Контрольное задание 1 (методичка N2805) для студентов

Министерство образования Российской Федерации
ЛИПЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра химии
ХИМИЯ
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №1
для студентов очно-заочного факультета инженерно-технических
специальностей университета
Составители З.А.Мирошник, С.Н.Салтыков, А.В.Дудкин
Липецк 2002
УДК 54(07)
М645
Химия. Контрольное задание №1 для студентов очно-заочного
факультета
инженерно-технических
специальностей
университета/
Составители: З.А.Мирошник, С.Н.Салтыков, А.В.Дудкин. Липецк: ЛГТУ, 2002.
21с.
Пособие предназначено для студентов очно-заочного факультета
технического университета, содержит примеры решения задач по разделам
химии, изучаемым в первом семестре, а также задачи для самостоятельного
решения, сгруппированные в домашнее задание и распределенные по
вариантам.
Табл. 1, Библиогр.: 3 назв.
Рецензент А.Е.Середкин
© Липецкий государственный технический
университет, 2002.
1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ
Примеры решения задач
Пример 1. Одна и та же масса металла соединяется с 1,591 г галогена и с
70,2 см3 кислорода, измеренного при нормальных условиях (н.у.). Вычислить
эквивалентную массу галогена.
Решение: исходя из объѐма кислорода, рассчитаем эквивалентное
количество металла, учитывая, что эквивалент кислорода равен 1/4:
n Э(Me)
V(O 2 )
V (O 2 ) Э (O 2 )
70,2 10 3 л
1,25 10
22,4 л/моль 1/4
2
моль экв .
Количество эквивалентов металла, согласно закону эквивалентов, равно
количеству эквивалентов галогена. Следовательно
M Э(Me)
1,591 г
1,25 10 2 моль экв
126,9 г/моль экв
Пример 2. Найти молекулярную формулу вещества, содержащего 93,75 %
углерода и 6,25 % водорода, если плотность этого вещества по воздуху равна
4,41.
Решение: рассчитаем молярную массу вещества, исходя из того, что
относительная плотность вещества CxHy по воздуху рассчитывается как
отношение молярных масс вещества и воздуха:
D
Следовательно, M (C x H y )
M (C x H y )
29 г/моль
.
29 г/моль 4,41 127,89 г/моль 128 г/моль .
Масса x атомов углерода в одном моле вещества равна:
M xC
93,75% 128 г/моль
1 моль
100%
0,9375 128 г 120 г
Соответственно масса y атомов водорода равна 128 г – 120 г = 8г.
Остаѐтся найти число атомов углерода и водорода как отношение их массы в
одном моле к относительной атомной массе:
x
120
10; y
12
8
1
8.
Молекулярная формула вещества имеет вид C10H8.
Задачи для самостоятельного решения
1. 1,00 г металла соединяется с 1,78 г серы. Найти эквивалентную массу
металла, зная, что эквивалентная масса серы равна 16,0 г/моль.
2. При сгорании 3,24 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определить
эквивалентную массу металла.
3. При сгорании 5,0 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определить
эквивалентную массу металла.
4. Одно и то же количество металла соединяется с 0,20 г кислорода и с 3,17 г
галогена. Определить эквивалентную массу галогена.
5. 0,752 г металла при взаимодействии с кислотой вытеснило 0,936 л водорода,
измеренного при нормальных условиях (н.у.) Определить эквивалентную массу
металла.
6. Масса 1 л кислорода равна 1,4 г. Сколько литров кислорода расходуется при
сгорании 21 г магния, эквивалент которого равен 1/2 моля?
7. Некоторое количество металла, эквивалентная масса которого равна
28 г/моль, вытесняет из кислоты 5,6 л водорода, измеренного при н.у.
Определить массу металла.
8. Определить эквивалентные массы металла и серы, если 3,24 г металла
образует 3,48 г оксида и 3,72 г сульфида.
9. Вычислить относительную атомную массу двухвалентного металла и
определить, какой это металл, если 8,340 г металла окисляются 0,680 л
кислорода (н.у.).
10. Определить эквивалентный объѐм кислорода.
11. Мышьяк образует два оксида, из которых один содержит 65,2 % (масс.) As,
а другой 75,7 % (масс.) As. Определить эквивалентные массы мышьяка в обоих
случаях.
12. 1,00 г некоторого металла соединяется с 8,89 г брома и с 1,78 г серы. Найти
эквивалентные массы брома и металла, зная, что эквивалентная масса серы
равна 16,0 г/моль.
13. На нейтрализацию 12,25 г кислоты идѐт 10 г гидроксида натрия.
Определить эквивалентную массу кислоты.
14. Эквивалентная масса хлора равна 35,5 г/моль, молярная масса атомов меди
равна 63,5 г/моль. Эквивалентная масса хлорида меди равна 99,5 г/моль. Какова
формула хлорида меди?
15. Для растворения 16,8 г металла потребовалось 14,7 г серной кислоты.
Определить эквивалентную массу металла и объѐм выделившегося водорода
(н.у.).
16. На восстановление 1,80 г оксида металла израсходовано 883 мл водорода,
измеренного при нормальных условиях. Вычислить эквивалентные массы
оксида и металла.
17. 1,60 г кальция и 2,61 г цинка вытесняют из кислоты одинаковое количество
водорода. Вычислить эквивалентную массу цинка, зная, что эквивалентная
масса кальция равна 20,0 г/моль.
18. На нейтрализацию 9,01 г соляной кислоты идет 10 г щѐлочи. Определить
эквивалентную массу щѐлочи.
19. Содержание металла в сульфиде составляет 63,6 %. Определить
эквивалентную массу металла, если эквивалентная масса серы 16 г/моль.
20. 0,376 г алюминия при взаимодействии с кислотой вытеснили 0,468 л
водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить эквивалентный
объѐм водорода, если известно, что эквивалентная масса алюминия равна
8,99 г/моль.
2. СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
Примеры решения задач
Пример 1. Составить электронную формулу атома магния и диаграмму
заполнения электронами валентных орбиталей атома в нормальном и
возбужденном состоянии
Решение: составляем электронную формулу атома магния: 1s22s22p63s2.
Валентными орбиталями являются орбитали третьего энергетического уровня,
то есть 3s. В нормальном состоянии одноэлектронные облака отсутствуют, так
как в атоме все электроны спарены.
n=3
n=2
p
n=1
S
При затрате энергии атом магния переходит в возбужденное состояние.
При этом происходит переход одного 3s-электрона на вакантную 3р-орбиталь.
Энергия
ионизации
1s22s22p63s13p1.
возрастает.
Появляются
два
Электронная
конфигурация
одноэлектронных
облака,
изменяется
орбитальная
диаграмма для атома магния в возбужденном состоянии имеет следующий вид:
n=3
n=2
p
n=1
S
Размещение электронов на 3s и 3р в соответствии с правилом Гунда:
суммарный спин атома имеет максимальное значение.
Пример 2. На каком основании серу и молибден помещают в одной
группе периодической системы Д.И. Менделеева? Каковы особенности
заполения электронами атома молибдена?
Решение: электронная конфигурация атома 16S имеет вид 1s22s22p63s23p4,
а атома 42Mo – 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d5. Валентные электроны атома серы
3s23p4, молибдена – 5s14d5. В связи с тем, что валентные электроны (количество
электронов равно 6) располагаются на различных подуровнях, эти атомы не
могут располагаться в одной подгруппе. Но так как количество валентных
электронов у них одинаково, атомы этих элементов помещены в одну группу.
Задачи для самостоятельного решения
21. Какие орбитали – 4f или 6S - раньше заполняются электронами ?
Обоснуйте ответ. Составьте электронную формулу атома элемента, порядковый
номер которого 43.
22. Что такое относительная электроотрицательность ? Что она
характеризует?
Пользуясь
электроотрицательностей
таблицей
элементов,
значений
расположите
относительных
химические
символы
перечисленных ниже элементов в порядке последовательного возрастания
электроотрицательностей: бор, фосфор, магний, фтор, кислород, цезий,
кремний, углерод.
23. Чем отличаются по электронному строению и свойствам атомы меди
от ионов меди Сu2+ ?
24. Что такое квантовые числа ? Какие значения они могут принимать ?
25. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое
число ml при орбитальном числе l = 0,1,2 и 3 ? Какие элементы в периодической
системе называются s-,р-, d- и f-элементами? Приведите примеры.
26. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или 5s;
6s или 5р ? Почему ? Составьте электронную формулу атома элемента,
порядковый номер которого 42.
27. Вычислите абсолютные значения электроотрицательностей элементов
лития и фтора по следующим данным: потенциал ионизации лития 6,39 эВ,
фтора - 17,42 эВ; сродство к электрону лития 0,22 эВ, фтора - 3,44 эВ. Какова
относительная
электроотрицательность
фтора,
если
условно
принять
электроотрицательность лития равной единице?
28. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражается? Как
изменяется энергия ионизации элементов внутри группы в периодической
системе элементов?
29. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми
номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относится каждый из них?
30. Что такое сродство химического элемента к электрону? В каких
единицах оно выражается? Как изменяется энергия сродства к электрону
внутри периода в периодической системе элементов?
31.
Что
такое
электроотрицательность
электроотрицательность?
элементов
в
периоде
Как
изменяется
периодической
системы
элементов ?
32. Как изменяются химические свойства элементов с увеличением
порядкового номера в пределах одного периода? Дайте ответ, исходя из
строения атомов элементов.
33. Как изменяются свойства элементов главных подгрупп с увеличением
порядкового номера? Ответ мотивируйте.
34. Как изменяется окислительная активность неметаллов в одной .группе
периодической системы с увеличением порядкового номера?
35. Исходя из положения металла в периодической системе, укажите,
какой из двух гидроксидов является сильным основанием Ba(OH)2 или
Mg(OH)2; Ca(OH)2 или Fe(OH)2; Cd(OH)2 или Sr(OH)2?
36. Что является мерой металлических и неметаллических свойств
элементов?
Какие
элементы
обладают
наиболее
выраженными
неметаллическими свойствами?
Укажите их положение в периодической
системе.
37. У какого элемента четвертого периода - ванадия или мышьяка - более
выражены металлические свойства?
38. У какого из р-элементов пятой группы периодической системы
фосфора или сурьмы - сильнее выражены неметаллические свойства ?
39. Напишите электронные формулы атомов элементов 5-го периода VI
группы. Что общего у этих элементов и чем они отличаются в химическом
отношении?
40. Напишите электронные формулы атомов элементов 4-го периода VII
группы. Что общего у этих элементов и что отличает их друг от друга в
химическом отношении?
3. ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
Примеры решения задач
Пример 1. Объяснить механизм образования молекулы SiF4.
Решение: распределение электронов по атомным орбиталям кремния
имеет вид 1S22S22P63S23P2. Энергетические диаграммы атома кремния в
основном и возбужденном состояниях:
Si
3d
3p
3s
Si*
3d
3p
3s
Распределение электронов по атомным орбиталям фтора имеет вид:
1S 2S 2P5. Энергетическая диаграмма атома фтора:
2
2
F
2p
2s
Возбужденное состояние для атома фтора невозможно из-за отсутствия
вакантных орбиталей. Таким образом, в возбужденном состоянии атом кремния
имеет четыре неспаренных электрона. Атом фтора имеет один неспаренный
электрон, поэтому атом кремния способен присоединить четыре атома фтора.
Пример 2. Объяснить механизм образования молекулы BeF2 и
изобразить схему перекрытия электронных облаков.
Решение: энергетическая диаграмма атома бериллия в основном и
возбужденном состояниях имеет вид:
Be
Be*
2p
2s
2p
2s
Энергетическая диаграмма атома фтора рассмотрена в предыдущем
примере. Атом бериллия в возбужденном состоянии имеет два неспаренных s и
p-электрона и способен присоединить два атома фтора, имеющих по одному
неспаренному электрону. Для того чтобы связи, образуемые s и p-орбиталями
атома бериллия, были равноценны, указанные орбитали подвергаются spгибридизации. В результате схема перекрытия атомных орбиталей будет иметь
следующий вид:
Задачи для самостоятельного решения
F
Be*
F
41. Какая из химических связей H-Cl, H-Br, H-I, H-S, H-P является наиболее
полярной? Укажите, в какую сторону смещается электронная плотность связи.
42. В чѐм отличие ковалентной, ионной и металлической связи? Почему
металлическая связь выделена в особый вид? Приведите пример молекул с
ковалентной, ионной и металлической связью.
43. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько
неспаренных электронов имеют еѐ атомы в нормальном и возбужденном
состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными
электронами?
44. Как изменяется прочность связи H-Э в ряду H2O – H2S – H2Se – H2Te?
Изобразите электронное строение этих молекул. Какая молекула имеет
наибольший дипольный момент?
45. Составьте электронные схемы строения молекул Cl2, H2S, CCl4. Укажите
тип связи в каждом соединении. Какой тип гибридизации валентных орбиталей
атома углерода в CCl4?
46. Чем отличается структура кристаллов NaCl от структуры кристаллов
натрия? Какой вид связи осуществляется в этих кристаллах? Какие
кристаллические решетки имеют натрий и NaCl? Чему равно координационное
число натрия в этих решетках?
47. Изобразите строение молекул перечисленных ниже соединений: NCl3, C2H2,
Cl2O. Какой тип связи в этих соединениях? Укажите валентность и степени
окисления элементов в каждом из этих соединений.
48. Начертите схему строения наружных электронных слоев ионов: FCa2+ S2-.
K+
Приведите примеры ионных соединений, в образовании которых участвуют
данные ионы.
49. Изобразите строение молекул (электронную и графическую формулу):
HBr
F2 O
C2H4
Укажите тип связи. Какова валентность и степень окисления элементов?
50. Укажите, в сторону какого элемента должны быть смещены электроны в
молекулах перечисленных ниже соединений:
ICl3
NO
SiF4
F2O
Укажите тип связи. Определите валентность и степень окисления элементов в
соединении.
51. Изобразите электронными уравнениями процессы образования следующих
соединений:
MgO
SnO2
CaCl2
FeS
Укажите тип связи. Определите валентность и степень окисления элементов в
каждом соединении.
52. Вычислите разность относительных электроотрицательностей атомов для
связей H–O и O–As. Какая из связей более полярна?
53. Какой атом или ион служит донором электронной пары при образовании
иона BH 4 ? Изобразите схему образования иона BH 4 .
54. Какой характер имеют связи в молекулах NCl3, CS2, ICl5, NF3, OF2, ClF,
CO2? Указать для каждой из них направление смещения общей электронной
пары.
55. Напишите структурные формулы молекул HNO3, H2SO3, KMnO4. Чему
равны степени окисления и валентности элементов в этих соединениях?
Охарактеризуйте типы химических связей в молекулах.
56. Каковы типы химических связей в молекулах ZnO, HCl, O2, (HCOOH)2?
Составьте схемы образования этих молекул.
57. Какая ковалентная связь называется неполярной и какая – полярной? Что
служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Составьте
электронные схемы строения молекул N2, H2O, HI. Какие из них являются
диполями?
58. Какой способ образования ковалентной связи называется донорно–
акцепторным? Какие химические связи имеются в ионе BF4 ? Укажите донор и
акцептор.
59. Какая ковалентная связь называется –связью и какая –связью? Разберите
на примере строения молекулы азота.
60. Какая химическая связь называется ионной? Каков механизм еѐ
образования? Какие свойства ионной связи отличают еѐ от ковалентной?
Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения
превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.
4. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Примеры решения задач
Пример 1. Прямая или обратная реакция будет протекать при
стандартных условиях в системе: СН4(г)+СО2(г) = 2СО(г)+2Н2(г).
Решение: для ответа на вопрос следует вычислить величину ΔG 0298 прямой
реакции. Зная, что величина ΔG 0298 есть функция состояния и что ΔG 0298 для
простых веществ, находящихся в агрегатных состояниях, устойчивых при
стандартных условиях, равна нулю, находим ΔG 0298 для процесса:
ΔG 0298
2 ( 137,27) 2 (0) ( 50,79 394,38)
170,63 кДж.
То, что ΔG 0298 >0, указывает на невозможность самопроизвольного
протекания прямой реакции при Т=298 К и давлении 101,3 кПа.
Пример 2. На основании стандартных теплот образования и абсолютных
стандартных энтропий веществ вычислить ΔG 0298 реакции, протекающей по
уравнению СО(г)+Н2О(ж)=СО2(г)+Н2(г).
Решение: ΔG 0
ΔS0х.р.
ΔH0
T S0 и ΔH 0х.р.
S 0прод
H 0прод
0
Н исх
, а также
0
S исх
.
H х0. р.
( 393,51 0) ( 110,52 285,84)
2,85 кДж
S х0. р.
(213,65 130,59) (197,91 69,94)
76,39 0,07639 кДж/моль град.
G0
2.85 298(0.07639)
.
19,91 кДж.
Задачи для самостоятельного решения
61. Вычислить изменение стандартных энтальпий
0
и стандартных
H 298
0
изменений энтропий S 298
для реакции:
C2 H 4 (г)
Н 2 О( ж )
Fe3O4( к )
4 H 2( г )
SO2( г )
2H 2 S ( г )
СН 3СН 2 ОН ( ж ) ,
3Fe( к )
2H 2 O( ж)
4H 2 O( г ) ,
3S ( ромб) .
62. Вычислить стандартную энтальпию образования СО(г), если известно,
что для реакции
2CO( г )
O2( г )
2CO2( г )
9
H 298
565,38 кДж.
Определить величину стандартной энтропии этой реакции.
0
0
63. Вычислить H 298
для реакций:
, S 298
СaO( к )
Н 2 О( г )
Са (ОН ) 2( к ) ,
СaO( к )
Н 2 О( ж)
Са(ОН ) 2( к ) .
64. Возможен ли переход воды из жидкого состояния в газообразное?
Если да, то чему равно изменение стандартной энтальпии и стандартной
энтропии при переходе воды из жидкого состояния в газообразное?
65. Определить, возможно ли протекание реакций:
1
О2( г )
2
СО( г )
СО2( г ) ,
1
О2( г )
2
С графит
СО2( г ) .
Вычислить изменение стандартной энтропии.
66. Как можно объяснить значительное различие в изменении энтропии
для реакций:
Н 2(г )
Br2(г )
H 2( г )
Br2( ж )
2HBr( г ) ,
2HBr ( г ) .
Какой знак имеет величина изменения энтальпии в этих реакциях?
67. Не проводя расчета, определить качественно, в каких химических
реакциях величина изменения энтропии будет уменьшаться, увеличиваться или
приближаться к нулю:
4Fe(к )
N 2 O4( г )
2 H 2( г )
N 2( г )
CaO к
2Fe2 O3(к ) ,
3O2(г )
2 NO2( г ) ,
2H 2 O( ж ) ,
O2( г )
O2( г )
2 NO( г ) ,
CO 2 г
CaCO 3 к ,
2H2 г
O2 г
2H2 O г ,
N2 г
3H 2 г
2NH3 г .
68. Определить свободную энергия Гиббса: а) используя величины
изменения энтальпии и энтропии следующих реакций:
CaO к
CO 2 г
CaCO 3 к ,
NH 3 г
NH 4 Cl к .
HCl г
и б) используя величины ΔG 0298 .
69. Определить направление протекания следующих реакций:
MgO к
CO 2 г
MgCO 3 к ,
BeO к
CO 2 г
BeCO3 к .
70. Пользуясь теплотами образования, рассчитать тепловой эффект
следующих реакций в стандартных условиях:
2KClO3 к
Fe 2 O3 к
2KCl к
2Al к
3O2 г ,
2Fe к .
Al 2 O3 к
Определите, экзо- или эндоэффект сопровождает образование продуктов этих реакций.
71. Рассчитать энтальпию образования H 2 O 2 ж , если теплота разложения
по реакции H 2 O 2 ж
H 2O ж
1
O 2 г составляет +98,03 кДж/моль.
2
72. Рассчитать изменение энергии Гиббса для следующих реакций по
известным значениям ΔH 0 , ΔS0 при 25 0С:
NO г
1
O2 г
2
NO 2 г , ΔH 0298
57,3 кДж/моль, ΔS0298
72,9 Дж/моль град.
Возможно ли осуществление этой реакции при 298 К? Какой фактор –
энтальпийный или энтропийный – определяет знак ΔG 0298 этой реакции?
73. Вычислить изменение энергии Гиббса при 25 и 1000 0С для реакции
С графит
H2O г
CO г , ΔH 0298
H2 г
131,3 кДж/моль, ΔS0298
136,6 Дж/моль·град.
Влиянием температуры на изменение энтальпии и энтропии пренебречь.
74. Вычислить значения ΔH 0298 , ΔS0298 и ΔG 0298 для реакции
NH 4 Cl к
HCl г .
NH 3 г
Как влияет температура на направление рассматриваемого процесса?
75. Возможно ли протекание следующих реакций при стандартных
условиях и при высоких температурах:
CaO к
Fe 3 O 4 к
CO 2 г
CaCO 3 к ,
2C графит
3Fe к
2CO 2 г ,
CO 2 г
C графит
2CO 2 г ?
76. При восстановлении 40 г оксида железа (III) алюминием выделяется
213, 15 кДж тепла. При сгорании 2,7 г металлического алюминия выделяется
83,6 кДж тепла. На основании этих данных вычислить энергию образования
оксида железа (III).
77. Исходя из значений стандартных теплот образования, стандартных
энтропий соответствующих веществ, вычислить ΔG 0298 реакции, протекающие
по уравнению NH 3 г
HCl г
NH 4 Cl к . Может ли эта реакция протекать
самопроизвольно при стандартных условиях?
78. Почему энтальпия нейтрализации сильных кислот и оснований
одинакова для различных кислот и оснований, а энтальпия нейтрализации
слабых кислот и оснований зависит от природы реагирующих веществ?
Покажите на примерах.
79.
При взаимодействии газообразных метана и сероводорода
образуются сероуглерод CS2(г) и водород. Напишите термохимическое
уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект.
80. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии
газообразных аммиака и хлорида водорода.
Напишите термохимическое
уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты
выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака (н.у.)?
5. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА
Примеры решения задач
Пример 1. При 150 С некоторая реакция заканчивается за 16 мин.
Принимая температурный коэффициент скорости реакции равным 2,5,
рассчитать, через какое время закончится эта реакция, если проводить еѐ: а) при
200 С; б) при 80 С.
Решение: отношение скоростей одной и той же реакции при разных
температурах есть температурный коэффициент в степени, равной отношению
разности температур к десяти, в соответствии с правилом Вант-Гоффа:
v2
v1
γ
T2 T1
10
.
Очевидно, скорость реакции обратно пропорциональна времени еѐ протекания,
v2
таким образом, что
v1
t1
. Следовательно t 2
t2
v
t1 1
v2
t1
γ
T2 T1
10
t1γ
T1 T2
10
.
Рассчитаем время:
150 200
10
а) t 2 16 2,5
16 2,5
150 80
10
5
16 0,01 0,16 мин
9,8 с.
16 2,57 16 610,35 9765,63 мин
б) t 2 16 2,5
162 час 46 мин.
Пример 2. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции,
если при увеличении температуры на 30 градусов скорость реакции возрастает
в 15,6 раза?
Решение:
напишем
уравнение,
связывающее
температурный
коэффициент и отношение скоростей реакции:
v2
v1
γ
T2 T1
10
.
v2
Из условия задачи следует, что отношение
=15,6. Итак, 15,6
v1
γ
30
10
γ3 .
Для нахождения необходимо извлечь кубический корень из 15,6:
3
15,6 15,6
1
3
2,499 2,5 .
Задачи для самостоятельного решения
81. В смеси NO2 (бурого цвета) и N2O4 (бесцветного) протекает обратимая
реакция
2NO2
N2O4, H<0.
Как будет влиять изменение температуры на состояние равновесия системы?
Как это скажется на изменении окраски смеси?
82. Один из способов получения водорода основан на реакции
CO+H2O
CO2+H2, H<0.
Какие условия необходимы для смещения химического равновесия в сторону
образования водорода?
83. Напишите выражение для константы химического равновесия обратимой
реакции:
FeCl3(р)+3KSCN(р)
Fe(SCN)3(р)+3KCl(р).
В каком направлении будет смещаться равновесие при добавлении к системе: а)
FeCl3; б) KSCN; в) KCl и как это отразится на окраске системы?
84. Температурный коэффициент реакции = 3. Во сколько раз возрастѐт
скорость реакции при повышении температуры от 25 до 55 C?
85. В какую сторону сместится равновесие, если в равновесную смесь водорода,
азота и аммиака добавить азот и повысить температуру системы?
86. Определить значение ΔG 0298 и константу равновесия K при 25 C для
системы:
H2O(г)+CO(г)
H2(г)+CO2(г).
87. Во сколько раз следует увеличить концентрацию кислорода в реакции
2H2(г)+O2(г) 2H2O, чтобы при уменьшении концентрации водорода в четыре
раза скорость прямой реакции не изменилась?
88. В системе CO+Cl2 COCl2 концентрацию оксида углерода (II) увеличили от
0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию хлора от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько
раз возросла скорость прямой реакции?
89. Реакция между веществами O2 и SO2 выражается уравнением
O2+SO2 2SO3.
Исходные данные составляют: Cисх(O ) =0,03 моль/л; Cисх(SO ) =0,05 моль/л.
Константа скорости реакции равна 0,4. Найти начальную скорость реакции и
скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация
кислорода уменьшается на 0,01 моль/л.
2
2
90. Во сколько раз следует увеличить концентрацию водорода в системе
N2+3H2 2NH3, чтобы скорость реакции возросла в 50 раз?
91. На сколько градусов следует повысить температуру системы, чтобы
скорость протекающей в ней реакции возросла в 20 раз ( =3,0)?
92. При повышении температуры на 50 C скорость реакции возросла в 729 раз.
Вычислить .
93. Во сколько раз увеличится константа скорости химической реакции при
повышении температуры на 20 C, если =3,0?
94. Вычислить реакции, если константа скорости еѐ при 120 C составляет
5,88 10-4, а при 170 C равна 6,5 10-2.
95. При определѐнной температуре в системе 2NO+Cl2 2NOCl равновесные
концентрации составляли: C NO =0,04 моль/л, C O =0,06 моль/л, C NOCl =0,02 моль/л.
Вычислить константу равновесия и исходные концентрации оксида азота и
хлора.
2
96. Вычислить процент разложения молекулярного хлора на атомы, если
константа равновесия этой реакции составляет 2,1 10-2, а исходная
концентрация хлора – 0,02 моль/л.
97. Определить равновесную концентрацию водорода в системе 2HI H2+I2,
если исходная концентрация HI составляет 0,025 моль/л, а константа
равновесия K=0,01.
98. Константа равновесия системы 2HI H2+I2 равна при некоторой
температуре 2 10-1. Вычислить степень термической диссоциации HI.
99. Две реакции протекают при 25 C с одинаковой скоростью. Температурный
коэффициент скорости первой реакции равен 2,0, второй 2,5. Найти отношение
скоростей этих реакций при 95 C.
100. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2,5. Во
сколько раз увеличится скорость этой реакции, если повысить температуру на
25 C?
6. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Примеры решения задач
Пример 1. В закрытом сосуде смешано 8 молей SO2 и 4 моля O2. Реакция
протекает при постоянной температуре. К моменту наступления равновесия в
реакцию вступает 80% первоначального количества SO2. Определить давление
газовой смеси при равновесии, если исходное давление составляло 300 кПа.
Решение: уравнение протекающей реакции
2SO2(г.) + O2(г.)
2SO3(г.)
Согласно условию задачи, в реакцию вступило 80%, то есть 6,4 моля SO2,
осталось неизрасходованным 1,6 моля SO2. По уравнению реакции на 2 моля
сернистого ангидрида расходуется 1 моль кислорода, причѐм образуется 2 моля
SO3. Следовательно, с 6,4 молей SO2 прореагировало 3,2 моля O2 и
образовалось 6,4 моля серного ангидрида, осталось неизрасходованным 4–3,2 =
0,8 моля кислорода.
Таким образом, общее число молей газов составляло до протекания
реакции 8 + 4 = 12 молей, а после достижения равновесия 1,6 + 0,8 + 6,4 = 8,8
моля. В закрытом сосуде при постоянной температуре давление газовой смеси
пропорционально общему количеству составляющих еѐ газов. Следовательно,
давление при равновесии P равно:
P
8,8
300
12
Пример
2.
220 кПа.
При
некоторой
температуре
константа
диссоциации
иодоводорода на простые вещества равна 6,25 10-2. Какой процент HI
диссоциирует при этой температуре?
Решение: уравнение реакции диссоциацииHI:
2HI
H2 + I2,
Обозначим начальную концентрацию HI через C (моль/л). Если к
моменту наступления
равновесия
из
каждых
С молей
иодоводорода
диссоциировано x молей, то при этом, согласно уравнению реакции,
образовалось 0,5 x моля H2 и 0,5 x моля I2. Таким образом, равновесные
концентрации составляют:
[HI] = (C-x)моль/л; [H2] = [I2] = 0,5 x моль/л.
Подставим эти значения в выражение константы равновесия реакции:
K
[H 2 ][I 2 ]
-2
; 6,25 10
2
[HI]
0,5x 0,5x
.
(C x) 2
Извлекая квадратный корень из правой и левой частей уравнения,
получим
0,25
0,5x
, откуда x = 0,333C.
C x
Таким образом, к моменту наступления равновесия диссоциировало
33,3% исходного количества иодоводорода.
Задачи для самостоятельного решения
101. При 75 C реакция протекает за 8 минут. Если температурный коэффициент
равен 3,0, то какое время необходимо для проведения реакции при 200 C?
102. Изменится ли константа скорости реакции при: 1) замене одного
катализатора другим; 2) изменении концентраций реагирующих веществ?
103. Для какой реакции энергия активации больше (прямой или обратной), если
прямая реакция идѐт с выделением тепла?
104. Чему равна энергия активации реакции, если при повышении температуры
от 298 до 303 К скорость еѐ повысилась в два раза?
105. Каково значение энергии активации реакции, скорость которой при 308 К в
десять раз больше, чем при 298 К?
106. Реакция 2H2(г)+O2(г) 2H2O(г) протекает с выделением тепла. Но для того
чтобы реакция началась, исходную смесь нагревают. Почему нужен нагрев?
107. В закрытом сосуде установилось равновесие:
CO2(г)+H2(г)
CO(г)+H2O(г).
Константа равновесия равна единице. Определить, сколько молей CO2(г) (в %)
подвергается превращению в CO при определѐнной температуре, если смешать
2 моля CO2 и 10 молей H2?
108. При состоянии равновесия в системе
N2(г)+3H2(г)
2NH3(г), H0=45,2 кДж/моль.
Концентрации участвующих в реакции веществ составляют: C N =1,5 моль/л,
C H =4,5 моль/л, C NH =2,0 моль/л. Определить исходные концентрации H2 и N2.
2
2
3
109. Константа равновесия реакции
FeO(к)+CO(г)
Fe(к)+CO2(г)
при некоторой температуре равна 1. Найти равновесные концентрации CO и
CO2, если начальные концентрации этих веществ составляют: C CO =0,1 моль/л,
C CO =0,02 моль/л.
2
110. Равновесие в системе H2(г)+I2(г) 2HI(г) установилось при следующих
концентрациях: C H =0,05 моль/л, CI =0,01 моль/л, C HI =0,18 моль/л. Определить
исходные концентрации иода и водорода.
2
2
111. Реакция CO + Cl2
постоянной
температуре;
COCl2 протекает в закрытом сосуде при
исходные
вещества
взяты
в
эквивалентных
количествах. К моменту наступления равновесия остаѐтся 50% начального
количества CO. Определить давление равновесной газовой смеси, если
первоначальное давление равнялось 100 кПа (750 мм.рт.ст.).
112. Найти константу равновесия реакции N2O4
2NO2, если начальная
концентрация N2O4 составляла 0,08 моль/л, а к моменту наступления
равновесия диссоциировало 50% N2O4.
113. При некоторой температуре равновесие в системе 2NO2
2NO + O2
установилось при следующих концентрациях: [NO2] = 0,006 моль/л; [NO] =
0,024 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходную концентрацию
диоксида азота.
114. В замкнутом сосуде протекает реакция AB(г.)
A(г.) + B(г.).
Константа равновесия реакции равна 0,04, а равновесная концентрация
вещества B составляет 0,02 моль/л. Найти начальную концентрацию вещества
AB. Сколько процентов вещества A разложилось?
115. Реакция между веществами A и B количественно описывается
уравнением: A + 2B
C. Начальные концентрации составляют: [A]0 = 0,03
моль/л, [B]0 = 0,05 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Найти
начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого
времени, когда концентрация вещества A уменьшится на 0,01 моль/л.
Таблица вариантов контрольных заданий1
Номер
варианта
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
1
Номера задач
1, 21, 41, 61, 81, 101
2, 22, 42, 62, 82, 102,
3, 23, 43, 63, 83, 103
4, 24, 44, 64, 84, 104,
5, 25, 45, 65, 85,105
6, 26, 46, 66, 86, 106
7, 27, 47, 67, 87, 107
8, 28, 48, 68, 88, 108
9, 29, 49, 69, 89, 109
10, 30, 50, 70, 90, 110
11, 31, 51, 71, 91, 111
12, 32, 52, 72, 92, 112
13, 33, 53, 73, 93, 113
14, 34, 54, 74, 94, 114
15, 35, 55, 75, 95, 115
16, 36, 56, 76, 96, 116
17, 37, 57, 77, 97, 117
18, 38, 58, 78, 98, 118
19, 39, 59, 79, 99, 119
20, 40, 60, 80, 100, 120
1, 22, 43, 64, 85, 106
2, 23, 44, 65, 86, 107
3, 24, 45, 66, 87, 108
4, 25, 46, 67, 88, 109
5, 26, 47, 68, 89, 110
6, 27, 48, 69, 90, 111
7, 28, 49, 70, 91, 112
8, 29, 50, 71, 92, 113
9, 30, 51, 72, 93, 114
10, 31, 52, 73, 94, 115
11, 32, 53, 74, 95, 116
12, 33, 54, 75, 96, 117
13, 34, 55, 76, 97, 118
14, 35, 56, 77, 98, 119
15, 36, 56, 78, 99, 120
16, 37, 58, 79, 100, 101
17, 38, 59, 80, 81, 102
18, 39, 60, 65, 86, 107
19, 40, 44, 66, 87, 108
20, 23, 45, 67, 88, 109
2, 24, 46, 68, 89, 110
3, 25, 47, 69, 90, 111
4, 26, 48, 70, 91, 112
5, 27, 49, 71, 92, 113
6, 28, 50, 72, 93, 114
7, 29, 51, 73, 94, 115
8, 30, 52, 74, 95, 116
9, 31, 53, 75, 96, 117
10, 32, 54, 76, 97, 118
11, 33, 56, 77, 98, 119
Номер
варианта
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
Номера задач
12, 34, 55, 78, 99, 120
13, 35, 57, 79, 100, 103
14, 36, 58, 80, 85, 104
15, 37, 59, 61, 84, 105
16, 38, 60, 62, 83, 106
17, 33, 41, 63, 82, 101
18, 40, 42, 61, 81, 102
19, 21, 43, 62, 87, 103
20, 22, 41, 63, 88,104
1, 24, 42, 64, 89, 105
3, 25, 43, 65, 90, 106
4, 26, 44, 66, 91, 107
5, 27, 45, 67, 92, 108
6, 28, 46, 68, 93, 109
7, 29, 47, 69, 94, 110
8, 30, 48, 70, 95, 111
9, 31, 49, 71, 96, 112
10, 32, 50, 72, 97, 113
11, 33, 51, 73, 98, 114
12, 34, 52, 74, 99, 115
13, 35, 53, 75, 100, 116
14, 36, 54, 76, 86, 117
15, 37, 55, 77, 85, 118
16, 38, 56, 78, 84, 119
17, 39, 57, 79, 83, 120
18, 40, 58, 80, 82, 101
19, 23, 59, 61, 81, 102
20, 21, 60, 62, 100, 103
4, 22, 51, 63, 99, 104
5, 23, 52, 64, 98, 105
6, 24, 53, 65, 97, 106
7, 25, 54, 66, 96, 107
8, 26, 55, 67, 95, 108
9, 27, 56, 68, 94, 109
10, 28, 57, 69, 93, 110
11, 29, 58, 70, 92,111
12, 30, 59, 71, 91, 112
13, 31, 60, 72, 90, 113
14, 32, 41, 73, 89, 114
15, 33, 42, 74, 88, 115
16, 34, 43, 75, 87, 116
17, 35, 44, 76, 86, 117
18, 36, 45, 77, 85, 118
19, 37, 46, 78, 84, 119
20, 38, 47, 79, 83, 120
1, 39, 48, 80, 82, 110
2, 40, 49, 61, 81, 111
3, 24, 50, 62, 100, 112
4, 25, 51, 63, 99, 113
5, 26, 52, 64, 98, 114
Номер варианта соответствует двум последним цифрам номера студенческого билета
Библиографический список
1. Глинка Н.А. Общая химия/ Н.А. Глинка. –М.: Химия. –1982. –С.253-257.
2. Задачи и упражнения по общей химии / Н.А. Глинка. –Л.: Химия. –1985. –
264с.
3. Химия / И.Л.Шиманович. –М.: Высшая школа. –2001. –128с.
ХИМИЯ
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ №1
для студентов очно-заочного факультета инженерно-технических
специальностей университета
Составители Мирошник Зоя Афанасьевна
Салтыков Сергей Николаевич
Дудкин Андрей Викторович
Редактор
Т.М. Курьянова
Подписано в печать
Формат 60х84 1/16. Бумага газетная
Ризография. Печ. л. 1,5. Тираж 400 экз. Заказ №
Липецкий государственный технический университет. 398600 Липецк,
ул. Московская, 30
Типография ЛГТУ. 398600 Липецк, ул. Московская, 30.