Главная
Каталог
Библиотека
Избранное
Порталы
Библиотеки вузов
Отзывы
Новости
 
12+
 
Предварительный просмотр документа

Типовые задачи и их решение по основным разделам курса химии

Автор/создатель: Новиков А.Ф., Успенская М.В., Шконда С.Э.
Год: 2005 
Пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины "Химия", содержит общие указания для студентов по изучению избранных разделов курса, примеры решения типовых задач и задания для самоподготовки и тестирования. Пособие содержит также необходимый справочный материал. Ряд задач снабжен ответами.
Показать полное описание документа
Популярные ресурсы рубрик:
РЕЙТИНГ

Оценка пользователей: 2.5
Количество голосов: 15
Оцените ресурс:
5 4 3 2 1

ОТЗЫВЫ


Популярные ресурсы по теме

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра. Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
73 10. Как следует изменить концентрацию ионов водорода в растворе, чтобы водородный показатель рН его увеличился на единицу? 11. Чему равен водородный показатель рН раствора, концентрация гидроксильных ионов в котором равна 10 −11 моль/л? 12. Какую реакцию имеет водный раствор ацетата натрия СН3СООNa? 13. Составить уравнение реакции гидролиза карбоната натрия. 14. В какой цвет будет окрашен лакмус в водных растворах следующих солей: KCN, NH4Cl, К2SО3 , NaN03, AlCl3, Na2CO3, Na2SO4? 15. Водородный показатель рН раствора первой соли равен 9, а второй соли составляет 12. Какая из этих солей имеет большую степень гидролиза? Анионами каких кислот образованы эти соли? 16. Что такое ионное произведение воды? Чему равен рН воды? 17. На сколько единиц изменится рН при растворении в 1 л воды 2,24 л газообразного хлорида водорода при 298 К и 101,3 кПа? 18. 26,4 г сульфата аммония, (NH4)2SO4, растворяют в 1 л воды. Определите приближенный объем раствора и его молярность, основываясь на предположении об аддитивности объемов. Плотность кристаллического (NH4)2SO4 равна 1,76 г/мл. 19. Чему окажется равной молярность раствора, полученного разбавлением 175 мл 2 М раствора до 1 л? 20. Найдите количество азотной кислоты НNО3 в граммах, необходимое для нейтрализации 100 г гидроксида бария Ва(ОН)2. 21. 4 г гидроксида натрия NaOH растворены в воде, и объем раствора доведен до 500 мл. Найдите молярность и нормальность раствора. 22. Для нейтрализации 25 мл ортофосфорной кислоты Н3РО4 достаточно 30,25 мл раствора гидроксида натрия NaOH. Каково отношение нормальностей этих двух растворов? 23. При титровании 25 мл раствора гидроксида кальция, Са(ОН)2, для нейтрализации потребовалось 10,81 мл 9,1 н раствора НСl. Вычислите нормальность раствора Са(ОН)2 и массу Са(ОН)2. 24. В разбавленных водных растворах значения молярности и моляльности практически совпадают. Почему это происходит? Почему это относится только к водным растворам? 25. Что называется нормальностью раствора? 26. Что называется молярностью раствора? 27. Что называется моляльностью раствора? 28. Приведите определения кислоты и основания по Аррениусу. 74 29. Что называется титрованием? Как оно используется в химическом анализе? 30. Растворимость перхлората калия, КСlО4, в воде при 0 °С около 8 г/л. Какова молярная концентрация его насыщенного раствора при 0 °С? 31. 70 мл этилового эфира, С4Н10О, имеющего плотность 0,7 г/мл, растворяют в таком количестве этилового спирта, чтобы получилось 150 мл раствора. Вычислите молярную концентрацию эфира в растворе. 32. Из 10,66 г H2SO4 и 95,94 г Н2О приготовлен раствор серной кислоты. Объем полученного раствора 100 мл. Вычислите молярную, моляльную и нормальную концентрации раствора, а также его плотность. 33. Сколько граммов растворяемого вещества требуется для получения 3 л 1,5 М раствора серной кислоты? 34. Сколько граммов растворяемого вещества требуется для получения 0,6 л 2,5 н раствора гидроксида натрия? 35. Сколько миллилитров воды следует добавить к 150 мл 4 М раствора НNО3 дпя получения 1 М раствора? 36. Какой объем 2 М раствора серной кислоты следует разбавить водой для получения 40 мл 0,1 М раствора серной кислоты? 37. Какова молярная концентрация серной кислоты в растворе, полученном смешением 45 мл 0,5 М раствора H2SO4 и 10 мл 0,8 М раствора H2SO4? 38. Вычислите объем 3 М раствора КОН, необходимого для получения 400 мл 0,5 М раствора КОН. 39. Вычислите объем раствора, приготовленного разбавлением 4 мл 8 н раствора НNО3 до получения 0,01 н раствора НNО3. 40. Вычислите молярную и нормальную концентрации раствора, содержащего 1,5 г Ва(ОН)2 в 450 мл раствора. 41. Какова нормальность раствора, приготовленного добавлением 2 г карбоната натрия к такому количеству воды, чтобы получилось 50 мл раствора? 42. Плотность 65%-ной азотной кислоты равна 1,4 г/мл. Сколько миллилитров такой кислоты требуется для приготовления 200 мл 1 н раствора? 43. Вычислите молярную концентрацию ионов каждого типа, оставшихся после реакции, которая произошла при смешении 0,5 М раствора Ва(ОН)2 и 0,3 М раствора НСl. 44. Какой объем 0,6 н раствора НСl необходим для титрования 30 мл 0,8 н раствора NаОН? 45. Сколько миллилитров 0,2 М раствора НСl понадобится для полного титрования водного раствора, содержащего 0,25 г гидроксида кальция? 75 46. Определите, диссоциация воды протекает с выделением или поглощением тепла. 47. Определите концентрации ионов водорода и гидроксильных ионов в апельсиновом соке (рН = 2,8). 48. Каково отношение концентраций ионов водорода и гидроксильных ионов в чистой воде? 49. Каково отношение концентраций ионов водорода и гидроксильных ионов в апельсиновом соке (рН = 2,8)? 50. Какова концентрация ионов водорода в 0,01 М растворе азотной кислоты? Чему равен рН этого раствора? 51. Каковы концентрация ионов водорода и рН в 0,005 М растворе гидроксида натрия? 52. Определите рН раствора, полученного смешением равных объемов 0,1 М раствора азотной кислоты и 0,05 М раствора гидроксида натрия. 53. Сколько миллилитров 0,1 М раствора НСl следует добавить к 200 мл 0,005 М раствора КОН, чтобы довести его рН до 10? 54. 150 мл раствора НСl неизвестной концентрации титруют 0,1 М раствором NаОН. Для нейтрализации кислоты потребовалось 80 мл раствора основания. Сколько молей НСl в исходном растворе и какова его концентрация? 55. Определите рН и степень диссоциации 0,01 М раствора уксусной кислоты. 56. Определите рН 0,01 М ацетата натрия. 57. Растворимость АgCl в воде при 25 °С равна 1,3 ⋅ 10−5. Определите произведение растворимости АgCl. 58. Какова растворимость сульфата свинца РbSО4 при 25 °С в воде, если произведение растворимости равно 1,3 ⋅ 10 −8? 59. Для каких веществ вода является хорошим растворителем? Ответ мотивируйте. 60. Почему поваренная соль лучше растворяется в воде, чем в бензоле? 61. Почему вода лучше растворяет метанол, чем метан? 62. Что такое гидратация иона? 63. Что такое сольватация и как она связана с гидратацией? Как гидратация влияет на растворимость солей? 64. Что представляет собой шкала водородного показателя рН и как она используется? 76 65. Допустим, что рН изменяется на две единицы. Во сколько раз изменяется при этом концентрация водородных ионов? 66. В чем отличие между сильными и слабыми кислотами? 67. Раствор содержит Н+, NO2−, HNO2 в состоянии равновесия. В каком направлении изменится рН раствора, если добавить: а) чистой воды; б) соляной кислоты; в) хлорид натрия? 68. Является ли раствор хлорида аммония кислым, основным или нейтральным? Что будет происходить с рН этого раствора по мере повышения его концентрации? 69. Чему равен рН 2 М раствора уксусной кислоты, степень диссоциации которого составляет 1,3%? 70. Раствор аммиака имеет концентрацию ионов водорода 6 ⋅ 10−8 моль/л. Чему равен рОН этого раствора? 71. Чему равен рН 0,15 н раствора хлорида аммония? 72. Каково понижение давления водяного пара над раствором у раствора 90 г глюкозы (C6H12O6) в 90 г воды (давление насыщенного водяного пара над водой при этих условиях составляет 133,3 Па)? 73. Какую реакцию имеет водный раствор карбоната калия К2СО3? 74. Какую реакцию имеет водный раствор хлорида цинка ZnCl2? 75. Какова зависимость между объемами и нормальностями реагирующих веществ? 76. Чему равна молярность раствора, содержащего в 0,75 л воды 4,41 г поваренной соли. 77. Определите процентное содержание ортофосфорной кислоты в растворе, полученном при растворении 20 г оксида фосфора (V) в 1 л воды. 78. Рассчитайте поверхностное натяжение в капилляре радиуса 1 мм, если жидкость поднялась на 1см (ρ = 103 кг/м3, θ = 00). 79. Рассчитайте поверхностное натяжение в капилляре радиуса 1 мм, если жидкость поднялась на 1,5см (ρ =1,2. 103 кг/м3, θ = 100). 80. Какова разность уровней жидкости в двух сообщающихся капиллярах с диаметрами 0,1 мм и 0,3 мм (σ = 70.10-3 н/м; ρ= 1,5. 103 кг/м3, θ = 90). 81. Поверхностное натяжение. Дайте определение из представлений термодинамики, используя такие параметры, как внутренняя энергия, потенциал Гиббса. 82. Поверхностное натяжение. Дайте определение из представлений работы и силы. 83. Поверхностный слой. Дайте определение из представлений о поверхностном слое о самопроизвольном уменьшении поверхности (∆Gs<0). 77 84. Дайте определение адсорбции, абсорбции, адсорбента и адсорбата. 85. Основное уравнение адсорбции. 86. Что такое изотерма адсорбции? 87. Поверхностно-активные вещества. Дайте определение положительных и отрицательных ПАВ. 88. Перечислите виды поверхностно-активных веществ. 89. Виды адсорбции (физическая, хемосорбция, ионный обмен). Объясните природу этих видов взаимодействия. 90. Адсорбция Ленгмюра. Перечислите основные положения теории. 91. Назовите основные положения теории БЭТ. 92. Пористые тела и порошки. Объясните зависимость адсорбции от дисперсности веществ. Дайте определение удельной поверхности. 93. Что такое смачивание поверхности? Дайте определение краевого угла. 94. Некоторый раствор характеризуется водородным показателем pH = 3. Чему равен гидроксильный показатель pOH этого раствора? 95. Константа диссоциации 0.01 н раствора уксусной кислоты равна 2,4⋅10-6. Какова степень диссоциации кислоты в этом растворе (в %)? 96. Приведите примеры соединений, которые являются сильными электролитами. 97. Каково значение водородного показателя раствора с концентрацией ионов водорода 0,00001 моль/л? 98. Значение водородного показателя pH раствора равно 2. Чему равна концентрация водородных ионов в этом растворе (моль/л)? 99. Какова удельная поверхность частиц взвеси (1/м) с размером частиц 80 мкм? 100. Как соотносятся между собой нормальность (н.) и молярность (М) раствора метафосфорной кислоты (НРО3)? 101. Изменится ли и, если да, то как - разность температур замерзания растворителя и раствора при увеличении его моляльной концентрации в три раза? Электрохимические системы. Растворение металлов в электролитах, двойной электрический слой. Элeктрoдные пoтeнциaлы, мeхaнизм их вoзникнoвeния. Уравнение В. Нернста. Концентрационный гальванический элемент, его ЭДС. 78 Стaндaртный вoдoрoдный элeктрoд. Стандартные электродные потенциалы металлов, ряд активности металлов. Гaльвaничeскиe элeмeнты, окислитeльнo-вoсстaнoвитeльныe прoцeссы на электродах. Химическая и электрохимическая кoррoзия мeтaллoв, мeтoды зaщиты oт нee. Элeктрoлиз, типы элeктрoдoв. Числа переноса ионов в растворах электролитов. Прoцeссы на анoдe и на кaтoдe, пeрeнaпряжeниe. Пoслeдoвaтeльнoсть рaзрядa иoнoв на электродах при элeктрoлизe. Законы М. Фарадея. Аккумуляторы, принцип действия, процессы при зарядке и разряде. Характеристики носителей заряда в электролите: скорость и подвижность ионов, числа переноса. Прaктичeскиe примeнeния элeктрoлизa. Окислительно-восстановительные реакции. Изучение электрохимических процессов, сущность которых составляет эту часть раздела, рекомендуется начать с характеристик окислительно- восстановительных процессов. Усвоение понятия об окислительно- восстановительных процессах обеспечит усвоение всех рассматриваемых далее явлений: превращения энергии химической реакции в электрическую энергию, что наблюдается при работе гальванического элемента; превращения электрической энергию в энергию химического процесса, что происходит при электролизе растворов и расплавов; процессов, сопровождающих коррозию металлов и защиту от нее. В результате изучения этих вопросов студент должен уяснить себе сущность процессов, происходящих на границе раздела металл − электролит, в том числе на электродах гальванического элемента и электролизера. Студент должен научиться составлять схемы гальванических элементов и записывать реакции, происходящие с участием электронов, а также пользоваться таблицами электродных потенциалов для определения характеристик самопроизвольно протекающих процессов, в том числе ЭДС элементов, изменения энергии Гиббса, констант равновесия электрохимических процессов. При этом следует обращать внимание на специфические особенности электролиза растворов и расплавов. Студентам необходимо научиться проводить расчеты параметров электрохимических процессов, используя законы Фарадея. При изучении процессов коррозии металлов следует обращать внимание на химические реакции, сопровождающие эти процессы, а в случае электрохимической коррозии − на реакции, протекающие на анодных и катодных участках системы: необходимо освоить правила записи peакций на аноде и катоде, разобраться в том, где происходит окисление, а где - восстановление металла. Только после усвоения этого материала можно переходить к изучению методов защиты металлов от коррозии, используемых на практике. Изучение содержания данного раздела является конкретным приложением общих закономерностей протекания химических процессов. 79 Примеры решения задач. Пример 1. Вычислить ЭДС соответствующего гальванического элемента, константу равновесия и определить наиболее вероятное направление самопроизвольного протекания реакции: Сd0(тв) + Аg+(p) ⇄ Сd2+(p) + Аg0(тв), еcли концентрации ионов равны: С Аg+ = 10 −4 моль/л; C Сd2+ = 10 −3 моль/л. Решение: Вычислим электродные потенциалы соответствующих электродов по формуле Нернста: 0,059 0 Е1 = Е 1 + ⎯⎯⎯ lg С Сd2+ . n Стандартный электродный потенциал кадмия составляет Е01 = – 0,40 В (см. приложение 3), тогда получаем: 0,059 Е1 = − 0,40 + ⎯⎯⎯ lg 10 −3 = − 0,49 В; 2 Для серебра стандартный потенциал равен Е02 = + 0,80 В, тогда: 0,059 0,059 Е2 = Е 2 + ⎯⎯⎯ lg С Аg+ = 0,80 + ⎯⎯⎯ lg 10 −4 = + 0,56 В. 0 n 1 Поскольку Е1 < Е2, то кадмий будет окисляться, а серебро – восстанавливаться, и реакция будет протекать слева направо, то есть: Сd0(тв) + 2Аg+(p) → Сd2+(p) + 2Аg0(тв) Запишем схему гальванического элемента: ⊝ Сd0⏐ Сd2+║Аg+⏐ Аg0 ⊕ Сd0 − 2ē → Сd2+ − процесс окисления происходит на аноде; Аg+ + ē → Аg0 − процесс восстановления происходит на катоде. ЭДС этого гальванического элемента будет равна: ЭДС = Е2 − Е1 = 0,56 − (−0,49) = 1,05 В. Для вычисления константы равновесия, вспомним связь между стандартной ЭДС (∆Е° = Е20 − Е10) и стандартной энергией Гиббса: − ∆G0 = n · F · ∆E°. 80 С другой стороны, ∆G 0 связана с константой равновесия K уравнением ∆G0 = − 2,3 RT lg K. Для 25°С (298 К) последнее уравнение после подстановки в него значений R (8,31 Дж/моль К) и F (96485 Кл/экв) преобразуется к такому виду: n · ∆E° 2⋅ [0,8 – (– 0,4)] 2 ⋅ 1,2 lg K = ⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = ⎯⎯⎯ = 40. 0,059 0,059 0,059 Отсюда K = 1040. Из этого следует, что реакция между кадмием и ионами серебра практически протекает нацело. Пример 2. Ток в 2,5 А, проходя через раствор электролита, выделяет из раствора за 30 мин 2,77 г металла. Найти эквивалентную массу металла. Решение: Согласно закону Фарадея, m = (Э ⋅ I ⋅ τ) / F . Тогда эквивалентная масса находится как: Э = (m ⋅ F) / I ⋅ τ = (2,77 ⋅ 96465)/(2,5 ⋅ З0 ⋅ 60) = 59,4 г/моль. Пример 3. Какой из металлов: кадмий, медь, платина, молибден, ртуть − в паре с никелем в гальваническом элементе будет анодом? Составьте схему гальванического элемента. Решение: Выпишем значения стандартных электродных потенциалов для данных металлов: Е°Cd ⎪Cd+2 = − 0,40 В; Е°Cu ⎪Cu+2 = + 0,34 В; Е°Pt ⎪Pt+2 = + 1,20 В; Е°Mo ⎪Mo+2 = − 0,20 В; Е°Ni ⎪Ni++ = − 0,25 В. При работе гальванического элемента электрохимическая система с более высоким значением электродного потенциала восстанавливается, выступая в качестве окислителя, а с более низким – окисляется, являясь восстановителем. Электрод, на котором в ходе реакции происходит процесс окисления, называется анодом. Поэтому Е°АНОД < Е°КАТОД. Сравнивая значения электродных потенциалов металлов со значением Е°Ni⎪Ni++, убеждаемся, что только в этой паре Е°Cd⎪Cd+2 < Е°Ni⎪Ni+2. Следовательно, анодом в паре с никелем в гальваническом элементе будет кадмий. Схема гальванического элемента записывается следующим образом: ⊝ Cd ⎪Cd+2║ Ni+2 ⎪ Ni ⊕ 81 Пример 4. В контакте с каким из металлов: платина, никель, железо, хром − коррозия цинка будет проходить активнее, и почему? Решение: Коррозия – самопроизвольный процесс, и для него ∆G° = − n⋅F⋅∆Е°, поэтому, чем больше значение ЭДС, тем выше вероятность протекания коррозии. Находим значения ЭДС для гальванических пар: ∆Е° = Е° Pt ⎪Pt+2 − Е°Zn⎪Zn+2 = 1,2 − (−0,76) = 1,98 B; ∆Е° = Е° Ni ⎪Ni+2 − Е° Zn⎪Zn+2 = −0,25 − (−0,76) = 0,51 B; ∆Е° = Е° Fe ⎪Fe+2 − Е° Zn⎪Zn+2 = −0,44 − (−0,76) = 0,32 B; ∆Е° = Е° Cr ⎪Cr+3 − Е° Zn⎪Zn+2 = −0,74 − (−0,76) = 0,02 B. В первом случае значение ЭДС выше, поэтому в контакте именно с платиной коррозия цинка протекает активнее. Пример 5. Какие вещества выделяются у катода и у анода при электролизе водного раствора смеси солей: CuSO4; NaNO3; K2SO4. Концентрация всех солей в растворе одинаковы. Решение: Если система, в которой проводят электролиз, содержит различные окислители, то на отрицательно заряженном катоде будет восстанавливаться наиболее активный из них, то есть окисленная форма той электрохимической системы, которой отвечает наибольшее значение электродного потенциала. Необходимо учесть также, что поскольку растворителем здесь является вода, то в результате ее диссоциации в растворе всегда присутствуют ионы Н+ и ОН–. Cu +2 + 2ē → Cu: Е° Cu ⎪Cu++ = + 0,34 В 2Н + 2ē → Н2 : + Е° Н ⎪Н+ = 0,0 В К+ + ē → К: Е° К ⎪К+ = − 2,92 В Na + + ē → Na: Е° Na ⎪Na+ = − 2,71 В Поскольку медь обладает наибольшим значением стандартного электродного потенциала Е°Cu⎪Cu+2 , то именно она будет выделяться на катоде. Аналогично, если в системе имеется несколько восстановителей, на аноде будет окисляться наиболее активный из них, то есть восстановленная форма той электрохимической системы, которая характеризуется наибольшим значением электродного потенциала, см. приложение 4. При электролизе водных растворов нитратов, сульфатов на инертном электролизе происходит окисление воды с образованием свободного кислорода: 2Н2О → О2↑ + 4Н+ + 4ē: Е° = + 1,23 В. 82 Пример 6. Рассчитайте электрохимический эквивалент кадмия. Решение: Электрохимический эквивалент металла рассчитывается по следующей формуле: Э=М/n·F, где М – молярная масса элемента; n – валентность; F – число Фарадея. Подставляем известные данные в формулу: 112,41 г/моль Э = ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ = 5,83 · 10– 4 г/Кл = 0,583 мг/Кл 2 · 96485 Кл/моль Пример 7. Вычислить число переноса аниона С1– в бесконечно разбавленном растворе NaС1 при 25 °С, если известны подвижности катиона и аниона в этом растворе: λNa+ = 50,1 см2/Ом · моль; λCl – = 76,35 см2/Ом*моль. Решение: При электролизе через каждый электрод проходят одинаковые количества электричества, но каждый вид ионов переносит неодинаковые доли электричества ввиду различия скоростей ионов. Числа переноса (t) можно выразить через отношение абсолютной скорости иона к сумме абсолютных скоростей обоих ионов или соответственно через отношение ионных электропроводностей, например: υ– λ– t – = ——— = ——— υ++ υ–_ λ+ + λ – Подставляем известные данные в формулу: 76,35 см2/Ом · моль t – = ——————⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯–––⎯_ = 0, 60 . 76,35 см2/Ом · моль + 50,1 см2/Ом · моль Пример 8. Проанализировать процессы, протекающие на электродах при электролизе водного раствора гидроксида натрия NaOH. Решение. Электролиз раствора гидроксида натрия сводится к электролизу воды, так как на катоде восстанавливаются ионы водорода ввиду более высокого, чем у
Яндекс цитирования