учитывают на основе концепции резонанса.
Если у атома, вступающего в химическую связь, имеются разные атомные
орбитали (АО) (s-, p-, d- или f), то в процессе образования химической связи
происходит их гибридизация (смешение), т. е. из разных АО образуются одинаковые (эквивалентные) АО. Химическая связь, образованная гибридными орбиталями, прочнее, а полученная молекула более устойчива.
Таблица 1
Зависимость геометрической конфигурации молекулы
от типа гибридизации центрального атома
Тип гибридизации
центрального атома
sp
2
sp , d2s
sp3, d3s
d2sp3
Геометрическая
конфигурация молекулы
Линейная
Треугольная (тригональная)
Тетраэдрическая
Октаэдрическая
Пример
соединения
BeCl2
SO3
CCl4
LaMnO3
Молекулы могут быть полярными и неполярными. Количественной мерой полярности молекулы служит дипольный момент μ. Дипольный момент –
это вектор, направленный от положительного центра молекулы к отрицательному. Например, молекула HCl полярна, так как ее дипольный момент не равен
нулю. Дипольный момент более сложной многоатомной молекулы определяют
путем сложения дипольных моментов отдельных связей по правилам сложения
векторов. Так, дипольный момент молекулы СО2 (О = С = О) равен нулю, поэтому молекула углекислого газа неполярна.
Пример контрольного задания
Дана молекула метана CH4. Определите тип гибридизации АО центрального атома предложенной молекулы. Изобразите геометрическую конфигура9
цию данной молекулы. Укажите наличие дипольного момента (полярность молекулы).
Пример ответа
2 1
3
С 1s22s22p2 ¾
¾® C* 1s 2s 2p
↓
С
↓↑
↓
↓
1s1
↓
1
402 кДж
¾¾¾¾® 2s
2p2
↓
2p3
sp3-гибридизация
валентных орбиталей
атома углерода
2s2
H
↓
↓
H
C* + 4H → CH4 – тетраэдр
C
H
H
H
Дипольные моменты связей С–Н компенсируют друг друга, поэтому
суммарный дипольный момент молекулы равен нулю и такая молекула неполярна.
Контрольные вопросы к заданиям 31–60
1. При выполнении заданий используйте учебную и справочную литературу
(с. 61) и приложение 1 (с. 62).
2. Определите тип гибридизации АО центрального атома предложенной молекулы.
3. Изобразите геометрическую конфигурацию данной молекулы.
4. Укажите наличие дипольного момента (полярность молекулы).
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
NH3
CF4
BiF3
PH4+
TlCl3
OF2
AsH3
ZnF2
SiF4
SF6
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
BF4PCl3
PbF2
TeCl6
NF3
HgF2
ICl5
AsBr3
BF3
TeF6
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60.
10
SbH3
CdF2
SnCl2
H2S
AlCl3
PH3
SCl6
SiH4
ScF3
NH4+
2.2. Метод молекулярных орбиталей
Метод молекулярных орбиталей (МО) – квантово-механический метод
для расчета энергии и определения электронной структуры молекулы.
Основные положения метода МО:
1. Число МО равно общему числу АО, из которых комбинируются МО.
2. Энергия одних МО оказывается ниже энергии исходных АО (связывающие МО). Энергия других МО оказывается выше энергии исходных АО
(разрыхляющие МО).
3. Электроны заполняют МО, как и АО, в порядке возрастания энергии с
соблюдением принципа Паули и правила Хунда.
4. Наиболее эффективно комбинируются АО с теми АО, которые характеризуются сопоставимыми энергиями и соответствующей симметрией.
5. Прочность связи пропорциональна степени перекрывания АО.
Порядок связи (Р) в молекуле определяется как половина разности числа
электронов на связывающих и разрыхляющих МО. Если порядок связи равен
нулю, то молекула не образуется. С увеличением порядка связи в однотипных
молекулах растет энергия связи.
С наличием неспаренных электронов связаны магнитные свойства вещества. Парамагнитная частица содержит неспаренные электроны, имеет собственный магнитный момент и втягивается в магнитное поле. В диамагнитной
частице все электроны спарены, ее собственный магнитный момент равен нулю
и она выталкивается из магнитного поля.
Пример контрольного задания
Дана молекула CО. Составьте энергетическую диаграмму предложенной
частицы. Запишите электронную формулу данной частицы. Определите порядок связи. Сделайте вывод о том, будет ли частица: устойчивой или неустойчивой; парамагнитной или диамагнитной.
Пример ответа
Электронная конфигурация атома углерода: +6С 1s22s2p2
Электронная конфигурация атома кислорода: +8О 1s22s2p4
Электронная формула молекулы CO:
CО [(σ1s)2(σ*1s)2(σ2s)2(σ*2s)2(σ2px)2(π2py)2(π2pz)2]
11
Энергетическая диаграмма молекулы СО
МО "CO"
AO "C"
AO "O"
s*
2px
2p
p*
2pz
p*
2py
px
py
pz
pz
p
p
2py
py
px
2p
2pz
s
2px
s*
2s
2s
2s
s
2s
s*
1s
1s
s
Порядок связи P =
1s
1s
10 - 4
= 3.
2
Молекула энергетически устойчива, так как порядок связи > 0. Все электроны в молекуле спарены, поэтому молекула СО диамагнитна (выталкивается
из магнитного поля и не создает собственного магнитного поля).
Контрольные вопросы к заданиям 61–90
При выполнении заданий используйте учебную и справочную литературу
(с. 61) и приложение 1 (с. 62).
1. Составьте энергетическую диаграмму предложенной частицы.
2. Запишите электронную формулу данной частицы.
3. Определите порядок связи.
4. Сделайте вывод о том, будет ли частица: устойчивой или неустойчивой;
парамагнитной или диамагнитной.
12
61.
62.
63.
64.
65.
66.
67.
68.
69.
70.
BC+
N22NO
O22B2
Ne22+
C2
O2N2
BF
71.
72.
73.
74.
75.
76.
77.
78.
79.
80.
O2
BeO
F2
Ne2+
NOBC
Ne2
N2+
O2+
CN
81.
82.
83.
84.
85.
86.
87.
88.
89.
90.
13
NeO
F2+
BN
NeO2+
CNLi2
NO+
NeO2Be2
BN-
Тема 3. Способы выражения концентрации
Концентрация вещества – это отношение количества или массы вещества,
содержащегося в системе, к объему или массе этой системы. Существует несколько способов выражения концентрации.
Массовая доля вещества w – это процентное отношение массы растворенного вещества к массе раствора
m1
w=
· 100 ,
m
где w – массовая доля растворенного вещества, %;
m1 – масса растворенного вещества, г;
m – масса раствора, г.
Молярная концентрация вещества (молярность раствора) СМ – это отношение количества растворенного вещества к объему раствора:
n
m1
СМ = 1 =
,
V
M·V
где СМ – молярность раствора, моль/л или М;
n1 – количество растворенного вещества, моль;
V – объем раствора, л;
m1 – масса растворенного вещества, г;
М – молярная масса растворенного вещества, г/моль.
Молярная концентрация эквивалентов (нормальность раствора) Сн – это
отношение количества эквивалентов растворенного вещества к объему раствора
n
m1
Сн = эк =
,
V
Э·V
где Сн – нормальность раствора, моль/л или н.;
nэк – количество эквивалентов растворенного вещества, моль;
V – объем раствора, л;
m1 – масса растворенного вещества, г;
Э – молярная масса эквивалента растворенного вещества, г/моль.
Молярные массы эквивалентов Э сложных веществ вычисляют исходя из
значений их молярных масс М по следующим формулам:
М оксида
Э оксида =
;
Число атомов элемента · Валентность элемента
Э кислоты =
Э основания =
Э соли =
М кислоты
;
Основность кислоты
М основания
;
Кислотность основания
М соли
.
Число катионов в формуле соли · Валентность катиона
14
Вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах по
закону эквивалентов:
Сн 1 · V1 = Cн 2 · V2,
где Сн 1 и Сн 2 – нормальности растворов, моль/л или н;
V1 и V2 – объемы соответствующих растворов, мл или л.
Пример контрольного задания 1
Для нейтрализации щелочи, попавшей в глаза, применяется 2 %-й раствор
борной кислоты H3BO3. Вычислите, сколько миллилитров 5 %-го раствора борной кислоты и воды необходимо для приготовления 500 мл 2 %-го раствора.
Плотность растворов борной кислоты можно принять равной 1,0 г/см3.
Пример ответа
Дано:
Решение:
w1 = 5 %
w2 = 2 %
1. Вычисляем массу 2 %-го раствора борной кислоты:
3
V2 = 500 см
m2 = V2 · ρ2 = 500 · 1,0 = 500 г
3
ρ1 = ρ2 = 1,0 г/см
2. Определяем массу чистой борной кислоты, которая
потребуется для приготовления 500 г 2 %-го раствоV1 – ?
ра, составив пропорцию:
VH O - ?
в 100 г приготовляемого раствора содержится 2 г борной кислоты,
а
в 500 г
»
»
»
Хг
Х = 500 · 2 / 100 = 10 г.
3. Находим массу 5 %-го раствора борной кислоты, составив пропорцию:
в 100 г исходного раствора содержится 5 г борной кислоты, а
в m1
»
»
»
10 г
m1 = 100 · 10 / 5 = 200 г.
4. Вычисляем объем исходного 5 %-го раствора борной кислоты
V1 = m1 / ρ1 = 200 / 1,0 = 200 см3.
5. Находим требуемый для разбавления объем воды
VH O = V2 – V1 = 500 – 200 = 300 см3.
2
2
Ответ: 200 мл 5 %-го раствора борной кислоты; 300 мл воды.
Пример контрольного задания 2
Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента (нормальность) 90 мл раствора серной кислоты, необходимого для нейтрализации 60 мл 0,3 н раствора гидроксида натрия.
15
Пример ответа
Дано:
V1 = 90 мл
V2 = 60 мл
Сн 2 = 0,3 н
СМ1 – ?
Сн 1 - ?
Решение:
1. По закону эквивалентов найдем нормальность раствора серной кислоты:
Сн 1 = Cн 2 · V2 / V1 = 0,3 · 60 / 90 = 0,2 н.
2. Рассчитаем молярную массу и эквивалент серной кислоты H2SO4:
М1 = 2 · 1 + 32 + 4 · 16 = 98 г/моль
Э1 = М1 / основность кислоты = 98 / 2 = 49 г/моль.
3. Вычисляем массу нейтрализованного раствора серной кислоты:
m1 = Cн 1 · Э1 · V1 = 0,2 · 49 · 90 = 882 г.
4. Находим молярную концентрацию 90 мл раствора серной кислоты:
СМ = m1 / (М1 · V1) = 882 / (98 · 90) = 0,1 моль/л.
Ответ: молярная концентрация раствора серной кислоты – 0,1 моль/л; нормальность раствора серной кислоты – 0,2 н.
Контрольные задания 91–120
91. Смесь, содержащая 43,3 весовые части мазута (ρ = 0,95 г/см3) и 56,7 весовые
части солярового масла (ρ = 0,83 г/см3), применяется в качестве незамерзающей
смазки букс вагонов. Вычислите, сколько литров мазута и солярового масла необходимо для приготовления 4,4 кг незамерзающей смазки.
92. Сплав Розе, содержащий 22 % олова, 29,33 % свинца и 48,67 % висмута,
применяется в качестве припоя при пайке полупроводниковых приборов. Вычислите, сколько граммов олова, свинца и висмута необходимо для приготовления 13,64 г такого сплава.
93. Бакелитовый лак представляет собой 48,4 %-й раствор резольной смолы в
этиловом спирте. Вычислите, сколько килограммов резольной смолы и сколько
литров этилового спирта (ρ = 0,8 г/см3) необходимо для приготовления 6,2 кг
бакелитового лака.
94. Раствор этилового спирта, содержащий 16 % канифоли и 14 % стеарина,
применяется в качестве флюса при пайке электроконтактов. Вычислите, сколько граммов канифоли и сколько миллилитров этилового спирта (ρ = 0,8 г/см3)
необходимо для приготовления 12,5 г такого флюса.
95. Для заправки серебряно-цинкового аккумулятора применяется 40 %-й раствор гидроксида калия. Вычислите, сколько килограммов безводного гидрокси16
да калия и воды необходимо для приготовления 5 л такого электролита
(ρ = 1,4 г/см3).
96. Для повышения детонационной стойкости к бензину добавляли тетраэтилсвинец (C2H5)4Pb. Вычислите, сколько килограммов и сколько литров
тетраэтилсвинца (ρ = 1,6 г/см3) необходимо для приготовления 16 т бензина,
содержащего 0,05 % тетраэтилсвинца.
97. Охлаждающие жидкости (антифризы), применяемые для отвода тепла в двигателях внутреннего
сгорания,
готовят смешением
этиленгликоля
НО–СН2–СН2–ОН и воды. Вычислите, сколько килограммов этиленгликоля и
воды необходимо для приготовления 8 кг антифриза, содержащего 25 % этиленгликоля.
98. При некоторых заболеваниях в кровь вводят 0,85 %-й раствор поваренной
соли, называемый физиологическим раствором. Вычислите, сколько граммов
хлорида натрия вводится в организм при вливании 400 г физиологического раствора и сколько миллилитров воды требуется для приготовления такого количества физиологического раствора.
99. Для борьбы со свекловичным долгоносиком применяется раствор дигидрата
хлорида бария, приготовленный при растворении 500 г BaCl2·2H2O в 10 л воды.
Вычислите массовую долю (в процентах) безводного хлорида бария в таком
инсектицидном растворе.
100. Для борьбы с плесенью на деревянных, бетонных, цементных и других поверхностях применяется раствор медного купороса, приготовленный при растворении 40 г CuSO4·5H2O в 1,5 л воды. Вычислите массовую долю (в процентах) безводного сульфата меди в таком антисептическом растворе.
101. Для заправки никель-кадмиевого аккумулятора применяется 20 %-й раствор гидроксида калия (ρ = 1,23 г/см3). Вычислите молярную концентрацию и
молярную концентрацию эквивалента (нормальность) раствора электролита.
102. Для заправки свинцового аккумулятора применяется 35 %-й раствор серной кислоты (ρ = 1,26 г/см3). Вычислите молярную концентрацию и молярную
концентрацию эквивалента (нормальность) раствора электролита.
103. Промышленный способ получения мыла основан на взаимодействии растительных масел и животных жиров с 49 %-м раствором гидроксида натрия (ρ =
1,5 г/см3). Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента (нормальность) раствора щелочи.
17
104. В медицинской практике для дезинфекции применяется раствор перманганата калия. Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента (нормальность) дезинфицирующего раствора, содержащего в 1,5 л
23,7 г KMnO4.
105. Для крашения целлюлозных материалов применяют прямые (субстантивные) красители, которые сорбируются на ткани из водных растворов сульфата
натрия. Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента (нормальность) раствора красителя, содержащего в 500 мл 71 г Na2SO4.
106. Вычислите, сколько миллилитров воды необходимо для разбавления 200
мл 65 %-го раствора азотной кислоты (ρ = 1,4 г/см3), чтобы получить 10 %-й
раствор.
107. Вычислите, сколько миллилитров 20 %-го раствора соляной кислоты (ρ =
1,1 г/см3) необходимо для приготовления 500 мл 2 %-го раствора (ρ = 1,0 г/см3).
108. Вычислите, сколько миллилитров 50 %-го раствора гидроксида натрия (ρ =
1,5 г/см3) необходимо для приготовления 1 л 18 %-го раствора (ρ = 1,2 г/см3).
109. Вычислите, сколько миллилитров 0,4 н. раствора серной кислоты необходимо для нейтрализации раствора, содержащего в 40 мл 0,32 г гидроксида натрия.
110. Вычислите, сколько миллилитров 0,5 М раствора фосфорной кислоты необходимо для нейтрализации 30 мл 0,1 н. раствора гидроксида калия.
111. Вычислите молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента (нормальность) 25 мл раствора серной кислоты, необходимого для нейтрализации 50 мл 1 н. раствора гидроксида калия.
112. Вычислите, сколько миллилитров 0,1 н. раствора гидроксида калия необходимо для нейтрализации 0,5 мл раствора, содержащего в 5 л 490 г серной кислоты.
113. Вычислите молярную концентрацию эквивалента (нормальность) 50 мл
раствора серной кислоты, необходимого для нейтрализации 1 л раствора, содержащего 1,4 г гидроксида калия.
114. Смешали 200 г 15 %-го раствора и 300 г 45 %-го раствора хлорида натрия.
Вычислите массовую долю (в процентах) полученного раствора.
115. Смешали 350 г 30 %-го раствора и 150 г 10 %-го раствора серной кислоты.
Вычислите массовую долю (в процентах) полученного раствора.
18
116. Смешали 100 мл 15 %-го раствора (ρ = 1,1 г/см3) и 100 мл 65 %-го раствора (ρ = 1,4 г/см3) азотной кислоты. Вычислите массовую долю (в процентах)
полученного раствора.
117. Уксусная эссенция – это 70 %-й раствор уксусной кислоты СН3СООН. Вычислите, сколько миллилитров уксусной эссенции и воды необходимо для приготовления 350 мл 6 %-го раствора уксуса, применяемого как приправа к пище.
Плотность растворов уксусной кислоты можно принять равной 1,0 г/см3.
118. Вычислите, сколько миллилитров 96 %-го этилового спирта и воды необходимо для приготовления 750 мл 40 %-го раствора. Плотность растворов этилового спирта можно принять равной 1,0 г/см3.
119. В медицинской практике для обработки термических ожогов применяют
2 %-й раствор перманганата калия. Вычислите, сколько литров 8 %-го насыщенного раствора перманганата калия и воды необходимо для приготовления
2 л 2 %-го раствора. Плотность растворов перманганата калия можно принять
равной 1,0 г/см3.
120. При ожогах кислотами обожженное место вначале промывают сильной
струей воды, а потом 1 %-м раствором гидрокарбоната натрия. Вычислите,
сколько миллилитров 30 %-го раствора гидрокарбоната натрия и воды необходимо для приготовления 600 мл 1 %-го раствора. Плотность растворов гидрокарбоната натрия можно принять равной 1,0 г/см3.
19
Тема 4. Скорость химических реакций.
Химическое равновесие
Химические реакции бывают гомогенными и гетерогенными. Реакции,
протекающие в однородной среде (нет поверхности раздела между реагирующими веществами), например в смеси газов или в растворах, называют гомогенными. Реакции, протекающие между веществами в неоднородной среде (есть
поверхность раздела между реагирующими веществами), например на поверхности соприкосновения твердого вещества и жидкости, газа и жидкости, называют гетерогенными.
Скорость химической реакции – это изменение концентрации одного из
реагирующих веществ или одного из продуктов реакции в единицу времени.
Скорость химической реакции зависит от природы реагентов, их концентраций,
температуры, поверхности соприкосновения реагентов и катализаторов.
Зависимость скорости элементарной химической реакции от концентраций реагентов выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению
концентраций реагирующих веществ. Так, для некоторой гомогенной системы
аА + bВ = сС + dD
скорость прямой реакции v можно записать в виде уравнения:
v = k · СAa · СBb,
где k – константа скорости реакции (коэффициент пропорциональности);
СA и СB – молярные концентрации реагентов, моль/л;
а и b – стехиометрические коэффициенты перед реагентами в уравнении реакции.
Если один из реагентов находится в твердом состоянии, то реакция происходит лишь на поверхности раздела, поэтому концентрация твердого вещества не включается в уравнение закона действующих масс.
Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется
правилом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 оС скорость
большинства химических реакций увеличивается в 2–4 раза.
T2 – T1
10
v2
=γ
v1
,
где γ – температурный коэффициент;
v1 и v2 – скорости химической реакции при температурах Т1 и Т2, соответственно.
По направлению все химические реакции можно разделить на необратимые и обратимые. Химическая реакция называется обратимой, если в данных
условиях протекает не только прямая (→), но также и обратная реакция (←).
Когда скорости прямой и обратной реакций становятся равными, то наступает
химическое равновесие. Константа равновесия является количественной характеристикой химического равновесия.
20
Константа равновесия есть постоянная величина при постоянной температуре, равная произведению равновесных концентраций продуктов в степенях,
равных стехиометрическим коэффициентам, деленное на такое же произведение равновесных концентраций исходных веществ.
[C]cр · [D]dр
Кр =
,
[A]aр · [B]bр
где Кр – константа равновесия;
[A]р, [B]р, [C]р и [D]р – равновесные концентрации реагентов и продуктов,
моль/л;
a, b, c и d – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Подвижное химическое равновесие можно нарушить, изменяя условия
протекания реакции. Направление сдвига химического равновесия определяется принципом Ле Шателье: если изменить одно из условий (концентрацию веществ, давление или температуру) при которых данная система находится в состоянии химического равновесия, то равновесие сместится в направлении, которое ослабляет это изменение.
Пример контрольного задания
В гомогенной системе 2NO2 = N2O4; ΔНох.р = –58,8 кДж равновесные концентрации реагирующих веществ составили [NO2] = 2; [N2O4] = 4 моль/л. Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию диоксида азота. В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении
температуры: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
Пример ответа
Дано:
[NO2]р = 2 моль/л
[N2O4]р = 4 моль/л
Кр – ?
[NO2]исх - ?
Решение:
2NO2 = N2O4; ΔНох.р. = –58,8 кДж.
1. Вычислим константу равновесия данной системы:
Кр = [N2O4]р / [NO2]2р = 4 / 22 = 1.
2. Находим количество NO2, израсходованного
на образование 4 молей N2O4:
По уравнению реакции:
из 2 молей NO2 образуется 1 моль N2O4
По условию задания:
из Х молей NO2
»
4 моля N2O4
Х = 2 · 4 / 1 = 8 молей
3. Рассчитаем исходную концентрацию диоксида азота:
[NO2]исх = [NO2]р + [NO2]израсход = 2 + 8 = 10 моль/л
4. По принципу Ле Шателье при повышении температуры равновесие смещается в сторону эндотермической реакции, т. е. ответ а) сдвинется влево.
Ответ: Кр = 1; [NO2]исх = 10 моль/л; а) равновесие сдвинется влево.
21
Контрольные задания 136–165
136. В системе СО (г) + 2Н2 (г) = СН3ОН (г) равновесные концентрации реагирующих веществ составили [CO] = 1; [H2] = 1; [CH3OH] = 2 моль/л. Вычислите
константу равновесия данной системы и исходную концентрацию водорода. В
какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а)
сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
137. В системе С (тв) + 2Н2 (г) = СН4 (г) равновесные концентрации реагирующих
веществ составили [H2] = 2; [CH4] = 4 моль/л. Вычислите константу равновесия
данной системы и исходную концентрацию водорода. В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а) сдвинется влево; б)
сдвинется вправо; в) останется неизменным?
138. В гомогенной системе H2 + I2 = 2HI равновесные концентрации реагирующих веществ составили [H2] = 1; [I2] = 2; [HI] = 4 моль/л. Вычислите константу
равновесия данной системы и исходную концентрацию водорода. В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а) сдвинется
влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
139. В гомогенной системе N2 + 3H2 = 2NH3; ΔНох.р. = –92,4 кДж равновесные
концентрации реагирующих веществ составили [N2] = 1; [H2] = 2; [NH3] = 8
моль/л. Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию водорода. В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении температуры: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
140. В гомогенной системе H2SnO3 + 4HCl = SnCl4 + 3H2O равновесные концентрации реагирующих веществ составили [HCl] = 1; [SnCl4] = 6 моль/л (вода не
учитывается). Константа равновесия данной системы равна 2. Вычислите равновесную и исходную концентрации α-оловянной кислоты. В какую сторону
сместится равновесие в системе при повышении концентрации соляной кислоты: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
141. В гомогенной системе 2NO2 = 2NO + O2 равновесные концентрации реагирующих веществ составили [NO2] = 1; [NO] = 2; [O2] = 1 моль/л. Вычислите
константу равновесия данной системы и исходную концентрацию диоксида
азота. В какую сторону сместится равновесие в системе при понижении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
142. В гомогенной системе SbCl3 + 2H2O = Sb(OH)2Cl + 2HCl равновесные концентрации реагирующих веществ составили [SbCl3] = 4; [Sb(OH)2Cl] = 1; [HCl]
= 2 моль/л (вода не учитывается). Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию трихлорида сурьмы. В какую сторону сме22
стится равновесие в системе при понижении концентрации соляной кислоты: а)
сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
143. В условной системе 2K (тв) + 3L (г) = 2M (тв) + 2R (г) равновесная концентрация вещества R составила 4 моль/л. Константа равновесия данной системы равна 2. Вычислите равновесную концентрацию вещества L. Во сколько раз увеличится скорость прямой реакции, если давление в системе повысить вдвое? В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении концентрации
вещества L: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
144. В условной системе А (г) + 2В (г) = АВ2 (г) равновесные концентрации реагирующих веществ составили [A] = 0,2; [B] = 1; [AB2] = 1,2 моль/л. Вычислите
константу равновесия данной системы и исходную концентрацию вещества А.
В какую сторону сместится равновесие в системе при понижении давления: а)
сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
145. В гомогенной системе 2CO + O2 = 2CO2 равновесные концентрации реагирующих веществ составили [CO] = 2; [O2] = 1; [CO2] = 4 моль/л. Вычислите
константу равновесия данной системы и исходную концентрацию кислорода. В
какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а)
сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
146. В условной системе R (ж) + 2Z (ж) = M (ж) равновесные концентрации реагирующих веществ составили [R] = 0,04; [Z] = 5; [M] = 3 моль/л. Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию вещества Z. В
какую сторону сместится равновесие в системе при повышении концентрации
вещества М: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
147. В системе 2Fe (тв) + 3CrCl2 (г) = 3Cr (тв) + 2FeCl3 (г) равновесная концентрация
дихлорида хрома составила 2 моль/л. Константа равновесия данной системы
равна 2. Вычислите равновесную концентрацию трихлорида железа. Во сколько
раз увеличится скорость термодиффузионного хромирования, если концентрацию дихлорида хрома повысить вдвое? В какую сторону сместится равновесие
в системе при понижении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в)
останется неизменным?
148. В гомогенной системе CO + Cl2 = COCl2 равновесные концентрации реагирующих веществ составили [CO] = 2; [Cl2] = 2; [COCl2] = 4 моль/л. Вычислите
константу равновесия данной системы и исходную концентрацию угарного газа. В какую сторону сместится равновесие в системе при понижении концентрации фосгена COCl2: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется
неизменным?
23
149. В гомогенной системе 2NO + Cl2 = 2NOCl исходные концентрации реагирующих веществ равнялись [NO] = 4; [Cl2] = 2,5 моль/л. Вычислите равновесные концентрации оксида азота (II) и хлора, если образовался 1 моль/л NOCl? В
какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а)
сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
150. В гомогенной системе 2SO2 + O2 = 2SO3 равновесные концентрации реагирующих веществ составили [SO2] = 0,5; [O2] = 0,25; [SO3] = 0,5 моль/л. Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию диоксида серы. В какую сторону сместится равновесие в системе при понижении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
151. В гомогенной системе 2NO + O2 = 2NO2 равновесные концентрации реагирующих веществ составили [NO] = 3; [O2] = 2; [NO2] = 6 моль/л. Вычислите
константу равновесия данной системы и исходную концентрацию оксида азота
(II). В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
152. В условной системе 2А (г) + 3B (г) = А2В3 (г) концентрации реагирующих веществ составили [А] = 5; [В] = 2 моль/л. Константа скорости прямой реакции
равна 0,01. Вычислите скорость реакции образования вещества А2В3. Во сколько раз увеличится скорость прямой реакции, если концентрацию вещества В
повысить вдвое? В какую сторону сместится равновесие в системе при понижении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
153. В системе 2NH3 (г) + CO2 (г) = CO(NH2)2 (тв) + H2O (г) равновесные концентрации реагирующих веществ составили [NH3] = 0,2; [СO2] = 0,1; [H2O] = 0,02
моль/л. Вычислите константу равновесия данной системы. Во сколько раз
уменьшится скорость образования карбамида, если концентрацию аммиака понизить вдвое? В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
154. В гомогенной системе SO2 + Cl2 = SO2Cl2 равновесные концентрации реагирующих веществ составили [SO2] = 1; [Cl2] = 1; [SO2Cl2] = 2 моль/л. Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию диоксида
серы. В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
155. В гомогенной системе СН4 + Н2О = СО + 3Н2 равновесные концентрации
реагирующих веществ составили [СН4] = 3; [Н2О] = 1; [СО] = 1; [Н2] = 3 моль/л.
Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию
24
метана. В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении давления: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
156. В гомогенной системе N2 + 3H2 = 2NH3 исходные концентрации реагирующих веществ равнялись [N2] = 1,5; [H2] = 3,5 моль/л. Вычислите равновесные концентрации азота и водорода, если образовался 1 моль/л аммиака. В какую сторону сместится равновесие в системе при уменьшении объема газовой
системы: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
157. В гомогенной системе N2 + O2 = 2NO; ΔНох.р. = +180,8 кДж равновесные
концентрации реагирующих веществ составили [N2] = 3; [O2] = 2; [NO] = 6
моль/л. Вычислите константу равновесия данной системы и исходную концентрацию кислорода. В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении температуры: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется
неизменным?
158. В системе PCl3 (г) + Cl2 (г) = PCl5 (г) исходные концентрации реагирующих
веществ равнялись [PCl3] = 5; [Cl2] = 7 моль/л. Вычислите равновесные концентрации трихлорида фосфора и хлора, если образовалось 2 моль/л пентахлорида
фосфора. В какую сторону сместится равновесие в системе при увеличении
объема газовой системы: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется
неизменным?
159. В системе 4HCl (г) + О2 (г) = 2Cl2 (г) + 2Н2О (г) равновесные концентрации
реагирующих веществ составили [HCl] = 1; [O2] = 4; [Cl2] = 2; [H2O] = 2 моль/л.
Вычислите константу равновесия данной системы. Во сколько раз увеличится
скорость прямой реакции при увеличении концентрации хлороводорода вдвое?
В какую сторону сместится равновесие в системе при уменьшении объема газовой системы: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
160. В гомогенной системе CH3COONa + HCN = CH3COOH + NaCN равновесные концентрации реагирующих веществ составили [CH3COONa] = 1; [HCN] =
2; [CH3COOH] = 4; [NaCN] = 1 моль/л. Вычислите константу равновесия данной
системы. Во сколько раз увеличится скорость прямой реакции, если повысить
температуру реакционной среды на 20 оС (температурный коэффициент скорости реакции равен 3)? В какую сторону сместится равновесие в системе при повышении концентрации раствора ацетата натрия: а) сдвинется влево; б) сдвинется вправо; в) останется неизменным?
161. Условная реакция полимеризации при температуре 20 оС заканчивается
через 54 с, а при 30 оС – через 18 с. Вычислите температурный коэффициент
скорости данной реакции. Через сколько секунд прореагирует данная смесь при
25
температуре 40 оС? Как изменится скорость реакции полимеризации при добавлении катализатора: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной?
162. В промышленности водород получают путем взаимодействия природного
газа с водяным паром по реакции CH4 + H2O = CO + 3H2. Вычислите температурный коэффициент скорости данной реакции, если при охлаждении с 60 до
30 оС скорость реакции уменьшилась в восемь раз. Во сколько раз увеличится
скорость образования водорода при повышении температуры системы с 60 до
100 оС? Как изменится скорость прямой реакции при снижении концентрации
метана: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной?
163. Регенерация кислорода в изолирующих противогазах осуществляется с
помощью пероксида натрия по реакции
2Na2O2 (тв) + 2CO2 (г) = 2Na2CO3 (тв) + O2 (г).
Во сколько раз увеличится скорость регенерации, если повысить температуру
среды на 5 оС (температурный коэффициент скорости реакции равен 4)? Во
сколько раз увеличится скорость регенерации, если концентрацию газообразных веществ повысить в три раза? Как изменится скорость прямой реакции при
повышении концентрации пероксида натрия: а) увеличится; б) уменьшится; в)
останется неизменной?
164. Реакция окисления диэтилового эфира С2Н5–О–С2Н5 при температуре 10
С заканчивается через 6,75 мин, а при температуре 30 оС – через 45 с. Вычислите температурный коэффициент скорости данной реакции. Через сколько секунд прореагирует данная смесь при температуре 50 оС? Как изменится скорость реакции окисления диэтилового эфира при добавлении ингибитора: а)
увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной?
о
165. В промышленности гидрокарбонат аммония получают при взаимодействии
аммиака, диоксида углерода и воды по реакции
2NH3 + 2CO2 + 2H2O = 2NH4HCO3.
Вычислите температурный коэффициент скорости данной реакции, если при
повышении температуры с 20 до 40 оС скорость реакции возросла в четыре
раза. Во сколько раз увеличится скорость реакции по сравнению с первоначальной при повышении температуры до 50 оС? Как изменится скорость реакции образования гидрокарбоната аммония при повышении концентрации реагирующих веществ: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной?
26
Тема 5. Химико-термодинамические расчеты
Используя справочные данные, можно расчетным путем определить следующие важнейшие термодинамические величины (функции состояния) химических реакций: энтальпию Н (тепловой эффект), энтропию S (меру неупорядоченности), энергию Гиббса G (направленность реакций).
Изменение энтальпии химической реакции ΔНх.р в стандартных условиях
соответствует тепловому эффекту химической реакции, но с обратным знаком:
ΔНох.р= –Q. Стандартные условия: температура То = 298 К, давление Ро = 760
мм рт. ст., концентрация Со = 1 моль/л. Значение ΔНох.р вычисляют из следствия
закона Гесса
ΔНох.р = ∑ ΔНопр – ∑ ΔНоисх.,
где ∑ ΔНопр – сумма энтальпий (теплот образования) продуктов реакции;
∑ ΔНоисх. – сумма энтальпий (теплот образования) исходных веществ реакции.
Изменение энтропии химической реакции ΔSх.р в стандартных условиях
рассчитывают аналогично
ΔSох.р = ∑ Sопр – ∑ Sоисх.,
где ∑ Sопр – сумма энтропий продуктов реакции;
∑ Sоисх. – сумма энтропий исходных веществ реакции.
Изменение энергии Гиббса химической реакции ΔGх.р в стандартных условиях вычисляют аналогично
ΔGох.р. = ∑ ΔGопр. – ∑ ΔGоисх.,
где ∑ ΔGопр – сумма энергий Гиббса продуктов реакции;
∑ ΔGоисх. – сумма энергий Гиббса исходных веществ реакции.
Изменение энергии Гиббса химической реакции можно находить для
конкретной температуры Т из соотношения:
ΔGх.р= ΔНох.р – Т · ΔSoх.р.
Если ΔGх.р < 0, то химическая реакция принципиально возможна. Если
ΔGх.р > 0, то реакция не может протекать при данной температуре Т или вообще
неосуществима.
Определив функции состояния, можно рассчитать температуру начала реакции (равновесия) Тн.р. и константу равновесия Кр.
Если ΔGх.р= 0, то это состояние равновесия или начала реакции:
0 = ΔНох.р– Т · ΔSoх.р, тогда
ΔНох.р
Тн.р=
ΔSoх.р .
Связь между константой равновесия Кр и энергией Гиббса ΔGох.р выражается уравнением
ΔGох.р= –2,3 · R · T · lgКр,
где R – универсальная газовая постоянная, R = 8,314·10-3 кДж/(моль · К).
27
Пример контрольного задания
Рассчитайте для стандартных условий тепловой эффект, изменение энтропии и изменение энергии Гиббса следующей реакции:
N2 + 3H2 = 2NH3.
Определите температуру начала реакции и константу равновесия. На основании
сделанных расчетов сделайте выводы о ходе данной химической реакции.
Пример ответа
При решении используем справочные данные из приложения 2 (с. 63), а
также учитываем коэффициенты в уравнении химической реакции.
1. Рассчитаем тепловой эффект химической реакции, используя следствие
закона Гесса:
ΔНох.р = ∑ ΔНопр – ∑ ΔНоисх. = 2 · ΔНо(NH3) – [ΔНо(N2) + 3 · ΔНо(H2)] = 2 · (–46,2)
– [0 + 3 · 0] = –92,4 кДж.
Так как ΔНох.р< 0, то прямая реакция идет с выделением тепла (экзотермическая), а обратная реакция – с поглощением тепла (эндотермическая).
2. Рассчитаем изменение энтропии химической реакции:
ΔSох.р = ∑ Sопр. – ∑ Sоисх. = 2 · So(NH3) – [Sо(N2)+ 3 · Sо(H2)] = 2 · 192,6 – [191,5 + 3 ·
130,5] = –197,8 Дж/(моль · К) ≈ –0,2 кДж/(моль · К).
Так как ΔSох.р < 0, то в ходе прямой реакции энтропия системы уменьшается.
Причина – уменьшение количества молей газообразных веществ (в два раза).
Энтропия, как мера неупорядоченности, уменьшается также при охлаждении,
кристаллизации, конденсации, полимеризации и др. При обратных процессах
энтропия увеличивается.
3. Рассчитаем изменение энергии Гиббса:
ΔGох.р = ΔНох.р– Т · ΔSoх.р = –92,4 – 298 · (–0,2) = –32,8 кДж.
Так как ΔGох.р < 0, то в стандартных условиях возможна прямая реакция и
невозможна обратная реакция.
4. Рассчитаем температуру начала реакции:
Тн.р. =
ΔНох.р
–92,4
=
= 462 К = 189 оС.
o
ΔS х.р
–0,2
5. Рассчитаем константу равновесия:
28
ΔGох.р
–32,8
=–
= 5,76.
lgКр = –
2,3 · R · T
2,3 · 8,314 · 10-3 · 298
Кр = 105,76 ≈ 575440.
Выражение константы равновесия имеет следующий вид:
[NH3]2р
Кр =
[N2]р · [H2]3р .
Из-за большого значения константы равновесия следует, что в стандартных условиях равновесие смещено в сторону прямой реакции образования аммиака.
Ответ: ΔНох.р = –92,4 кДж; ΔSох.р= –0,2 кДж/(моль · К); ΔGох.р = –32,8 кДж;
Тн.р= 189 оС; Кр = 575440.
Контрольные вопросы к заданиям 121–135
При выполнении заданий используйте приложение 2 (с. 63).
1. Рассчитайте тепловой эффект, изменение энтропии и изменение энергии
Гиббса предложенной химической реакции для стандартных условий.
2. На основании рассчитанных функций состояния сделайте соответствующие выводы о ходе химической реакции.
3. Ответьте на предложенные дополнительные вопросы.
121. C2H4 + H2O (г) = C2H5OH (ж)
Обратная или прямая реакция протекает в стандартных условиях? Вычислите
константу равновесия данной системы при 10 оС.
122. H2 + Cl2 = 2HCl (г)
При какой температуре наступит химическое равновесие? Вычислите тепловой
эффект химической реакции при образовании 100 л хлороводорода в стандартных условиях.
123. CO2 + H2 = CO + H2O (г)
Что является более сильным восстановителем в стандартных условиях – оксид
углерода (IV) или водород? Вычислите константу равновесия данной системы.
124. Fe2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Fe
Вычислите температуру начала реакции. Объясните значение изменения энтропии.
125. СН4 + СО2 = 2СО + Н2
В какую сторону смещено равновесие в системе при стандартных условиях?
Вычислите константу равновесия данной системы при 500 К.
29
126. MgCO3 = MgO + CO2
Вычислите температуру начала реакции разложения. Рассчитайте количество
выделившегося углекислого газа при разложении 10 кг карбоната магния в
стандартных условиях.
127. 2СН4 = С2Н2 + 3Н2
В какую сторону смещено равновесие в системе при стандартных условиях?
Объясните значение изменения энтропии.
128. С6Н6 (ж) + 3,5О2 = 2СО2 + 3Н2О (ж)
Сколько тепла выделится при сгорании 50 л бензола в стандартных условиях?
Подробно объясните причины изменения энтропии системы в ходе прямой реакции.
129. SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O (ж)
Что является более сильным восстановителем в стандартных условиях – сероводород или сера? Вычислите константу равновесия и напишите ее уравнение
для данной системы.
130. СО2 + С (графит) = 2СО
Вычислите константу равновесия данной системы при 298 и 1000 К. В какую
сторону смещено равновесие в системе? Напишите уравнение константы равновесия для данной системы.
131. 2Н2О (г) + 2Сl2 = 4HCl (г) + О2
Что является более сильным окислителем в стандартных условиях – хлор или
кислород? Определите температуру, при которой произойдет перемена их роли.
132. TiO2 + Zn = Ti + ZnO
TiO2 + Mg = Ti + MgO
Что необходимо применять для получения титана – цинк или магний? Почему?
Вычислите температуру начала реакции восстановления.
133. NO + O2 = 2NO2 (г)
В какую сторону смещено равновесие в системе при стандартных условиях?
Вычислите константу равновесия данной системы.
134. Fe2O3 + 3C (графит) = 3СО + 2Fe
Вычислите температуру начала реакции. Объясните значение изменения энтропии.
135. Pb + CO2 = PbO + CO
Обратная или прямая реакция протекает в стандартных условиях и при 200 К?
Объясните значение изменения энтропии.
30
Тема 6. Растворы электролитов
6.1. Диссоциация электролитов
Процесс появления гидратированных ионов в водном растворе называется электролитической диссоциацией. Электролиты – это вещества, которые в
растворе диссоциируют (распадаются) на ионы. К электролитам относят кислоты, основания, соли и комплексные соединения.
Способность электролита к диссоциации характеризуется степенью электролитической диссоциации. Степень электролитической диссоциации α – это
отношение числа молей вещества, распавшегося на ионы, к общему количеству
растворенного вещества. По величине степени диссоциации все электролиты
условно делят на сильные и слабые. Сильные электролиты (α > 0,3) в растворах
практически полностью диссоциируют на ионы; этот процесс необратимый. К
сильным электролитам относят некоторые кислоты (HClO4, HCl, H2SO4, HNO3,
HBr, HI и др.), щелочи и почти все соли. Слабые электролиты (α < 0,3) в растворах диссоциируют очень незначительно; этот процесс обратимый. К слабым
электролитам относят многие неорганические и все органические кислоты, малорастворимые основания.
Электролитическая диссоциация кислот:
а) сильные кислоты сразу полностью диссоциируют на ионы (исключение –
концентрированная серная кислота):
HClO4 → H+ + ClO4- (α = 1);
состав раствора: ионы H+ и ClO4-;
б) слабые кислоты диссоциируют на ионы обратимо и ступенчато:
H2S = H+ + HS- (α << 1);
HS- = H+ + S2- (α << 1);
состав раствора: молекулы H2S и немного ионов H+ и HS- (второй ступенью
диссоциации можно пренебречь).
Электролитическая диссоциация оснований:
а) сильные основания сразу полностью диссоциируют на ионы:
Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH- (α = 1);
состав раствора: ионы Ca2+ и OH-;
б) слабые основания диссоциируют на ионы обратимо и ступенчато:
Fe(OH)2 = (α << 1);
FeOH+ = Fe2+ + OH- (α << 1);
состав раствора: молекулы Fe(OH)2 и немного ионов FeOH+ и OH- (второй ступенью диссоциации можно пренебречь).
Электролитическая диссоциация солей:
а) средние соли сразу полностью диссоциируют на ионы:
Na2S → 2Na+ + S2- (α = 1);
состав раствора: ионы Na+ и S2-;
б) кислые соли диссоциируют на ионы ступенчато:
NaHS → Na+ + HS- (α = 1);
31
HS- = H+ + S2- (α << 1);
состав раствора: ионы Na+ и HS- (второй ступенью диссоциации можно пренебречь);
в) оснóвные соли диссоциируют на ионы ступенчато:
CuONNO3 → CuOH+ + NO3- (α = 1);
CuOH+ = Cu2+ + OH- (α << 1);
состав раствора: ионы CuOH+ и NO3- (второй ступенью диссоциации можно
пренебречь).
Контрольные задания 166–180
Ответьте на вопросы, используя приложения 3 и 4 (с. 64–65).
166. Укажите среди данных кислот четыре слабых электролита: HF, HCl, HBr,
H2SO4, H2SO3, HNO2, HNO3, HClO4, HClO, HClO3, H2Cr2O7 и HMnO4. Какая из
кислот самая слабая?
167. Укажите среди данных оснований четыре слабых электролита: LiOH,
KOH, NH4OH, NaOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Ba(OH)2, Sr(OH)2, Fe(OH)2, Cr(OH)3.
168. Укажите среди данных соединений пять сильных электролитов: C2H5OH,
CH3COOH, HCN, Ca(HCO3)2, H3PO4, MnO2, H2O, CuOHCl, KMnO4, Na3PO4,
Zn(OH)2, K3[Fe(CN)6].
169. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): CH3COONa и
CH3COOH.
170. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): Na2SO3 и H2SO3.
171. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): K3PO4 и H3PO4.
172. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): NaHCO3 и
MgOHCl.
173. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): KH2PO4 и
Fe(OH)2Cl.
174. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов: Ba(OH)2 и Mg(OH)2.
32
175. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов: H2SO4 (разб) и H2SO4 (конц).
176. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): (NH4)2Cu(SO4)2
и [Cu(NH3)4]SO4.
177. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): KAl(SO4)2 и
K2[PtCl4].
178. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): KNaCO3 и
[Ag(NH3)2]ClO4.
179. Составьте уравнения диссоциации веществ и укажите, из каких частиц состоит каждый из данных растворов (гидролиз не учитывается): NH4Cr(SO4)2 и
K3[Cr(CN)6].
180. Укажите, какие из перечисленных веществ диссоциируют по типу кислоты
и по типу основания: Fe(OH)3, Sn(OH)2, As(OH)3, Be(OH)2, Ni(OH)2, Cr(OH)3,
Mg(OH)2, Pb(OH)2, Al(OH)3, Zn(OH)2, Mn(OH)2 и Fe(OH)2. Составьте уравнения
диссоциации любого гидроксида, подтверждающего его амфотерные свойства.
6.2. Реакция обмена в растворах электролитов
Химические реакции в растворах электролитов протекают при участии
ионов и называются реакциями обмена. Реакции обмена протекают только тогда, когда образуется малодиссоциирующее соединение (слабый электролит, в
том числе вода), малорастворимое соединение (осадок) или легколетучее вещество (газ). Слабые электролиты в ионно-молекулярных уравнениях всегда записывают в молекулярном виде.
Пример контрольного задания
а) FeCl3 и K4[Fe(CN)6]; б) Cd2+ + 2OH- = Cd(OH)2
1. Составьте молекулярное, полное и сокращенное ионно-молекулярное уравнения реакций взаимодействия в растворах между соединениями.
2. Составьте полное ионно-молекулярное и молекулярное уравнения реакции на
основе сокращенного ионно-молекулярного уравнения.
3. Укажите причину протекания реакции обмена: образование слабого электролита (слаб. эл.), осадка ↓ или газа ↑.
Пример ответа
1.
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12KCl
33
4Fe3+ + 12Cl- + 12K+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12K+ + 12Cl4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3↓
2.
Cd2+ + 2OH- = Cd(OH)2↓
Cd2+ + SO42- + 2Na+ + 2OH- = Cd(OH)2↓ + 2Na+ + SO42CdSO4 + 2NaOH = Cd(OH)2↓ + Na2SO4
Контрольные вопросы к заданиям 181– 210
При выполнении заданий используйте приложения 3 и 4 (с. 64–65).
1. Составьте молекулярное, полное и сокращенное ионно-молекулярное уравнения реакций взаимодействия в растворах между соединениями.
2. Составьте полное ионно-молекулярное и молекулярное уравнения реакции
на основе сокращенного ионно-молекулярного уравнения.
3. Укажите причину протекания реакции обмена: образование слабого электролита (слаб. эл.), осадка ↓ или газа ↑.
181. a) AgNO3 и Na3PO4; б) Mg(OH)2 + H+ = MgOH+ + H2O
182. a) KOH и H2SO4; б) H+ + NO2- = HNO2
183. a) K3PO4 и Fe(NO3)3; б) 2H+ + S2- = H2S
184. a) (NH4)2SO4 и Pb(NO3)2; б) Zn(OH)2 + 2OH- = [Zn(OH)4]2185. a) CuCl2 и K2S; б) HS- + H+ = H2S
186. a) Mg(OH)2 и HCl; б) HCO3- + H+ = H2CO3
187. a) CaCl2 и H3PO4; б) NH4+ + OH- = NH4OH
188. a) NaHCO3 и NaOH; б) Ba2+ + CrO42- = BaCrO4
189. a) CuSO4 и H2S; б) H+ + CN- = HCN
190. a) [Pt(NH3)2Cl2]Cl2 и AgNO3; б) 2H+ + SiO32- = H2SiO3
191. а) Al(OH)3 и NaOH; б) Pb(OH)2 + 2OH- = [Pb(OH)4]2192. a) Mg(NO3)2 и K2CO3; б) H+ + ClO- = HClO
193. a) (CH3COO)2Pb и Na2CrO4; б) MgOH+ + H+ = Mg2+ + H2O
194. a) H2SO4 и NaOH; б) CuOH+ + H+ = Cu2+ + H2O
34
195. a) (NH4)2SO4 и KOH; б) H+ + Fe(OH)2 = FeOH+ + H2O
196. a) Cu(NO3)2 и CaS; б) CaCO3 + 2H+ = Ca2+ + CO2 + H2O
197. a) NaHS и NaOH; б) Pb2+ + 2I- = PbI2
198. а) FeCl3 и KOH; б) Zn2+ + H2S = ZnS + 2H+
199. а) AgNO3 и K2CrO4; б) CH3COO- + H+ = CH3COOH
200. а) Na2SO3 и HCl; б) Be(OH)2 + 2OH- = [Be(OH)4]2201. а) AlBr3 и AgNO3; б) HCN + OH- = CN- + H2O
202. а) HCOONa и HCl; б) Сu2+ + S2- = CuS
203. а) NH4Cl и Ca(OH)2; б) Zn(OH)2 + 2H+ = Zn2+ + 2H2O
204. а) NaHCO3 и HCl; б) Pb2+ + CrO42- = PbCrO4
205. а) Zn(NO3)2 и KOH; б) HCOO- + H+ = HCOOH
206. а) Na2SO3 и H2SO4; б) 3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2
207. а) ZnOHCl и HCl; б) Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2
208. а) K2SiO3 и H2SO4; б) FeOH+ + OH- = Fe(OH)2
209. а) NiSO4 и (NH4)2S; б) H+ + F- = HF
210. а) Sn(OH)2 и HCl; б) Fe3+ + 3SCN- = Fe(SCN)3
6.3. Водородный показатель рН
Молекулы воды способны к самопроизвольной ионизации (автопротолизу)
2Н2О = Н3О+ + ОН-.
Процесс осуществляется самопроизвольно лишь в незначительной степени. В упрощенном виде уравнение диссоциации воды можно записать в следующем виде:
Н2О = Н+ + ОН-.
Константу диссоциации Кд определяют по формуле
[H+] · [OH-]
.
Кд =
[H2O]
35
Концентрация молекул в жидкой воде [H2O] равна 55,5 моль/л и остается
практически постоянной. Это позволяет исключить значение концентрации воды из уравнения для константы диссоциации. Поэтому уравнение упрощается и
принимает следующий вид:
Кв = 55,5 · Кд = [H+] · [OH-],
где Кв – ионное произведение воды (константа при данной температуре).
Опытным путем установлено, что при 25 оС Кв = 10-14. В воде концентрации водородных и гидроксидных ионов равны 10-7 моль/л, поэтому эта среда
принята за нейтральную. Увеличение концентрации [H+] обусловливает кислую
среду, а увеличение концентрации [OH-] – щелочную среду раствора.
Для удобства концентрацию [H+] выражают в логарифмической шкале
через водородный показатель. Водородный показатель рН – это отрицательный
десятичный логарифм концентрации ионов водорода [H+]
рН = –lg[H+].
Для чистой воды: рН = –lg(10-7), т. е. рН = 7.
Соотношения между реакций среды, концентрациями ионов [H+] и [OH-]
и значением водородного показателя выражают следующим образом:
[H+] = [OH-] = 10-7; рН = 7; нейтральная среда;
[H+] > 10-7 > [OH-]; рН < 7; кислая среда;
[H+] < 10-7 < [OH-]; рН > 7; щелочная среда.
Таблица 2
Формулы для примерного расчета рН водных растворов электролитов
Электролит
Н2О
Сильная однооснóвная кислота
Сильное однокислотное основание
Слабая однооснóвная кислота
Слабое однокислотное основание
Формула для расчета рН
[H ] = [OH-] = √Кв = √10-14 = 10-7; рН = 7
рН = –lgCкислоты
рН = 14 + lgCоснования
pH = –lg(α · Cкислоты)
pH = 14 + lg(α · Cоснования)
+
Контрольные задания 211–220
Ответьте на вопросы, используя приложение 4 (с. 65).
211. Рассчитайте значение рН следующих растворов: a) 0,001 M HCl; б) 0,001 M
NaOH.
212. Рассчитайте значение рН следующих растворов: а) 0,001 M HI; б) 0,001 M
CsOH.
213. Рассчитайте значение рН следующих растворов: а) 0,1 M HClO3; б) 0,1 M
LiOH.
36
214. Рассчитайте значение рН следующих растворов: a) 0,1 M CH3COOH; б) 0,1
M NH4OH (степень диссоциации электролитов в обоих случаях принимается
равной 0,01).
215. Рассчитайте значение рН некоторого раствора с концентрацией ионов ОН0,001 М.
216. Рассчитайте значение рН некоторого раствора с концентрацией ионов Н+
0,1 М. Какова концентрация ионов ОН-?
217. Какая из кислот HClO4 или HClO при одинаковой концентрации имеет
наибольшее значение рН раствора?
218. Расположите данные соединения в ряд по мере возрастания значения pH
их растворов (молярная концентрация растворов одинакова): HClO, HClO4,
NH4OH, NaCl, Ba(OH)2, KOH, H2SO4.
219. Укажите соединение, раствор которого имеет максимальное значение рН:
Cu(OH)2, H2SO4, Ba(OH)2, CrOHCl2.
220. Укажите все сильные основания, которые образуют элементы I и II групп
периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева (см. приложение 1, с. 62).
6.4. Гидролиз солей
Гидролиз – это реакции обменного взаимодействия вещества с водой,
приводящие к их разложению. Гидролизу подвергаются соединения различных
классов. В неорганической химии изучают гидролиз солей. В результате протекания гидролиза соли в растворе появляется некоторое избыточное количество
водородных ионов Н+ или гидроксидных ионов ОН-, сообщающее раствору кислотные или оснóвные свойства.
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу
не подвергаются. Среда раствора нейтральная.
Соли, образованные сильным основанием и слабой кислотой HA, подвергаются обратимому гидролизу по аниону. Среда раствора щелочная. Если исходная соль образована многооснóвной слабой кислотой, то гидролиз протекает
ступенчато с образованием на первой ступени кислой соли. Константа гидролиза Кг будет равна
[OH-] · [HA]
Кв
,
Кг =
=
[A ]
Ккислоты
где Кв – ионное произведение воды;
Ккислоты – константа диссоциации слабой кислоты.
37
Соли, образованные слабым основанием ВОН и сильной кислотой, подвергаются обратимому гидролизу по катиону. Среда раствора кислая. Если исходная соль образована слабым основанием многовалентного металла, то гидролиз протекает ступенчато с образованием на первой ступени оснóвной соли.
Константа гидролиза Кг будет равна
[H+] · [ВОH]
Кв
Кг =
=
,
+
[В ]
Коснования
где Кв – ионное произведение воды;
Коснования – константа диссоциации слабого основания.
Соли, образованные слабым основанием и слабой кислотой, подвергаются необратимому гидролизу по катиону и по аниону. Среда раствора зависит от
относительной силы кислоты и основания, образующих соль, и может быть
нейтральной, слабокислой или слабощелочной.
Степень гидролиза h – это доля электролита, подвергшегося гидролизу.
Она связана с константой гидролиза Кг уравнением
h2 · С М
Кг =
,
1– h
где Кг – константа гидролиза;
h – степень гидролиза;
СМ – молярная концентрация электролита в растворе, моль/л или М.
Чаще всего степень гидролиза соли очень мала (h << 1), поэтому в знаменателе этой величиной можно пренебречь. Тогда связь между константой гидролиза Кг и степенью гидролиза h выразится следующими уравнениями:
Кг = h2 · СМ или
h = √Кг / СМ.
На процесс гидролиза значительное влияние оказывают концентрации
веществ и температура в соответствии с принципом Ле Шателье.
Пример контрольного задания
Дана соль ZnCl2. Составьте молекулярные, полные и сокращенные ионномолекулярные уравнения всех возможных ступеней гидролиза данной соли.
Укажите значение рН раствора соли (рН < 7; pH > 7 или pH ≈ 7). Каким способом можно уменьшить гидролиз данной соли?
Пример ответа
I ступень:
II ступень:
ZnCl2 + H2O = ZnOHCl + HCl
Zn + 2Cl- + H2O = ZnOH+ + Cl- + H+ + ClZn2+ + H2O = ZnOH+ + H+
2+
ZnOHCl + H2O = Zn(OH)2↓ + HCl
ZnOH+ + Cl- + H2O = Zn(OH)2↓ + H+ + ClZnOH+ + H2O = Zn(OH)2↓ + H+
38
Среда раствора кислая, рН < 7. Уменьшить гидролиз соли ZnCl2 можно концентрированием, охлаждением и подкислением.
Контрольные вопросы к заданиям 221–250
1. Составьте молекулярные, полные и сокращенные ионно-молекулярные
уравнения всех возможных ступеней гидролиза данных солей.
2. Укажите значение рН раствора каждой соли (рН < 7; pH > 7 или pH ≈ 7).
3. Каким способом (концентрированием или разбавлением; охлаждением
или нагреванием; подкислением или подщелачиванием) можно уменьшить гидролиз каждой соли?
221.
222.
223.
224.
225.
226.
227.
228.
229.
230.
231.
232.
233.
234.
235.
NaNO2, ZnBr2
NH4F, AlCl3
NH4NO3, KClO
CH3COOK, FeCl2
NH4CN, K2SO3
NaHCO3, (FeOH)2SO4
KClO, NiCl2
AlOHCl2, Li2SO3
NH4NO2, Fe2(SO4)3
K2CO3, NH4NO3
CuCl2, NaH2PO4
Al(NO3)3, KHS
Na3PO4, CdCl2
FeCl3, K2S
Li2SO3, ZnCl2
236.
237.
238.
239.
240.
241.
242.
243.
244.
245.
246.
247.
248.
249.
250.
39
Сr(NO3)3, Cs2CO3
Na2S, Ni(NO3)2
Pb(NO3)2, KCN
Cd(NO3)2, NaF
Na2SO3, ZnSO4
CoCl2, NaClO
CuCl2, NaHS
Zn(NO3)2, Na2SO3
K3PO4, MgCl2
HCOONa, AlOH(NO3)2
AlOHSO4, CH3COOLi
Pb(NO3)2, BaS
FeSO4, NaCN
NiSO4, K2HPO4
Al2(CO3)3, Cr2(SO4)3
Тема 7. Окислительно-восстановительные реакции
Окислительно-восстановительными реакциями (ОВР) называют реакции,
протекающие с изменением степени окисления элементов, образующих вещества, участвующие в реакции. Любая ОВР состоит из одновременно протекающих процессов окисления и восстановления.
Окисление – это отдача электронов веществом, т. е. повышение степени
окисления элемента. Вещества, отдающие свои электроны в процессе реакции,
называют восстановителями.
Восстановление – это смещение электронов к веществу, т. е. понижение
степени окисления элемента. Вещество, принимающее электроны, называется
окислителем.
При составлении уравнений ОВР обычно применяют два метода: метод
электронного баланса или метод полуреакций.
Различают три типа ОВР:
1. Межмолекулярные ОВР – это реакции, протекающие с изменением степени
окисления разных атомов в разных молекулах.
2. Внутримолекулярные ОВР – это реакции, сопровождающиеся изменением
степени окисления разных атомов в одной и той же молекуле.
3. Реакции диспропорционирования (самоокисления – самовосстановления)–
это реакции, в которых происходит одновременное изменение степени окисления одного и того же химического элемента.
Пример контрольного задания
Дана следующая схема реакции:
KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl +…
Допишите продукты реакции и расставьте коэффициенты в уравнении
методом электронного баланса или методом полуреакций. Укажите процессы
окисления и восстановления; окислитель и восстановитель. Напишите молекулярное, полное и сокращенное ионно-молекулярные уравнения реакции.
Пример ответа
+7
-1
+2
0
KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O
+7
+2
2х
Mn + 5e- → Mn
5х
2Cl – 2e- → Cl2
-1
0
+7
процесс восстановления; Mn – окислитель
-1
процесс окисления; Сl – восстановитель
2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O
2K + 2MnO4- + 16H+ + 16Cl- = 2Mn2+ + 4Cl- + 5Cl2 + 2K+ + 2Cl- + 8H2O
2MnO4- + 16H+ + 10Cl- = 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O
+
40
Контрольные вопросы к заданиям 251–280
1. Допишите продукты реакции и расставьте коэффициенты в уравнении
методом электронного баланса или методом полуреакций.
2. Укажите процессы окисления и восстановления; окислитель и восстановитель.
3. Напишите молекулярное, полное и сокращенное ионно-молекулярные
уравнения реакции.
251. NaCrO2 + Cl2 + NaOH → NaCl + Na2CrO4 + …
252. Zn + KNO3 + KOH → K2ZnO2 + NH3 + …
253. KMnO4 + K2SO3 + H2O → MnO2 + K2SO4 + …
254. SO2 + KMnO4 + KOH → K2MnO4 + K2SO4 + …
255. H2S + KMnO4 + H2SO4 → SO2 + MnSO4 + …
256. Br2 + Ca(OH)2 → CaBr2 + Ca(BrO3)2 + …
257. FeSO4 + KClO3 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + KCl + …
258. Cr(OH)3 + Br2 + NaOH → NaBr + Na2CrO4 + …
259. CrO3 + HCl → CrCl3 + Cl2 + …
260. BiCl3 + Na2SnO2 + NaOH → Bi + Na2SnO3 + NaCl + …
261. FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + …
262. Zn + HNO3 + H2SO4 → ZnSO4 + N2O + …
263. Hg + NaNO3 + H2SO4 → Na2SO4 + Hg2SO4 + NO + …
264. MnSO4 + KMnO4 + H2O → MnO2 + H2SO4 + …
265. FeO + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + …
266. KCrO2 + Br2 + KOH → K2CrO4 + KBr + …
267. K2SO3 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + …
268. Zn + HNO3 разб + H2SO4 разб → ZnSO4 + N2 + …
269. KCrO2 + PbO2 + KOH → K2CrO4 + K2PbO2 + …
t
270. K2Cr2O7 + SnCl2 + HCl ¾
¾® SnCl4­ + CrCl3 + H2O + …
271. NaClO3 + NaCl + H2SO4 разб → Cl2 + H2O + …
272. MnSO4 + PbO2 + HNO3 → HMnO4 + PbSO4 + Pb(NO3)2 + …
273. CH3OH + KMnO4 + KOH → K2CO3 + K2MnO4 + …
274. NaBiO3 + Mn(NO3)2 + HNO3 разб → NaMnO4 + Bi(NO3)3 + NaNO3 + …
275. ZnS + HNO3 конц → ZnSO4 + NO2 + …
276. PH3 + KMnO4 + H2SO4 разб → MnSO4 + H3PO4 + …
277. KI + H2SO4 конц → I2 + K2S + K2SO4 + …
278. H2O2 + KMnO4 → MnO2 + O2 + KOH + …
279. Cr(OH)3 + Br2 + NaOH → NaBr + Na2CrO4 + …
280. KMnO4 + H2O2 + H2SO4 разб → MnSO4 + O2 + H2O + …
41
Тема 8. Гальванические элементы
К химическим источникам тока относят гальванические элементы, аккумуляторы и топливные элементы. В них осуществляется преобразование химической энергии в электрическую.
Действие гальванического элемента основано на протекании в нем самопроизвольной окислительно-восстановительной реакции. В простейшем случае
гальванический элемент состоит из двух металлических электродов (проводников I рода), погруженных в раствор электролита (проводник II рода). В результате возможно пространственное разделение процессов: окисление протекает
на одном металле, а восстановление – на другом. Электроны по внешней цепи
передаются от восстановителя к окислителю, а в растворе электролита движение ионов замыкает электрическую цепь гальванического элемента. Электрический ток, протекающий по внешней цепи гальванического элемента, может
производить полезную работу.
Процессы окисления в электрохимии получили название анодных процессов, а электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами.
Процессы восстановления в электрохимии получили название катодных процессов, а электроды, на которых идут процессы восстановления, называют катодами.
Суммарная химическая реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей реакцией.
Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей
силой (ЭДС) элемента. Она равна разности равновесных потенциалов катода и
анода гальванического элемента
ЭДС = ЕК – ЕА,
где ЕК – равновесный потенциал катода, В;
ЕА – равновесный потенциал анода, В.
Зависимость электродного потенциала от концентраций веществ, участвующих в электродных процессах, и от температуры выражается уравнением
Нернста
2,3 · R · T
[Ox]
Е = Ео +
· lg
,
n·F
[Red]
где Е – равновесный электродный потенциал, В;
Ео – стандартный электродный потенциал, В;
R – универсальная газовая постоянная, R = 8,314 Дж/(моль · К).
T – абсолютная температура, Т = 298 К;
n – число электронов, участвующих в электродном процессе;
F – постоянная Фарадея, F = 96500 Кл/моль;
[Ox] и [Red] – концентрации (активности) веществ, участвующих в процессе в
окисленной (Ox) и восстановленной (Red) формах
Red – n · e- = Ox.
42
При постановке значений постоянных величин уравнение Нернста примет
следующий вид:
0,059
[Ox]
Е = Ео +
.
· lg
n
[Red]
В качестве электрода сравнения используют стандартный водородный
электрод, стандартный потенциал которого считается равным нулю. Такой
электрод состоит из платинированной платины, контактирующей с газообразным водородом (находящимся под давлением Р = 1 атм) и раствором, в котором
активность ионов водорода а = 1 моль/л. Равновесие на стандартном водородном электроде можно представить в следующем виде:
2Н+ + 2е- = Н2.
Пример контрольного задания
Имеется гальванический элемент
… (…) Zn½ZnSO4 (1 M)úçCuSO4 (1 M)½Cu (…) …
В электрохимической схеме гальванического элемента укажите анод и
катод, напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. В каком
направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого
элемента? Какой металл будет окисляться и растворяться?
Пример ответа
А (–) Zn½ZnSO4 (1 M)úçCuSO4 (1M)½Cu (+) K
А (–) Zn0 – 2e- = Zn2+ ;
2+
-
0
К (+) Cu + 2e = Cu ;
E A = E 0Zn 2 + / Zn 0 +
EK =
E0Cu 2 + / Cu 0
0,059 [ Zn 2 + ]
1
lg
= -0,76 + 0,0295 lg = -0,76B;
2
[ Zn т ]
1
0,059 [Cu 2+ ]
1
lg
+
= +0,34 + 0,0295 lg = 0,34B;
2
[Cu т ]
1
ЭДС = EK – EA = 0,34 – (–0,76) = 1,1 B.
Электроны будут перемещаться от цинка к меди. Окисляться и растворяться
будет цинк.
Контрольные задания 281–310
Ответьте на вопросы, учитывая граничные условия: коэффициенты активностей равны единице; Т = 298 K; Р = 0,1 МПа (1 атм). Взаимодействием
компонентов гальванических элементов с растворителем можно пренебречь.
При выполнении задания используйте приложение 5 (с. 66).
43
281. Гальванический элемент составлен из стандартных медного и железного
электродов. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента,
уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. Какой концентрации должен быть раствор соли меди, чтобы ЭДС этого элемента стала равной 3,73 В?
282. Гальванический элемент составлен из двух водородных электродов, из которых один – стандартный. В какой из перечисленных растворов следует погрузить другой электрод для получения наибольшей ЭДС: а) 0,005 М раствор
HCl (a = 100 %); б) 0,005 М раствор CH3COOH (a = 2 %); в) 0,005 М раствор
H3PO4 (a = 30 %)? Вычислите ЭДС в выбранном Вами растворе. Напишите
электрохимическую схему гальванического элемента и уравнения электродных
процессов.
283. Гальванический элемент составлен из серебряного электрода, погруженного в 1 М раствор AgNO3, и стандартного водородного электрода. Напишите
электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных
процессов и суммарной реакции, вычислите ЭДС.
284. Имеется гальванический элемент
… (…) Pb½Pb(NO3)2úçAgNO3½Ag (…) …
с концентрациями ионов 1 моль/л. В электрохимической схеме гальванического
элемента укажите анод и катод, напишите уравнения электродных процессов,
вычислите ЭДС. Как изменится ЭДС, если в раствор, содержащий ионы серебра, добавить сероводород: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной? Ответ обоснуйте.
285. Имеется гальванический элемент
… (…) Zn½ZnSO4 (0,1 М)úçZnSO4 (0,01 М)½Zn (…) …
В электрохимической схеме гальванического элемента укажите анод и катод,
напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента?
286. Гальванический элемент составлен из стандартного водородного электрода
и водородного электрода, погруженного в раствор с рН = 5. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС.
287. Гальванический элемент составлен из стандартного водородного электрода
и водородного электрода, погруженного в раствор с рН = 10. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС.
44
288. Имеется гальванический элемент
… (…) Pb½Pb(NO3)2úçAgNO3½Ag (…) …
с концентрациями ионов 1 моль/л. В электрохимической схеме гальванического
элемента укажите анод и катод, напишите уравнения электродных процессов,
вычислите ЭДС. Как изменится ЭДС, если в раствор, содержащий ионы свинца,
добавить сероводород: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной?
Ответ обоснуйте.
289. Имеется гальванический элемент
… (…) Pt, H2½HCl (1 М)÷çHCl (0,1 М)½H2, Pt (…) …
В электрохимической схеме гальванического элемента укажите анод и катод.
Каким из предлагаемых способов можно увеличить ЭДС гальванического элемента: а) уменьшить концентрацию HCl у катода; б) уменьшить концентрацию
HCl у анода; в) увеличить концентрацию HCl у катода; г) увеличить концентрацию HCl у анода? Ответ обоснуйте.
290. Вычислите концентрацию ионов Cu2+ в растворе, в котором установилось
равновесие
Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu,
если ЭДС гальванического элемента равна 1,159 В и концентрация Zn2+ равна
10-2 моль/л. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента,
уравнения электродных процессов.
291. Имеется гальванический элемент
… (…) Sn½Sn(NO3)2 (1 M)úçPb(NO3)2 (0,01 M)½Pb (…) …
В электрохимической схеме гальванического элемента укажите анод и катод,
напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? Какой металл будет окисляться и растворяться?
292. Гальванический элемент составлен из медной и кадмиевой пластин, опущенных в растворы, содержащие собственные ионы с концентрациями, равными 0,01 моль/л. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС.
293. Стандартный электродный потенциал никеля больше, чем кобальта. Изменится ли это соотношение, если измерить потенциал никеля в растворе его ионов с концентрацией Ni2+ = 0,0001 моль/л, а потенциал кобальта – в растворе с
концентрацией Co2+ = 0,01 моль/л? Ответ обоснуйте. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС.
294. Магниевая пластинка в растворе его соли имеет потенциал, равный
–2,33 В. Вычислите концентрацию ионов Mg2+ (в моль/л), приняв стандартный
45
потенциал магния равным –2,3595 В. Напишите электрохимическую схему и
уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде при измерении данного потенциала.
295. При какой концентрации ионов Zn2+ (в моль/л) потенциал цинкового электрода будет на 0,0295 В меньше его стандартного электродного потенциала?
Напишите электрохимическую схему и уравнения реакций, протекающих на
катоде и аноде при измерении данного потенциала.
296. Марганцевый электрод в растворе его соли имеет потенциал, равный
–1,239 В. Вычислите концентрацию ионов Mn2+ (в моль/л), приняв стандартный
потенциал марганца равным –1,18 В. Напишите электрохимическую схему и
уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде при измерении данного потенциала.
297. Потенциал серебряного электрода в растворе AgNO3 составил 92,625 %
значения его стандартного электродного потенциала. Вычислите концентрацию
ионов Ag+ (в моль/л). Напишите электрохимическую схему и уравнения реакций, протекающих на катоде и аноде при измерении данного потенциала.
298. Имеется гальванический элемент
… (…) Bi½Bi(NO3)3 (1 M)úçCu(NO3)2 (0,0001 M)½Cu (…) …
В электрохимической схеме гальванического элемента укажите анод и катод,
напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента? Какой металл будет окисляться и растворяться?
299. Вычислите концентрацию ионов Mn2+ (в моль/л) в растворе, при которой
значение потенциала марганцевого электрода станет равным стандартному потенциалу водородного электрода? Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, составленного из этих электродов и уравнения электродных процессов, если концентрации жидких фаз равны 1 моль/л.
300. Гальванический элемент составлен из серебряных электродов, один из которых погружен в 0,01 М, а второй – в 0,1 М растворы AgNO3. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС.
301. Гальванический элемент составлен из никелевых электродов, один из которых погружен в 0,0001 М, а второй – в 0,01 М растворы NiSO4. Напишите
электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных
процессов, вычислите ЭДС.
46
302. Гальванический элемент составлен из медных электродов, один из которых
погружен в раствор с концентрацией ионов Cu2+ 1 моль/л, а второй –
10-2 моль/л. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента,
уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента?
303. Гальванический элемент составлен из свинцовой и магниевой пластин, погруженных в растворы своих солей с концентрацией 0,01 моль/л каждый. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. Изменится ли ЭДС этого элемента, если
концентрацию каждого из ионов увеличить в одинаковое число раз? Ответ
обоснуйте.
304. Гальванический элемент составлен из магниевой и кадмиевой пластин, погруженных в растворы своих солей с концентрацией 1 моль/л каждый. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. Изменится ли ЭДС этого элемента, если
концентрацию каждого из ионов понизить до 0,01 моль/л? Ответ обоснуйте.
305. Гальванический элемент составлен из железной и цинковой пластин, погруженных в растворы своих солей с концентрацией 1 моль/л каждый. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. Как изменится ЭДС этого элемента, если в
раствор, содержащий ионы Fe2+, добавить щелочь: а) увеличится; б) уменьшится; в) останется неизменной? Ответ обоснуйте.
306. Составьте электрохимическую схему гальванического элемента, в основе
которого лежит реакция, протекающая по уравнению
Ni + Pb(NO3)2 = Ni(NO3)2 + Pb.
Напишите уравнения электродных процессов. Вычислите ЭДС этого элемента,
если [Ni2+] = 0,01 моль/л, [Pb2+] = 0,0001 моль/л.
307. Имеется гальванический элемент
… (…) Sn½SnCl2 (1 М) úçHCl (0,001 М)½H2, Pt (…) …
В электрохимической схеме гальванического элемента укажите анод и катод,
напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. В каком направлении будут перемещаться электроны во внешней цепи при работе этого элемента?
308. Гальванический элемент составлен из цинкового и хромового электродов,
погруженных в растворы своих двухзарядных ионов с концентрацией 1 моль/л
каждый. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. Вычислите концентрацию ио-
47
нов цинка, при которой ЭДС этого элемента будет равна нулю. Стандартный
потенциал цинка принять равным –0,7625 В.
309. ЭДС гальванического элемента, составленного из двух водородных электродов, равна 0,236 В. Вычислите рН раствора, в который погружен анод, если
катод погружен в раствор с рН = 3. Напишите электрохимическую схему гальванического элемента, уравнения электродных процессов.
310. Имеется гальванический элемент
… (…) H2, Pt | HCl (10-4 моль/л) || NaOH (10-4 моль/л) | H2, Pt (…) …
В электрохимической схеме гальванического элемента укажите анод и катод,
напишите уравнения электродных процессов, вычислите ЭДС. (HCl и NaOH
продиссоциировали на ионы полностью.)
48
Тема 9. Электрохимическая коррозия
Коррозия – это самопроизвольный процесс разрушения металлов и сплавов в результате их физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Химическая коррозия характерна для сред, не проводящих электрический
ток (газовая коррозия без конденсации влаги при высоких температурах, коррозия в неэлектролитах). Электрохимическая коррозия характерна для сред,
имеющих ионную проводимость (коррозия в электролитах, коррозия в атмосфере любого влажного газа, коррозия в почве).
Процессы электрохимической коррозии подобны процессам, протекающим в гальванических элементах. Основным отличием является отсутствие
внешней цепи. Электроны в процессе коррозии не выходят из корродирующего
металла, а двигаются внутри металла. Химическая энергия реакции окисления
металла передается не в виде работы, а в виде теплоты. Коррозионный элемент
в отличие от гальванического элемента является короткозамкнутым микроэлементом.
Механизм разрушения металла заключается в анодном окислении металла и катодном восстановлении окислителя. Окислителями (деполяризаторами)
при коррозии служат молекулы О2, Cl2, ионы Н+, Fe3+ и др.
Коррозия с участием кислорода называется коррозией с кислородной деполяризацией (коррозия с поглощением кислорода). Коррозия с участием ионов
водорода называется коррозией с водородной деполяризацией (коррозией с выделением водорода).
Пример контрольного задания
Покажите на рисунке, как происходит коррозия покрытого цинком железного изделия в растворе серной кислоты при нарушении целостности покрытия. Напишите электрохимическую схему образующегося коррозионного
элемента. Составьте уравнения анодного и катодного процессов, уравнение
суммарной коррозионной реакции. Назовите продукты коррозии и деполяризатор.
Пример ответа
2H++SO42H2SO4
A (–) Zn | H2SO4, H2O | Fe (+) K
+
–0,76 B
–0,44 B
2H
Zn
А (–)
К (+)
H2
Zn2+
e
Fe (+) K
Zn (-) A
Zn0 – 2e- = Zn2+
2H+ + 2e- = H20
Zn + 2H+ = Zn2+ + H20
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2
Продукты коррозии: сульфат цинка и
водород.
Деполяризатор: H+.
49
Контрольные вопросы к заданиям 311–340
При выполнении заданий используйте приложение 5 (с. 66).
1. Покажите на рисунке, как происходит коррозия предложенной Вам коррозионной пары.
2. Напишите электрохимическую схему образующегося коррозионного элемента.
3. Составьте уравнения анодного и катодного процессов, уравнение суммарной коррозионной реакции.
4. Назовите продукты коррозии и деполяризатор.
311. Коррозия покрытого свинцом железного изделия в растворе уксусной кислоты при нарушении целостности покрытия.
312. Коррозия покрытого оловом медного изделия во влажном воздухе при нарушении целостности покрытия.
313. Коррозия покрытого ржавчиной (Fe2O3·nH2O) железного изделия во влажном воздухе.
314. Коррозия покрытого медью цинкового изделия в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.
315. Коррозия покрытого никелем железного изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
316. Коррозия покрытого хромом железного изделия в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.
317. Коррозия покрытого свинцом железного изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
318. Коррозия покрытого медью оловянного изделия в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.
319. Коррозия покрытого оксидной пленкой алюминиевого изделия во влажном
воздухе при нарушении целостности покрытия.
320. Коррозия покрытого медью цинкового изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
321. Коррозия покрытого никелем железного изделия в растворе серной кислоты при нарушении целостности покрытия.
50
322. Коррозия покрытого кадмием железного изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
323. Коррозия покрытого серебром медного изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
324. Коррозия покрытого кадмием железного изделия в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.
325. Коррозия покрытого медью никелевого изделия в растворе серной кислоты
при нарушении целостности покрытия.
326. Коррозия покрытого сплавом магния железного изделия в растворе серной
кислоты при нарушении целостности покрытия.
327. Коррозия покрытого цинком железного изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
328. Коррозия покрытого медью никелевого изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
329. Коррозия покрытого оловом железного изделия в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.
330. Коррозия покрытого медью железного изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
331. Коррозия покрытого алюминием железного изделия в растворе серной кислоты при нарушении целостности покрытия.
332. Коррозия покрытого оловом железного изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
333. Коррозия покрытого цинком свинцового изделия во влажном воздухе при
нарушении целостности покрытия.
334. Коррозия при контакте магниевой и никелевой пластин во влажном воздухе.
335. Коррозия при контакте цинковой и кадмиевой пластин в растворе соляной
кислоты.
336. Коррозия покрытого алюминием железного изделия во влажном воздухе
при нарушении целостности покрытия.
51
337. Коррозия при контакте магниевой и никелевой пластин в растворе серной
кислоты.
338. Коррозия при контакте цинковой и кадмиевой пластин во влажном воздухе.
339. Коррозия покрытого цинком свинцового изделия в растворе соляной кислоты при нарушении целостности покрытия.
340. Коррозия покрытого медью железного изделия в растворе серной кислоты
при нарушении целостности покрытия.
52
Тема 10. Электролиз
Электролиз – это окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах при прохождении постоянного электрического тока через
расплав или раствор электролита. При электролизе растворов учитывают не
только ионы, на которые диссоциирует электролит, но также ионы, образующиеся при очень незначительной диссоциации молекул воды.
В электролизёре (аппарате для электролиза) катод (электрод, на котором
протекает реакция восстановления) подключен к отрицательному полюсу, а
анод (электрод, на котором протекает реакция окисления) подключен к положительному полюсу внешнего источника тока. При электролизе происходит
превращение электрической энергии в химическую энергию.
Процесс на катоде не зависит от материала, из которого сделан катод, но
зависит от положения металла (катиона электролита) в электрохимическом ряду напряжений. Если система, в которой проводят электролиз, содержит различные окислители, то на катоде в первую очередь будет восстанавливаться
наиболее сильный из них, т. е. окисленная форма той электрохимической системы, которой отвечает наибольшее значение электродного потенциала. В водных растворах на катоде могут восстанавливаться только металлы малой или
средней активности.
Процесс на аноде зависит как от материала анода, так и от природы аниона. Если анод активный (растворимый), то будет окисляться металл анода, несмотря на природу аниона. Если электролиз проводят с инертным (нерастворимым) анодом и система содержит различные восстановители, то на аноде в первую очередь будет окисляться наиболее сильный из них, т. е. восстановленная
форма той электрохимической системы, которой отвечает наименьшее значение электродного потенциала. Анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:
I– Br– S2– Cl– OH– Н2О
Восстановительная активность уменьшается
Пример контрольного задания
Укажите знак (заряд) катода и анода в приведенной электрохимической схеме электролизера:
K (…) Cu ï LiF, NaCl, KBr, CsI (расплав)ïCu (…) A
Напишите по одной реакции на катоде и на аноде, которые будут протекать в
электролизере в первую очередь.
Пример ответа
K (–) Cu ï LiF, NaCl, KBr, CsI (расплав)ïCu (+) A
A (+) Cu0 – 2e- ® Cu2+
53
K (–) Na+ + 1e- ® Na0
Контрольные вопросы к заданиям 341– 370
При выполнении заданий используйте приложение 5 (с. 66).
1. Укажите знак (заряд) катода и анода в приведенной электрохимической схеме электролизера.
2. Напишите по одной реакции на катоде и на аноде, которые будут протекать в
электролизере в первую очередь.
341. К (…) С | NaCl, CuSO4, KNO3 (расплав) | С (…) А
342. К (…) Сu | NaCl, CuSO4, KNO3 (расплав) | Сu (…) А
343. К (…) С | NaCl, CuSO4, KNO3 (расплав) | Сu (…) А
344. К (…) Сu | NaCl, CuSO4, KNO3 (расплав) | С (…) А
345. К (…) С | NaF, CuSO4, KNO3 (водный раствор) | С (…) А
346. К (…) Сu | NaCl, CuSO4, KNO3 (водный раствор) | Сu (…) А
347. К (…) С | NaCl, CuSO4, KNO3 (водный раствор) | Сu (…) А
348. К (…) Сu | NaF, CuSO4, KNO3 (водный раствор) | С (…) А
349. К (…) С | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (расплав) | С (…) А
350. К (…) Сu | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (расплав) | Сu (…) А
351. К (…) С | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (расплав) | Сu (…) А
352. К (…) Сu | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (расплав) | С (…) А
353. К (…) С | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (водный раствор) | С (…) А
354. К (…) Сu | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (водный раствор) | Сu (…) А
355. К (…) С | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (водный раствор) | Сu (…) А
356. К (…) Сu | LiBr, CuCl2, Na2SO4 (водный раствор) | С (…) А
357. К (…) Pt | KF, MgSO4, NaI (расплав) | Pt (…) А
358. К (…) Сu | KF, MgSO4, NaI (расплав) | Сu (…) А
359. К (…) Pt | KF, MgSO4, NaI (расплав) | Сu (…) А
360. К (…) Сu | KF, MgSO4, NaI (расплав) | Pt (…) А
361. К (…) Pt | KF, MgSO4, NaI (водный раствор) | Pt (…) А
362. К (…) Сu | KF, MgSO4, NaI (водный раствор) | Сu (…) А
363. К (…) Pt | KF, MgSO4, NaI (водный раствор) | Сu (…) А
364. К (…) Сu | KF, MgSO4, NaI (водный раствор) | Pt (…) А
365. К (…) С | KF, MgSO4, NaI (расплав) | С (…) А
366. К (…) Fe | KF, MgSO4, NaI (расплав) | Fe (…) А
367. К (…) С | KF, MgSO4, NaI (расплав) | Fe (…) А
54
368. К (…) Fe | KF, MgSO4, NaI (водный раствор) | С (…) А
369. К (…) Fe | KF, MgSO4, NaNO3 (водный раствор) | С (…) А
370. К (…) Ag | KF, MgSO4, NaI (водный раствор) | Fe (…) А
55
Тема 11. Полимеры
Высокомолекулярные соединения (ВМС) или полимеры – это химические
вещества, которые состоят из большого числа повторяющихся элементарных
(мономерных) звеньев, соединенных между собой химическими связями. Макромолекулы полимеров могут быть построены как из одинаковых элементарных звеньев (гомополимеры), так и из разных элементарных звеньев (сополимеры).
Полимеры получают с помощью реакций полимеризации элементарных
звеньев или их поликонденсации. Полимеризация – реакция соединения нескольких молекул мономера, при которой не происходит выделения побочных
низкомолекулярных продуктов, т. е. элементные составы мономера и элементарного звена полимера совпадают. Поликонденсация – процесс образования
полимеров путем химического взаимодействия молекул мономеров, сопровождающийся выделением низкомолекулярных веществ (воды, хлороводорода, аммиака и др.).
В процессе эксплуатации полимерных изделий под действием химических (гидролиз, окисление и др.) или физических (тепло, свет, механическое
воздействие и др.) факторов происходит постепенное их разрушение – деструкция. Этот процесс протекает обычно с разрывом связей основной макромолекулярной цепи, что приводит к изменению структуры полимера, понижению
его молекулярной массы и изменению химических и физических свойств. Частным случаем деструкции является деполимеризация – образование мономеров
из полимера.
371. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) этилена; б) винилхлорида
(хлорэтилена). Назовите продукты реакций. Укажите, который из полученных полимеров обладает лучшими изоляционными свойствами. Почему?
372. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) этилена; б) пропилена. Назовите продукты реакций. Укажите, который из полученных полимеров имеет более высокую температуру плавления. Почему?
373. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) тетрафторэтилена; б) винилхлорида (хлорэтилена). Назовите продукты реакций. Укажите, который из полученных полимеров обладает лучшими изоляционными свойствами. Почему?
374. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) этилена; б) стирола (фенилэтилена). Назовите продукты реакций. Укажите, который из полученных полимеров обладает лучшими изоляционными свойствами. Почему?
375. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) этилена; б) метилметакрилата.
Назовите продукты реакций. Укажите, который из полученных полимеров обладает
лучшими изоляционными свойствами. Почему?
56
376. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) бутадиена-1,3; б) изопрена
(2-метилбутадиена-1,3). Назовите продукты реакций. Укажите, который из полученных полимеров обладает лучшими эластичными свойствами. Почему?
377. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) акрилонитрила; б) изобутилена. Назовите продукты реакций. Укажите, какими свойствами обладают полученные
полимеры и их применение.
378. Составьте уравнения реакций полимеризации: а) винилацетата; б) тетрафторэтилена. Назовите продукты реакций. Укажите, который из полученных полимеров
имеет высокую механическую прочность и химическую стойкость. Почему?
379. Составьте уравнение реакции сополимеризации бутадиена-1,3 и стирола (фенилэтилена). Назовите продукт реакции. Укажите основное применение полученного
каучука.
380. Составьте уравнение реакции сополимеризации бутадиена-1,3 и акрилонитрила.
Назовите продукт реакции. Укажите основное применение полученного каучука.
381. Составьте уравнение реакции полимеризации 2-хлорбутадиена-1,3 (хлоропрена). Назовите продукт реакции. Укажите, какие свойства приобретает полученный
полимер благодаря присутствию атомов хлора в его молекуле.
382. Составьте уравнение реакции вулканизации бутадиенового каучука. Какую
структуру приобретает полученный полимер? Как вулканизация влияет на температуру плавления (текучести) каучука?
383. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: тефлон, найлон, бутадиеновый каучук. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
384. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: тефлон, капрон, полиметилметакрилат. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
385. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: резол, тефлон, бутадиеновый каучук. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
386. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: изопреновый каучук, новолак, полиметилметакрилат. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
57
387. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: резит, тефлон, полиметилметакрилат. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
388. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: тефлон, новолак, бутадиеновый каучук. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
389. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: резит, тефлон, изопреновый каучук. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
390. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: резол, тефлон, поливинилхлорид. Напишите уравнение соответствующей
реакции и назовите исходные вещества.
391. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: поливинилхлорид, тефлон, найлон. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
392. Из приведенного перечня выберите полимер, получаемый реакцией поликонденсации: тефлон, капрон, плексиглас. Напишите уравнение соответствующей реакции и назовите исходные вещества.
393. Составьте уравнение реакции деструкции поливинилхлорида. Назовите продукты реакции. Укажите, какими свойствами обладает поливинилхлорид, его применение.
394. Составьте уравнение реакции деполимеризации полиметилметакрилата. Назовите продукт реакции. Укажите, какими свойствами обладает полиметилметакрилат,
его применение.
395. Составьте уравнение реакции деполимеризации натурального каучука. Назовите
продукт реакции. Укажите, какими свойствами обладает натуральный каучук, его
применение.
396. Составьте уравнение реакции деполимеризации бутадиенового каучука. Назовите продукт реакции. Укажите, какими свойствами обладает бутадиеновый каучук,
его применение.
397. Составьте уравнение реакции получения бутадиенстирольного каучука. Укажите, какими свойствами обладает бутадиенстирольный каучук, его применение. Какие
дополнительные свойства придает каучуку присутствие в его молекуле бензольного
кольца?
58
398. Составьте уравнение реакции получения бутадиеннитрильного каучука. Назовите исходные вещества. Укажите, какими свойствами обладает бутадиеннитрильный каучук, его применение.
399. Составьте уравнение реакции получения хлоропренового каучука. Назовите исходное вещество. Укажите, какими свойствами обладает хлоропреновый каучук, его
применение.
400. Составьте уравнение реакции деполимеризации полистирола. Назовите продукт
реакции. Укажите, какими свойствами обладает полистирол, его применение.
Библиографический список
Основной
1. Глинка Н. Л. Общая химия. – М.: Кнорус, 2009. – 746 с.
2. Коровин Н. В. Общая химия. – М.: Высш. шк., 2008. – 558 с.
Дополнительный
1. Артемьева Е. П., Михалева Е. В., Соколов В. Н. Сборник проверочных заданий по химии. – Екатеринбург: УрГУПС, 2008. – 37 с.
2. Глинка Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии. – М.: Интеграл-Пресс,
2008. – 240 с.
3. Зубрев Н. И. Инженерная химия на железнодорожном транспорте. – М.:
УМК МПС РФ, 1999. – 292 с.
4. Михалева Е. В. Химия: конспект лекций по общей химии. – Екатеринбург:
УрГУПС, 2004. – 96 с.
5. Романцева Л. М., Лещинская З. Л., Суханова В. А. Сборник задач и упражнений по общей химии. – М.: Высш. шк., 1991. – 287 с.
6. Шиманович И. Л. Химия: метод. указания– М.: Высш. шк., 2009. – 128 с.
59
Приложение 1
ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА
Периоды
Ряды
1
I
2
II
3
III
IV
4
V
VI
5
VII
VIII
6
IX
7
X
I
II
1
H
1,01
водород
3
Li
6,94
литий
11
Na
22,99
натрий
19
K
39,10
калий
29
63,54 Cu
медь
37
Rb 85,47
рубидий
47
107,87 Ag
серебро
55
Cs 132,91
цезий
79
196,97 Au
золото
87
Fr
[223]
франций
57
La
138,91
лантан
58
Ce 140,12
церий
59
Pr 140,91
празеодим
89
Ac
[227]
актиний
90
Th
232,04
торий
91
Pa
231,04
протактиний
III
Группы элементов
V
VI
IV
VII
VIII
(H)
2
He
гелий
10
20,18
Ne
неон
18
39,95
Ar
аргон
4,00
4
Be
9,01
бериллий
12
Mg 24,31
магний
20
Ca
40,08
кальций
65,38
30
Zn
цинк
38
Sr
87,62
стронций
48
112,41 Cd
кадмий
56
Ba 137,33
барий
80
200,59 Hg
ртуть
88
Ra
[226]
радий
5
B
бор
13
26,98
Al
алюминий
21
Sc 44,96
скандий
31
69,72 Ga
галлий
39
Y
88,91
иттрий
49
114,82 In
индий
57–71
La-Lu
*
81
204,37 Tl
таллий
89–103
Ac-Lr
**
10,81
6
12,01
C
углерод
14
28,09
Si
кремний
22
Ti
47,90
титан
32
72,59
Ge
германий
40
Zr
91,22
цирконий
118,69
50
Sn
олово
72
Hf 178,49
гафний
82
207,19 Pb
свинец
104
Rf
[260]
резерфордий
7
N
азот
15
30,97
Р
фосфор
23
V
50,94
ванадий
33
74,92
As
мышьяк
41
Nb 92,91
ниобий
51
121,75 Sb
сурьма
73
Ta 180,95
тантал
83
208,98 Bi
висмут
105
Db [261]
дубний
14,01
8
15,99
O
кислород
16
32,06
S
сера
24
Cr
51,99
хром
34
78,96
Se
селен
42
Mo 95,94
молибден
52
127,60 Te
теллур
74
W 183,85
вольфрам
84
[210] Po
полоний
106
Sg
[263]
сиборгий
60
Nd 144,24
неодим
61
Pm [145]
прометий
62
Sm 150,35
самарий
63
Eu 151,96
европий
*Лантаноиды
64
65
Gd 157,25 Tb 158,92
гадолиний тербий
92
U
238,03
уран
93
Np
237,04
нептуний
94
Pu [244]
плутоний
95
Am
[243]
америций
**Актиноиды
96
97
Cm
Bk
[247]
[247]
кюрий
берклий
3
66
Dy 162,50
диспрозий
98
Cf
[251]
калифорний
9
F
фтор
17
35,45
Cl
хлор
25
Mn 54,94
марганец
35
79,90 Br
бром
43
Tc
98,90
технеций
53
126,90
I
йод
75
Re 186,21
рений
85
[210]
At
астат
107
Bh [264]
борий
18,99
26
Fe 55,85
железо
27
Co
58,93
кобальт
28
Ni
58,70
никель
36
83,80 Kr
криптон
44
Ru 101,07
рутений
45
Rh 102,91
родий
46
Pd 106,40
палладий
54
131,30 Xe
ксенон
76
Os 190,20
осмий
77
Ir 192,22
иридий
78
Pt 195,09
платина
[222]
108
Hs [269]
хассий
67
Ho 164,93
гольмий
68
Er 167,26
эрбий
99
Es
[254]
эйнштейний
100
Fm
[257]
фермий
86
Rn
радон
109
Mt [268]
мейтнерий
69
Tm 168,93
тулий
101
Md [258]
менделевий
70
Yb 173,04
иттербий
71
Lu 174,97
лютеций
102
No
[255]
нобелий
103
Lr [256]
лоуренсий
Приложение 2
Термодинамические характеристики некоторых веществ (при 298 К)
Вещество
Al (к)
Al2O3 (к)
C (графит)
СН4 (г)
С2Н4 (г)
С6Н6 (ж)
С2Н5ОН (ж)
СО (г)
СО2 (г)
Сl2 (г)
Fe (к)
Fe2O3 (к)
Н2 (г)
НСl (г)
Н2О (г)
Н2О (ж)
Н2S (г)
Mg (к)
MgCO3 (к)
MgO (к)
N2 (г)
NH3 (г)
О2 (г)
Pb (к)
PbO (к)
S (к, ромб)
SO2 (г)
Ti (к)
TiO2 (к)
Zn (к)
ZnO (к)
Стандартная энтальпия
образования ΔНо,
кДж/моль
0
–1676,0
0
–74,9
52,3
82,9
–277,6
–110,5
–393,5
0
0
–822,2
0
–92,3
–241,8
–285,8
–21,0
0
–1008,7
–601,8
0
–46,2
0
0
–219,3
0
–296,9
0
–943,9
0
–350,6
61
Стандартная энтропия Sо,
Дж/(моль · К)
28,3
50,9
5,7
186,2
219,4
269,2
160,7
197,5
213,7
222,9
27,2
87,4
130,5
186,8
188,7
70,1
205,7
32,5
65,6
26,9
191,5
192,6
205,0
64,9
66,1
31,88
248,1
30,6
50,3
41,6
43,6
Приложение 3
Растворимость кислот, оснований и солей в воде
Анионы
Катионы Cl- Br- I- NO3- CH3COO- СN- S2- SO32- SO42- CO32- SiO32- CrO42- PO43- O
Ag+
Al3+
Ba2+
Be2+
Bi3+
Ca2+
Cd2+
Co2+
Cr3+
Cu2+
Fe2+
Fe3+
Н+
Hg2+
Hg22+
K+
Li+
Mg2+
Mn2+
NH4+
Na+
Ni2+
Pb2+
Sn2+
Sr2+
Zn2+
H-
Н
Р
Р
Р
–
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
М
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Р
–
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
М
Н
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
М
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Р
–
Р
Р
Р
Р
–
Р
–
Р
Н
Н
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
–
Р
Р
Р
Р
–
Р
Р
Р
Р
Р
–
–
Р
Р
Р
–
Р
Р
–
Р
Р
М
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
–
Р
Р
Н
–
Р
–
–
Р
М
Н
Н
Н
Н
Н
Р
Р
–
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Н
Н
–
Р
Н
Н
–
Р
–
Н
Р
Н
Н
–
Н
Н
Н
Р
Н
Н
Р
Р
–
Н
Р
Р
Н
Н
Н
Р
Н
Н
–
Н
–
Н
Н
–
–
–
Н
Н
–
Р
Н
Н
Р
Р
Н
Н
Р
Р
Н
Н
–
Н
Н
М
Р
Н
Р
–
М
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
–
М
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Н
Р
Н
Р
Н
–
Н
Н
Н
Н
Н
Н
–
–
Н
–
Р
–
Н
Р
Р
Н
Н
Р
Р
Н
Н
–
Н
Н
–
Н
Н
Н
–
Н
Н
–
–
–
Н
Н
Н
–
–
Р
Р
Н
Н
–
Р
–
Н
–
Н
Н
Н
–
Н
–
Н
М
–
Н
Р
Н
–
–
Р
Н
–
Р
Р
Р
Н
Р
Р
Р
Н
–
М
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Р
Н
Н
Р
Н
Н
Н
Р
Р
Н
Н
Н
Н
Н
–
Н
Р
Н
Н
М
Н
Н
Н
Н
Н
Н
–
–
Р
Р
Н
Н
Р
Р
Н
Н
Н
М
Н
Примечание:
Р – растворимое вещество;
М – малорастворимое вещество;
Н – практически нерастворимое вещество;
прочерк означает, что соль вследствие ее гидролиза в растворе получить нельзя
или данные по растворимости данного вещества отсутствуют.
62
Приложение 4
Константы и степени диссоциации
некоторых слабых электролитов (при 298 К)
Степень
диссоциации в
0,1 н растворе,
%
6,4
1,3
–
–
–
4,2
0,007
CH3COOH
Численные
значения
констант
диссоциации
К = 4,0 · 10-4
К = 1,8 · 10-5
К = 1 · 10-16
К = 2,24 · 10-12
К = 1,2 · 10-16
К = 1,76 · 10-4
К1 = 5,8 · 10-10
К2 = 1,8 · 10-13
К3 = 1,6 · 10-14
К1 = 7,7 · 10-3
К2 = 6,2 · 10-8
К3 = 2,2 · 10-13
К1 = 1,7 · 10-2
К2 = 6,2 · 10-8
К1 = 5,7 · 10-8
К2 = 1,2 · 10-15
К1 = 4,3 · 10-7
К2 = 5,6 · 10-11
К = 1,75 · 10-5
HF
К = 7,2 · 10-4
8,5
HClO
К = 3,0 · 10-8
0,05
HCN
К = 7,2 · 10-10
0,009
Электролиты
Формула
Азотистая кислота
Аммония гидроксид
Вода
Водорода пероксид
Метиловый спирт
Муравьиная кислота
Ортоборная кислота
HNO2
NH4OH
Н2О
Н2О2
СН3ОН
HCOOH
H3BO3
Ортофосфорная кислота
H3PO4
Сернистая кислота
H2SO3
Сероводородная кислота
Угольная кислота
Уксусная кислота
Фтористоводородная
(плавиковая) кислота
Хлорноватистая кислота
Цианистоводородная
(синильная) кислота
H2S
H2CO3
63
27,0
20,0
0,07
0,17
1,3
Приложение 5
Стандартные электродные потенциалы (при 298 К)
Химический
элемент
(0)-(+1)
Стандартный
электродный
потенциал, В
Li
-3,04
(0)-(+1)
K
-2,92
-2,90
-2,89
-2,87
-2,71
-2,37
-1,85
-1,66
Si
Zn
Fe
Cd
Co
-1,63
Ni
H
-0,91
Sb
-0,86
As
Mo
-0,13
Bi
0
Cu
+0,15
Hg
+0,25
Ag
+0,32
+0,34
+0,79
+0,80
(0)-(+3)
-0,25
Au
-0,20
Примечание: * с учетом перенапряжения.
64
I
+0,54
Br
+1,07
Cl
+1,36
O
*
~ +1,4
(-1)-(0)
(0)-(+1)
-0,27
+0,17
(-2)-(0)
(0)-(+1)
-0,40
S
(-1)-(0)
(0)-(+2)
-0,44
Стандартный
электродный
потенциал, В
(-1)-(0)
(0)-(+3)
-0,76
Химический
элемент
(-2)-(0)
(-1)-(0)
(0)-(+3)
(0)-(+3)
-1,53
-0,14
(0)-(+3)
(0)-(+2)
(0)-(+2)
Zr
-1,10
(0)-(+2)
(0)-(+2)
Ti
Cr
Sn
Pb
(0)-(+2)
(0)-(+3)
Al
Nb
Стандартный
электродный
потенциал, В
(0)-(+1)
(0)-(+2)
(0)-(+2)
Be
-1,18
(0)-(+2)
(0)-(+2)
Mg
V
Химический
элемент
(0)-(+2)
(0)-(+2)
(0)-(+4)
(0)-(+1)
Na
-1,18
(0)-(+2)
(0)-(+2)
Ca
Mn
(0)-(+2)
(0)-(+2)
Sr
Стандартный
электродный
потенциал, В
(0)-(+2)
(0)-(+2)
Ba
Химический
элемент
(0)-(+2)
+1,50
F
+2,87
Приложение 6
Варианты контрольной работы
Номер варианта
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
Номера заданий
1, 31, 91, 121, 136, 166, 181, 221, 251, 281, 341, 371
2, 32, 92, 122, 137, 167, 182, 222, 252, 282, 342, 372
3, 33, 93, 123, 138, 168, 183, 223, 253, 283, 343, 373
4, 34, 94, 124, 139, 169, 184, 224, 254, 284, 344, 374
5, 35, 95, 125, 140, 170, 185, 225, 255, 285, 345, 375
6, 36, 96, 126, 141, 171, 186, 226, 256, 286, 346, 376
7, 37, 97, 127, 142, 172, 187, 227, 257, 287, 347, 377
8, 38, 98, 128, 143, 173, 188, 228, 258, 288, 348, 378
9, 39, 99, 129, 144, 174, 189, 229, 259, 289, 349, 379
10, 40, 100, 130, 145, 175, 190, 230, 260, 290, 350, 380
11, 41, 101, 131, 146, 176, 191, 231, 261, 291, 351, 381
12, 42, 102, 132, 147, 177, 192, 232, 262, 292, 352, 382
13, 43, 103, 133, 148, 178, 193, 233, 263, 293, 353, 383
14, 44, 104, 134, 149, 179, 194, 234, 264, 294, 354, 384
15, 45, 105, 135, 150, 180, 195, 235, 265, 295, 355, 385
16, 46, 106, 121, 151, 196, 211, 236, 266, 296, 356, 386
17, 47, 107, 122, 152, 197, 212, 237, 267, 297, 357, 387
18, 48, 108, 123, 153, 198, 213, 238, 268, 298, 358, 388
19, 49, 109, 124, 154, 199, 214, 239, 269, 299, 359, 389
20, 50, 110, 125, 155, 200, 215, 240, 270, 300, 360, 390
21, 51, 111, 126, 156, 201, 216, 241, 271, 301, 361, 391
22, 52, 112, 127, 157, 202, 217, 242, 272, 302, 362, 392
23, 53, 113, 128, 158, 203, 218, 243, 273, 303, 363, 393
24, 54, 114, 129, 159, 204, 219, 244, 274, 304, 364, 394
25, 55, 115, 130, 160, 205, 220, 245, 275, 305, 365, 395
26, 56, 116, 131, 161, 166, 206, 246, 276, 306, 366, 396
27, 57, 117, 132, 162, 167, 207, 247, 277, 307, 367, 397
28, 58, 118, 133, 163, 168, 208, 248, 278, 308, 368, 398
29, 59, 119, 134, 164, 169, 209, 249, 279, 309, 369, 399
30, 60, 120, 135, 165, 170, 210, 250, 280, 310, 370, 400
1, 61, 92, 122, 137, 171, 182, 222, 252, 311, 342, 372
2, 62, 93, 123, 138, 172, 183, 223, 253, 312, 343, 373
3, 63, 94, 124, 139, 173, 184, 224, 254, 313, 344, 374
4, 64, 95, 125, 140, 174, 185, 225, 255, 314, 345, 375
5, 65, 96, 126, 141, 175, 186, 226, 256, 315, 346, 376
6, 66, 97, 127, 142, 176, 187, 227, 257, 316, 347, 377
7, 67, 98, 128, 143, 177, 188, 228, 258, 317, 348, 378
8, 68, 99, 129, 144, 178, 189, 229, 259, 318, 349, 379
65
Продолжение прил. 6
Номер варианта
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
Номера заданий
9, 69, 100, 130, 145, 179, 190, 230, 260, 319, 350, 380
10, 70, 101, 131, 146, 180, 191, 231, 261, 320, 351, 381
11, 71, 102, 132, 147, 192, 211, 232, 262, 321, 352, 382
12, 72, 103, 133, 148, 193, 212, 233, 263, 322, 353, 383
13, 73, 104, 134, 149, 194, 213, 234, 264, 323, 354, 384
14, 74, 105, 135, 150, 195, 214, 235, 265, 324, 355, 385
15, 75, 106, 121, 151, 196, 215, 236, 266, 325, 356, 386
16, 76, 107, 122, 152, 197, 216, 237, 267, 326, 357, 387
17, 77, 108, 123, 153, 198, 217, 238, 268, 327, 358, 388
18, 78, 109, 124, 154, 199, 218, 239, 269, 328, 359, 389
19, 79, 110, 125, 155, 200, 219, 240, 270, 329, 360, 390
20, 80, 111, 126, 156, 201, 220, 241, 271, 330, 361, 391
21, 81, 112, 127, 157, 166, 202, 242, 272, 331, 362, 392
22, 82, 113, 128, 158, 167, 203, 243, 273, 332, 363, 393
23, 83, 114, 129, 159, 168, 204, 244, 274, 333, 364, 394
24, 84, 115, 130, 160, 169, 205, 245, 275, 334, 365, 395
25, 85, 116, 131, 161, 170, 206, 246, 276, 335, 366, 396
26, 86, 117, 132, 162, 171, 207, 247, 277, 336, 367, 397
27, 87, 118, 133, 163, 172, 208, 248, 278, 337, 368, 398
28, 88, 119, 134, 164, 173, 209, 249, 279, 338, 369, 399
29, 89, 120, 135, 165, 174, 210, 250, 280, 339, 370, 400
30, 90, 92, 121, 137, 175, 181, 221, 251, 340, 341, 371
1, 46, 93, 124, 138, 176, 183, 223, 253, 282, 343, 373
2, 47, 94, 125, 139, 177, 184, 224, 254, 283, 344, 374
3, 48, 95, 126, 140, 178, 185, 225, 255, 284, 345, 375
4, 49, 96, 127, 141, 179, 186, 226, 256, 285, 346, 376
5, 50, 97, 128, 142, 180, 187, 227, 257, 286, 347, 377
6, 51, 98, 129, 143, 188, 211, 228, 258, 287, 348, 378
7, 52, 99, 130, 144, 189, 212, 229, 259, 288, 349, 379
8, 53, 100, 131, 145, 190, 213, 230, 260, 289, 350, 380
9, 54, 101, 132, 146, 191, 214, 231, 261, 290, 351, 381
10, 55, 102, 133, 147, 192, 215, 232, 262, 291, 352, 382
11, 56, 103, 134, 148, 193, 216, 233, 263, 292, 353, 383
12, 57, 104, 135, 149, 194, 217, 234, 264, 293, 354, 384
13, 58, 105, 121, 150, 195, 218, 235, 265, 294, 355, 385
14, 59, 106, 122, 151, 196, 219, 236, 266, 295, 356, 386
15, 60, 107, 123, 152, 197, 220, 237, 267, 296, 357, 387
16, 61, 108, 124, 153, 166, 198, 238, 268, 297, 358, 388
17, 62, 109, 125, 154, 167, 199, 239, 269, 298, 359, 389
18, 63, 110, 126, 155, 168, 200, 240, 270, 299, 360, 390
66
Окончание прил. 6
Номер варианта
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
00
Номера заданий
19, 64, 111, 127, 156, 169, 201, 241, 271, 300, 361, 391
20, 65, 112, 128, 157, 170, 202, 242, 272, 301, 362, 392
21, 66, 113, 129, 158, 171, 203, 243, 273, 302, 363, 393
22, 67, 114, 130, 159, 172, 204, 244, 274, 303, 364, 394
23, 68, 115, 131, 160, 173, 205, 245, 275, 304, 365, 395
24, 69, 116, 132, 161, 174, 206, 246, 276, 305, 366, 396
25, 70, 117, 133, 162, 175, 207, 247, 277, 306, 367, 397
26, 71, 118, 134, 163, 176, 208, 248, 278, 307, 368, 398
27, 72, 119, 135, 164, 177, 209, 249, 279, 308, 369, 399
28, 73, 120, 121, 165, 178, 210, 250, 280, 309, 370, 400
29, 74, 91, 122, 136, 179, 182, 223, 252, 310, 342, 373
30, 75, 95, 123, 137, 180, 183, 224, 253, 311, 343, 374
1, 76, 96, 124, 139, 184, 211, 225, 254, 312, 344, 375
2, 77, 97, 125, 140, 185, 212, 226, 255, 313, 345, 376
3, 78, 98, 126, 141, 186, 213, 227, 256, 314, 346, 377
4, 79, 99, 127, 142, 187, 214, 228, 257, 315, 347, 378
5, 80, 100, 128, 143, 188, 215, 229, 258, 316, 348, 379
6, 81, 101, 129, 144, 189, 216, 230, 259, 317, 349, 380
7, 82, 102, 130, 145, 190, 217, 231, 260, 318, 350, 381
8, 83, 103, 131, 146, 191, 218, 232, 261, 319, 351, 382
9, 84, 104, 132, 147, 192, 219, 233, 262, 320, 352, 383
10, 85, 105, 133, 148, 193, 220, 234, 263, 321, 353, 384
67
Учебное издание
Артемьева Елена Петровна
Михалева Елена Витальевна
Соколов Виктор Николаевич
Химия
Сборник контрольных заданий
для студентов-заочников ускоренной формы обучения
всех инженерно-технических специальностей
Редактор С. В. Пилюгина
Подписано в печать 01.04.11.Формат 60х84/16
Бумага офсетная. Усл. печ. л. 4,0
Тираж 200 экз. Заказ № 598
Издательство УрГУПС
620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66