Методические указания по химии (homework_chemestry)

Посмотреть архив целиком



МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Н.Э. БАУМАНА









Методические указания к выполнению домашнего задания

по курсу химии


Под редакцией В. И. Ермолаевой














МОСКВА 2003

Аннотация

к рукописи “ Методические указания к выполнению домашнего задания по курсу химии” под редакцией Ермолаевой В.И.

Авторы : Бадаев Ф.З., Голубев А.М., Горшкова В.М., Горячева В.Н., Двуличанская Н.Н., Елисеева Н.М., Ермолаева В.И., Романко О.И., Степанов М.Б., Татьянина И.В., Фадеев Г.Н.

Методические указания содержат задачи по основным разделам курса химии: строение вещества (атом, молекула, кристалл), окислительно-восстановительные реакции, химическая термодинамика, химическая кинетика, которые включены в домашнее задание 1-ого семестра, а также примеры решения типовых задач.

Методические указания предназначены для студентов всех факультетов, изучающих базовый курс химии.

ВВЕДЕНИЕ.


Методические указания содержат задачи по следующим разделам курса химии: строение вещества (атом, молекула, кристалл), окислительно-восстановительные реакции, химическая термодинамика, химическая кинетика, которые включены в домашнее задание 1-ого семестра, а также примеры решения задач.

В разделе “Строение вещества” предлагаются задачи на составление электронных конфигураций атомов и ионов, которые позволяют объяснить периодический характер изменения свойств атомов; посредством методов валентных связей и молекулярных орбиталей предлагается описать структуру молекул и объяснить энергию, длину и полярность связи, для кристаллов предлагается вычислить некоторые параметры решеток кубической сингонии.

В разделе “Химическая термодинамика” приводятся задачи по 1-ому и 2-ому законам термодинамики (определение теплового эффекта реакции, возможности ее протекания в заданных условиях) и химическому равновесию в гомогенных и гетерогенных системах (расчет константы равновесия, влияние изменения условий на направление реакции, определение равновесного состава реагирующей смеси).

В разделе «Химическая кинетика» приводятся задачи на определение скорости химической реакции и ее зависимости от концентрации и температуры.

При выполнении домашнего задания студент получает от преподавателя индивидуальный набор задач, включающий указанные разделы курса химии.

В методических указаниях приведены примеры решения типовых задач по всем разделам.


Оглавление

Введение

Строение вещества ( атом, молекула, кристалл)

Окислительно-восстановительные реакции

Химическая термодинамика

Химическая кинетика

Примеры решения задач


Раздел 1. Строение вещества: атом, молекула, кристалл

1.1. Атом

В задачах (1-15) по заданным координатам атома (период, группа) найдите элемент в Периодической системе, составьте полную электронную формулу атома, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам, укажите, диамагнитными или парамагнитными свойствами обладают нейтральные атомы данного элемента.

п/п

Период

Группа

п/п

Период

Группа

п/п

Период

Группа

1

4

YI B

6

4

I B

11

4

Y B

2

5

Y A

7

4

YII A

12

4

IY A

3

3

YI A

8

5

I A

13

4

IY B

4

4

Y B

9

4

II B

14

3

YII A

5

5

II A

10

4

YII B

15

5

YI B



В задачах (16-30) укажите значения квантовых чисел n и l для электронов внешнего энергетического уровня в атомах элементов с порядковыми номерами Z. Составьте полную электронную формулу атома элемента, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам.

п/п

Z

п/п

Z

п/п

Z

п/п

Z

п/п

Z

16

11

19

23

22

17

25

30

28

31

17

14

20

33

23

12

26

25

29

37

18

20

21

15

24

7

27

35

30

24

В задачах (31-44) объясните изменение первой энергии ионизации в указанном ряду атомов элементов. Составьте полные электронные формулы атомов элементов, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам.



п/п

Элемент

п/п

Элемент

Первая энергия ионизации, эВ

Первая энергия ионизации, эВ

31

Li

Na

K

38

Li

Be

B

5,39

5,14

4,34

5,39

9,32

8,296

32

Be

Mg

Ca

39

C

N

O

9,32

7,64

6,11

11,26

14,54

13,61

33

B

Al

Ga

40

K

Ca

Sc

8,29

5,98

6,00

4,34

6,11

6,56

34

C

Si

Ge

41

Na

Mg

Al

11,26

8,15

7,88

5,14

7,64

5,98

35

Cu

Ag

Au

42

B

C

N

7,72

7,57

9,22

8,29

11,26

14,54

36

Zn

Cd

Hg

43

O

F

Ne

9,39

8,99

10,34

13,61

17,42

21,56

37

N

P

As

44

Al

Si

P

14,54

10,55

9,81

5,98

8,15

10,55



В задачах (45-58) объясните изменение радиуса в указанном ряду атомов элементов. Составьте полные электронные формулы атомов элементов, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам.



п/п

Элемент

п/п

Элемент

Атомный радиус,

R∙10 10, м

Атомный радиус,

R∙1010, м

45

Li

Na

K

52

Li

Be

B

1,55

1,89

2,36

1,55

1,13

0,91

46

Be

Mg

Ca

53

C

N

O

1,13

1,60

1,97

0,77

0,75

0,73

47

B

Al

Ga

54

K

Ca

Sc

0,91

1,42

1,39

2,36

1,97

1,64

48

C

Si

Ge

55

Na

Mg

Al

0,77

1,34

1,39

1,89

1,60

1,43

49

Sc

Ti

V

56

B

C

N

1,64

1,46

1,34

0,81

0,77

0,75

50

Fe

Co

Ni

57

O

F

Ne

1,26

1,25

1,24

0,73

0,72

0,70

51

N

P

As

58

Al

Si

P

0,71

1,30

1,48

1,43

1,34

1,30


В задачах (59-82) составьте полную электронную формулу атома элемента в основном и возбужденном состоянии, покажите распределение электронов по квантовым ячейкам, укажите, диамагнитными или парамагнитными свойствами обладают нейтральные атомы данного элемента в стабильном состоянии. Изобразите орбитали внешнего энергетического уровня атома в стабильном состоянии.


п/п

Элемент

п/п

Элемент

п/п

Элемент

п/п

Элемент

59

Mg

65

Al

71

Ge

77

Fe

60

Ga

66

Sc

72

S

78

Co

61

Ti

67

V

73

Mn

79

Cu

62

P

68

Sn

74

Zr

80

Br

63

Cl

69

Se

75

Ca

81

As

64

Si

70

Zn

76

Cr

82

Ni


1.2. Молекула

В задачах (83-88), используя метод молекулярных орбиталей, объясните различную длину связи d в молекулах и молекулярных ионах


п/п

Моле-

Кула

Длина связи, d∙1012,

м

Ион

Длина связи, d ∙1012,

м

п/п

Моле-

кула

Длина связи, d ∙1012,

м

Ион

Длина связи, d ∙1012,

м

83

Cl2

199

Cl2+-

189

86

C2

124

C2+-

146

84

F2

144

F2+-

133

87

O2

121

O2-

134

85

C2

124

C2-

127

88

H2

74

Н2+

106


В задачах (89-94), используя метод молекулярных орбиталей, объясните различные значения энергии связи Е в частицах


п/п

Частица

Е,

кДж/моль

Частица

Е, кДж/моль

89

Р2

489

Р2+

430

90

S2+

522

S2

426

91

O2-

207

O2+

646

92

N2-

598

N2

945

93

Cl2-

124

Cl2+

392

94

I2

153

I2+

254


В задачах (95-100), используя метод молекулярных орбиталей, изобразите энергетические диаграммы частиц, определите порядок связи, сравните прочность связи, укажите характер магнитных свойств частиц.

п/п

Молекула

Ион

п/п

Молекула

Ион

95

О2

О2+

98

N2

N2-2

96

С2

С2-

99

F2

F2+

97

Р2

Р2+

100

Be2

Be2-


В задачах (101-109) , используя метод молекулярных орбиталей, изобразите энергетические диаграммы молекул, определите порядок связи, укажите характер магнитных свойств частиц.

п/п

Молекулы


п/п

Молекулы


п/п

Молекулы

101

Al2

F2

104

C2

Cl2

107

N2

Mg2

102

B2

Na2

105

Be2

S2

108

O2

Na2

103

Li2

P2

106

Mg2

Si2

109

F2

Al2


В задачах (110-161) объясните экспериментально установленное строение молекул или ионов, используя метод валентных связей. Укажите тип гибридизации орбиталей центрального атома, изобразите перекрывание орбиталей и определите, полярна ли эта частица.

Внимание! В условиях задач 110-205 структурные формулы элементов записаны в виде В-А-В (В-А-В*), где А - центральный атом, В - концевые атомы. Для бипирамид: В - атомы в экваториальной плоскости, В*- атомы в аксиальных положениях. В случае тригональной бипирамиды неподеленные пары электронов располагаются в экваториальной плоскости, у октаэдра – в аксиальных положениях.


п/п

Частица

Геометрическая форма частицы

Валентные углы (град.)

110

BeCl2

Линейная

Cl-Be-Cl 180

111

COS

«-«

O-C-S 180

112

CNF

«-«

N-C-F 180

113

HCN

«-«

H-C-N 180

114

NCS-

«-«

N-C-S 180

115

OCN-

«-«

O-C-N 180

116

SnO2

«-«

O-Sn-O 180

117

AlBr3

Плоский треугольник

Br-Al-Br 120

118

COCl2

«-«

Cl-C-Cl 111;Cl-C-O 124

119

BCl3

«-«

Cl-B-Cl 120

120

GaCl3

«-«

Cl-Ga-Cl 120

121

NOF

Угловая

O-N-F 110

122

SiF2

«-«

F-Si-F 101

123

GeCl2

«-«

Cl-Ge-Cl 107

124

PbF2

«-«

F-Pb-F 90

125

[BeF4]2-

Тетраэдр

F-Be-F 109,5

126

[AlH4]-

«-«

H-Al-H 109,5

127

[GaH4]-

«-«

H-Ga-H 109,5

128

GeF4

«-«

F-Ge-F 109,5

129

PH4+

«-«

H-P-H 109,5

130

SiBr4

«-«

Br-Si-Br 109,5

131

H3O+

Тригональная пирамида

H-O-H 109

132

H3S+

«-«

H-S-H 96

133

NHF2

«-«

H-N-F 100; F-N-F 103

134

AsCl3

«-«

Cl-As-Cl 99

135

PCl2F

«-«

Cl-P-Cl 104; Cl-P-F 102

136

SbCl3

«-«

Cl-Sb-Cl 97

137

[ClF2]+

Угловая

F-Cl-F 100

138

HOF

«-«

H-O-F 97

139

OF2

«-«

F-O-F 103

140

NH2-

«-«

H-N-H 104

141

SCl2

«-«

Cl-S-Cl 103

142

PCl5

Тригональная бипирамида

Cl-P-Cl 120; Cl-P-Cl*90

143

AsF5

«-«

F-As-F 120; F-As-F* 90

144

SF4

Искаженный тетраэдр

F-S-F 104; F-S-F* 89

145

TeCl4

«-«

Cl-Te-Cl 120;

Cl-Te-Cl* 93

146

BrF3

Т-конфигурация

F-Br-F* 86; F*-Br-F*188

147

[XeF3]+

«-«

F-Xe-F* 80-82;

F*-Xe-F* 162

148

XeF2

Линейная

F*-Xe-F* 180

149

[IBrCl]-

«-«

Br*-I-Cl* 180

150

SClF5

Октаэдр

F-S-F 90; Cl-S-F 90

151

SeF6

«-«

F-Se-F 90

152

[AlF6]3-

«-«

F-Al-F 90

153

[SiF6]2-

«-«

F-Si-F 90

154

[GeCl6]2-

«-«

Cl-Ge-Cl 90

155

[AsF6]-

«-«

F-As-F 90

156

ClF5

Квадратная пирамида

F-Cl-F 90; F-Cl-F* 86

157

BrF5

«-«

F-Br-F 90; F-Br-F* 85

158

[SbF5]2-

«-«

F-Sb-F 90; F-Sb-F* 90

159

[BrF4]-

Плоский квадрат

F-Br-F 90

160

[ICl4]-

«-«

Cl-I-Cl 90

161

XeF4

«-«

F-Xe-F 90


В задачах (162-179) приведены частицы, имеющие одинаковую геометрическую форму. Используя метод валентных связей (см. примечание к задачам 110-161), укажите, одинаковые ли орбитали участвуют в образовании связей, приведите схему их перекрывания.

п/п

Частица 1

Углы (град.)

Частица 2

Углы (град.)

Форма частиц

162

BeF2

F-Be-F 180

KrF2

F*-Kr-F* 180

Линейная

163

CO2

O-C-O 180

XeF2

F*-Xe-F*180

«-«

164

CNCl

N-C-Cl 180

[ICl2]-

Cl*-I-Cl* 180

«-«

165

NCS-

N-C-S 180

[IBr2]-

Br*-I-Br*180

«-«

166

NOF

O-N-F 110

[ClF2]+

F-Cl-F 100

Угловая

167

GeCl2

Cl-Ge-Cl 107

H2O

H-O-H 105

«-«

168

SnF2

F-Sn-F 94

NH2-

H-N-H 104

«-«

169

PbBr2

Br-Pb-Br 95

HOF

H-O-F 97

«-«

170

NOCl

O-N-Cl 113

SCl2

Cl-S-Cl 103

«-«

171

PbF2

F-Pb-F 90

[BrF2]+

F-Br-F 94

«-«

172

NOBr

O-N-Br 115

H2S

H-S-H 92

«-«

173

SiF2

F-Si-F 101

OF2

F-O-F 103

«-«

174

SnF2

F-Sn-F 94

H2Se

H-Se-H 91

«-«

175

PbCl2

Cl-Pb-Cl 96

H2Te

H-Te-H 90

«-«

176

[BH4]-

H-B-H 109,5

SF4

F-S-F 104;

F-S-F* 89

Тетраэдр

177

CI4

I-C-I 109,5

TeCl4

Cl-Te-Cl 120;

Cl-Te-Cl* 93

«-«

178

SiF4

F-Si-F 109,5

SF4

F-S-F 104;

F-S-F* 89

«-«

179

SnH4

H-Sn-H 109,5

TeCl4

Cl-Te-Cl 120;

Cl-Te-Cl* 93

«-«


В задачах (180-205) приведены частицы, состоящие из одного и того же количества атомов. Используя метод валентных связей, укажите орбитали, принимающие участие в образовании связей, изобразите геометрическое строение указанных частиц (см. примечание к задачам 110-161.)


п/п

Частица 1

Валентные углы (град.)

Частица 2

Валентные углы (град.)

180

BeCl2

Cl-Be-Cl 180

NOBr

O-N-Br 115

181

CS2

S-C-S 180

GeCl2

Cl-Ge-Cl 107

182

HCN

H-C-N 180

SnI2

I-Sn-I 95

183

CNBr

N-C-Br 180

PbF2

F-Pb-F 90

184

SnO2

O-Sn-O 180

[ClF2]+

F-Cl-F 100

185

OCN-

O-C-N 180

OF2

F-O-F 103

186

BeBr2

Br-Be-Br 180

SCl2

Cl-S-Cl 103

187

COS

O-C-S 180

KrF2

F*-Kr-F* 180

188

CNCl

N-C-Cl 180

XeF2

F*-Xe-F* 180

189

CNI

N-C-I 180

[IBr2]-

Br*-I-Br* 180

190

BeF2

F-Be-F 180

[IBrCl]-

Br*-I-Cl* 180

191

BeI2

I-Be-I 180

KrF2

F*-Kr-F* 180

192

AlCl3

Cl-Al-Cl 120

H3O+

H-O-H 109

193

COF2

F-C-F 108;

F-C-O 126

NHF2

H-N-F 100;

F-N-F 103

194

BBr3

Br-B-Br 120

AsF3

F-As-F 96

195

GaCl3

Cl-Ga-Cl 120

PCl3

Cl-P-Cl 100

196

CSCl2

Cl-C-Cl 111;

Cl-C-S 124

SbF3

F-Sb-F 95

197

GaBr3

Br-Ga-Br 120

BrF3

F-Br-F* 86;

F*-Br-F* 188

198

AlF3

F-Al-F 120

[XeF3]+

F-Xe-F* 80-82;

F*-Xe-F* 162

199

[BeF4]2-

F-Be-F 109,5

SF4

F-S-F 104;

F-S-F* 89

200

[AlCl4]-

Cl-Al-Cl 109,5

[BrF4]-

F-Br-F 90

201

SiCl4

Cl-Si-Cl 109,5

[ICl4]-

Cl-I-Cl 90

202

SnF4

F-Sn-F 109,5

XeF4

F-Xe-F 90

203

PF5

F-P-F 120;

F-P-F* 90

ClF5

F-Cl-F 90;

F-Cl-F* 86

204

AsF5

F-As-F 120;

F-As-F* 90

[XeF5]+

F-Xe-F 90;

F-Xe-F* 79-83

205

PCl5

Cl-P-Cl 120;

Cl-P-Cl* 90

[SbF5]2-

F-Sb-F 90;

F-Sb-F* 90


1.3. Кристалл

В задачах (206-225) определите, используя приведенные ниже экспериментальные данные, структурный тип кристаллической решетки, в которой кристаллизуется данный металл (гранецентрированная кубическая, объемноцентрированная кубическая или типа алмаза), рассчитайте эффективный радиус атома металла, изобразите элементарную ячейку, укажите координационное число.


п/п


Металл


Плотность,

г/см3


Ребро куба

а ∙ 1010 , м


п/п


Металл


Плотность,

г/см3


Ребро куба

а ∙ 1010 , м



206

Сг


7,00


2,89


216


Сu


8,90


3,62


207


V


6,10


3,04


217


Sn


5,75


6,46


208


W


19,20


3,16


218


Nb


3,47


3,30


209


Rb


1,53


5,6


219


Та


3,31

3,30


210


Rb


11,34


4,95


220


-Fe




7,80


2,87


211


Au


19,32


4,08


221


Mo


10,20


3,15


212


Na


0,97


4,20


222


Cs


1,90


6,00


213


Ge


5,32


5,65


223


Ba


3,75


5,02


214


Li


0,53


3,5


224


γ -Fe


8,14


3,64


215


Pt


21,45


4,93


225


Al


2,70


4,05


В задачах (226-245) определите, используя приведенные ниже экспериментальные данные, структурный тип кристаллической решетки, в которой кристаллизуется данное вещество (структурный тип NaCl или CsCl), рассчитайте ионный радиус катиона, изобразите элементарную ячейку, укажите координационное число.

п/п


Соеди-

нение


Радиус

аниона

R∙ 1010, м

Плотность,

г/см3


Ребро куба,

а ∙ 1010,

м

п/п


Соеди-

нение


Радиус

аниона

R∙ 1010, м



Плотность,

г/см3


Ребро

куба,

а ∙ 1010 , м

226


AgCl


1,81


5,56


5,55


236


LiF


1,33


2,63


4,03


227


KF


1,33


249


5,34


237


TlCl


1,81


7,00


3,86


228


PbS


1,85


7,50


5,92


238


CaS


1,85


2,61


5,68


229


КС1


1,81


1,98


6,29


239


MnO


1,40


5,44


4,44


230


AgF


1,33


5,85


5,24


240


CdO


1,40


8,15


4,70


231


СsВг


1,96


4,44


4,30


241


CsH


1,36


3,42


6,39


232


LiCl


1,81


2,07


5,14


242


TlI


2,19


7,29


4,21


233


RbF


1,33


3,87


5,64


243


TiO


1,40


5,52


4,25


234


Csl


2,19


4,51


4,57


244


MgS


1,85


2,66


5,20


235


RbCl


1,81


2,76


6,55


245


TIBr


1,95


7,56


3,98



В задачах (246-265) определите структурный тип соединения (СsС1, NaCl или ZnS) по приведенным ниже экспериментальным данным, изобразите элементарную ячейку, укажите координационное число ионов или атомов.

п/п

Соеди-

нение


Rкатиона

1010,

м

Rаниона

1010,

м

Плотность,

г/см3

п/п

Соеди-

нение

Rкатиона

1010,

м

Rаниона

1010,

м

Плотность,

г/см3

246


CuBr


0,60


1,95


5,826


256


NiAI


1,35


1,25


6,05


247


AuZn


1,42


1,32


13,81


257


RbBr


1,47


1,95


3,40


248


MnS


0,80


1,85


3,99


258


CdTe


0,78


2,20


6,356


249


АlP


1,30


1,0


2,40


259


NaF


0,97


1,33


2,558


250


SnSb


1,90


1,50


6,90


260


CuBe


1,24


1,07


6,09


251


CoAl


1,35


1,25


6,12


261


CdS


0,78


1,85


4,82


252


SiC


1,10


0,70


3,27


262


CoO


0,72


1,40


6,43


253


CuPd


1,24


1,34


10,8


263


ZnTe


1,32


2,20


6,34


254


SrTe


1,12


2,20


4,84


264


NbN


0,72


1,46


8,4


255


CuCl


0,60


1,81


5,823


265


MgO


0,66


1,40


3,58




В задачах (266-285) определите формулу соединения, кристаллизующегося в кубической сингонии, по следующим данным (число атомов в формуле только целое, Z –число формульных единиц в элементарной ячейке):


п/п

Эле-

менты


Плотность,

г/см3


Ребро куба

а∙1010 , м


Z


п/п

Эле-

менты


Плотность,

г/см3


Ребро куба

а∙1010 , м



Z


266


К, Та, О


7,01


3,99


1


276


Fe, Mn, О


4,80


8,61


8


267


Al,Au


7,65


6,01


4


277


K, Cl, O


2,524


7,14


4


268


С, Si


3,22


4,37


4


278


Ti, Br


3,41


11,27


8


269


Fe,0


5,17


8,41


8


279


Mg, Ce


3,05


7,74


4


270


La, О


5,82


11,42


16


280


Mg, N


2,71


9,97


16


271


Се, В


4,73


4,16


1


281


Ni, S


4,7


9,48


8


272


K, Pd, Cl


2,74


9,88


4


282


Te, Ru


9,15


6,37


4


273


Mg, Sn


3,57


6,78


4


283


Mn, Cr, S


3,72


10,08


8


274


Al, Sb


4,33


6,11


4


284


Fe, Al


6,59


5,95


4


275


Me, Hg


9,09


3,45


1


285


N, V


6,13


4,14


4



Раздел 2. Окислительно-восстановительные реакции


В задачах (286-369) подберите коэффициенты к уравнениям окислительно-восстановительных реакций, используя метод электронно-ионного баланса, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления.


п/п

Уравнение окислительно-восстановительной реакции.

286

KMnO4 + HCl Cl2 + MnCl2 + KCl + H2O

287

MnO2 + HCl Cl2 + MnCl2 + H2O

288

KMnO4 + KNO2 + H2SO4 MnSO4 + KNO3 + K2SO4 + H2O

289

Au + HNO3 + HCl H[AuCl4] + NO + H2O

290

Si + HNO3 + HF H2[SiF6] + NO + H2O

291

K2MnO4 + H2O KMnO4 + MnO2 + KOH

292

KClO3 + KJ + H2SO4 KCl + J2 + K2SO4 + H2O

293

K2Cr2O7 + KNO2 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + KNO3 + K2SO4 + H2O

294

Na2SO3 + H2S + H2SO4 Na2SO4 + S + H2O

295

KMnO4 + H2S + H2SO4 MnSO4 + S + K2SO4 + H2O

296

KMnO4 + C6H12O6 + H2SO4 MnSO4 + CO2 + K2SO4 + H2O

297

H2O2 + FeSO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + H2O

298

K2Cr2O7 + H2O2 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + O2 + K2SO4 + H2O

299

Br2 + K3[Cr(OH)6] + KOH KBr + K2CrO4 + H2O

300

Cl2 + NaOH NaClO3 + NaCl + H2O

301

Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O

302

Fe + HNO3 Fe(NO3)3 + NO2 + H2O

303

KMnO4 + K2HPO3 + H2SO4 MnSO4 + H3PO4 + K2SO4 + H2O

304

Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2S + H2O

305

KBrO3 + KBr + H2SO4 Br2 + K2SO4 + H2O

306

HJO3 + P + H2O HJ + H3PO4

307

Cl2 + H2S + H2O HCl + H2SO4

308

KMnO4 + Na2SO3 + H2O MnO2 + Na2SO4 + KOH

309

HNO3 + PbS NO + S + Pb(NO3)2 + H2O

310

HNO3 + P + H2O NO + H3PO4

311

KMnO4 + K2SO3 + KOH K2MnO4 + K2SO4 + H2O

312

HNO3 + Cu2O NO + Cu(NO3)2 + H2O

313

HNO3 + Ca NH4NO3 + Ca(NO3)2 + H2O

314

NaMnO4 + Na2S + H2SO4 MnSO4 + S + Na2SO4 + H2O

315

KMnO4 + HBr MnBr2 + Br2 + KBr + H2O

316

HClO3 + P + H2O HCl + H3PO4

317

KMnO4 + H3AsO3 + H2SO4 MnSO4 + H3AsO4 + K2SO4 + H2O

318

Br2 + NaCrO2 + NaOH NaBr + Na2CrO4 + H2O

319

Zn + HNO3 Zn(NO3)2 + N2O + H2O

320

KClO3 + FeSO4 + H2SO4 KCl + Fe2(SO4)3 + H2O

321

K2Cr2O7 + HCl CrCl3 + Cl2 + KCl + H2O

322

CrO3 + HCl CrCl3 + Cl2 + H2O

323

KMnO4 + Cd + H2SO4 MnSO4 + CdSO4 + K2SO4 + H2O

324

Cr2O3 + KClO3 + KOH K2CrO4 + KCl + H2O

325

PbO2 + MnSO4 + HNO3 Pb(NO3)2 + HMnO4 + PbSO4 + H2O

326

Na2Cr2O7 + FeSO4 + H2SO4 Cr2(SO4)3 + Fe2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O

327

KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

328

KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 MnSO4 + CO2 + K2SO4 + H2O

329

K2Cr2O7 + H2[HPO3] + H2SO4 Cr2(SO4)3 + H3PO4 + K2SO4 + H2O

330

PbO2 + HNO2 + H2SO4 PbSO4 + HNO3 + H2O

331

HBrO3 + SO2 + H2O Br2 + H2SO4

332

KMnO4 + SO2 + KOH MnO2 + K2SO4 + H2O

333

KMnO4 + NaNO2 + KOH K2MnO4 + NaNO3 + H2O

334

Mg + H2SO4 MgSO4 + H2S + H2O

335

KСlO3 + HCl Cl2 + KCl + H2O

336

HСlO + J2 + H2O HCl + HJO3

337

NaBrO3 + NaBr + H2SO4 Br2 + Na2SO4 + H2O

338

Al + H2O + NaOH Na[Al(OH)4] + H2

339

KNO2 + KJ + H2SO4 NO + J2 + K2SO4 + H2O

340

K2Cr2O7 + + SnCl2 + HCl CrCl3 + SnCl4 + KCl + H2O

341

KMnO4 + K2SO3 + NaOH K2MnO4 + Na2MnO4 + K2SO4 + H2O

342

KMnO4 + H2O2 MnO2 + O2 + KOH + H2O

343

H2O2 + CrCl3 + NaOH Na2CrO4 + NaCl + H2O

344

H2O2 + Hg(NO3)2 + NaOH O2 + Hg + NaNO3 + H2O

345

HJO3 + H2O2 J2 + O2 + H2O

346

KMnO4 + Zn + H2SO4 MnSO4 + ZnSO4 + K2SO4 + H2O

347

NaClO + KJ + H2SO4 NaCl + J2 + K2SO4 + H2O

348

MnO2 + H2C2O4 + H2SO4 MnSO4 + CO2 + H2O

349

PbO2 + Mn(NO3)2 + HNO3 Pb(NO3)2 + HMnO4 + H2O

350

Na2WO4 + SnCl2 + HCl W2O5 + SnCl4 + NaCl + H2O

351

KClO3 + MnSO4 + KOH K2MnO4 + KCl + K2SO4 + H2O

352

Na2SeO3 + Cl2 + NaOH Na2SeO4 + NaCl + H2O

353

HNO3 + FeCl2 + HCl NO + FeCl3 + H2O

354

KMnO4 + PH3 + H2SO4 MnSO4 + H3PO4 + K2SO4 + H2O

355

MnSO4 + H2O2 + KOH MnO2 + K2SO4 + H2O

356

KClO3 + K2S + H2SO4 KCl + S + K2SO4 + H2O

357

KNO3 + KJ + HCl NO + J2 + KCl + H2O

358

K2Cr2O7 + Al + H2SO4 Cr2(SO4)3 + Al2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

359

Bi(NO3)3 + K2SnO2 + KOH Bi + K2SnO3 + KNO3 + H2O

360

NaNO3 + Al + NaOH NH3 + Na[Al(OH)4]

361

HNO3 + Ti + H2O NO + H2TiO3

362

Cl2 + K2S + KOH KCl + K2SO4 + H2O

363

KNO3 + Cr2O3 + KOH KNO2 + K2CrO4 + H2O

364

Cl2 + CrCl3 + NaOH NaCl + Na2CrO4 + H2O

365

S + KOH K2SO3 + K2S + H2O

366

KMnO4 + MnSO4 + KOH MnO2 + K2SO4 + H2O

367

AgNO3 + H2O2 + KOH Ag + KNO3 + O2 + H2O

368

KBrO + MnCl2 + KOH KBr + MnO2 + KCl + H2O

369

K2MnO4 + K2S + H2O MnO2 + S + KOH


Раздел 3. Химическая термодинамика.

3.1. Первый закон термодинамики.

В задачах (370-394) определите стандартный тепловой эффект реакции при:

а) изобарном её проведении - r H 0298;

б) изохорном её проведении - rU 0298

(стандартные значения термодинамических функций приведены в приложении )

п/п

Уравнение реакции

370

4HCl (г) +O2 (г) = 2H2O (г) + 2Cl2 (г)

371

CH4 (г) + 2O2 (г) = CO2 (г) + 2H2O (ж)

372

Fe3O4 (к) + 4CO (г) = 3Fe (к) + 4CO2 (г)

373

3Fe3O4 (к) + 8Al (к) = 4Al2O3 (к) + 9Fe (к)

374

3H2O (г) + 2Al (к) = Al2O3 (к) + 3H2 (г)

375

Fe3O4 (к) + 4H2 (г) = 3Fe (к) + 4H2O (г)

376

S (к)+ 2N2O (г) = SO2 (г) + 2N2 (г)

377

H2S (г) + Cl2 (г) = 2HCl (г) + S (к)

378

CO (г) + H2O (г) = CO2 (г) + H2 (г)

379

Fe2O3 (к) + 3CO (г) = 2Fe (к) + 3CO2 (г)

380

2PbS (к) + 3O2 (г) = 2PbO (к) + 2SO2 (г)

381

CaCO3 (к) = CaO (к) + CO2 (г)

382

Fe (к) + H2O (г) = FeO (к) + H2 (г)

383

2CO2 (г) = 2CO (г) + O2 (г)

384

Fe2O3 (к) + CO (г) = 2FeO (к) + CO2 (г)

385

PbO (к) + CO (г) = Pb (к) + CO2 (г)

386

C2H4 (г) + H2O (г) = C2H6O (г)

387

FeO (к) + Mn (к) = MnO (к) + Fe (к)

388

2FeO (к) + Si (к) = 2Fe (к) + SiO2 (к)

389

FeO (к) + C (к) = Fe(к) + CO (г)

390

3Fe2O3 (к) + H2 (г) = 2Fe3O4 (к) + H2O (г)

391

GeO2 (к) + 2Cl2 (г) + 2C (к) = GeCl4 (г) + 2CO (г)

392

CH4 (г) + H2O (г) = CO (г) + 3H2 (г)

393

WO3 (г) + 3H2 (г) = W (к) + 3H2O (г)

394

2MoO2 (к) + 6CO (г) = Mo2C (к) + 5CO2 (г)


В задачах (395-414) вычислите, сколько теплоты выделится при полном сгорании указанного количества вещества при стандартных условиях. Учтите, что в продуктах сгорания углерод находится в виде углекислого газа, водород – водяного пара, сера – сернистого газа, азот выделяется в свободном состоянии.

п/п

Вещество

Количество

вещества

п/п

Вещество

Количество

вещества

395

CH4

3 моль

405

C6H5NO2

2 моль

396

C2H4

20 л

406

C5H5N

10 моль

397

C2H2

5 м3

407

CH4N2O

3 м3

398

C2H6

20 моль

408

C10H8

50 дм3

399

C3H8

5 дм3

409

CH4O

4 моль

400

H2S

8 моль

410

C3H6O

6 м3

401

CS2

40 л

411

C4H10

9 моль

402

C3H6

7 моль

412

CH3COOH

40 л

403

C4H8

6 м3

413

C2H5OH

5 моль

404

CH2O

25 л

414

CH4O

80 м3


В задачах (415-427) по заданным термохимическим уравнениям рассчитайте стандартную энтальпию реакции образования указанного вещества из простых веществ.

п/п

Термохимические уравнения реакций

r H o , кДж

Вещество


415

(I) 4As(т) + 3O2(г) = 2As2O3( r H oI = -1328 (II) As2O3(т) + O2(г) = As2O5(т); r H oII = -261



As2O5


416

(I) 2As(т) + 3F2(г) = 2AsF3(г); r H oI = -1842 (II) AsF5(г) = AsF3(г) + F2(г); r H oII = +317



AsF5


417

(I) 2С (т) + O2(г) = 2СO2(г); r H oI = -220 (II) СO(г) + F2(г) = COF2(г); r H oII = -525



COF2


418

(I) 2Сr(т) + 3F2(г) = 2СrF3(т); r H oI = -2224 (II) 2СrF3(т) + Cr(т) = 2CrF2(т); r H oII = -38



CrF2


419

(I) 2P(т) + 3Cl2(г) = 2PCl3(г); r H oI = -574

(II) PCl5(г) = PCl3(г) + Cl2(г); r H oII = +88



PCl5


420

(I) 2Pb(т) + O2(г) = 2PbO(т); r H oI = - 438

(II) 2PbO2(т) = 2PbO(т) + O2(г); r H oII = +116



PbO2


421

(I) Zr(т) + ZrCl4(г) = 2ZrCl2(г); r H oI = +215 (II) Zr (т) +2Cl2(г) = ZrCl4(г); r H oII = + 867



ZrCl2



422

(I) 2ClF5(г) = Cl2F6(г) + 2F2(г); r H oI = +152

(II) Сl2(г) + 5F2(г) = 2ClF5(г); r H oII = - 478


Cl2F6



423

(I) Ce(т) + O2(г) = CeO(т); r H oI = - 1090

(II) 3CeO2(т) + Ce(т) = 2Ce2O3(т); r H oII = - 332



Ce2O3


424

(I) CuCl2(т) + Cu(т) = 2CuCl(т); r H oI = - 56

(II) Cu(т) + Cl2(т) = СuCl2(т); r H oII = - 216



CuCl


425

(I) HgBr2(т) + Hg(ж) = Hg2Br2(т); r H oI = - 38

(II) HgBr2(т) = Hg(ж) + Br2(ж); r H oII = + 169



Hg2Br2


426

(I) Ir(т) + 2S(г) = IrS2(т); r H oI = - 144 (II) 2IrS2(т) = Ir2S3(т) + S(т); r H oII = + 43



Ir2S3


427

(I) 2Fe(т) + O2(г) = 2FeO(т); r H oI = - 532

(II) 4FeO(т) + O2(г) = 2Fe2O3(т); r H oII = -584


Fe2O3


3.2. Второй закон термодинамики


В задачах (428-443) определите энтропию 1 моль газа при давлении P и стандартной температуре. Укажите, увеличивается или уменьшается энтропия вещества при изменении давления от стандартного к заданному. Значения энтропии при стандартных условиях возьмите из приложения, примите, что данные вещества подчиняются законам идеального газа.


п/п

Газ

P10-5, Па

п/п

Газ

P10-5, Па

428

H2

3,039

436

C2H4

0,601

429

H2O

10,130

437

N2

0,507

430

He

1,519

438

O2

0,840

431

CH4

8,100

439

F2

1,722

432

CO

0.405

440

Cl2

1,925

433

NO

1,823

441

Ne

3,039

434

CO2

1,317

442

Ar

2,533

435

C2H6

0,709

443

Kr

1,013


В задачах (444-461) рассчитайте энтропию 1 моль вещества в двухкомпонентном растворе при известной массовой доле ω, полагая, что раствор является идеальным.

п/п

Вещество

ω,

%

Растворитель

п/п

Вещество

ω,

%

Растворитель

444

C

0,36

Fe

453

Cu

5,8

Sn

445

Al

13,5

Cu

454

Mn

1,3

Cu

446

Sn

4,5

Cu

455

Co

10,5

W

447

Cr

26

Ni

456

Fe

3,1

Ni

448

Zn

3,8

Cu

457

Ni

5,2

Cu

449

Be

2,7

Cu

458

Sb

15,7

Pb

450

Si

13,9

Fe

459

Rh

10,0

Pt

451

Si

17,5

Al

460

Ir

15,9

Pt

452

Al

1,8

Ni

461

Ag

12,5

Au


В задачах (462-480) рассчитайте энтропию каждого компонента в газовой смеси, подчиняющейся законам идеальных газов, и энтропию смеси.

п/п

1-й компонент

2-й компонент

3-й компонент

Символ

n 1, моль

Символ

n 2, моль

Символ

n 3, моль

462

H2

1,0

N2

2,0

Ar

5,0

463

He

1,5

H2

2,5

N2

4,0

464

N2

2,0

Ne

3,0

Kr

3,0

465

Ar

3,5

He

2,0

H2

2,5

466

Ne

2,0

N2

1,5

O2

3,5

467

O2

1,5

Ne

1,0

Ar

2,5

468

H2

2,0

N2

3,0

Ar

4,0

469

O2

1,0

F2

2,5

N2

4,5

470

He

2,0

Cl2

3,0

Ne

1,5

471

Ne

2,5

H2

2,0

O2

3,5

472

N2

3,0

Kr

2,0

Ne

2,0

473

O2

2,0

He

1,5

F2

3,5

474

H2

1,0

Ne

3,0

N2

5,0

475

Kr

0,5

F2

2,5

He

2,5

476

Ar

2,0

H2

1,0

Ne

1,5

477

N2

3,5

F2

1,5

Kr

2,0

478

Ne

1,5

He

2,5

H2

3,5

479

O2

2,0

N2

2,0

Ar

4,0

480

H2

1,0

N2

3,0

He

2,0


В задачах (481-505) рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса r G T 0 и константу равновесия K0 при заданной температуре T. Укажите, в каком направлении протекает реакция при данной температуре и направление смещения равновесия при увеличении температуры. При обосновании направления смещения равновесия используйте уравнение изобары химической реакции.


п/п

Уравнение реакции

Т, К

481

2H2(г) + CO(г) CH3OH(ж)

390

482

4HCl(г) + O2(г) 2H2O(г) + 2Cl2(г)

750

483

2N2(г) + 6H2O(г) 4NH3(г) + 3O2(г)

1300

484

4NO(г) + 6H2O(г) 4NH3(г) + 5O2(г)

1000

485

2NO2(г) 2NO(г) + O2(г)

700

486

N2O4(г) 2NO2(г)

400

487

S2(г) + 4H2O(г) 2SO2(г) + 4H2(г)

1000

488

S2(г) + 4CO2(г) 2SO2(г) + 4CO(г)

900

489

2SO2(г) + O2(г) 2SO3(г)

700

490

CO2(г) + H2(г) CO(г) + H2O(г)

1200

491

SO2(г) + Cl2(г) SO2Cl2(г)

400

492

CO(г) + 3H2(г) CH4(г) + H2O(г)

1000

493

4CO(г) + SO2(г) S2(г) + 4CO2(г)

900

494

C2H5OH(г) C2H4(г) + H2O(г)

400

495

FeO(k) + CO(г) Fe(k) + CO2(г)

1000

496

WO3(k) + 3H2(г) W(k) + 2H2O(г)

2000

497

NH4Cl(k) NH3 + HCl

500

498

Mg(OH)2(k) MgO(k) + H2O(г)

500

499

H2O(г) + C(графит) CO(г) + H2(г)

1000

500

PbO2(к) + C(графит) Pb(к)+ CO2(г)

1000

501

MnO2(k) + 2H2 Mn(k) + 2H2O(г)

1000

502

3Fe(к)+ 4H2O(г) Fe3O4(к) + 4H2(г)

1000

503

C6H6(г) + 3H2(г) C6H12(г)

600

504

NiOH2(k) NiO(k) + H2O(г)

500

505

2CrCl3(k) 2CrCl2(k) + Cl2(г)

500


В задачах (506-513) для газофазной реакции А + В = С +D рассчитайте константу равновесия при температуре Т и равновесный состав системы при этой температуре, если известны r G 0 T и начальные концентрации исходных веществ С 0. Концентрация продуктов реакции в начальный момент равна нулю.


п/п

Т, К

r G 0 T , кДж/моль

С 0, моль/л

п/п

Т, К

r G 0 T , кДж/моль

С 0,

моль/л

А

В


А

В

506

400

- 14,1

1

1

514

600

- 1,6

1

1

507

800

- 13,8

1

2

515

800

- 3,6

1

1

508

400

- 7,5

1

1

516

1000

- 5,7

1

1

509

800

- 6,7

1

2

517

400

- 10,1

1

1

510

600

- 6,0

1

1

518

600

- 9,2

1

2

511

1000

- 20,5

2

1

519

800

- 8,5

2

2

512

600

- 25,4

2

1

520

1000

-18,5

3

1

513

800

- 28,5

3

1

521

700

- 4,6

2

1


В задачах (522-536) для данной гомогенной реакции А + В С +D определите температуру, при которой наступает равновесие. Температурной зависимостью r H 0 и r S 0 можно пренебречь. Рассчитайте равновесный состав системы при этой температуре, если известны начальные концентрации исходных веществ C0 (продукты реакции в начальный момент времени отсутствуют).

п/п

Уравнение реакции

С 0, моль/л

А

В

522

CO (г) + Cl 2 (г) = COCl2 (г)

1

1

523

CO (г) + ½ O 2 (г) = CO 2 (г)

1

0,5

524

NO (г) + ½ O 2 (г) = NO 2 (г)

1

0,5

525

CH 4 (г) + CO 2 (г) = 2 CO (г) + 2 H 2 (г)

1

1

526

CCl4 (г) + H2O (г) = COCl 2(г) +2 HCl (г)

1

1

527

CO (г) + 2 H 2(г) = CH 3 OH (г)

0,5

1

528

SO 2 (г) + Cl 2(г) = SO 2 Cl 2(г)

0,5

0,5

529

C 2 H 2(г) + N 2(г) = 2 HCN(г)

1

1

530

C 2 H 6(г) = C 2 H 4 (г) + H 2(г)

1

-

531

CO (г) + NO (г) = CO 2 (г) + ½ N 2 (г)

0,5

0,5

532

CH 4(г) + CH3Cl(г) = C2 H6(г) + HCl(г)

1

1

533

PCl 5(г) = PCl 3(г) + Cl 2(г)

0,5

-

534

CO 2 (г) + H 2 (г) = HCOOH (г)

0,2

0,2

535

CF2Cl 2 (г) = C 2 F 4 (г) + 2 Cl 2 (г)

1

-

536

2 CH 4 (г) = C 2 H 2 (г) + H 2 (г)

0,5

-


В задачах (537-556 ), используя уравнение температурной зависимости константы равновесия , рассчитайте константу равновесия Кр при стандартной температуре Т1 = 298К и при заданной температуре Т2. Укажите, в каком направлении смещается равновесие реакции при повышении температуры. Рассчитайте константу равновесия Кс при стандартной температуре.


п/п

Реакция

T2, K

a

b

c

d

537

2H2 + CO CH3OH

800

3724

-9,13

30,8

·10-4

3,401

538

4HCl + O2 2H2O + 2Cl2

750

5750

-2,13

-8,57

·10-4

-4,710

539

-NH4Cl(к) NH3(г) + HCl(г)

455

-9650

1,83

-32,4

·10-4

28,239

540

2N2 + 6H2O 4NH3 + 3O2

1300

-66250


-1,75

0

-10,206

541

4NO + 6H2O 4NH3 + 5O2

1000

-47500


-1,75

0

-13,706

542

2NO2 2NO + O2

700

-5749

1,75

-5,0

·10-4

7,899

543

N2O4 2NO2

400

-2692

1,75

-4,8

·10-4

1,944

544

Mg(OH)2 MgO + O2

500

-4600

0,623

-10,0

·10-4

17,776

545

CaCO2 CaO + CO2

1000

-9680

-1,38

-2,19 ·10-4

17,756

546

Ca(OH)2 CaO +CO2

500

-5650

0,67

4,14 ·10-4

9,616

547

S2 + 4H2O 2SO2 + 4H2

1000

-13800


-0,88

26,7 ·10-4

8,386

548

S2 + 4CO2 2SO2 + 4CO

900

-23000


4,34

-16,2 ·10-4

2,576

549

2SO2 + O2 2SO3

700

10373

1,222

0

-18,806

550

SO2 + Cl2 SO2Cl2

400

2250

-1,75

4,55 ·10-4

-7,206

551

CO + 3H2 CH4 + H2O

1000

9874

-7,14

18,8 ·10-4

-1,371

552

4CO + 2SO2 S2 + 4CO2

900

23000

-4,34

0

-2,576

553

COCl2 CO + Cl2

400

5020

1,75

0

3,748

554

CO2 + H2 CO + H2O

1200

-2203

0

-0,52 ·10-4

2,300

555

CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O

1000

7674

-6,23

9,06 ·10-4

-1,291

556

2CO2 2CO +O2

700

29500

1,75

-12,15 ·10-4

3,290


В задачах (557-580) определите, при какой температуре в системе устанавливается химическое равновесие, укажите, используя уравнение изобары химической реакции, в каком направлении протекает реакция при температуре, отличающейся от равновесной в большую или меньшую сторону

п/п

Уравнение реакции

557

CH4 (г) + CO2 (г) CH3COOH (ж)

558

2H2 (г) + CO2 (г)HCOH (ж) + H2O (ж)

559

CO2 (г) + H2 (г) HCOOH (ж)

560

2SO2 (г) + O2 (г) 2SO3 (г)

561

CO (г) + 2H2 (г) CH3OH (г)

562

Ca(OH)2 (к) CaO (к) + H2O (г)

563

CaCO3 (к) CaO (к) + CO2 (г)

564

NH4Cl (к) NH3 (г) + HCl (г)

565

H2 (г) + Cl2 (г) 2HCl (г)

566

O2 (г) 2O (г)

567

CO2 (г) + H2 (г) CO (г) +H2O (г)

568

2CO (г) + O2 (г) 2CO2 (г)

569

2H2 (г) + O2 (г) 2H2O (г)

570

N2 ( г) 2N (г)

571

2NO (г) N2 (г) + O2 (г)

572

CH4 (г) + H2O (г) CO (г) + 3H2 (г)

573

CH4 (г) + CO2 (г) 2CO (г) + 2H2 (г)

574

2CH4 (г) C2H2 (г) + 3H2 (г)

575

F2 (г) 2F(г)

576

Cl2 (г) 2Cl (г)

577

HCl (г) H (г) + Cl (г)

578

HF (г) H (г) + F (г)

579

2HCl (г) + F2 (г) 2HF (г) + Cl2 (г)

580

C2H6 (г) C2H2 (г) + 2H2 (г)



Раздел 4. Химическая кинетика

В задачах (581-595) для данной химической реакции при заданных температуре Т, порядке реакции n, начальных концентрациях реагентов С 0, времени полупревращения ½ определите время, за которое прореагирует указанная доля исходного вещества .

п/п

Реакция

n

T, K

½,

С 0, моль/л

, %

581

SO 2 Cl 2 SO 2 + Cl 2

1

593

577,6 мин.

0,6

60

582

А B + D

1

600

462 мин.

0,4

70

583

A B + D

1

323

10 мин.

0,2

90

584

2 NH 3 N 2 + 3 H 2

0

1129

17,25 ч

0,2

30

585

C 2 H 6 C 2 H 4 + H 2

1

856

23,9 мин.

0,4

95

586

2 А B + D

2

298

179,2 мин.

0,1

40

587

RBr + OH - ROH + Br -

2

293

78,25 мин.

0,1

60

588

A + B D

2

293

25,4 мин.

0,2

70

589

C 2 H 6 C 2 H 4 + H 2

1

823

462 мин.

0,3

90

590

2 HI H 2 + I 2

2

700

137,74 мин.

0,1

65

591

H 2 O 2 H 2 O + ½ O 2

1

293

13,6 мин.

0,3

99

592

C 2 H 5 Cl C 2 H 4 + HCl

1

873

8,7 мин.

0,5

96

593

HCOOH CO 2 + H 2

1

413

21 мин.

0,2

90

594

HBr + O 2 HO 2 + Br

2

700

2 c

0,1

99

595

2 HI H 2 + I 2

2

680

175,4 мин.

0,2

60


В задачах (596-610) для реакции n-го порядка рассчитайте концентрацию исходных веществ С 2 через некоторое время t 2 от начала реакции, если известно, что при начальных концентрациях реагентов С0 при некоторой температуре за время t 1 концентрация исходного вещества стала С 1.


п/п

Реакция

n

С 0 ,

моль /л

t 1 ,

мин.

С 1 ,

Моль /л

t 2,

мин.

596

2 А B + D

2

0,1

76,8

0,06

100

597

А B + D

1

0,2

5

0,14

10

598

2 NH 3 N2 + 3 H 2

0

0,1

300

0,071

500

599

А + B D + F

2

0,5

120

0,215

180

600

H2O2 H2O + ½ O2

1

0,4

13,6

0,2

80

601

А B

1

0,1

10

0,01

30

602

HCOOH CO 2 + H 2

1

0,2

1,25

0,1

3

603

C 2 H 5 Cl C 2 H 4 + HCl

1

0,4

15

0,2

30

604

2 HI H 2 + I 2

2

0,2

50

0,12

100

605

SO 2 Cl 2 SO 2 + Cl 2

1

0,4

200

0,3

600

606

C 2 H 6 C 2 H 4 + H 2

1

0,5

50

0,4

150

607

А B + D

1

0,2

300

0,08

600

608

А + B D + F

2

0,5

140

0,2

250

609

2 NO 2 2NO + O 2

2

0,4

200

0,15

400

610

2 NOBr 2 NO + Br 2

2

0,2

0,1

0,05

0,5


В задачах (611-630) по известным экспериментальным данным, приведенным в таблице (n  порядок реакции; Ea  энергия активации; k0  предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса kT = k0 exp(- Ea/RT); Т1 и Т2 начальная и конечная температура; С исходная концентрация вещества), рассчитайте константы скорости реакции при температуре Т1 и Т2 и определите скорость реакции в некоторый момент времени, когда прореагировало некоторая доля исходного вещества .


п/п

Реакция

n

C,

моль /л

Ea,

кДж/

моль

k0

T1,

К

T2,

К

,

%

611

C2H5C C2H4 + HCl

1

2

247,5

4104

400

500

50

612

HI + CH3 CH4 + I2

2

2

140

21014

400

700

60

613

2NO + Br2  2NOBr

3

1

5,44

2,71010

300

350

70

614

N2O4  2NO2

1

2

54,4

1016

400

500

40

615

2NO2  2NO + O2

2

1

113

91012

200

300

60

616

C6H5ONa+C3H7I

C6H5OC3H7 + NaI

2

2

93,6

3,51011

300

500

50

617

2N2O5  2N2O4 + O2

1

2

103,5

4,61013

300

500

70

618

H2 + C2H4  C2H6

2

1

180,5

41013

300

600

50

619

H2 + I2  2HI

2

1

165,5

1,61014

400

600

60

620

2HI  H2 + I2

2

1

186,4

9,21013

500

300

80

621

C2H5Br  C2H4 + HBr

1

2

218

7,21012

300

400

40

622

H2 + ICl HI + HCl

2

1

41,8

1,61015

500

650

70

623

2NO + Cl2  2NOCl

3

1

15,5

4,6109

300

400

40

624

CO2 + OH  HCO3

2

1

38,2

1,51013

300

350

60

625

C2H5ONa + CH3

 C2H5OCH3 + NaI

2

1

81,5

2,41011

300

450

50

626

2O3  3O2

2

1

117,9

6,31018

300

500

70

627

C2H4+ H2  C2H6

2

2

180

41013

150

200

50

628

HI + C2H5 C2H6 + I2

2

2

124

51013

250

400

30

629

NO + Br2  NOBr + Br

2

2

95

41012

200

350

70

630

C2H5C C2H4 + HCl

1

2

248

4104

300

500

80


В задачах ( 631 – 640) определите скорость газофазной реакции по каждому компоненту, если известна скорость образования r какого-либо продукта.


п/п

Реакция

Продукт

r ,

моль/л.с

п/п

Реакция

Продукт

r ,

моль/л.с

631

2В+С

В

6,6 10-4

636

2 А В

В

2,4 10-3

632

А + В С

С

4,4 10-6

637

3 А В + С

С

8,0 10-1

633

А

В

2,6 10-2

638

2 А + В С

С

1,2 10-5

634

2В + С

С

1,8

639

А + В 2 С

С

4,0

635

А В

В

20

640

А + В С + D

D

3,1 10-2

В задачах (641 – 650) для данной химической реакции рассчитайте скорость реакции r2 при указанной концентрации С2 одного из компонентов, если известны начальные концентрации реагентов С0 и скорость реакции r1 при известной концентрации одного из компонентов С1.

п/п

Реакция

С0,

моль/л

r1, моль/(лс);

С 1, моль/л

С2 ,

моль/л

641

А + В D

С0, А = 5,0

С0, В = 7,0

r1 =2,010-3

С1, А = 2,0

С2,D = 3,0

642

2В + D

С0, А = 2,0

r1 =1,810-4

С1,D = 0,5

С2,А = 1,0

643

А В + D

С0, А = 10,0

r1 =2,110-6

С1,В = 4,0

С2,D = 2,0

644

2В + D

С0, А = 4,0

r1 =4,2

С1,В = 1,0

С2,D = 1,0

645

А + 2 В D

С0, А = 6,0

С0, В = 18,0

r1 =1,410-8

С1,В =1,0

С2,B = 12,0

646

2А + В D

С0, А = 0,8

С0, В = 0,6

r1 =6,810-3

С1,А = 0,6

С2,B = 0,4

647

2А + В D

С0, А = 1,6

С0, В = 1,6

r1 =4,110-2

С1 ,В = 1,6

С2,D = 1,2

648

2 А В

С0, А = 4,2

r1 =2,0

С1,В =1,8

С2,А = 3,0

649

2В+D

С0, А = 3,5

r1 =4,110-1

С1, D = 1,0

С2, А = 2,1

650

А В

С0, А= 110-2

r1 =6,310-2

С1, В = 510-3

С2, А=2,110-3


В задачах ( 651 –660) определите, во сколько раз увеличилась константа скорости второй реакции при нагревании от Т1 до Т2 , если дано соотношение энергий активации первой и второй реакций ( Е1/Е2) и известно, что при нагревании от Т1 до Т2 К константа скорости первой реакции увеличилась в а раз.


п/п

Е1/Е2

а

Т1, К

Т2, К

п/п

Е1 2

а

Т1, К

Т2, К

651

2,0

10,0

300

400

656

6,5

6,5

150

250

652

0,5

5,0

300

400

657

0.3

2,5

250

350

653

3,0

6,0

400

500

658

5.1

4,0

450

550

654

4,5

12,0

400

500

659

0.2

3,5

300

400

655

0,1

3,5

100

200

660

3.5

6,0

200

300


В задачах (661 – 670) рассчитайте для реакции второго порядка А + В D при известных начальных концентрациях реагентов С0 константу скорости реакции и время полупревращения ½ обоих веществ, если известно ,что через некоторое время t концентрация вещества А уменьшилась до значения СА.


п/п

С0 ,

моль/л

t, мин.

СА,

моль/л

п/п

С0 ,

моль/л

t, мин.

СА ,

моль/л

А

В

А

В

661

0,06

0,08

60

0,03

666

2,0

3,0

10

1,5

662

0,1

0,1

50

0,02

667

0,04

0,03

15

0,035

663

1,2

0,7

30

0,9

668

0,3

0,5

40

0,15

664

0,4

0,6

100

0,1

669

2,5

1,1

35

1,1

665

1,5

2

70

0,9

670

1,1

1,5

20

0,6



Примеры решения задач


Раздел «Строение вещества (атом, молекула, кристалл)

Пример 1.

Используя метод молекулярных орбиталей, объясните различные значения энергии и длины связи в частицах F2 и F2+

Частица

Е св, кДж/моль

d св109, м

F2

159

141

F2+

323

133

Решение

Процесс образования частицы F2 можно представить записью:

F [1s22s22p5] + F [1s22s22p5] →

F2 [σ(1s)2 σ*(1s)2 σ(2s)2 σ*(2s)2 σ(2px)2π(2py)2π(2pz)2 π *(2py)2 π *(2pz)2].

Перекрывание 1s- атомных орбиталей приводит к заполнению σ(1s) - связывающей и σ*(1s)- разрыхляющей молекулярных орбиталей двумя электронами с антипараллельными спинами и не изменяет энергию связывающихся атомов и в дальнейшем может не учитываться. В молекуле F2 имеется избыток двух связывающих электронов, что соответствует одинарной связи или порядку связи n, равному единице, который для двухатомной частицы рассчитывается по формуле: = =1, где N – количество связывающих электронов, N* - количество разрыхляющих электронов.

Все электроны в молекуле F2 спарены (спины электронов на отдельных молекулярных орбиталях параллельны) и частица не обладает магнитными свойствами (диамагнитна).

На рис.1 представлена энергетическая диаграмма образования молекулы F2.

Процесс образования частицы F2+ можно представить записью:

F [К2s22p5] + F+ [К2s22p4] →

F2+ [ККσ(2s)2 σ*(2s)2 σ(2px)2π(2py)2π(2pz)2 π *(2py)2 π *(2pz)1].

В молекулярном ионе F2+ имеется избыток трех связывающих электронов, что соответствует полуторной связи или порядку связи, равному 1,5.

Увеличение количества связывающих электронов приводит к упрочнению связи и уменьшению межъядерного расстояния (длины связи). В молекулярном ионе F2+ имеется один неспаренный электрон и частица обладает магнитными свойствами (парамагнитна).

На рис.2 представлена энергетическая диаграмма образования молекулы F2+.










Рис.1 Энергетическая диаграмма молекулы F2



Атомные орбитали Молекулярные орбитали Атомные орбитали
































Рис.2 Энергетическая диаграмма молекулярного иона F2+



Атомные орбитали Молекулярные орбитали Атомные орбитали





















Пример 2.

Известно, что молекулярный ион [BrF4]+ имеет форму искаженного тетраэдра. Объясните, используя метод валентных связей, как образуется эта частица, полярна ли она?

Решение. Электронное строение атомов:

Br 1s22s22p63s23p63d104s24p5,

Br+ 4s24p4;


2p   _

F 1s22s22p5 или 2s 


Схема образования гибридных орбиталей брома:



4d __ __ __ __ __ 4d _ __ __ __ __

4p  _ 4p _ _ _  _ _ _ _

Br+ 4s  (Br+)* 4s 

промотирование гибридизация sp3d

(5 орбиталей)

(тригональная бипирамида)

При образовании четырех равноценных связей Br+ с атомами F по обменному механизму неподеленная электронная пара Br+ оказывается несвязывающей, что приводит к искажению пространственного расположения атомов и частица [BrF4]+ приобретает форму искаженного тетраэдра, в котором каждая связь полярна и векторная сумма электрических моментов связей (дипольных моментов) не равна нулю, т.е. частица [BrF4]+ является полярной (рис.3).


Рис.3. Схема образования связей в частице [BrF4]+

F


F Неподеленная пара

Br электронов

F



F


Пример 3.

Определите, к какому структурному типу кристаллической решетки кубической системы ( тип СsС1, NaCl или ZnS) относится оксид бария BaO, если известны радиусы ионов и плотность вещества: Rкат =1,36·10-10м, R анион =1,40·10-10м,

ρ = 6,022 г/см3, укажите координационное число ионов.

Решение. Перечисленные структурные типы отличаются числом формульных единиц в элементарной кубической ячейке (соответственно 1, 4, 4) и соотношением параметра элементарной ячейки (ребра куба) а и межионного расстояния (кратчайшего расстояния) d.

По исходным данным можно определить межионное расстояние d и затем рассчитать параметр элементарной ячейки а для всех трех вариантов. По вычисленному параметру элементарной ячейки рассчитываем плотность вещества и сравниваем с приведенным в условии задачи значением. Определяем структурный тип по совпадению рассчитанного и заданного значения плотности.

Определим межионное расстояние d = Rкат + R анион =1,36 + 1,40 = 2,76·10-10м.

Рассчитаем параметр элементарной ячейки а:

для структурного типа CsCl (объемноцентрированный куб) -

а = 2d/3 = 2·2,76/1,732 = 3,187·10-10м;

для структурного типа NaCl (примитивный куб) -

а = 2d = 2·2,76 = 5,52·10-10м;

для структурного типа ZnS (алмазоподобная решетка) -

а=4d/3= 4·2,76/1,732 = 6,374·10-10м.

Рассчитываем плотность вещества по формуле = m/V = (ZM)/(NA a3), где Z – число формульных единиц, M – молярная масса вещества, NA – число Авогадро, a3 – объем кубической элементарной ячейки:

для структурного типа CsCl -

= 1·0,15334кг/моль / [6,02·1023моль-1· (3,187·10-10м )3] = 7864 кг/м3=7,864 г/см3;

для структурного типа NaCl -

= 4·0,15334кг/моль / [6,02·1023моль-1· (5,52·10-10м )3] = 6053 кг/м3 = 6,053 г/см3;

для структурного типа ZnS -

= 4·0,15334кг/моль / [6,02·1023моль-1· (6,374·10-10м )3] =2369 кг/м3 =2,369 г/см3.

Рассчитанное значение плотности совпадает с заданным только в случае структурного типа NaCl, для которого координационные числа катиона и аниона равны 6.


Раздел «Окислительно-восстановительные реакции»

Одним из методов подбора коэффициентов к окислительно-восстановительной реакции (ОВР) является метод ионно-электронных уравнений (метод полуреакций), в котором уравнения процессов восстановления и окисления, т.е. отдельные полуреакции, записывают с учетом реально существующих в растворе частиц (ионов сильных электролитов, молекул слабых электролитов, газов или труднорастворимых соединений с указанием среды: нейтральной H2O, кислотной H+, щелочной OH-).

В водных растворах связывание или присоединение избыточных атомов кислорода окислителем и восстановителем происходит по-разному в разных средах.

В кислой среде избыток кислорода у окислителя в левой части полуреакции связывается ионами водорода с образованием молекулы воды в правой части, в нейтральной и щелочной средах избыток кислорода связывается молекулами воды с образованием гидроксид- иона по уравнениям:

Ox + a H+ +ze Red + b H2O, (кислая среда),

Ox + c H2O+ze Red + d OH-, (нейтральная или щелочная среда),

где Ox – окислитель (например, MnO4-) , Red – восстановленная форма окислителя (например, Mn2+), ze – количество электронов, принятое окислителем, a, b, c, d – стехиометрические коэффициенты.

Присоединение избыточного кислорода восстановителем в кислой и нейтральной среде осуществляется молекулами воды с образованием ионов водорода, в щелочной среде – гидроксид-ионами с образованием молекул воды по уравнениям:

Red + a H2O Ox + bH+ + ze, (кислая или нейтральная среда)

Red + c OH- Ox + d H2O + ze, ( щелочная среда).

Пример 1. Подберите коэффициенты к ОВР, используя метод ионно-электронных уравнений (метод полуреакций):

KMnO4 + SO2 + KOH K2MnO4 + K2SO4 + H2O.

  1. Расставив степени окисления атомов, находим окислитель и восстановитель в левой части уравнения

+7 +4 +6 +6

KMnO4 + SO2 + KOH K2MnO4 + K2SO4 + H2O

окислитель восстановитель

(Ox ) (Red )

2. Записываем уравнения процессов окисления и восстановления, составляя для каждой полуреакции ионно-электронный и материальный баланс (количество одинаковых атомов и сумма зарядов в левой и правой частях полуреакции должно быть равным ):

MnO-4 + e MnO42- , (процесс восстановления)

SO2 + 4 OH- SO42- + 2 H2O + 2e , (процесс окисления).

В полуреакции окисления молекула SO2 присоединяет два атома кислорода, которые в щелочной среде могут образовывать молекулы воды или OHионы.

  1. Исходя из электронейтральности веществ в растворе, находим дополнительные множители к наименьшему общему кратному количества участвующих в реакции электронов и суммируем уравнения процессов окисления и восстановления:

MnO-4 + e MnO42- 2

SO2 + 4 OH- -2e SO42- + 2 H2O 1

2 MnO-4 + SO2 + 4 OH- 2 MnO42- + SO42- + 2 H2O

или в молекулярной форме

2 KMnO4 + SO2 + 4 KOH 2 K2MnO4 + K2SO4 + 2H2O.

  1. Проводим проверку подобранных коэффициентов по материальному балансу атомов элементов в левой и правой частях уравнения.


Раздел «Химическая термодинамика»

Пример1.

Определите стандартный тепловой эффект реакции

NH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(к) при: а) изобарном ее проведении - r H 0298;

б) изохорном ее проведении - r U 0298 .

Решение. Стандартный тепловой эффект реакции изобарного процесса в соответствии с законом Гесса определяется по уравнению:

r H 0298 = ∆ f H 0298(NH4Cl) f H 0298 (NH3) f H 0298 (HCl), где f H 0298

стандартная энтальпия образования компонента, приведенная в приложении 1.

Подставим данные и получим:

r H 0298 = (-315,39) – (-46,19) – (-92,30) = - 176,90 кДж; реакция экзотермическая, т.к.r H 0298 0.

Стандартный тепловой эффект изохорного процесса r U0298 можно вычислить через стандартный тепловой эффект изобарного процесса по уравнению:

r U 0298 = r H 0298·RT, где - изменение количества моль газов в реакции. Для данной реакции = - n(NH3)- n(HCl)= -1 –1 = -2. Подставим данные и получим:

r U 0298 = - 176,90.103 – (-2).8,314.298 = - 171944,86 Дж -172 кДж


Пример 2.

Рассчитайте значение стандартной энтальпии реакции образования хлорида сурьмы (III) из простых веществ по следующим термохимическим уравнениям:

1. Sb(к) + 5/2 Cl2 (г) = SbCl5 (ж) ΔH0 298, 1 = - 440 кДж

2. SbCl3 (к) + Cl2 (г) = SbCl5 (ж) ΔH0 298, 2 = - 57 кДж

Решение. Уравнение образования SbCl3 из простых веществ:

Sb(к) + 3/2 Cl2 (г) = SbCl3 (к) (3)

можно получить, если из уравнения (1) вычесть уравнение (2)

Sb(к) + 5/2 Cl2 (г) SbCl3 (к) Cl2 (г) = SbCl5 (ж) SbCl5 (ж)

или Sb(к) + 3/2 Cl2 (г) = SbCl3 (к) ,

откуда следует, что ΔH3 = ΔH1 ΔH2 = (- 440) ( - 57) = - 383 кДж или стандартная энтальпия образования 1 моль хлорида сурьмы (III) равна

ΔH 0298= - 383 кДж/моль


Пример 3.

Рассчитайте энтропию 1моль кремния в растворе меди, в котором его массовая доля составляет 1,2%, полагая, что раствор является идеальным

Решение. Энтропия 1 моль i–ого компонента в растворе определяется по уравнению: Si = Si0Rln xi (1), где Si - энтропия компонента в смеси, Si0 - энтропия чистого компонента, xi – молярная доля компонента, равная для двухкомпонентного раствора отношению количества моль растворенного вещества n1 к сумме количества моль растворенного вещества n1 и растворителя n2 :

xi =