МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

з курсу "Хімія"

для студентів заочної дистанційної форми навчання технологічних спеціальностей (ШВ, ВВ)

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Загальні вказівки

Вища освіта є кінцевою ланкою в системі народної освіти і забезпечує підготовку фахівців вищої кваліфікації для різних галузей народного господарства і культури на основі сучасних досягнень науки і техніки. Вища освіта і наука – продуктивна сила нашого суспільства – являють собою нерозривну органічну єдність. Без застосування досяг­нень науки, зокрема хімії, неможливий розвиток промисловості і сіль­ського господарства.

Інженер будь-якої спеціальності повинен мати достатні знання в галузі хімії. Вивчення курсу хімії сприяє розвитку логічного мис­лення, дозволяє одержати сучасне уявлення про матерію і форми її ру­ху, про речовину як одну з форм матерії, про механізм перетворення хімічних сполук.

Мета даних методичних вказівок – надання допомоги студентам-заочникам у самостійній роботі з навчальною літературою, в оволодінні науково-теоретичними і практичними знаннями з курсу "Хімія". Основна задача курсу – сприяння майбутнім фахівцям міцно засвоїти основні закони і теорії хімії і оволодіти технікою хімічних розрахунків, виробити навички самостійного виконання хіміч­них експериментів і узагальнення фактів. Знання курсу хімії потрібне для успішного вивчення загальнонаукових, загальноінженерних і профі­люючих дисциплін.

Студенти вивчають курс хімії протягом першого (або другого) семестру навчання на настановчих лекціях, у ході самостійної роботи над підручниками і методичними посібниками та при виконанні письмового домашнього контрольного завдання. Після цього студенти здають екзамен (залік) з курсу.

Для надання методичної допомоги в міжсессійний період проводяться індивідуальні консультації, перед екзаменом (заліком) – групові консультації.

На настановчих лекціях обговорюються найважливіші питання програми і методика їх вивчення. Варто врахувати, що ці лекції охоплюють тільки окремі розділи курсу. Вивчати курс рекомендується по темах, попередньо ознайомившись зі змістом кожної із них по робочій програмі. Треба пам’ятати, що послідовність розташування матеріалу в робочій програмі не завжди збігається з порядком викладання його в підручнику.

Письмове контрольне завдання виконується студентом самостійно і висилається в інститут у терміни, визначені навчальним графіком. Правильно оформлене контрольне завдання повинно містити: номер варіанту (вибір варіанту – див. нижче), умови і рішення задач, включаючи рівняння хімічних реакцій і всі математичні перетворення, стислі відповіді на теоретичні питання; список використаної літератури; особистий підпис і дату відправлення завдання в інститут.

Після перевірки викладачем контрольного завдання студент допускається до співбесіди або робота повертається для внесення виправлень. Залік контрольного завдання (і виправлень) проводиться після співбесіди студента з викладачем у терміни, установлені навчальною частиною інституту.

 по бать­кові. Наприклад:

На перетині букви і цифри знаходиться номер завдання. Так, з ключової алфавітної таблиці:

на перетині "1"(горизонтальний рядок цифр) та "С"(вертикальний стовпчик літер) знаходимо – № 21; 2/А – № 25; 3/Є – № 55 і т.д.

По контрольній роботі Саєнко Ольга Василівна повинна виконати такі номери завдань (у таблиці виділено): 21, 25, 55, 89, 114, 135, 152, 171, 193, 237, 250.

Ключова алфавітна таблиця до контрольної роботи

ЛІТЕРАТУРА ОСНОВНА

1. Корчинський Г.А. Хімія. – Вінниця, 2002. –525с.

2. Телегус В.С. та ін. Основи загальної хімії. –Львів: Світ, 2000. –424с.

3. Григор’єва В.В., Самійленко В.М., Сич А.М. Загальна хімія.–К.: Вища шк., 1991. –431с.

4. Гольбрайх З.Е., Маслов Е.И. Сборник задач и упражнений по химии. – М.: Высш. школа, 1997. –384с.

ЛІТЕРАТУРА ДОДАТКОВА

1. Глинка Н.Л. Общая химия.– Л.: Химия, 1988. –702с.

2. Хомченко І.Г. Загальна хімія./Пер. з рос. М.Д.Михайлової.– К.: Вища шк., 1993.– 424с.

3. Романцева Л.М., Лещинская З.Л., Суханова В.А. Сборник задач и упражнений по общей химии.– М.: Высш. шк., 1991.– 288с.

4. Каличак Я.М., Кінжибало В.В. та ін. Хімія. Задачі, вправи, тести.–Львів: Світ, 2001. –289с.

НЕОБХІДНІ ФОРМУЛИ ТА СПІВВІДНОШЕННЯ, ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ ТА КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

ТЕМА 1. Квантовомеханічний підхід до опису будови атомів і періодичний закон.

Необхідні формули та співвідношення

1) Маса частинки, що рухається, з її довжиною хвилі зв’язана співвідношенням:

 = h/mv,

де  – довжина хвилі, м;

v – швидкість частинки, м/с;

m – маса частинки, кг;

h – стала Планка, 6,6262·10–34Джс.

2) Довжина хвилі і частота коливань рентгенівського випромінювання елементу зв’язані співвідношеннями:

с /  = ; с /  = К(Z – а)

де с – швидкість світла, 3·108м/с;

 – довжина хвилі випромінювання, м;

 – частота випромінювання, с–1;

Z – порядковий номер елементу;

К та а – константи, причому, для Ка а = 1.

3) Енергія іонізації атому елементу (еВ/атом) чисельно дорівнює його іонізаційному потенціалу, вираженому в вольтах, причому, 1еВ = 1,602·10–19Дж.

4) Електронегативність (ЕН) визначають як арифметичну суму енергії іонізації (ЕІ)та енергії спорідненості до електрону (ЕСЕ):

ЕН = ЕІ + ЕСЕ.

За одиницю відносної ЕН прийнято електронегативність літію (ЕН = 536,0кДж/моль).

5) Згідно з законом збереження маси в ядерних реакціях сума мас вихідних речовин дорівнює сумі мас продуктів реакції з врахуванням так званого дефекту маси m:

Мвих = Мпрод + m

Співвідношення між дефектом маси (m, а.о.м.) та енергетичним ефектом ядерної реакції (Е, МеВ): Е = 931m.

6) Число атомів радіоактивного ізотопу (Nt), що лишається через деякий час t, розраховується за формулою

,

де N0 – початкова кількість атомів;

Т1/2 – період напіврозпаду.

Тому маса радіоактивного ізотопу (mt), що залишається через деякий час t , дорівнює

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу барію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Відповідь.

Масове число найбільш розповсюдженого ізотопу визначається закругленням атомної маси елементу (з періодичної таблиці) до цілого числа. Отже, найбільш розповсюджений ізотоп барію . Ядро цього ізотопу налічує 137 нуклонів (протонів і нейтронів), з них 56 протонів (відповідає порядковому номеру елементу в періодичній системі) та (137 – 56) = 81 нейтрон. Електронні оболонки містять 56 електронів.

Електронна формула атому барію:

1s22s22р63s23р63d104s24р64d105s25р66s2 .

Валентними є лише електрони зовнішнього рівня, тобто 6s2-електрони.

Приклад 2. Швидкість руху електрону дорівнює 2·108м/с. Розрахувати довжину хвилі електрону.

Відповідь.

Маса частинки, що рухається, з її довжиною хвилі зв’язана співвідношенням:

 = h/mv,

де  – довжина хвилі, м;

v – швидкість частинки, м/с;

m – маса частинки, кг;

h – стала Планка, 6,6262·10–34Джс.

Маса електрону складає 9,108·10–31кг;

довжина хвилі електрону дорівнює:

 = h/mv = 6,6262·10–34 /(9,108·10–31· 2·108) = 3,64·10–12м.

Приклад 3. Період напіврозпаду радіоізотопу складає 14 діб. Скільки атомів цього радіоізотопу розпадається за добу, якщо початкове число атомів складає 1020? Скільки процентів атомів радіоізотопу лишиться нерозкладеним?

Відповідь.

Число атомів радіоактивного ізотопу (Nt), що лишається через деякий час t, розраховується за формулою:

,

де N0 – початкова кількість атомів;

Т1/2 – період напіврозпаду.

Через одну добу нерозкладеним лишиться:

Nt = 1020· 2–(1/14) = 1020· 0,952 = 9,52·1019атомів, або (100·9,52·1019)/1020 = 95,2%.

Отже, розпалося за добу

1020 – 9,52·1019 = 0,48·1019атомів.

Література: 1, с.19-47; [2], с.162-205; [3], с.21-61; [4], с.70-81.

Контрольні завдання

1. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу молібдену, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Маса фотона дорівнює масі електрона (9,108·10–31 кг). Яка довжина хвилі відповідає цьому фотону?

2. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу германію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Маса нейтрона 1,675·10–27 кг, а швидкість руху його 4·102м/c. Визначте довжину хвилі де Бройля.

3. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу технецію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Маса -частинки 6,644·10–27 кг. З якою швидкістюю рухаєтьсяся ця -частннка, якщо довжина хвилі де Бройля для неї дорівнює 2·10–12 м?

4. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюджених ізотопів гелію та флуору, написати електронні формули їх атомів, підкреслити валентні електрони.

Розрахуйте довжину хвилі де Бройля для молекул гелію та фтору, що рухаються зі швидкістю 500 м/с.

5. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу купруму, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Знаючи, що довжина  хвилі рентгенівського випромінювання Ка купруму дорівнює 1,541·10–10 м, обчисліть порядковий номер і вкажіть елемент, для якого довжина хвилі рентгенів­ського випромінювання Ка дорівнює 1,931·10–10 м.

6. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу мангану, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Знаючи, що довжина  хвилі рентгенівського випромінювання Ка мангану дорівнює 2,13·10–10 м, обчисліть порядковий номер і вкажіть елемент, для якого довжина хвилі рентгенів­ського випромінювання Ка дорівнює 3,35·10–10 м.

7. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу кобальту, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Визначте довжину хвилі коливань рентгенівського випромінювання кобальтового аноду, якщо частота коливань рентгенівських променів, що випромінює ванадієвий анод, дорівнює 1,21·1018 Гц.

8. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу алюмінію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Розрахуйте енергію іонізації алюмінію (кДж/моль), що відповідає відриву третього електрону, якщо третій потенціал іонизації алюмінію дорівнює 28,44В.

9. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу йоду, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Відносна електронегативність йоду дорівнює 2,5, а його іонізаційний потенціал 10,45В. Визначте спорідненість йоду до електрону (кДж/моль).

10. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу карбону, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Обчислити відносну електронегативність карбону, якщо перший іонізаційний потенціал карбону дорівнює 11,26В, а його спорідненість до електрону 1,12еВ.

11. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу хлору, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

В природній суміші хлору на 1 атом нестабільного ізотопу 37Сl приходиться приблизно 3 атоми стабіль­ного ізотопу 35Cl. Яка відносна атомна маca хлору, якщо точні масові числа ізотопів: 37Сl = 36,965895, 35Cl = 34,968854?

12. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу рубідію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Відносна атомна маса рубідію дорівнює 85,47. Природна суміш рубідію складається з стабільного ізотопу 85Rb та радіоактивного ізотопу 87Rb. Скільки процентів кожного ізотопу міститься в природній суміші рубідію, якщо точні масові числа ізотопів: 85Rb = 84,911710,
87Rb = 86,909180?

13. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу азоту, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Энергетичний эфект ядерної реакції дорівнює –1,26 МеВ. Обчисліть точне масове число 14N, якщо відомі точні масові числа інших ізотопів, що приймають участь в ядерній реакції: 4He = 4,002603; 1H = 1,007825; 17O = 16,999133.

14. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу ксенону, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Розрахувати енергетичний эфект ядерної реакції , якщо відомі точні масові числа всіх ізотопів, що приймають участь в ядерній реакції: 3Т = 3,01604; 4Не = 4,002603; 2D =
= 2,014102; 1n = 1,008665.

15. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу силіцію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Зразок чистого вуглецю 0,250 г містить 15 % радіоактивного ізотопу 14С, період напіврозпаду якого дорівнює 5470 років. Який буде процентний вміст в зразку ізотопу 14С через 100 років?

16. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу радію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Перший міжнародний еталон радію було виготов­лено Марією Кюрі (1911), він містив 16,74·10–3 г чистого радію-226. Яка маса радію містилась в цьому еталоні в 2000 році? Період напіврозпаду радію-226 дорівнює 1617 років.

17. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу рутенію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Маса фотона дорівнює масі електрона (9,108·10–31 кг). Яка довжина хвилі відповідає цьому фотону?

18. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу цирконію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Маса нейтрона 1,675·10–27 кг, а швидкість руху його 4·102м/c. Визначте довжину хвилі де Бройля.

19. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу бісмуту, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Маса  - частинки 6,644·10–27 кг. З якою швидкістюю рухаєтьсяся ця -частннка, якщо довжина хвилі де Бройля для неї дорівнює 2·10–12 м?

20. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюджених ізотопів берилію та оксигену, написати електронні формули їх атомів, підкреслити валентні електрони.

Розрахуйте довжину хвилі де Бройля для молекул гелію та фтору, що рухаються зі швидкістю 500 м/с.

21. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу аргентуму, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Знаючи, що довжина  хвилі рентгенівського випромінювання Ка купруму дорівнює 1,541·10–10 м, обчисліть порядковий номер і вкажіть елемент, для якого довжина хвилі рентгенів­ського випромінювання Ка дорівнює 1,931·10–10 м.

22. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу кадмію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Знаючи, що довжина  хвилі рентгенівського випромінювання Ка мангану дорівнює 2,13·10–10 м, обчисліть порядковий номер і вкажіть елемент, для якого довжина хвилі рентгенів­ського випромінювання Ка дорівнює 3,35·10–10 м.

23. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу ніколу, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Визначте довжину хвилі коливань рентгенівського випромінювання кобальтового аноду, якщо частота коливань рентгенівських променів, що випромінює ванадієвий ано­д, дорівнює 1,21·1018 Гц.

24. Визначити склад ядра (кількість протонів, нейтронів) та число електронів найбільш розповсюдженого ізотопу галію, написати електронну формулу його атому, підкреслити валентні електрони.

Розрахуйте енергію іонізації алюмінію (кДж/моль), що відповідає відриву третього електрону, якщо третій потенціал іонизації алюмінію дорівнює 28,44В.

ТЕМА 2. ХІМІЧНИЙ ЗВ’ЯЗОК ТА будовА молекул.

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Обчислити довжину зв’язку в молекулі ІСl, якщо між’ядерні відстані в молекулах І2 та Сl2 відповідно складають (м): 2,67·10–10; 1,99·10–10.

Відповідь.

Обчислити довжину зв’язку І–Сl можна, розрахувавши ковалентні радіуси йоду та хлору, виходячи з довжини зв’язків І–І і Сl–Сl:

RІ = 1/2dІ–І = 2,67·10–10/2 = 1,335·10–10м;

RСl = 1/2dСl–Сl = 1,99·10–10/2 = 0,995·10–10м.

Тоді dС–Сl = 1,335·10–10 + 0,995·10–10 = 2,33·10–10м.

Приклад 2. Константа кристалічної решітки КСl дорівнює 3,16·10–10 м. Визначте іонний радіус К+, якщо радіус іону Сl– складає 1,811·10–10м.

Відповідь.

Радіус іону К+ в кристалі КСl можна розрахувати як різницю константи кристалічної решітки КСl та радіусу иону Сl– :

R(К+) = ККСl – R(Сl–) = 3,16·10–10 – 1,811·10–10 = 1,349·10–10м.

Приклад 3. Описати будову молекули ВеF2 з позицій методу валентних зв’язків.

Відповідь.

Електронно-графічні формули берилію та флуору:

4Ве 1s22s22р0, або

9F 1s22s22р5, або

Для утворення двох зв’язків необхідне попереднє збудження s-електрону берилію з наступною sр-гібридизацією:

Такий тип гібридизації відповідає лінійній просторовій будові з валентним кутом 180° і утворенням двох ординарних -зв’язків Ве–F.

Література: 1, с.68-96; [2], с.220-254; [3], с.62-100; [4], с.82-99.

Контрольні завдання

25. Ковалентний радіус атому брому 1,14·10–10 м. Розрахувати приблизні ядерні відстані в моле­кулах брому та бромоводню, якщо ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м.

Описати будову молекули НВr з позицій методу валентних зв’язків.

26. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус флуору, якщо між’ядерна відстань в молекулі НF дорівнює dН–F = 0,92·10–10 м.

Описати будову молекули НF з позицій методу валентних зв’язків.

27. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10м. Обчислити ковалентний радіус атому хлору, якщо між’ядерна відстань в молекулі НСl дорівнює dН–Сl = 1,28·10–10 м.

Описати будову молекули НСl з позицій методу валентних зв’язків.

28. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус атому йоду, якщо між’ядерна відстань в молекулі НІ дорівнює dН–І = 1,62·10–10 м.

Описати будову молекули НІ з позицій методу валентних зв’язків.

29. Обчислити довжину зв’язку С–Сl в ССl4 за такими даними: довжина зв’язків С–С і Сl–Сl дорівнюють 1,54·10–10 та 1,99·10–10м.

Описати будову молекули ССl4 з позицій методу валентних зв’язків.

30. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус атому карбону, якщо довжина зв’язку С–Н дорівнює 1,09·10–10 м.

Описати будову молекули СН4 з позицій методу валентних зв’язків.

31. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус атому сульфуру, якщо довжина зв’язку Н–S дорівнює dН–S = 1,33·10–10 м.

Описати будову молекули Н2S з позицій методу валентних зв’язків.

32. Довжина зв’язку С–С дорівнює 1,54·10–10 м. Чому дорівнює довжина зв’язку С–Н в СН4, якщо між’ядерна відстань в молекулі Н2 складає 0,741·10–10 м?

Описати будову молекули С2Н4 з позицій методу валентних зв’язків.

33. Довжина зв’язку S–S дорівнює 1,92·10–10 м. Чому дорівнює довжина зв’язку Н–S в H2S, якщо між’ядерна відстань в молекулі Н2 складає 0,741·10–10 м?

Описати будову молекули SО3 з позицій методу валентних зв’язків.

34. Обчислити довжину зв’язку Н–О в Н2О, якщо між’ядерні відстані в молекулах Н2 та О2 складають (м): 0,74·10–10; 1,20·10–10.

Описати будову молекули Н2О з позицій методу валентних зв’язків.

35. Обчислити довжину зв’язку Н–N в NН3, якщо між’ядерні відстані в молекулах Н2 та N2 відповідно складають(м): 0,74·10–10; 1,09·10–10.

Описати будову молекули NН3 з позицій методу валентних зв’язків.

36. Зробити приблизну оцінку довжини зв’язку в молекулі NО, якщо між’ядерні відстані в молекулах N2 та О2 відповідно дорівнюють (м): l,09·10–10; 1,20·10–10.

Описати будову молекули NО з позицій методу валентних зв’язків.

37. Зробити приблизну оцінку довжини зв’язку в молекулі SO, якщо між’ядерні відстані в моле­кулах О2 та S2 відповідно дорівнюють (м): 1,20·10–10; 1,92·10–10.

Описати будову молекули SО з позицій методу валентних зв’язків.

38. Ефективні радіуси іонів Zn2+ и S2– відповідно дорівнюють (м): 0,831·10–10 та 1,82·10–10. Обчислити константу решітки кристалічного сульфиду цинку.

Описати будову молекули SО2 з позицій методу валентних зв’язків.

39. Розрахувати ефективний радіус іону натрію в кристалі NaF, якщо константа решітки NaF дорівнює 2,31·10–10 м, радіус иону F– складає 1,33·10–10 м.

Описати будову молекули ВF3 з позицій методу валентних зв’язків.

40. Константа кристалічної решітки КВr дорівнює 3,29·10–10 м. Визначити іонний радіус Вr–, якщо радіус іону К+ складає 1,33·10–10м.

Описати будову молекули Вr2 з позицій методу валентних зв’язків.

41. Ковалентний радіус атому брому 1,14·10–10 м. Розрахувати приблизні ядерні відстані в моле­кулах брому та бромоводню, якщо ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м.

Описати будову молекули ВеВr2 з позицій методу валентних зв’язків.

42. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус флуору, якщо між’ядерна відстань в молекулі НF дорівнює dН–F = 0,92·10–10 м.

Описати будову молекули Н2О з позицій методу валентних зв’язків.

43. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10м. Обчислити ковалентний радіус атому хлору, якщо між’ядерна відстань в молекулі НСl дорівнює dН–Сl = 1,28·10–10 м.

Описати будову молекули ВСl3 з позицій методу валентних зв’язків.

44. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус атому йоду, якщо між’ядерна відстань в молекулі НІ дорівнює dН–І = 1,62·10–10 м.

Описати будову молекули МgІ2 з позицій методу валентних зв’язків.

45. Обчислити довжину зв’язку С–Сl в ССl4 за такими даними: довжина зв’язків С–С і Сl–Сl дорівнюють відповідно 1,54·10–10 та 1,99·10–10м.

Описати будову молекули СІ4 з позицій методу валентних зв’язків.

46. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус атому карбону, якщо довжина зв’язку С–Н дорівнює 1,09·10–10 м.

Описати будову молекули С2Н4 з позицій методу валентних зв’язків.

47. Ковалентний радіус атому гідрогену дорівнює 0,30·10–10 м. Обчислити ковалентний радіус атому сульфуру, якщо довжина зв’язку Н–S дорівнює dН–S = 1,33·10–10 м.

Описати будову молекули SО2 з позицій методу валентних зв’язків.

48. Довжина зв’язку С–С дорівнює 1,54·10–10 м. Чому дорівнює довжина зв’язку С–Н в СН4, якщо між’ядерна відстань в молекулі Н2 складає 0,741·10–10 м?

Описати будову молекули С2Н2 з позицій методу валентних зв’язків.

ТЕМА 3. класифікація та номенклатура неорганічних сполук

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Шматочок золота розчинили у "царській водці". До одержаного розчину прилили розчин NaOH до утворення осаду. Одержаний осад розчиняється в кислоті і в розчині лугу. Скласти рівняння реакцій цих перетворень, зробити висновок про хімічний характер одержаного осаду. Що утворюється при прожарюванні осаду?

Відповідь.

"Царська водка" – суміш концентрованих нітратної і хлоридної кислот.

Au + 3HNO3 + 3HCl  AuCl3 + 3NO2 + 3H2O

AuCl3 + 3NaOH  Au(OH)3 + 3NaCl

Одержали осад аурум(ІІІ) гідроксиду.

Au(OH)3 + 3HCl  AuCl3 + 3H2O , або:

Au(OH)3 + 4HCl  HAuCl4 + 3H2O

Au(OH)3 + KOH  KAu(OH)4

Au(OH)3 проявляє амфотерні властивості (розчиняється в кислотах і лугах).

Прожарювання:

2Au(OH)3  Au2O3 + 3H2O

Утворюється аурум(ІІІ) оксид.

Література: [2], с.381-388; 3, с.140-153; [4], с.5-24.

Контрольні завдання

49. Який основний компонент мінералу корунду? Охарактеризуйте його хімічний характер (рівняння реакцій) та наведіть схему перетворення у відповідний гідроксид.

50. Якою хімічною формулою можна виразити склад мінералу берилу? Напишіть цю формулу у вигляді солей та оксидів. До якого типу належить кожний з цих оксидів (проілюструйте рівняннями реакцій). Які коштовні камені утворюють різновиди цього мінералу?

51. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

NaH  Na  NaOH  Na2CO3  NaHCO3 Na2CO3  NaCl  Na

52. Які речовини зумовлють тимчасову твердість води? Напишіть їх формули, хімічні назви, дайте визначення класу сполук, до яких вони належать. Складіть рівняня реакцій за схемою:

СаО  Са(ОН)2  СаСО3  Са(НСО3)2  СО2

Які технічні назви мають перші три речовини?

53. Навести формулу свинцевого сурику у вигляді оксидів та солі. До якого типу оксидів належить кожний з оксидів свинцевого сурику? Написати рівняння реакцій перетворення РbО у відповідний гідроксид. Рівнянями реакцій довести хімічний характер цього гідроксиду.

54. Вольфрам одержують з мінералу шеєліту взаємодією його з хлоридною кислотою з утворенням вольфрамової кислоти, прожарюванням останньої з утворенням вольфрам(VІ) оксиду і, нарешті, відновленням оксиду воднем. Скласти відповідні рівняння реакцій. Як взаємодіє вольфрам(VІ) оксид з лугом?

55. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

56. До складу інсектициду входить натрій гідроарсеніт. Написати реакцію його одержання, формули орто- та метаарсенітної кислоти. Який оксид є ангідридом арсенітної кислоти? Скласти рівняння реакцій:

As2O3 + Ca(OH)2  ... ; As2O5 + Na2O  ...

57. Представити склад мінералу магнетиту Fe3O4 у вигляді двох оксидів. Рівнянями реакцій проілюструвати хімічний характер кожного з цих оксидів. Скласти рівняння реакцій:

Fe3O4 + H2SO4  ... ; Fe3O4 + CO  ...

58. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

59. Навести формули та хімічні назви основних компонентів фосфорних добрив: фосфористого борошна, суперфосфату, преципітату. Написати по одній реакції їх одержання. Написати формули фосфітної і метафосфатної кислот, а також ангідридів цих кислот.

60. У вологій атмосфері поверхня міді вкривається зеленкуватим нальотом основного карбонату міді. Скласти рівняння реакції цього процесу, назвати одержану сіль, скласти рівняння реакцій за схемою:

CuO  CuSO4  CuCl2  Cu(NO3)2  Cu(OH)NO3

61. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

62. Мінерал циркон має склад ZrSiO4. Представити його склад у вигляді оксидів. Охарактеризувати відношення кожного з цих оксидів до дії лугів і кислот (рівняння реакцій). Написати реакцію сплавлення SiO2 з содою. Назвати всі одержані сполуки.

63. Яка формула рідкого скла? Написати три реакції одержання цієї солі. Які речовини використовуються для добування скла? Які реакції проходять при варці скла? Дати хімічні назви всіх речовин.

64. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

65. Для надання склу зеленого кольору використовують добавки Cr2O3, а синього – СоО. Охарактеризувати хімічний характер кожного з цих оксидів (рівняння реакцій). Які гідроксиди відповідають цим оксидам? Які реакції відбуваються з цими оксидами при варці скла?

66. Скласти рівняння реакцій одержання: а) мідного купоросу; б) плавікової кислоти; в) натрієвої селітри; г) гашеного вапна; д) питної соди. Навести хімічні назви всіх речовин.

67. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

68. Борна кислота та бура широко використовуються в техніці та як дезинфікуючі засоби. Навести їх формули та хімічні назви. Скласти рівняння реакцій за схемою:

бор оксид  бор  борна кислота  бура

69. Хлорне вапно використовують як дезинфікуючий засіб і як відбілювач. Навести його хімічний склад, назву, реакцію добування. Написати формули таких кисневмісних сполук хлору : а) хлор(VII) оксид; б) калій хлорат; в) кальцій перхлорат; г) хлоритна кислота.

70. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

71. Яку формулу і хімічну назву має питна сода? Написати реакції прожарювання питної соди, її взаємодії з натрій гідроксидом та з сульфатною кислотою. Скласти рівняння реакцій:

CO2 + NaOH(недостача)  ... ; Na2CO3 + CO2 + Н2О  ...

72. Скласти рівняння реакцій наступних хімічних перетворень та навести назви всіх речовин, що беруть участь в реакціях:

ТЕМА 4. Основні поняття і закони хімії

Необхідні формули та співвідношення

Еквіваленти, закон еквівалентів.

Еквівалент – це кількість речовини, що сполучається з 1 моль атомів водню або заміщує таку кількість водню в хімічних реакціях (Е, моль-екв., екв.).

Еквівалентна маса – це маса 1 еквіваленту елементу або речовини (mE, г/моль-екв., г/екв.). Еквівалент та еквівалентна маса хімічного елементу розраховуються за формулами:

;

де А – атомна маса елементу, В – його валентність.

Наприклад, еквіваленти та еквівалентні маси гідрогену (водню) та оксигену (кисню) відповідно дорівнюють:

; ;

;

Еквівалент та еквівалентна маса маса речовини розраховуються за формулами:

;

де n – кількість складових частин в молекулі,

В – валентність складової частини,

М – молярна маса речовини.

Складовими частинами вважають:

в простих речовинах – атоми;

в оксидах – елемент, що утворює оксид та оксиген;

в кислотах – іони гідрогену та кислотного залишку;

в основах – іони металу та гідроксиду;

в солях – іони металу та кислотного залишку.

Еквівалентна маса складної речовини дорівнює сумі еквівалентних мас її складових частин.

Наприклад: ; ,

або:

Еквівалентний об’єм – це об’єм, який займає один еквівалент газу за нормальних умов (VE, л/моль-екв., л/екв.).

Наприклад, еквівалентний об’єм кисню та водню складають, відповідно:

;

Закон еквівалентів: маси (об’єми) реагуючих речовин прямо пропорційні їхнім еквівалентним масам (об’ємам):

.

Газові закони.

Закон Авогадро: у рівних об’ємах будь-яких газів за однакових умов міститься однакова кількість молекул.

1 моль газу (22,4 л за н.у.) завжди містить 6,02·1023 молекул (атомів).

Маси рівних об’ємів різних газів (m1, m2) за однакових умов відносяться одна до одної як їхні молекулярні маси:

;

Величину D називають відносною густиною першого газу за другим.

Об’єм 1 моль газу за нормальних умов (t0 = 0°С = 273К = Т0;

Р0 = 101,325кПа = 760мм рт.ст. = 1атм.) дорівнює 22,4 л – це мольний об’єм газу.

Рівняння газового стану (Клапейрона): ;

рівняння Мєндєлєєва-Клапейрона:

де P – тиск газу, Па ;

V – його об’єм, м3 ;

Т – абсолютна температура, К;

m – маса газу, кг (г);

М – молярна маса газу, кг/моль (г/моль);

R – газова стала, що дорівнює 8,314 Дж/(моль·К).

Значення газової сталої залежить від розмірності тиску та об’єму газу: V(л), Р(атм), R = 0,082; V(мл, см3), Р(мм рт.ст.), R = 624000.

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Визначити атомну масу двовалентного металу, якщо з 48,15 г цього оксиду можна одержати 88,65 г нітрату металу.

Відповідь.

За законом еквівалентів маси оксиду і нітрату металу прямо пропорційні їхнім еквівалентним масам:

З іншого боку, еквівалентна маса оксиду дорівнює сумі еквівалентних мас оксигену і металу: 

mE = mE(O) + mE(Me) = 8 + mE(Me),

де mE(O)=А/В=16/2=8 г/моль-екв.

Еквівалентна маса нітрату металу дорівнює сумі еквівалентних мас металу і кислотного залишку (NО3)1– : mE = mE(Ме) + mE(NO3) = mE(Ме) + 62.

За законом еквівалентів: .

Знаходимо: mE(Me) = 56,2 г/моль-екв.

Атомна маса металу дорівнює: A(Me) = mE·B = 56,2·2 = 112,4 (а.о.м.).

В Періодичній системі такій атомній масі відповідає елемент кадмій (Cd).

Приклад 2.

Сполука містить 92,31% вуглецю і 7,69% водню. Знайти істинну формулу сполуки, якщо густина її за киснем дорівнює 2,438.

Відповідь.

Формулу сполуки представимо у вигляді СxНy. Знайдемо співвідношення між числом атомів вуглецю (x) і водню (y) в молекулі діленням вмісту (, %) кожного елементу в молекулі на його атомну масу:

.

Отже, співвідношення між числом атомів вуглецю і водню у молекулі 1:1, тобто найпростіша формула сполуки СН.

Знайдемо дійсну молекулярну масу сполуки через її густину за киснем:

M = M(O2)·D(O2) = 32·2,438 = 78 г/моль.

Молярна маса СН дорівнює:

М(СН) = 12 + 1 = 13г/моль.

Кількість СН–груп в молекулі сполуки:

.

Отже, дійсна молекулярна формула сполуки С6Н6.

Приклад 3.

При взаємодії натрію з водою виділилося 1,3 л водню, який виміряли при 40°С і тиску

710 мм рт.ст. Визначити масу натрію, що прореагувала в хімічній реакції.

Відповідь.

Знайдемо об’єм водню (V0), що виділяється за нормальних умов: t0 = 0°С (Т0=273 К) та

Р0 = 760мм рт.ст. за співвідношенням:

,

де V1 = 1,3л; Р1 = 710мм рт.ст.; Т1 = 40+273 = 313К.

Рівняння реакції взаємодії натрію з водою:

2Na + 2H2O  2NaOH + H2

За коефіцієнтами в рівнянні реакції складаємо пропорцію:

з 2·23г Nа утворюється 22,4л Н2,

з х – " – " – 1,06л.

Тоді маса натрію, що вступила в реакцію x = 2,18г.

Література: [1], с.11-18; [2], с.18-48; [3], с.7-19; [4], с.25-48.

Контрольні завдання

73. Визначити еквівалентну і атомну масу двовалентного металу, якщо з 14,2г його оксиду утворюється 58,83г сульфату цього металу. Що це за метал?

74. Сполука містить 30,69% фосфору, 53,47% флуору і 15,84% оксигену. Знайти істинну формулу сполуки, якщо її густина за киснем дорівнює 3,156.

75. Для повного відновлення 1,59г оксиду металу до металу необхідно 478мл водню (при 7°С і 730мм рт.ст.). Розрахувати еквівалентну масу металу.

76. Хімічний елемент утворює газоподібну сполуку, маса 0,2моль якої 6,8г, а маса 1л водню за таких самих умов 0,09г. Визначити молекулярну масу газу, виходячи з його густини за воднем, атомну масу і назву елементу, враховуючи, що його вміст в цій сполуці 91,18%.

77. При пропусканні сірководню крізь розчин, що містить 3,68г хлориду деякого металу, утворюється 3,09г його сульфіду. Визначити атомну масу цього металу.

78. Яку масу карбонату магнію треба взяти, щоб отримати при його прожарюванні оксид карбону(IV), що займає при температурі 10°С і тиску 2,8·105Па об’єм 3,4л.

79. Оксид арсену містить 75,76% арсену. Густина пари оксиду за повітрям складає 13,65. Знайти істинну формулу цього оксиду. Яка буде його істинна формула, якщо при підвищенні температури густина його пари зменшиться в два рази ?

80. 0,934г металу витіснили з соляної кислоти 348мл водню (при 20°С і 750мм рт.ст.). Розрахувати еквівалентну масу металу.

81. Знайти істинну формулу речовини складу СхНуОz , що містить 64,86% карбону і 21,62% оксигену. При 30°С і 150кПа 148г пари цієї сполуки займають об’єм 33,59л.

82. Визначити еквіваленти і еквівалентні маси гідроксиду алюмінію в реакціях:

а) Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O;

б) Al(OH)3 + H2SO4 = Al(OH)SO4 + 2H2O;

в) Al(OH)3 + HNO3 = Al(OH)2NO3 + H2O.

83. Оксид металу у нижчому ступені окислення містить 22,56% оксигену, а у вищому ступені окислення – 50,48%. Визначити атомну масу металу і його назву.

84. З 3,0г хлорату калію KClO3 було одержано хлорид калію і 0,85л кисню, що виміряли при 15°С і тиску 0,96·105Па. Визначити масову частку домішок в хлораті калію.

85. Еквівалентна маса деякого елементу складає 12г/моль-екв. Розрахувати: а) масову частку оксигену, що міститься в оксиді цього елементу; б) об’єм водню, що треба для відновлення 5,25г цього оксиду.

86. Сполука сірки з фтором містить 62,8% сульфуру і 37,2% флуору. Маса 96л цієї сполуки у формі газу, виміряного при 5С і 730мм рт.ст., дорівнює 410,95г. Яка істинна формула сполуки ?

87. 4,52г металу витісняють з кислоти 1,55л водню (н.у.). Така ж маса металу витісняє 14,32г свинцю з розчину його солі. Визначити еквівалентну масу свинцю і його валентність.

88. Хімічний елемент утворює газоподібну сполуку, маса 0,05моль якої дорівнює 4г, а маса 1,5л кисню за тих самих умов – 2,143г. Визначити молекулярну масу цього газу, виходячи з його густини за киснем, атомну масу і назву елемента, якщо його вміст у сполуці складає 40%.

89. Визначити еквіваленти і еквівалентні маси ортофосфорної кислоти в реакціях одержання: а) ортофосфату калію; б) дигідроортофосфату калію; в) гідроортофосфату калію.

90. Маса 2л газоподібної сполуки за деяких умов дорівнює 4,51г, а маса такого ж об’єму повітря за тих самих умов – 2,59г. Визначити молекулярну формулу цього газу, виходячи з його густини за повітрям, атомну масу і назву елементу, що входить в цю сполуку, якщо його вміст в ній 70,3%.

91. Де міститься більше молекул: в 1л хлору при 23°С і 98500 Па або в 1л оксиду карбону(ІІ) при 55°С і 10600 Па ?

92. Визначити еквівалентну масу ортофосфорної кислоти, якщо при одержанні її солі деякого металу на 1г металу витрачається 1,635г кислоти, а 4г цього металу витісняють з кислоти стільки водню, скільки його витісняє 1,8г алюмінію, еквівалентна маса якого дорівнює 9г/моль-екв.

93. Який об’єм водню виділиться при 30°С і 780мм рт.ст. при взаємодії 3,5г цинку з соляною кислотою ?

94. Хром утворює два оксиди, масова частка хрому в яких відповідно дорівнює 68,42 і 52,00%. Розрахувати еквівалентні маси і еквіваленти хрому в цих оксидах, скласти їхні формули.

95. Знайти істинну формулу речовини, що містить 59,66% хлору, 26,89% сульфуру і оксиген. Густина пари цієї речовини за воднем складає 59,5.

96. Визначити еквівалентну масу і еквівалент ауруму, якщо 0,5г деякого металу витісняє з розчину хлориду ауруму(ІІІ) 1,01 г золота, а з сірчаної кислоти – 172,3мл водню, виміряного за н.у.

ТЕМА 5. енергетика хімічних процесів

Необхідні формули та співвідношення

1) Зміну будь-якої термодинамічної функції для процесу (реакції) можна розрахувати за рівнянням:

F0р-ції = (F0утв)прод – (F0утв)вих ,

де F = Н (ентальпія), кДж/моль; S (ентропія), Дж/моль·К або їG (ізобарно-ізотермічний потенціал), кДж/моль;

(F0утв)прод – табличне значення відповідної функції утворення продуктів реакції;

(F0утв)вих – табличне значення відповідної функції утворення вихідних речовин.

При розрахунках обов’язково враховуються коефіцієнти рівняння реакції.

2) Можливість самовільного перебігу реакції визначається умовою: G0р–ції < 0,

де G0р–ції = Н0р–ції – ТS0р–ції ,

Т – температура процесу (абсолютна шкала).

3) Температура термодинамічної рівноваги розраховується за рівнянням:

G0 = Н0 – ТS0 = 0, або Трівн  Н0 / S0.

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Довести за допомогою термодинамічних розрахунків, що за стандартних умов можливо одержати кухонну сіль за реакцією

NН4Сl(к) + NаОН(к)  NаСl(к) + Н2О(г) + NН3 (г) .

Стандартні ентальпії утворення (Н0утв) NН4Сl(к), NаОН(к), NаСl(к), Н2О(г) та NН3 (г) складають, відповідно, –315,4; –426,6; –410; –241,8 та –46,2 кДж/моль; ентропії утворення (S0утв) відповідних речовин дорівнюють 94,6; 64,2; 72,4; 188,7 та 192,5 Дж/моль·К. Яка мінімальна температура (°С) дозволяє здійснити процес?

Відповідь.

Можливість самовільного перебігу реакції визначається умовою G0р–ції < 0.

Ентальпія реакції дорівнює:

Н0р–ції = Н0утв(NаСl(к)) + Н0утв(Н2О(г)) + Н0утв(NН3 (г)) –– [Н0утв(NН4Сl(к)) + Н0утв(NаОН(к))] =

= (–410) + (–241,8) + (–46,2) – [(–315,4) + (–426,6)] = +44,0 кДж;

Ентропія реакції дорівнює:

S0р–ції = S0утв(NаСl(к)) + S0утв(Н2О(г)) + S0утв(NН3 (г)) –– [S0утв(NН4Сl(к)) + S0утв(NаОН(к))] =

= 72,4 + 188,7 + 192,5 – (94,6 + 64,2) = 294,8 Дж/К.

Таким чином:

G0р–ції = Н0р–ції – ТS0р–ції = 44,0 – 298·0,2948 = –43,85 кДж

G0р–ції < 0, отже, за стандартних умов реакція можлива.

Температура термодинамічної рівноваги розраховується за рівнянням:

G0 = Н0 – ТS0 = 0, тобто Трівн  Н0 / S0.

Трівн  44000/294,8 = 149К, або –124°С. Це мінімальна температура, що дозволяє здійснити процес. Нижче цієї температури самовільний перебіг реакції стає неможливим.

Література: [1], с.130-148; 2, с.51-63; [3], с.104-113; [4], с.104-128.

Контрольні завдання

97. Зразок бензину складається з 25% С6Н14 та 75% С7Н16. Стандартні ентальпії утворення (Н0утв) цих вуглеводнів відповідно дорівнюють –167,4 та –188,1кДж/моль. Яка кількість теплоти виділиться при згорянні 1кг вказаного зразку бензину (воду в продуктах згоряння вважати газуватою). Н0утв для О2, СО2 та Н2О(г) складають, відповідно, 0; –393,5 та –241,8кДж/моль.

98. Підраховано, що з СО2 повітря щорічно фотосинтезом засвоюється приблизно 1,75·1011т С (карбону). Яка кількість енергії (кДж) при цьому зв’язується, якщо фотохімічний процес представити рівнянням:

6СО2 + 6Н2О  (світло, хлорофіл)  С6Н12О6 + 6О2; Н0 = +2824кДж.

Скільки тон кам’яного вугілля з теплотою згоряння 29000кДж/кг треба спалити для одержання такої ж кількості тепла?

99. Розклад гримучої ртуті при вибухах відбувається за рівнянням:

Нg(ОNС)2 = Нg + 2СО + N2;

Визначити об’єм газів (н.у.) та кількість теплоти, що виділяється під час вибуху 1,5кг Нg(ОNС)2, якщо стандартні ентальпії утворення (Н0утв) Нg(ОNС)2 та СО складають, відповідно, +143,2 та
–110,5кДж/моль.

100. Обчислити кількість теплоти, що виділяється при згорянні 20л диборану (н.у.), якщо стандартні ентальпії утворення (Н0утв) В2О3(к), Н2О(г) та В2Н6(г) складають, відповідно, –1264; –241,8 та +31,4кДж/моль. Чи доцільно використовувати диборан, як паливо замість етану, теплотворна здатність якого складає 16600ккал/м3 (1кал = 4,18Дж)?

101. Довести за допомогою термодинамічних розрахунків, що за стандартних умов неможливо одержати алмаз за реакцією

СН4(г)  Салм + 2Н2(г) .

Стандартні ентальпії утворення (Н0утв) метану, алмазу та водню складають, відповідно,
–74,85; 1,90 та 0,00кДж/моль; ентропії утворення (S0утв) відповідних речовин дорівнюють 186,19; 2,38 та 130,6Дж/моль·К. Яка мінімальна температура (°С) необхідна для здійснення процесу?

102. Як відомо, негашене вапно видобувають з вапняку за реакцією

СаСО3 (к) = СаО(к) + СО2 (г) .

Обчислити G0 реакції для 25, 300, 700 та 1000°С (залежністю Н0 та S0 від температури знехтувати). Побудувати графік залежності G0 від температури та за графіком визначити температуру, вище якої ця реакція може відбуватися самовільно. Стандартні ентальпії Н0, кДж/моль, (ентропії S0, Дж/моль·К) утворення вапняку, негашеного вапна та вуглекислого газу складають, відповідно, –1207,0 (88,7); –635,5 (39,7) та –393,5 (213,7).

103. Під час грози, як відомо, в повітрі утворюються оксиди азоту за реакцією

N2 (г) + О2 (г) = 2NО (г).

Обчислити G0 реакції для 25, 2000, 5000 та 9000°С (залежністю Н0 та S0 від температури знехтувати). Побудувати графік залежності G0 від температури та за графіком визначити температуру, вище якої ця реакція може відбуватися самовільно. Стандартна ентальпія утворення оксиду азоту(ІІ) Н0(NО) = +90,3кДж/моль, ентропії утворення (S0) азоту, кисню та NО складають, відповідно 191,5; 205,0 та 210,6Дж/моль·К.

104. "Терміт" – суміш для алюмотермічної зварки частин стальних виробів (наприклад, трамвайних рейок) містить алюміній та змішаний оксид заліза Fе3О4 , які взаємодіють за реакцією:

8Аl(к) + 3Fе3О4 (к) = 9Fе(к) + 4Аl2О3 (к) .

Обчислити температурний інтервал, в якому ця реакція може бути здійснена. Стандартні ентальпії утворення (Н0) Fе3О4 (к) та Аl2О3 (к) складають –1117,1 та –1676,0кДж/моль, ентропії утворення (S0) Аl(к), Fе3О4(к), Fе(к) та Аl2О3(к) дорівнюють, відповідно 28,3; 146,2; 27,2 та 50,9Дж/моль·К.

105. Окислення аміаку відбувається за рівнянням

4NН3 (г) + 3О2 = 2N2 + 6Н2О(р); Н0 = –1528кДж.

Визначити стандартну ентальпію утворення NН3 (г) та NН3·Н2О, якщо ентальпія розчинення NН3 (г) в воді дорівнює –34,65кДж, а ентальпія утворення Н2О(р) складає –285,8кДж/моль.

106. Обчислити стандартну ентальпію утворення сахарози С12Н22О11, якщо тепловий ефект реакції згоряння 1моль сахарози за схемою

С12Н22О11 + О2 = СО2 + Н2О(р)

дорівнює – 5694кДж. Н0утв СО2 та Н2О(р) складають, відповідно, –393,5 та –285,8кДж.

107. Розрахуйте Н0утв ZnSО4, якщо відомо, що

2ZnS + 3О2 = 2ZnО + 2SО2; Н0 = –890кДж;

2SО2 + О2 = 2SО3; Н0 = –196,6кДж;

ZnSО4 = 2ZnО + 2SО3; Н0 = +234кДж.

108. Стандартні ентальпії згоряння етану, метану та водню складають, відповідно, –1559,9; –890,3; –285,8кДж. Визначити Н0 реакції

С2Н6 (г) + Н2 (г) = 2СН4 (г).

109. Розклад гримучої ртуті (з вибухом) відбувається за рівнянням

Нg(ОNС)2 = Нg + 2СО + N2; Н0 = –364,2кДж.

Визначити об’єм газів та кількість теплоти, що виділяються під час вибуху 3,5кг Нg(ОNС)2.

110. Скільки треба витратити теплоти, щоби розкласти 200г Nа2СО3 до оксиду натрію та диоксиду карбону, якщо теплові ефекти реакцій дорівнюють:

Nа2СО3 + SіО2 = Nа2SіО3 + СО2 ; Н0 = +819,3кДж;

Nа2О + SіО2 = Nа2SіО3 ; Н0 = –243,5кДж.

111. Визначити можливість утворення оксиду феруму(ІІІ) при 1500°С за схемою

Fе(т) + О2 (г)  Fе2О3 (т),

якщо Н0утв(Fе2О3) = –824кДж/моль, а S0утв Fе(т) , О2 (г) та Fе2О3(т) складають, відповідно, 27, 205 та 87Дж/К·моль.

112. Визначити можливість утворення оксиду феруму(ІІІ) з простих речовин при 298К за такими даними:

2Fе(т) + О2 (г) = 2FеО(т) ; G0 = –490кДж;

4FеО(т) + О2 (г) = 2Fе2О3 (т) ; G0 = –504кДж.

113. Розрахувати при Т = 1230К стандартну енергію Гіббса реакції

2SО2 (г) + О2 (г) = 2SО3 (г) ,

для якої Н0 = –198кДж, S0 = –187Дж/К. Чи можливий самовільний перебіг цієї реакції за даних умов?

114. Розрахувати значення стандартної ентальпії реакції утворення оксиду феруму(ІІІ) з простих речовин за такими даними:

2Fе(т) + О2 (г) = 2FеО(т) ; Н0 = –532кДж;

4FеО(т) + О2 (г) = 2Fе2О3 (т) ; Н0 = –584кДж.

Яка це реакція, ендо- чи екзотермічна?

115. Обчислити зміну ентальпії реакції

Аl2О3 (т) + 3SО3 (г) = Аl2(SО4)3 (т)

за такими даними:

2Аl(т) + 3/2О2 (г) = Аl2О3 (т) ; Н0 = –1673,7кДж;

S(т) + 3/2О2 (г) = SО3 (г) ; Н0 = –394,8кДж;

2Аl(т) + 3S(т) + 6О2 (г) = Аl2(SО4)3 (т); Н0 = –3431,8кДж.

116. Зразок бензину складається з 25% С6Н14 та 75% С7Н16. Стандартні ентальпії утворення (Н0утв) цих вуглеводнів відповідно дорівнюють –167,4 та –188,1кДж/моль. Яка кількість теплоти виділиться при згорянні 3кг вказаного зразку бензину (воду в продуктах згоряння вважати газуватою). Н0утв для О2, СО2 та Н2О(г) складають, відповідно, 0; –393,5 та –241,8кДж/моль.

117. Обчислити кількість теплоти, що виділяється при згорянні 50л диборану (н.у.), якщо стандартні ентальпії утворення (Н0утв) В2О3(к), Н2О(г) та В2Н6(г) складають, відповідно, –1264;
–241,8 та +31,4кДж/моль. Чи доцільно використовувати диборан, як паливо замість етану, теплотворна здатність якого складає 16600ккал/м3 (1кал = 4,18Дж)?

118. Скільки треба витратити теплоти, щоби розкласти 1кг Nа2СО3 до оксиду натрію та диоксиду карбону, якщо теплові ефекти реакцій дорівнюють:

Nа2СО3 + SіО2 = Nа2SіО3 + СО2 ; Н0 = +819,3кДж;

Nа2О + SіО2 = Nа2SіО3 ; Н0 = –243,5кДж.

119. Розрахувати при Т = 750°С стандартну енергію Гіббса реакції

2SО2 (г) + О2 (г) = 2SО3 (г) ,

для якої Н0 = –198кДж, S0 = –187Дж/К. Чи можливий самовільний перебіг цієї реакції за даних умов?

120. Обчислити ентальпію переходу кисню в озон 3/2О2 (г) = О3 (г) за такими даними:

Аs2О3 (т) + О2 (г) = Аs2О5 (т) ; Н0 = –260,6кДж;

3Аs2О3 (т) + 2О3 (г) = 3Аs2О5 (т) ; Н0 = –1066,9кДж.

ТЕМА 6. Хімічна кінетика та рівновага

Необхідні формули та співвідношення

1) Залежність швидкості реакції (наприклад, А + 2В = С + 3D) від концентрацій реагуючих речовин за законом діючих мас визначається за рівняннями:

Vпрям = kпрям·СА·С2В; Vзвор = kзвор·СС·С3D,

де СА, СВ, СС, СD – концентрації реагуючих речовин, моль/л;

kпрям, kзвор – константи швидкості прямого та зворотного процесів.

2) Вплив температури на швидкість реакції визначається рівнянням ,

де t = (t2 – t1) – зростання температури;

 – температурний коефіцієнт швидкості, який показує, в скільки разів збільшується швидкість при зростанні температури на кожні 10°.

Час, за який закінчується реакція, оборотно пропорційний швидкості реакції (чим більше швидкість, тим менше часу треба для завершення реакції). Вплив температури на час закінчення реакції () буде визначатися рівнянням

3) Зміна енергії активації впливає на швидкість реакції через константу швидкості k.

Згідно рівняння Арреніуса

Якщо енергія активації реакції змінюється від Еа1 до Еа2, то:

; ;

Поділивши друге рівняння на перше, одержимо:

4) Якщо реакція відбувається при різних температурах, то:

 ;  ;

Поділивши друге рівняння на перше, одержимо:

;

Після логарифмування та перетворення одержуємо:

5) Для реакції nА + mВ ↔ рС + qD константа рівноваги дорівнює

де [А], [В], [С], [D] – рівноважні концентрації реагуючих речовин (за виключенням твердих реагентів).

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Розчинення зразку цинку в соляній кислоті при 30°С закінчується через 25 хвилин, а при 40°С такий же зразок металу розчиняється за 10 хвилин. За який час даний зразок заліза розчиниться при 45°С?

Відповідь.

Вплив температури на час закінчення реакції () визначається рівнянням

.

Підставивши в це рівняння дані для температур 30° та 40°, одержуємо значення температурного коефіцієнту реакції:

(40–30)/10 = 25/10, або  = 2,5.

Знаючи значення , розраховуємо час завершення реакції для температури 45° (відносно 40°):

(2,5)(45–40)/10 = 10/х , звідки х = 10/(2,5)0,5 = 6,3хв.

Приклад 2. Енергія активації деякої реакції у відсутності каталізатора дорівнює 95кДж/моль, а при його наявності енергія активації зменшується до значення 62кДж/моль.В скільки разів зростає швидкість реакції в присутності каталізатора, якщо реакція відбувається при 35°С?

Відповідь.

Зміна енергії активації впливає на швидкість реакції V через константу швидкості k. Якщо енергія активації реакції змінюється від Еа1 до Еа2, то:

.

Підставивши відповідні значення Еа1, Еа2, R, Т, одержуємо:

Отже, швидкість реакції збільшиться в 4·105 разів.

Приклад 3. Знайти константу рівноваги реакції СО2 + С(т) ↔ 2СО, якщо початкова концентрація СО2 складала 0,12моль/л, а до моменту рівноваги продисоціювало 35% СО2.

Відповідь. Для реакції СО2 + С(т) = 2СО константа рівноваги , оскільки концентрація С(т) не входить до виразу константи.

До моменту рівноваги продисоціювало 0,12·0,35 = 0,042моль/л СО2 .

Утворилося вдвічі більше СО , тобто 0,042·2 = 0,084моль/л.

Рівноважні концентрації складали: [СО2] = 0,12 – 0,042 = 0,078; [СО] = 0,084 (моль/л).

К = (0,084)2/0,078 = 0,090.

Література: [1], с.159-178; [2], с.64-83; [3], с.114-128; [4], с.129-137.

Контрольні завдання

121. Розклад N2О на поверхні золота при високих температурах відбувається за рівнянням 2N2О = 2N2 +О2. Константа швидкості реакції дорівнює 5·10–4л·моль–1·хв–1 при 1173К. Початкова концентрація N2О дорівнює 3,2моль/л. Визначити, як зміниться швидкість реакції при даній температурі в момент, коли в суміші утворилося 1,1моль/л кисню, відносно початкової швидкості.

122. Розчинення зразку заліза в сірчаній кислоті при 20°С закінчується через 15 хвилин, а при 30°С такий же зразок металу розчиняється за 6 хвилин. За який час даний зразок заліза розчиниться при 35°С?

123. Енергія активації деякої реакції у відсутності каталізатора дорівнює 80кДж/моль, а при його наявності енергія активації зменшується до значення 53кДж/моль. В скільки разів зростає швидкість реакції в присутності каталізатора, якщо реакція відбувається при 20°С?

124. Обчислити енергію активації реакції розкладу диоксиду нітрогену

2NО2 = 2NО + О2 ,

якщо константи швидкості цієї реакції при 600К та 640К відповідно дорівнюють 83,9 та 407,0л·моль–1·с–1.

125. Енергія активації реакції розкладу

N2О5 = N2О4 +1/2О2

дорівнює 103,5кДж/моль. Константа швидкості цієї реакції при 298К дорівнює 2,03·10–3с–1. Розрахувати константу швидкості реакції при 288К.

126. При деякій температурі константа рівноваги термічної дисоціації

N2О4  2NО2; К = 0,26.

Рівноважна концентрація NО2 дорівнює 0,28моль/л. Обчислити рівноважну та початкову концентрацію N2О4. Яка масова частка (в %) цієї речовини (N2О4) продисоціювала до моменту встановлення рівноваги?

127. При синтезі фосгену відбувається реакція

Сl2 + СО  СОСl2.

Визначити початкові концентрації хлору та оксиду карбону і масову частку виходу продукту реакції, якщо рівноважні концентрації складали (моль/л): [Сl2] = 2,5; [СО] = 1,8; [СОСl2] = 3,2.

128. При підвищенні температури від 0°С до 13°С швидкість деякої реакції зросла в 2,97 рази. Чому дорівнює енергія активації цієї реакції?

129. В 0,2М розчині фосфористої кислоти Н3РО3 рН = 1,30. Обчислити константу дисоціації Н3РО3, вважаючи, що другий протон не відщеплюється.

130. Реакція синтезу фосгену Сl2 + СО  СОСl2 відбувається в закритому посуді при сталій температурі; вихідні речовини взято в еквівалентних (1:1) кількостях. До моменту рівноваги лишається 50% початкової кількості СО. Визначити тиск рівноважної газової суміші, якщо початковий тиск складав 100кПа.

131. Для рекції Н2(г) + Вr2(г)  2НВr(г) при деякій температурі константа рівноваги К = 1. Визначити склад (в % за об’ємом) рівноважної реакційної суміші, якщо вихідна суміш складалася з 3моль Н2 та 2моль Вr2.

132. Знайти константу рівноваги реакції N2О4  2NО2 , якщо початкова концентрація N2О4 складала 0,08моль/л, а до моменту рівноваги продисоціювало 40% N2О4.

133. В 1л води під тиском розчинили 4,4г вуглекислого газу. Обчислити константу дисоціації К1 вугільної кислоти (врахувати тільки перший ступінь дисоціації), якщо розчин має рН = 3,7.

134. При охолодженні диоксиду азоту відбувається його димеризація за рівнянням

2NО2(г)  N2О4(г) .

Вихідна концентрація NО2 дорівнює 0,2моль/л, константа рівноваги при деякій температурі складає 0,5. Обчислити рівноважні концентрації реагуючих речовин.

135. При синтезі аміаку відбувається оборотний процес

N2 + 3Н2  2NН3 .

В який бік зміститься рівновага процесу, якщо вдвічі збільшити тиск в системі та одночасно підвищити температуру на 40°? Відповідь підтвердити розрахунком, вважаючи, що температурні коефіцієнти швидкості прямої та зворотної реакції дорівнюють 2 та 3.

136. В закритій посудині відбувається оборотний процес

О2(г) + 2Н2(г)  2Н2О(г) .

В який бік зміститься рівновага процесу, якщо втричі зменшити тиск в системі та одночасно підвищити температуру на 40°? Відповідь підтвердити розрахунком, вважаючи, що температурні коефіцієнти швидкості прямої та зворотної реакції дорівнюють 3 та 2.

137. При деякій температурі в системі

2NО2 (г)  2NО(г) + О2 (г); К = 12,8,

рівноважна концентрація О2 складала 0,2моль/л. Визначити початкову концентрацію реагента.

138. При Т=соnst розрахувати рівноважні концентрації газуватих речовин в системі

FеО(т) + СО(г)  Fе(т) + СО2 (г); К=0,6 ,

якщо початкова концентрація СО складала 0,16моль/л.

139. При Т=соnst розрахувати рівноважні концентрації всіх речовин в системі

РСl5 (г)  РСl3 (г) + Сl2 (г); К=0,04 ,

якщо початкова кількість РСl5 була 6моль, а об’єм реактора складає 5л.

140. Реакція відбувається згідно рівняння

2NО(г) + Сl2 (г) = 2NОСl(г) .

Концентрації вихідних речовин до початку реакції складали: [NО]=0,4; [Сl2]=0,3моль/л. Як зміниться швидкість реакції (порівняно з початковою) в момент, коли встигне прореагувати половина нітроген оксиду?

141. Температурний коефіцієнт швидкості однієї реакції дорівнює 3, другої – 4. При деякій температурі константа швидкості другої реакції в 3 рази вища константи швидкості першої. Наскільки слід підвищити температуру, щоби константа швидкості другої реакції в 5 разів перевищувала константи швидкості першої?

142. Енергія активації деякої реакції у відсутності каталізатора дорівнює 60кДж/моль, а при його наявності енергія активації зменшується до значення 33кДж/моль. В скільки разів зростає швидкість реакції в присутності каталізатора, якщо реакція відбувається при 20°С?

143. При синтезі аміаку відбувається оборотний процес

N2 + 3Н2  2NН3 .

В який бік зміститься рівновага процесу, якщо втричі збільшити тиск в системі та одночасно підвищити температуру на 50°? Відповідь підтвердити розрахунком, вважаючи, що температурні коефіцієнти швидкості прямої та зворотної реакції дорівнюють 2 та 3.

144. Знайти константу рівноваги реакції

N2О4  2NО2 ,

якщо початкова концентрація N2О4 складала 0,12моль/л, а до моменту рівноваги продисоціювало 30% N2О4.

ТЕМА 7. загальні властивості розчинів.

Необхідні формули та співвідношення

1) Способи вираження концентрації розчинів:

– Процентна концентрація розчину визначається за формулою:

,

де m – маса розчиненої речовини, г;

mрозч – маса розчину, г.

С% показує, скільки грамів розчиненої речовини міститься в 100г розчину.

– Молярна концентрація розчину розраховується за формулою:

,

де m – маса розчиненої речовини, г;

М – її молярна маса, г/моль;

V – об’єм розчину, мл.

СМ показує, скільки моль розчиненої речовини міститься в 1000мл розчину.

– Моляльна концентрація розчину визначається за формулою:

,

де m – маса розчиненої речовини, г;

М – її молярна маса, г/моль;

g – маса розчинника, г.

С показує, скільки моль розчиненої речовини міститься в 1000г розчинника.

2) Пониження температури кристалізації (замерзання) та підвищення температури кипіння розчинів неелектролітів порівняно з чистим розчинником розраховується за формулами:

; ;

де tкрист = t0крист – tкрист; tкип = tкип – t0кип ;

t0крист (t0кип) – температура замерзання (кипіння) розчинника (зокрема, води);

tкрист (tкип) – температура замерзання (кипіння) розчину;

КК (КЕ) – кріоскопічна (ебуліоскопічна) стала розчинника (для води 1,86° та 0,52°);

С – моляльна концентрація розчину;

і – ізотонічний коефіцієнт:

для неелектролітів і = 1; для електролітів і = (k – 1) + 1;

 – ступінь електролітичної дисоціації (0 <  < 1),

k – число іонів, що утворюється при дисоціації молекули електроліту,

наприклад, КСl (k = 2), Nа2SО4 (k = 3) і т.п.

 Приклади розв’язування задач

Приклад 1. При якій температурі закипить 40%-ний розчин цукру (С12Н22О11)?

Відповідь.

Підвищення температури кипіння розчину порівняно з розчинником дорівнює: ,

де tкип = tкип – t0кип ;

t0кип = 100°С (температура кипіння води);

tкип – температура кипіння розчину;

КЕ = 0,52° (ебуліоскопічна стала води).

100г 40%-ного розчину містять m = 40г цукру та g = 60г води.

М(С12Н22О11) = 342г/моль.

Тоді tкип = 0,52·40·1000/342·60 = 1,01°.

tкип = 100° + 1,01°  101°С.

Приклад 2. Обчислити молярну концентрацію 16%-ного розчину аміаку з густиною 0,936г/см3.

Відповідь.

Молярна концентрація розчину розраховується за формулою:

100г 16%-ного розчину містять m = 16г NН3·Н2О і мають об’єм

V = m/ = 100/0,936(мл). М(NН3·Н2О) = 35г/моль.

СМ((NН3·Н2О) = (16·1000)/[35·(100/0,936)] = 4,28моль/л.

Література: [1], с.204-214; [2], с.84-100; 3, с.158-172; [4], с.138-146.

Контрольні завдання

145. Гранична допустима концентрація фенолу у місцях водоко­ристування складає 0,001мг/л. Розрахувати, у скільки разів концентрація фенолу перебільшує гранично допустиму, якщо у водоймищі місткістю 105м3 зі стічними водами було скинуто 30кг фенолу?

146. Для приготування антифризу на 30л води взято 9л гліцерину С3Н5(ОН)3 (густ. 1,261г/см3). При якій мінімальній температурі повітря рідина в радіаторі машини не замерзне?

147. Визначити процентну концентрацію розчину соди, що застосовується для очистки парових котлів від накипу, якщо витрати соди складають 12кг на 1м3 води.

148. Обчислити кількість етиленгліколя С2Н4(ОН)2 , яку необхідно додати на кожний літр води для приготування антифризу, що дозволяє двигуну працювати при температурі повітря –15°С.

149. Який об’єм води знадобиться для розчинення 33,6·10–3м3 аміаку (умови нормальні), щоби одержати 25%-ний раствор аміачної води?

150. Визначити об’єм газу НВr (л, н.у.), який повністю поглинається 1л води з утворенням 12%-ного розчину бромоводневої кислоти.

151. 3000кг цукрових буряків, що містять 10% цукру, обробили 500л (0,5м3) гарячої води. Яка процентна концентрація одержаного сиропу, якщо ступінь вилучення цукру з буряків складає 80%?

152. Для дезинфекції приміщень під зберігання і переробку харчових продуктів застосовують розчин перманганату калію. Обчисліть процентну концентрацію розчину, що дезинфікує (густину розчину вважати за одиницю), якщо 9,48·10–3м3 його містять 0,006моль мангану?

153. Для соління огірків хазяйка використовує 6%-ний водний розчин кухонної солі. При якій температурі закипить цей розчин під час стерилізації продукту, якщо дисоціацію вважати повною?

154. Визначити об’єм газу NН3 (л, н.у.), який повністю поглинається 1л води з утворенням 25%-ного розчину аміаку.

155. Який об’єм 1%-ного розчину НРР (нафтова росто­ва речовина) з густиною 1,0г/см3 знадобиться для приско­рення росту 1000 курчат (середня вага 400г) при дозі 1мг НРР за добу на 1кг живої ваги?

156. У лабораторії є 2М розчин натрій хлориду. Визначте його об’єм, який потрібно взяти для приготування 300мл 10%-ного розчину NаСl з густиною 1,08г/см3.

157. Знайдіть процентну концентрацію розчину каль­цінованої соди Nа2СО3, що використовується для оприску­вання смородини від мучнистої роси, якщо його молярна концентрація 0,05моль/л (50моль/м3). Густина розчину 1,0г/см3.

158. У лабораторії є 3М розчин калій хлориду. Визначте його об’єм, який потрібно взяти для приготування 200мл 8%-ного розчину КСl з густиною 1,05г/см3.

159. Якої концентрації треба взяти розчин оцтової кислоти для розведення, щоби при допомозі 1500мл його знизити концентрацію 1000мл 4М розчину до 2М?

160. Визначити об’єм газу НВr (л, н.у.), який повністю поглинається 1л води з утворенням 20%-ного розчину бромоводневої кислоти.

161. Для одержання алюміній гідроксиду за обмінною реакцією використовують розчин алюміній сульфату. Визначте його еквівалентну концентрацію, якщо в 250мл розчину міститься 8,57г солі.

162. Визначити масу (г) перманганату калію, необхідну для приготування 0,5л 0,2н. розчину, який буде використано для вивчення окислювальних властивостей цієї речовини в кислотному середовищі.

163. Визначити, який об’єм води треба додати до 0,5л 40%-ного розчину NаОН з густиною 1,43г/см3 для приготування 10%-ного розчину.

164. Визначити об’єм газу НСl (л, н.у.), який повністю поглинається 1л води з утворенням 36%-ного розчину хлороводневої кислоти.

165. Чи замерзнуть горілчані вироби (40% етанолу С2Н5ОН за об’ємом), якщо їх зберігати на складі, що не опалюється, при температурі повітря –20°С? Густина етанолу 0,789г/см3.

166. Для боротьби з грибковими захворюваннями рослин використовують 0,8%-ний розчин сульфату міді в воді (густину розчину вважати за одиницю). Яка кількість мідного купоросу (СuSО4·5Н2О) та води знадобиться для приготування 10л (0,01м3) цього розчину?

167. Які об’єми 36%-ного розчину соляної кислоти (густ. 1,18г/см3) та води треба взяти для приготування 500г 0,5-моляльного розчину?

168. Які кількості води та глауберової солі (Nа2SО4·10Н2О) треба взяти для приготування 500г розчину, в якому масова частка сульфату натрію складає 15%?

ТЕМА 8. особливості розчинів електролітів

Необхідні формули та співвідношення

Колегативні властивості розчинів неелектролітів (р, tкип, tзам і Росм) можна розрахувати за допомогою так званого поправкового, або ізотонічного коефіцієнту і, який є відно­шенням відповідних експериментальних значень величин, р, tкип, tзам і Росм до теоретично обчислених:

Для найпростіших електролітів (КСl, КОН, НСl та ін.) 2> і >1, для більш складних (К2SО4, МgСl2) 3> і >2.

Здатність електроліту ди­соціювати на іони кількісно оцінюють за допомогою ступеня дисо­ціації α:

α = Сдис/Сзаг (0  α  1).

Ступінь дисоціації виражають і в процентах. Наприклад, в 0,1М розчині СН3СООН ступінь дисоціації дорівнює 0,0136 або 1,36 %. За величиною ступеня дисоціації 0,01–0,1н. розчинів усі електроліти поділяють на сильні і слабкі.

Позначивши через С загальну концентрацію електроліту (моль/л), α – ступінь його дисоціації, а п – число іонів, на яке дисоціює молекула електроліту, дістанемо:

Константа електролітичної дисоціації. Для процесу дисоціації слабкого електроліту КА:

КА ↔ К+ + А–.

Константа рівноваги слабкого електроліту називається константою дисоціації Кдис.

Закон розбавляння. Між константою і ступенем електролі­тичної дисоціації є зв'язок, відомий під назвою закону розбавляння Оствальда:

,

де С – концентрація електроліту;

 – ступінь його дисоціації.

Якщо електроліт є дуже слабким, тобто α << 1, то закон розбавляння матиме вигляд

.

Експериментальні значення α сильних електролітів нази­вають уявним ступенем дисоціації.

Добуток розчинності

Для малорозчинної спо­луки, наприклад ВаSО4 або АgСl, що перебуває у рівновазі із своїм насиченим розчином, рівняння динамічної рівноваги матиме ви­гляд:

ВаSО4 ↔ Ва2+ + SО42–,

Тверда фаза Насичений розчин

У насиченому при певній температурі розчині добуток концентрацій іонів малорозчинного елек­троліту є сталою величиною, яка називається добутком розчинно­сті і позначається ДР. Тоді для насиченого розчину ВаSО4 (при 25°С) рівняння (1) запишеться як

ДРВаSО4 = [Ва2+][SО42–] = 1·10–10.

У загальному вигляді вираз добутку розчинності насиченого розчину малорозчинної речовини КхАу, що розпадається на іони за рівнянням

КхАу ↔ хКу+ + уАх–,

матиме вигляд:

ДР(КхАу) = [Ку+]х [Ах–]у

Дисоціація води. Іонний добуток води

Чиста вода є слабким електролітом. Застосувавши до рівноваги

Н2О ↔ Н+ + ОН–

закон діючих мас, матимемо: [Н+][ОН–] = const = КН2О

Константа КН2О називається іонним добутком води. При 22°С КН2О = 10–14.

Водневий показник. Кислотні властивості розчинів ха­рактеризують величиною водневого показника рН, який визначається за співвідношенням

рН = –lg[Н+].

Оскільки концентрація іонів Гідрогену може змінюватись у межах іонного добутку, то рН змінюється в інтервалі від нуля до чотир­надцяти.

У нейтральному розчині [Н+] = 10–7 моль/л; рН = –lg10–7 = 7.

У кислому розчині [Н+] > 10–7 моль/л; рН < 7.

У лужному розчині [Н+] < 10–7 моль/л; рН > 7.

Для розрахунків рН в розчинах основ можна використовувати гідроксильний показник:

рОН = –lg[ОН–], а також співвідношення рН + рОН = 14.

 Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Ізотонічний коефіцієнт 0,2 н. розчину кальцій нітрату дорівнює 2,48. Обчисліть уявний ступінь дисоціації цього электроліта.

Відповідь.

Ступінь дисоціації та ізотонічний коефіцієнт електроліту зв'язані між собою співвідношенням

де п — число іонів, що утворюються при дисоціації молекули речовини.

При дисоціації Са(NО3)2 утворюється три іони. Уявний ступінь дисоціації цього електроліту дорівнює

α = 1,48/2 =0,74 (або 74%).

Приклад 2. Визначте рН 0,17н. СН3СООН, константа дисоціації якої дорівнює 1,7510–5.

Відповідь.

Константа і ступінь дисоціації слабкого електроліту зв'язані між собою співвідношенням:

.

Визначаємо концентрацію іонів Н+: Н+ = 0,1710–2 = 1,710–3моль/л.

Звідси знаходимо водневий показник розчину СН3СООН:

рН= –lg1,710–3 = 3 – lg1,7 = 3 – 0,2304 = 2,7696  2,77.

Приклад 3. Розчинність Аg3РО4 (Мr = 418,58) у воді при 20 °С дорівнює 0,0065г/л. Розрахуйте значення добутку розчинності.

Відповідь.

Розчинність Аg3РО4 дорівнює: Р = 6,510–3/418,58 = 1,610–5моль/л.

При дисоціації 1 моль Аg3РО4

Аg3РО4 ↔ 3Аg+ + РО43–

утворюється 3 моль іонів Аg+ і 1 моль іонів РО43–, тому концентрація іона РО43– дорівнює розчинності солі, а концентрація іона Аg+ у 3 рази більше, тобто:

РО43– = 1,610–5моль/л; Аg+ = 31,610–6моль/л.

Добуток розчинності Аg3РО4 дорівнює

ДР = Аg+3РО43– = (4,810–6)31,610–5 = 110,610–151,610–5 = 1,7710–18.

Література: [1], с.215-228; [2], с.101-114; [3], с.173-191; [4], с.147-156.

Контрольні завдання

169. При розчиненні 0,1моль НF у 1л води 15% розчинених молекул розпалося на іони. Чому дорівнює ізотонічний коефіцієнт цього розчину?

170. Уявний ступінь дисоціації МgСl2 у 0,1н. розчині дорівнює 0,75. Обчисліть ізотонічний коефіцієнт цього розчину.

171. Обчисліть уявний ступінь дисоціації МgСl2 у водному розчині (ω = 0,5 %) із густиною 1000кг/м3, якщо при 18°С осмотичний тиск цього розчину дорівнює 3,2105Па.

172. Визначте осмотичний тиск 0,01н. МgSО4 при 18°С, якщо уявний ступінь дисоціації цього електроліту дорівнює 66%.

173. Обчисліть уявний ступінь дисоціації калій хлориду в розчині, що містить 4,47г КСl у 100г води, якщо цей розчин замерзає при –2°С.

174. Визначите тиск пари водного розчину калій гидроксиду (ω = 0,5%) при 50°С. Тиск пари води при цій температурі дорівнює 12334Па. Уявний ступінь дисоціації калій гидроксиду в цьому розчині дорівнює 87%,

175. Константа дисоціації азотистої (нітритної) кислоти дорівнює 5,110–4. Обчисліть ступінь дисоціації НNО2 у її 0,01М розчині і концентрацію іонів Гідрогену.

176. Визначте ступінь дисоціації і концентрацію іонів ОН– у 0,1н. розчині NН4ОН, якщо Кдис=1,7710–5.

177. Уявний ступінь дисоціації 0,12М АgNО3 дорівнює 60%. Обчисліть концентрації іонів Аg+ і NО3– (моль/л и г/л).

178. Розрахуйте рН 0,1н. розчину НСN, Кдис = 4,910–10.

179. Обчисліть рН розчину азотної (нітратної) кислоти (ω = 0,05%). Густину розчину і ступінь дисоціації НNО3 вважати за одиницю.

180. Розрахуйте молярну концентрацію розчину оцтової кислоти СН3СООН, рН якого дорівнює 3; Кдис = 1,7510–5.

181. Яка маса НСООН міститься в 0,3л розчину цієї кислоти, що має рН 6,04? Кдис = 1,7710–4.

182. Обчисліть рН 0,2М НСООН, до 1л якого додано 3,4г НСООNа, якщо α(НСООNа) = 93%, а Кдис(нсоон) = 1,7710–4.

183. Який об’єм води необхідно додати до 0,2л розчину мурашиної кислоти (ω = 5%, ρ = 1,012г/см3) для одержання розчину, рН якого дорівнює 2,5, якщо Кдис(нсоон) = 1,7710–4?

184. ДРРbІ2 при 15°С дорівнює 8,7Ю–9. Обчисліть концентрацію іонів Рb2+ і I– у насиченому розчині РbІ2.

185. ДРСа3(РО4)2 при 25°С дорівнює 110–25. Розрахуйте концентрації іонів Са2+ і РО43– у насиченому розчині Са3(РО4)2 при цій температурі.

186. ДРСuСО3 при25°С дорівнює 2,3610–10. Визначте концентрацію іонів Сu2+ у насиченому розчині СuСО3, що містить К2СО3 у кількості 0,001моль/л; ступінь дисоціації К2СО3 дорівнює 95%.

187. Насичений розчин Аg2Сr2О7 об’ємом 5л містить 0,5моль Nа2Сr2О7. Знайдіть концентрацію іонів Аg+ у цьому розчині, якщо ДРАg2Сr2О7 = 210–7.

188. Визначте розчинність Аg2СО3 у воді (моль/л, г/л); ДРАg2СО3 = 6,1510–12.

189. Насичений при кімнатній температурі розчин РbSО4 об’ємом 3л містить 0,132г солі. Обчисліть ДРРbSО4.

190. ДРРbF2 при 18°С складає 3,210–8. Яка кількість свинцю (г) у виді іонів міститься в 0,4л насиченого розчину?

191. Насичений розчин АgІО3 об’ємом 3л містить у виді іонів 0,176г срібла. Обчисліть ДРАgІО3.

192. ДРАg3РО4 складає 1,810–18. У якому об’ємі насиченого розчину міститься 0,050г розчиненої солі?

ТЕМА 9. Іонні реакції в водних розчинах

Необхідні формули та співвідношення

І. Гідроліз солей. Гідролізом називають оборотну обмінну реакцію солі з водою з утворенням слабкого електроліту (інколи осаду, або газу).

Солі, що утворені сильною основою та сильною кислотою, гідролізу не піддаються, в розчинах таких солей середовище – нейтральне, рН = 7.

Основні правила написання рівнянь гідролізу:

1) Гідролізується, тобто, реагує з водою, слабка складова частина солі;

2) Число реальних стадій гідролізу (для багатозарядних катіонів та аніонів) на одиницю менше заряду частинки, що гідролізується.

Типи гідролізу солей:

1) сіль, що утворена сильною основою та слабкою кислотою, гідролізується за аніоном (лужний гідроліз):

NаСN (NаОН – сильна основа, НСN – слабка кислота);

гідролізу піддається аніон слабкої кислоти СN–:

Молекулярне рівняння: NаСN + Н2О - НСN + NаОН;

Середовище лужне, рН > 7.

2) сіль, що утворена слабкою основою та сильною кислотою, гідролізується за катіоном (кислий гідроліз):

NН4Сl (NН4ОН – слабка основа, НСl – сильна кислота)

гідролізу піддається катіон слабкої основи NН4+:

Молекулярне рівняння: NН4Сl + Н2О  NН4ОН + НСl

Середовище кисле, рН < 7.

3) сіль, що утворена слабкою основою та слабкою кислотою, гідролізується одночасно за катіоном та аніоном:

СН3СООNН4 (NН4ОН – слабка основа, СН3СООН – слабка кислота)

гідролізу піддаються катіон слабкої основи NН4+ та аніон слабкої кислоти СН3СОО–:

Молекулярне рівняння: СН3СООNН4 + Н2О  СН3СООН + NН4ОН

Середовище близьке до нейтрального, рН  7.

Чим слабше кислота чи основа, аніон або, відповідно, катіон якої гідролізується, тим більше рівновагу гідролізу зміщено праворуч, тим більше ступінь гідролізу. Ступінь гідролізу h – відношення кількості гідролізованих молекул до їх загальної кількості. Подібно ступеню дисоціації  ступінь гідролізу h збільшується з розведенням розчину і зростанням температури. Ступінь гідролізу h змінюється в межах 0 < h < 1 (або 0 < h < 100%).

Рівновагу гідролізу можна зміщувати додаванням кислоти або лугу.

ІІ. Іонні реакції в розчинах. Переважна більшість реакцій в водних розчинах електролітів – це реакції за участю іонів. При написанні іонно-молекулярних рівнянь реакцій сильні електроліти слід записувати у вигляді іонів, слабкі електроліти, гази та осади – у молекулярному вигляді.

 Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Написати іонні та молекулярні рівняння реакції гідролізу літій сульфіту, калій сульфіду та амоній нітрату. Яка з солей гідролізує повніше? Чому? В розчині якої солі рН буде більшим?

Відповідь.

Lі2SО3 + Н2О  LіНSО3 + LіОН; К2S + Н2О  КНS + КОН;

SО32– + Н2О  НSО3– + ОН–; рН > 7; S2– + Н2О  НS– + ОН–; рН > 7;

NН4NО3 + Н2О  NН4ОН + НNО3;

NН4+ + Н2О  NН4ОН + Н+; рН < 7.

Перші два розчини мають лужну реакцію (рН > 7), третій – кислу (рН < 7). Порівнюючи силу кислот Н2SО3 та Н2S, можна зробити висновок, що остання буде слабкішою: константи дисоціації (К2) складають, відповідно, 6,3·10–8; 1,0·10–14 (табл.1). Тому К2S буде гідролізувати повніше, тобто, в розчині цієї солі концентрація ОН–-іонів буде найбільшою і розчин матиме найбільший рН.

Приклад 2. До окремих порцій розчину кобальт сульфату додали надлишок таких розчинів: а) бромоводневої (бромидної) кислоти; б) натрій гідроксиду; в) калій сульфіту; г) барій хлориду. В яких випадках відбудеться взаємодія? Скласти іонні та молекулярні рівняння відповідних реакцій.

Відповідь.

Кобальт сульфат в розчині піддається гідролізу:

2СоSО4 + 2Н2О  [Со(ОН)]2SО4 + Н2SО4;

Со2+ + Н2О  Со(ОН)+ + Н+; рН < 7.

Під дією НВr рівновага гідролізу зміщується ліворуч, тобто, гідроліз послаблюється.

Під дією NаОН відбувається реакція:

СоSО4 + 2NаОН = Со(ОН)2 + Nа2SО4;

Со2+ + 2ОН– = Со(ОН)2.

Під дією надлишку К2SО3 відбувається реакція повного гідролізу двох солей:

СоSО4 + К2SО3 + Н2О = Со(ОН)2 + SО2­ + 2КСl;

Со2+ + SО32– + Н2О = Со(ОН)2 + SО2­ .

Під дією ВаСl2 відбувається реакція:

СоSО4 + ВаСl2 = ВаSО4 + СоСl2;

SО42– + Ва2+ = ВаSО4.

Література: [1], с221-224; [2], с.115-120; [3], с.192-199; [4], с.157-169.

Контрольні завдання

193. Написати іонні та молекулярні рівняння реакції гідролізу калій карбонату, натрій сульфіту та цезій сульфіду. Яка з солей гідролізує повніше? Чому? В розчині якої солі рН буде більшим?

 194. Яка з двох солей за рівних умов в більшому ступені піддається гідролізу: натрій сульфід чи натрій-гідроген сульфід; хром(ІІІ) сульфат чи купрум сульфат? Чому? В розчині якої солі рН буде більшим? Скласти іонні та молекулярні рівняння реакцій гідролізу цих солей.

195. Які з солей: калій нітрат, ферум(ІІІ) сульфат, кобальт(ІІ) хлорид, натрій сульфід піддаються гідролізу? Скласти іонні та молекулярні рівняння гідролізу відповідних солей. Який з розчинів матиме найменше значення рН?

196. До окремих порцій розчину алюміній сульфату додали надлишок таких розчинів: а) сірчаної кислоти; б) калій гідроксиду; в) натрій сульфіту; г) барій хлориду. В яких випадках відбудеться взаємодія? Скласти іонні та молекулярні рівняння відповідних реакцій.

197. Які з речовин: калій-гідроген карбонат, оцтова кислота, цинк хлорид, натрій сульфід – взаємодіють з розчином калій гідроксиду? Написати молекулярні та іонні рівняння цих реакцій.

198. Скласти по два молекулярних рівняння реакцій, які виражаються такими іонно-молекулярними схемами :

а) Сr(OH)3 + 3ОН– = [Сr(ОН)6]3– ; б) Nі2+ + 2OH– = Nі(OH)2 ;

в) 2Н+ + S2– = H2S .

199. Скласти молекулярні та іонні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між:

а) NaHCO3 i Вa(OH)2 ; б) K2SiO3 i H3РО4 ; в) SrСl2 i Аl2(SO4)3 .

200. Скласти іонні та молекулярні рівняння реакцій гідролізу калій карбонату та хром(ІІІ) сульфату. Яка реакція буде відбуватися при зливанні розчинів цих солей?

201. Написати іонні та молекулярні рівняння реакції гідролізу алюміній хлориду, ферум(ІІ) сульфату, ферум(ІІІ) сульфату. Яка з солей гідролізує повніше? Чому? В розчині якої солі рН буде меншим?

202. Яка з двох солей за рівних умов в більшому ступені піддається гідролізу: дикалій-гідроген фосфат чи калій-дигідроген фосфат; ферум(ІІ) бромид чи ферум(ІІІ) бромид? Чому? В розчині якої солі рН буде більшим? Скласти іонні та молекулярні рівняння реакцій гідролізу цих солей.

203. Які з солей: барій бромид, індій(ІІІ) сульфат, купрум(ІІ) нітрат, цезій карбонат піддаються гідролізу? Скласти іонні та молекулярні рівняння гідролізу відповідних солей. Який з розчинів матиме найбільше значення рН?

204. До окремих порцій розчину цинк хлориду додали надлишок таких розчинів: а) ортофосфорної кислоти; б) літій гідроксиду; в) калій сульфіту; г) барій хлориду. В яких випадках відбудеться взаємодія? Скласти іонні та молекулярні рівняння відповідних реакцій.

205. Які з речовин: літій сульфіт, соляна кислота, барій хлорид, натрій гідроксид – взаємодіють з розчином сірчистої кислоти? Написати молекулярні та іонні рівняння цих реакцій.

206. Скласти по два молекулярних рівняння реакцій, які виражаються такими іонно-молекулярними схемами :

а) Zn2+ + 4ОН– = [Zn(ОН)4]2–; б) Сu2+ + 2OH– = Cu(OH)2 ;

в) 2Н+ + SO32–– = H2О + SО2 .

207. Скласти молекулярні та іонні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між:

а) К2S і Н3АsО4 ; б) FeSO4 і (NH4)2S ; в) Cr(OH)3 і КОН .

208. Скласти іонні та молекулярні рівняння реакцій гідролізу літій сульфіду та алюміній бромиду. Яка реакція буде відбуватися при зливанні розчинів цих солей?

209. Написати іонні та молекулярні рівняння реакції гідролізу натрій карбонату, цезій сульфіту та натрій сульфіду. Яка з солей гідролізує повніше? Чому? В розчині якої солі рН буде більшим?

 210. Яка з двох солей за рівних умов в більшому ступені піддається гідролізу: літій сульфід чи літій-гідроген сульфід; ферум(ІІІ) сульфат чи кобальт сульфат? Чому? В розчині якої солі рН буде більшим? Скласти іонні та молекулярні рівняння реакцій гідролізу цих солей.

211. Які з солей: літій нітрат, хром(ІІІ) сульфат, нікель(ІІ) хлорид, калій сульфід піддаються гідролізу? Скласти іонні та молекулярні рівняння гідролізу відповідних солей. Який з розчинів матиме найменше значення рН?

212. До окремих порцій розчину хром(ІІІ) сульфату додали надлишок таких розчинів: а) сірчаної кислоти; б) літій гідроксиду; в) калій сульфіту; г) барій хлориду. В яких випадках відбудеться взаємодія? Скласти іонні та молекулярні рівняння відповідних реакцій.

213. Які з речовин: натрій-гідроген карбонат, оцтова кислота, кобальт хлорид, калій сульфід – взаємодіють з розчином калій гідроксиду? Написати молекулярні та іонні рівняння цих реакцій.

214. Скласти по два молекулярних рівняння реакцій, які виражаються такими іонно-молекулярними схемами :

а) Іn(OH)3 + 3ОН– = [Іn(ОН)6]3– ; б) Со2+ + 2OH– = Со(OH)2 ;

в) Н+ + НS– = H2S .

215. Скласти молекулярні та іонні рівняння реакцій взаємодії в розчинах між:

а) LіHCO3 i Сa(OH)2 ; б) Nа2SiO3 i H3РО4 ; в) SrСl2 i Fе2(SO4)3 .

216. Скласти іонні та молекулярні рівняння реакцій гідролізу натрій карбонату та ферум(ІІІ) сульфату. Яка реакція буде відбуватися при зливанні розчинів цих солей?

ТЕМА 10. ОКИСНО-ВІДНОВНІ РЕАКЦІЇ

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Виходячи із ступеню окислення мангану, брому і фосфору в сполуках: a) KМnO4, б) KВr , в) H3РO3 , визначити, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, і яка може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Чому?

Відповідь.

Ступінь окислення складає: мангану в KМnO4 – (+7), брому в KВr – (–1) і фосфору в H3РO3 – (+3). Перша сполука може бути тільки окисником (вищий ступінь окислення мангану), друга – тільки відновником (нижчий ступінь окислення брому), остання може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості (ступінь окислення фосфору – проміжний).

Приклад 2. На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівнянні реакції:

Н2О2 + КМnО4 + Н2SО4  О2 + МnSО4 + К2SО4 + Н2О.

Відповідь.

1) Виявляємо елементи, що змінюють ступінь окислення:

до реакції О1– (в Н2О2), Мn7+ (в КМnО4);

після реакції О0 (в О2), Мn2+ (в МnSО4).

2) Складаємо напіврівняння окислення та відновлення:

2О1– – 2e  О20

Мn7+ +5e  Мn2+

3) Складаємо електронний баланс:

4) Множимо речовини, що містять оксиген та манган, на відповідні кое-
фіцієнти:

5Н2О2 + 2КМnО4 + Н2SО4  5О2 + 2МnSО4 + К2SО4 + Н2О.

5) Підбираємо коефіцієнти при інших членах рівняння:

5Н2О2 + 2КМnО4 + 3Н2SО4 = 5О2 + 2МnSО4 + К2SО4 + 8Н2О.

Література: [1], с.150-158; [2], с.147-161; [3], с.129-139; [4], с.228-248.

Контрольні завдання

217. Виходячи із ступеню окислення хлору в сполуках HCl, HClO3, HClO4, визначити, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, і яка може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) KBr + KBrO3 + H2SO4  Br2 + K2SO4 + H2O;

б) PbS + HNO3  S + Pb(NO3)2 + NO + H2O.

218. Скласти електронні рівняння і вказати, який процес – окислення чи відновлення – відбувається при таких перетвореннях:

а) As3–  As5+ ; б) N3+  N3– ; в) S2–  S0.

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) Рb(СН3СОО)2 + СаОСl2 + Н2О  РbО2 + СаСl2 + СН3СООН;

б) Nа[Sb(ОН)4] + АgNО3 + NаОН  Nа[Sb(ОН)6] + Аg + NаNО3.

219. Визначити ступінь окислення ванадію в сполуках:

Са(VО3)2 ; Nа6V10О28 ·18Н2О ; НVО42–; Nа2[V(ОН)6].

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) К2FеО4 + NН3 + Н2О  Fе(ОН)3 + N2 + КОН;

б) Nа2О2 + РbS + Н2SО4  РbSО4 + Nа2SО4 + Н2О

220. Вказати окисно-відновні процеси:

1) К2СrО4 + Н2SО4  К2Сr2О7 + К2SО4 + Н2О; 2) NН4Сl  NН3 +НСl;

3) NН4NО3  N2О + Н2О; 4) Н3ВО3 + НF  НВF4 + Н2О;

5) Fе + S  FеS.

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) К2FеО4 + НСl  FеСl3 + Сl2 + КСl + Н2О;

б) КМnО4 + К2SО3 + Н2О  МnО2 + К2SО4 + КОН.

221. Виходячи із ступеню окислення фосфору в сполуках PH3, H3PO4, H3PO3, визначити, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, і яка може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) Н3АsО4 + НІ  Н3АsО3 + І2 + Н2О;

б) NО2 + КМnО4 + Н2О  КNО3 + МnО2 + НNО3.

222. Скласти електронні рівняння і вказати, який процес – окислення чи відновлення – відбувається при таких перетвореннях:

а) Mn6+  Mn2+ ; б) Cl5+  Cl– ; в) N3–  N5+ .

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) Аs + Сl2 + Н2О  Н3АsО4 + НСl;

б) (NН4)2WО4 + Zn + Н2SО4  W5О14 + ZnSО4 + (NН4)2SО4 + Н2О.

223. Визначити ступінь окислення феруму в сполуках:

NН4Fе(SО4)2 ·12Н2О; Ва3FеО5 ; FеО42–; Nа4[FеF6].

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) КОН + Сl2  КСl + КСlО3 + Н2О;

б) АgNО3 + Nа2НРО3 + Н2О  Аg + Н3РО4 + NаNО3 .

224. Вказати окисно-відновні процеси:

1) Nа2СО3 + GеО2  Nа2GеО3 + СО2 ; 2) Zn + Сl2  ZnСl2 ;

3) ZnО + СН3СООН  Zn(СН3СОО)2 + Н2О; 4) Fе2О3 + НNО3  Fе(NО3)3 + Н2О;

5) Nа2GеО3 + Н2S + Н2SО4  GеSО4 + S + Nа2SО4 + Н2О.

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) NаВrО + NН4Сl + NаОН > N2Н4 + NаВr + NаСl + Н2О;

б) Nа2S2О3 + Сl2 + Н2О > Nа2SО4 + Н2SО4 + НСl.

225. Виходячи із ступеню окислення хрому, йоду і сульфуру в сполуках: a)K2Cr2O7, б) KІ, в) H2SO3, визначити, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, і яка може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) АgNО3 + Р + Н2О  Аg + Н3РО4 + НNО3 ;

б) N2Н4 + СuСl2 + NаОН  Сu2О + N2 + NаСl + Н2О.

226. Чи можуть проходити окисно-відновні реакції між сполуками: а) NH3 і KMnO4; б) HNO2 і HІ ; в) HCl і H2Se ? Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) КМnО4 + Ті2(SО4)3 + Н2О  ТіОSО4 + МnSО4 + Н2SО4 + К2SО4;

б) МnSО4 + (NН4)2S2О8 + КОН  МnО2 + (NН4)2SО4 + К2SО4 + Н2О.

227. Визначити ступінь окислення гафнію в сполуках:

НfО(С2О4) ; Нf2О3(NО3)2 ·5Н2О ; Нf2О32–; Nа2[Нf(ОН)6]

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) КNО3 + Сr2О3 + КОН  К2СrО4 + КNО2 + Н2О;

б) VSО4 + КМnО4 + Н2О  V2О5 + МnSО4 + Н2SО4 + К2SО4 .

228. Вказати окисно-відновні процеси:

1) В4О7 + Н2О + Н2SО4  Nа2SО4 + Н3ВО3; 2) ВСl3 + Н2О  Н3ВО3 + НСl;

3) В2О3 + С + Сl2  ВСl3 + СО; 4) В + НNО3  Н3ВО3 + NО;

5) ВF3 + Н2О  Н3ВО3 + НВF4 .

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) МnСl2 + NаОСl + NаОН  МnО2 + NаСl + Н2О ;

б) КВіО3 + Мn(NО3)2 + НNО3  НМnО4 + Ві(NО3)3 + КNО3 + Н2О.

229. Виходячи із ступеню окислення сульфуру в сполуках H2S, H2SO3, H2SO4, визначити, яка з них є тільки окисником, тільки віднов-ником, і яка може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) Zn + НNО3  Zn(NО3)2 + NН4NО3 + Н2О ;

б) КМnО4 + К2S + Н2О  МnО2 + S + КОН .

230. Чи можуть проходити окисно-відновні реакції між:

а) PH3 і HBr ; б) K2Cr2O7 і H3PO3 ; в) HNO3 і H2S ? Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) К2FеО4 + Н2О  Fе(ОН)3 + О2 + КОН;

б) К2Сr2О7 + С2Н5ОН + Н2SО4  Сr2(SО4)3 + СН3СНО + К2SО4 + Н2О.

 231. Визначити ступінь окислення ренію в сполуках:

ВаRеО4 ; NаRеО4 ·8Н2О ; [Rе2Сl8]2– ; Rb2[RеОСl6]

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) МnСl2 + Вr2 + NаОН  МnО2 + NаВr + NаСl + Н2О;

б) VSО4 + КМnО4 + Н2О  НVО3 + МnSО4 + Н2SО4 + К2SО4 .

232. Вказати процеси відновлення:

1) Fе3+ + 4Н2О  FеО42– + 8Н+ ; 2) 2Нg + 2Сl–  Нg2Сl2 ;

3) NН2ОН + 2Н2О  NН3 ·Н2О + 2ОН– ; 4) О2 + 2ОН–  О3 + Н2О;

5) Р + 3Н2О  РН3 + 3ОН–

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) К2FеО4 + НСl  FеСl3 + Сl2 + КСl + Н2О;

б) КМnО4 + Ті2(SО4)3 + Н2О  ТіОSО4 + МnSО4 + Н2SО4 + К2SО4.

233. Виходячи із ступеню окислення брому в сполуках HВr, HВrO2, HВrO4, визначити, яка з них є тільки окисником, тільки віднов-ником, і яка може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) KІ + KІO3 + H2SO4  І2 + K2SO4 + H2O;

б) Н3АsО4 + НІ  Н3АsО3 + І2 + Н2О.

234. Скласти електронні рівняння і вказати, який процес – окислення чи відновлення – відбувається при таких перетвореннях:

а) As3+  As5+ ; б) N3–  N3+ ; в) S6+  S2–.

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) NО2 + КМnО4 + Н2О  КNО3 + МnО2 + НNО3;

б) К2FеО4 + НСl  FеСl3 + Сl2 + КСl + Н2О.

235. Визначити ступінь окислення ніобію в сполуках:

Са(NbО3)2 ; Nа6Nb10О28 ·12Н2О ; НNbО42–; Nа2[Nb(ОН)6].

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) Рb(СН3СОО)2 + СаОСl2 + Н2О  РbО2 + СаСl2 + СН3СООН;

б) PbS + HNO3  S + Pb(NO3)2 + NO + H2O.

236. Вказати окисно-відновні процеси:

1) Nа2СО3 + GеО2  Nа2GеО3 + СО2; 2) NН4Сl  NН3 +НСl;

3) NН4NО3  N2О + Н2О; 4) ZnО + СН3СООН  Zn(СН3СОО)2 + Н2О;

5) Fе + S  FеS.

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) АgNО3 + Nа2НРО3 + Н2О  Аg + Н3РО4 + NаNО3;

б) КМnО4 + К2SО3 + Н2О  МnО2 + К2SО4 + КОН.

237. Виходячи із ступеню окислення азоту в сполуках NH3 , H2N2O2 , HNO3 , визначити, яка з них є тільки окисником, тільки відновником, і яка може виявляти як окислювальні, так і відновні властивості. Чому?

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) КОН + Сl2  КСl + КСlО3 + Н2О;

б) NО2 + КМnО4 + Н2О  КNО3 + МnО2 + НNО3.

238. Скласти електронні рівняння і вказати, який процес – окислення чи відновлення – відбувається при таких перетвореннях:

а) Mn2+  Mn6+ ;

б) Cl3+  Cl0 ;

в) N3+  N3–.

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) Nа2О2 + РbS + Н2SО4  РbSО4 + Nа2SО4 + Н2О;

б) (NН4)2WО4 + Zn + Н2SО4  W5О14 + ZnSО4 + (NН4)2SО4 + Н2О.

239. Визначити ступінь окислення хрому в сполуках:

NН4Сr(SО4)2 ·12Н2О; Ва3СrО5 ; СrО42–; Nа4[Сr(ОН)6].

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) К2FеО4 + NН3 + Н2О  Fе(ОН)3 + N2 + КОН;

б) АgNО3 + Nа2НРО3 + Н2О  Аg + Н3РО4 + NаNО3 .

240. Вказати окисно-відновні процеси:

1) К2СrО4 + Н2SО4  К2Сr2О7 + К2SО4 + Н2О ;

2) Zn + Сl2  ZnСl2 ;

3) Н3ВО3 + НF  НВF4 + Н2О;

4) Fе2О3 + НNО3  Fе(NО3)3 + Н2О;

5) Nа2GеО3 + Н2S + Н2SО4  GеSО4 + S + Nа2SО4 + Н2О.

На основі електронного балансу розставити коефіцієнти в рівняннях реакцій:

а) КNО3 + Сr2О3 + КОН  К2СrО4 + КNО2 + Н2О;

б) Nа2S2О3 + Сl2 + Н2О  Nа2SО4 + Н2SО4 + НСl.

ТЕМА 11. Комплексні сполуки

Необхідні формули та співвідношення

Комплексними (координаційними) називають сполуки, що утворені сполученням окремих компонентів і являють собою складні іони або молекули певної структури, здатні до самостійного існування в розчинному стані, наприклад: K2[Cd(CN)4], [Сr(Н2О)3Сl3], [Сu(NН3)4]Сl2.

Комплексна сполука складається з внутрішньої і зовнішньої сфер. Внутрішню сферу називають комплексом і вказують у квадратних дужках. У першій з наведених сполук внутрішня сфера – це іон [Cd(CN)4]2–, а зовнішня – два катіони K+. Внутрішня сфера складається з центрального іона (атома), який називається комплексоутворювачем (іон кадмію Cd2+). Частинки, безпосередньо зв’язані з комплексо-утворювачем, називають лігандами (іони CN–). Число лігандів, що оточують центральний атом (точніше, загальна кількість зв’язків комплексоутворювача), називають координаційним числом. Заряд комплексу чисельно дорівнює сумарному заряду зовнішньої сфери і має протилежний їй знак.

Приклади розв’язування задач

Приклад 1. Визначити заряд комплексного іону, ступінь окислення комплексоутворювача та його координаційне число у сполуці Na[Cr(H2O)2Br4].

Відповідь.

Заряд зовнішньої сфери +1 (один іон Na+). Оскільки молекула сполуки в цілому нейтральна, то заряд комплексу відповідно дорівнює
–1: [Cr(H2O)2Br4]–. Заряд комплексного іону дорівнює алгебраїчній сумі зарядів (ступенів окислення) всіх його складових частин. Ступінь окислення хрому (комплексоутворювача) позначимо через Z. Ступінь окислення (заряд) бромид-іонів дорівнює –1, молекули води не заряджені (нейтральні), тоді:

Z + 2·0 + 4·(–1)= –1.

Звідки знаходимо, що Z = +3.

Координаційне число хрому дорівнює 6 (2 молекули H2O і чотири іони Br–), оскільки ліганди – монодентатні, тобто займають в координаційній сфері одне місце.

Приклад 2. Написати рівняння первинної дисоціації комплексної сполуки і часткової (оборотної) дисоціації комплексного іону у водному розчині та вираз для константи нестійкості комплексу [Zn(H2O)4]Cl2.

Відповідь.

У водних розчинах комплексні сполуки дисоціюють на комплексні іони (внутрішню сферу) і протиіони (зовнішню сферу). Тому рівняння дисоціації наведеної комплексної сполуки (первинна дисоціація):

[Zn(H2O)4]Cl2  [Zn(H2O)4]2+ + 2Cl–.

Константа нестійкості характеризує оборотний процес розпаду комплексного іона на його складові частини, що для даного комплексу описується рівнянням (вторинна дисоціація):

[Zn(H2O)4]2+  Zn2+ + 4H2O.

За загальними правилами написання констант рівноваги:

Чим менше значення константи нестійкості, тим стійкіша комплексна сполука.

Література: [1], с.84-89; 2, с.389-402; [3], с.154-157; [4], с.270-290.

Контрольні завдання

241. Визначити, чому дорівнює заряд комплексного іону, ступінь окислення комплексоутворювача ї його координаційне число в комплексних сполуках: K2[PtBr6], [Co(NH3)5Cl]Cl2, [Zn(H2O)4]SO4. Написати рівняння дисоціації цих комплексних сполук у водних розчинах.

242. Навести по два приклади комплексних сполук, в яких комплексний іон є: позитивним (катіоном); негативним (аніоном); нейтральним. Комплексоутворювачем є Cr3+, його координаційне число дорівнює 6. Назвати комплексні сполуки.

243. Написати координаційні формули таких сполук: 2NH4Cl·PtCl4; K2C2O4·CuC2O4; 2Ca(CN)2·Fe(CN)2; NaI·AuI3. Комплексоутворювачами є іони: Pt4+; Cu2+; Fe2+; Au3+. Назвати ці комплексні сполуки і навести рівняння їхньої дисоціації у водних розчинах.

244. З комбінації частинок Cr3+, NO3–, H2O, Na+ можна скласти 7 координаційних сполук, одна з яких Na[Cr(H2O)2(NO3)4]. Скласти формули інших 6 сполук та написати рівняння їхньої дисоціації у водних розчинах. Яка з цих сполук є комплексним неелектролітом?

245. Написати вирази для констант нестійкості комплексних іонів: [Zn(OH)4]2–; [Zn(NH3)4]2+; [Zn(CN)4]2–. Знаючи, що вони відповідно дорівнюють 7,08·10–16; 2,00·10–9; 1,00·10–16, визначити, в якому з еквімолярних розчинів, що містять ці іони, концентрація іонів цинку найбільша.

246. На комплексні сполуки PtCl4·4NH3 і PtCl3·3NH3 подіяли розчином нітрату срібла. На 1 моль першої сполуки для осадження хлору витрачено 2 моль AgNO3, а на 1 моль другої – 1 моль AgNO3. Написати координаційні формули цих сполук, якщо координаційне число Pt4+ дорівнює 6, назвати їх. Скласти рівняння реакцій взаємодії цих комплексних солей з розчином нітрату срібла в молекулярному і іонному вигляді.

247. Визначити, чому дорівнює заряд комплексного іону, ступінь окислення комплексоутворювача ї його координаційне число в комплексних сполуках: K3[Co(NO2)6]; Na[Pt(OH)5F]; [Co(NH3)4H2O(CN)]Br2; Написати рівняння дисоціації цих комплексних сполук у водних розчинах.

248. Визначити, чому дорівнюють заряд комплексного іону та координаційне число комплексоутворювача в таких комплексних іонах: [Al(H2O)6]; [Au(CN)2I2]; [BeF4]; [Pd(NH3)3Cl], якщо комплексо-утворювачами є іони: Al3+; Au3+; Be2+; Pd2+. Написати формули комплексних сполук, що містять ці іони, назвати їх.

249. Написати рівняння первинної і вторинної дисоціації комплексних сполук: [Ni(NH3)6]Cl2; K[Ag(NO2)2]; [Cu(NH3)4]SO4; Na2[HgI4]. Константи нестійкості комплексних іонів відповідно дорівнюють: 9,77·10–9; 1,3·10–3; 9,33·10–13; 1,38·10–30. Яка з комплексних сполук буде найбільш стійкою, а яка – найменш стійкою?

250. Навести по два приклади комплексних сполук, в яких комплексний іон є: позитивним (катіоном); негативним (аніоном); нейтральним. Комплексоутворювачем є іон Zn2+, його координаційне число дорівнює 4. Назвати комплексні сполуки.

251. Написати координаційні формули таких сполук: Cr(SCN)3·3NH3; OsBr4·Ca(NO3)2; Ba(CN)2·Cu(SCN)2; PdI2·2KI. Комплексоутворювачами є іони: Cr3+, Os4+, Cu2+, Pd2+. Назвати ці комплексні сполуки і навести рівняння їхньої дисоціації у водних розчинах. Яка комплексна сполука є неелектролітом?

252. Скласти формули чотирьох комплексних сполук, в яких комплексоутворювачем є іон ванадію V3+, а лігандами можуть бути: F–, SCN–, CO32–, H2O. Координаційне число V3+ дорівнює 6. Написати рівняння дисоціації складених комплексних сполук у водних розчинах.

253. Визначити, чому дорівнює заряд комплексного іону, ступінь окислення комплексоутворювача ї його координаційне число в комплексних сполуках: [Ni(CO)4]; K4[Mo(SCN)8]; [Pt(NH3)4(OH)2]SO4. Написати рівняння дисоціації цих комплексних сполук у водних розчинах.

254. З комбінації частинок Co3+, Cl–, NH3, K+ можна скласти 7 координаційних сполук, одна з яких [Co(NH3)5Cl]Cl2. Скласти формули інших 6 сполук та написати рівняння їхньої дисоціації у водних розчинах. Яка з цих сполук є комплексним неелектролітом?

255. Написати рівняння первинної і вторинної дисоціації комплексних сполук та вирази для їхніх констант нестійкості: Ba[Cr(H2O)2(CN)4]; Na3[FeNH3(SCN)5]; [Pt(NH3)4Сl2]; [Pd(H2O)3I]I.

256. Визначити, чому дорівнюють заряд комплексного іону та координаційне число комплексоутворювача в таких комплексних іонах: [RhCl6]; [Co(NH3)2(NO2)4]; [Pt(NH3)4Br2]; [Cu(NH3)2(CN)2], якщо комплексоутворювачами є іони: Rh3+, Co3+, Pt4+, Cu2+. Написати формули комплексних сполук, що містять ці іони, назвати їх. Яка сполука є комплексним неелектролітом?

257. Написати вирази для констант нестійкості комплексних іонів: [Co(SCN)4]2–; [Hg(SCN)4]2–; [Zn(SCN)4]2–. Знаючи, що вони відповідно дорівнюють 5,5·10–3; 1,29·10–22; 5,00·10–2; визначити, в якому з еквімолярних розчинів, що містять ці іони, концентрація іонів SCN– найменша.

258. Визначити, чому дорівнює заряд комплексного іону, ступінь окислення комплексоутворювача ї його координаційне число в комплексних сполуках: [Al(H2O)6]Br3; [Zn(NH3)2Cl2]; Na[Sb(H2O)2Cl4]. Написати рівняння дисоціації цих комплексних сполук у водних розчинах. Яка комплексна сполука є неелектролітом?

259. Написати координаційні формули наступних сполук: 2NaNO2·OsCl4; 2RbCl·IrCl4; Co(NO2)3·KNO2·2NH3; Cr(SCN)3·5NH3. Комплексоутворювачами є іони: Os4+, Ir4+, Co3+, Cr3+, їхнє коорди-наційне число дорівнює 6. Назвати ці комплексні сполуки і навести рівняння їхньої дисоціації у водних розчинах.

260. Написати рівняння первинної і вторинної дисоціації комплексних сполук: K4[Fe(CN)6]; Na3[AlF6]; [Ag(NH3)2]Cl; [Zn(NH3)4]SO4. Константи нестійкості комплексних іонів відповідно дорівнюють:
1·10–24; 5,01·10–18; 5,89·10–8; 2,00·10–9. Яка з комплексних сполук буде найбільш стійкою, а яка – найменш стійкою?

261. Роданід калію KSCN при додаванні до розчину солі (NH4)2SO4·Fe2(SO4)3 зв’язує іон Fe3+ у роданід феруму, а при додаванні до розчину солі 3KCN·Fe(CN)3 не зв’язує. Яка з цих солей подвійна, а яка комплексна? Навести координаційну формулу комплексної сполуки, дати їй назву. Написати рівняння дисоціації цих солей у водних розчинах і реакції взаємодії з KSCN.

262. Навести по два приклади комплексних сполук, в яких комплексний іон є: позитивним (катіоном); негативним (аніоном); нейтральним. Комплексоутворювачем є іон Al3+, його координаційне число дорівнює 6. Назвати комплексні сполуки.

263. Написати рівняння дисоціації комплексних іонів та вирази для їхніх констант нестійкості: [Ni(SCN)4]2-; [HgCl4]2-; [Ag(S2O3)2]3-. Знаючи, що константи нестійкості відповідно дорівнюють: 5,00·10–2;
6,03·10–16; 1,00·10–18, визначити, який іон найбільш стійкий, а який іон найменш стійкий.

264. Визначити, чому дорівнює заряд комплексного іону, ступінь окислення комплексоутворювача ї його координаційне число в комплексних сполуках: K[Ag(CN)2]; [Cd(NH3)3Cl]Br; Na[Cr(H2O)Cl3(NO2)2]. Написати рівняння дисоціації цих комплексних сполук у водних розчинах.

 

 

 

 

Модуль 4. Окислювально-відновні процеси.

КОМПЛЕКСНІ СПОЛУКИ

Модуль 2. Закономірності перебігу хімічних процесів