Методические указания по проведению практических занятий по учебной дисциплине Химические основы экологии
учебно-методический материал на тему

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПОЖАРНО-СПАСАТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ЦЕНТР ПОДГОТОВКИ СПАСАТЕЛЕЙ»

УТВЕРЖДАЮ

Зам. директора по ОП

___________ Петрова  А. В.

  «____» _________________201__г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ  УКАЗАНИЯ

по проведению практических занятий

По учебной дисциплине   Химические основы экологии

для студентов

специальности 280711 «Рациональное использование природохозяйственных комплексов»

Санкт– Петербург

2016

Пояснительная записка

Целями изучения учебной дисциплины «Химические основы экологии» являются: освоение знаний, законов и теорий для разработки современных технологий и их внедрения в производство с учетом экологических задач;

 - развитие познавательных интересов и интеллектуальных способностей в процессе самостоятельного приобретения химических знаний с использованием различных источников информации, в том числе компьютерных;

-воспитание убежденности позитивной роли химии в жизни современного общества;

-овладение умениями применять полученные знания для объяснения химических явлений и свойств веществ; для оценки роли химии в развитии экономически и энергетически выгодных процессов, разработки безотходных технологий, получении современных экологически безопасных нанопродуктов и материалов;

-применение полученных знаний и умений для безопасного использования веществ и материалов в быту, на производстве, в повседневной жизни, для предупреждения явлений, наносящих вред здоровью и окружающей среде

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

составлять уравнения реакций, отражающих взаимодействие различных классов соединений с объектами окружающей среды;

составлять электронно-ионный баланс окислительно-восстановительных процессов, протекающих в окружающей среде;

проводить практические расчеты изучаемых химических явлений;

составлять уравнения реакций, отражающих взаимодействие различных классов органических соединений с объектами окружающей среды;

проводить практические расчеты изучаемых химических явлений; выполнять эксперимент, оформлять результаты эксперимента

Курс практических  занятий по предмету «Химические основы экологии»  обязательная  форма  аудиторной работы при освоении дисциплин химического цикла и таким образом его выполнение позволяет реализовать различные образовательные цели.  Примерный  тематический  перечень практических  занятий, охватывает все основные разделы курса общей и неорганической химии и прежде всего  все классы неорганических соединений, основные законы, положения и правила,  определяющие  их  реакционную  способность. предлагаемый теоретический материал к каждому  занятию, позволит углубить, систематизировать и получить новые знания по основным  разделам  общей, неорганической,  органической  и физической химии,  в  том  числе  применяя эти  знания  на  практике. Это  позволяет студенту получить хорошую теоретическую подготовку по конкретным  темам, научиться практическим расчетам по количеству  вещества, термодинамическим  и  кинетическим  параметрам  течения  процессов,  умениям  устанавливать генетическую связь между соединениями различных классов неорганических  веществ,  характеризовать  физические  и  химические  свойства  элементов и их соединений, овладеть навыками идентификации соединений и прогноза их поведения в тех или иных химических процессах, а также навыками составления плана проведения будущего эксперимента.

Практическое занятие №1

«Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций и расстановка коэффициентов методами электронного и  электронно-ионного баланса»

Пример 1  

 3KN02 + К2Сг207 + 4H2S04 = Cr2(S04)3 + 3KN03 + K2S04 + 4H20 Пример 2.

Cr2(S04)3 + РЬ02 + КОН ->

1. Определим какие функции выполняют в реакции данные вещества. Степень окисления атома свинца в РЬ02 - (+4).

Свинец - элемент IV группы периодической системы, следовательно, (+4) - максимальная степень окисления атома свинца. Таким образом, РЬ02 может быть только окислителем.

Степень окисления атома хрома в Cr2(S04)3 - (+3). Хром - элемент VI группы периодической системы, следовательно, степень окисления +3 -промежуточная и под влиянием окислителя РЬ02, степень окисления будет повышаться, т. е. Cr2(S04)3 будет выполнять роль восстановителя.

КОН - применяется для создания щелочной среды в реакции.

2. Определим. как изменяются степени окисления атомов элементов, входящих в состав окислителя и восстановителя.

Окислитель принимает электроны, при этом степень окисления атома свинца понижается с (+4) до (+2) :+4 +2

Pb + 2е -РЬ - процесс восстановления Восстановитель Cr2(S04)3 отдает электроны, при этом степень окисления атома хрома (+3) будет повышаться до максимальной степени окисления (+6) :+з +6 2Сг- 2-Зе —» 2Сг - процесс окисления

3. Определим продукты реакции в соответствии с найденными степенями окисления и с учетом характера среды.

Свинец со степенью окисления (+2) в щелочной среде образует соли свинцовистой кислоты, поэтому продукт восстановления в данной реакции - К2РЮ2.

Атом хрома в высшей степени окисления (+6) в присутствии щелочной среды входит в состав солей хромовой кислоты (Н2СЮ4), следовательно, продукт окисления в данной реакции - К2СЮ4.

Остальные продукты реакции составим по элементам, не участвующим в окислительно-восстановительном процессе ( К+, S04" и ОН ) : K2S04 и н2о.

4. Составим схему реакции

Cr2(S04)3 + РЬ02 + КОН -> К2РЪ02 + К2СЮ4 + K2S04 + Н2О

Методом электронного баланса найдем коэффициенты для окислителя и восстановителя и уравняем реакцию :

   +3                 +6

2Сг - 2-Зе-> 2Сг

    +4           +7

РЪ + 2е -> РЪ

окончательное уравнение реакции :

Cr2(S04)3 + ЗРЬ02 + 16КОН = ЗК2РЬ02 + 2K2Cr04 + 3K2S04 + 8H20

Пример 2.

Fe203 + NaN03 + NaOH

1. Определим какие функции выполняют в реакции данные вещества. Fe203 - оксид железа (III), твердое не растворимое в воде вещество. Атом железа имеет степень окисления (+3). Fe - элемент VIII группы, побочной подгруппы, может повышать степень окисления до (+6) при сплавлении с окислителем, т. е. может проявлять свойства восстановителя. Fe203 - восстановитель.

NaN03 - нитрат натрия, соль азотной кислоты, содержит атом азота в степени окисления(+5). Это максимальная степень окисления азота. Нитрат натрия может быть только окислителем, но проявлять свои окислительные свойства только в расплавленном состоянии. Таким образом, NaN03 - окислитель. Реакция идет при сплавлении веществ при высокой температуре. NaOH - создает щелочную среду.

2. Восстановитель повышает степень окисления - окисляется :

    +3              +6

Fe - Зе —»■ Fe

Окислительные свойства NaN03 при нагревании в кристаллическом виде проявляются за счет восстановления его с образованием нитрита (соли азотистой кислоты), в котором азот в степени окисления (+3) :

+5              +3

N + 2е —» N

З. Определим продукты реакции с учетом щелочной среды. Железо со степенью окисления (+6) входит в состав солей железной кислоты - ферра-тов. Поэтому в данной реакции продуктом окисления будет феррат натрия - Na2Fe04. Продукт восстановления - нитрит натрия NaN02.

Составим схему реакции :

Fe203 + NaN03 + NaOH -> Na2Fe04 + NaN02 + H20

На основе электронного баланса определим коэффициенты для окислителя и восстановителя и уравняем реакцию :

+3                     +6

2Fe - 2-Зе -> 2Fe

+5         +3

N+2e->N

Окончательное уравнение реакции :

Fe203 + 3NaN03 + 4NaOH = 2Na2Fe04 + 3NaN02 + 2H20

Задания для самостоятельной работы

На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, укажите процессы окисления, восстановления; восстановитель, окислитель, продукт окисления, продукт восстановления:

1. H2S03 + H3As04    H2SO4 + H3As03

2. NH3 + Se02 -> N2 +Se +H20

3. С + Ag2Se03 -> Ag2Se +C02

4. H2S +HC103 -> H2S04 + HCl

5. P + HN03 ->H3P04 + NO

6. HCl + K2Se04 -> K2Se03 + Cl2

7. НСЮ + H2S -> HCl + H2S04

8. НСЮ + so2 -> H2S04 + HCl

9. S + HNO3-> H2S04 + N02

10. AsH3 + HC103 -> H3As04 +HC1 11.I2 + HN03 -> HI03 + NO

12.As + HN03 -> H3As04 + N02 13 .HN03 + Те -> H2Te04 +NO 14.HN03 +Sn -> Sn02 + N02 15.Sb2S3 + 02 -> Sb203 + S02

16. NH3+ 02->NO + H20

17. С + H2S04 -> co2 +so2 + H20

18. С + HN03 -> C02 + N02 + H20 19.Sb+ HN03 -> HSb03 + N02 20.H2S + HN03 -> H2S04 + NO

21 .Fe2(S04)3 + KI -> h + FeS04 + K2S04 22.S02 + Se02 + H20 -> Se + H2S04

23. H2Se03 + Br2 -> H2Se04 + HBr

24. NaAs02 + I2 + Na2C03 + H20 -> NaH2As04 + Nal + C02 25.S02 + KMn04 + H20 -> Mn02 + K2S04 + H2S04

26.Se + AuCl3 + H20 -> Au + H2Se03 + HCl

27. AsH3 + AgN03 -> Ag + H3As03 + HNO,

28. Fe(OH)2 + 02 + H20 -» Fe(OH)3 29.Se + HN03 -> H2Se03 + NO 30.As2O3 + HN03 -> H3As04 + N02

П. Закончите уравнения реакций, определите окислитель, восстановитель : составьте схемы перехода электронов процессов окисления и восстановления, определите продукты реакций и решите методом электронного баланса :

1. Н202 + FeS04 + H2S04 -> S02 + NaI03 + H20 -> H3Sb03 + k2Cr207 + H2S04 ->

k2so3 + T2 + н2о ->

MnS04 + NaI03 + NaOH

2. K2S03 + Br2 + H20 KI + Fe2(S04)3 ->

KN02 + Zn + KOH -> Mn02 + H2SO4fKOHUH0 ->

CrCl3 + NaBi03 + HCl

3. Mgl2 + H202 + H2S04 -> S02 + HN03 + H20 -> Cr(OH)3 + Br2 + NaOH H2S + Cl2 + H20 P + HN03toHUJ н>

4. Sb2S3 + 02 ->

Cl2 + Br2 + H20 ->

Cr2(S04)3+ KBr03+KOH-> Mn(OH)2 + Br2 + KOH -> K2Cr207+H3P03 +H2S04->

5.МЮ2 + НС1Гкощ0н>

KMn04 + AsH3 + H2S04 ->

6. KI + Fe2(S04)3

KMn04 + Н2О2 + Н2so4 ->3S

Bi(OH)3 + Br, + NaOH К2Сг207 + FeCl2 + HCl -> Cr(N03)3 + H202 + NaOH

7. Cr2(S04)3 + Br2 + KOH -> Zn + NaN03 + NaOH -> K2Cr207 + FeS04 + H2S04 -» Mn(OH)2 + Cl2 + KOH -> B + HNO3fK0H4)^

9. Cr03 + H202 + H2S04 ->

ki + kio3 + h2so4 ->

ВІ + H2S04(-KOHII j —>

AsH3 + AgN03 + H20 -» Mn(OH)2 + 02 + KOH ->

11 .Mn02 + KBi03 + H2S04 -» Cr(OH)3 + H202 + NaOH -> НСЮ + Br2 + H20 -> Sb + HN03 + HCl -> FeS04 + KN02 + H2S04->

13 .KCr02 + н2о2 + KOH -> SnCl2 + NaBi03 + HCl -> Fe(OH)2 + Cl2+ NaOH ->

Си + НЫОзфазб.^

KMn04 + Zn + H2S04 -»

15.Sb203 + KMn04 + H2S04 -> Cr2(S04)3 + KBi03 + h2so4 -»

Pb + HNOy^-» NaCr02 + H202 + NaOH -> NaOCl + ki + H2S04 ->

17.FeS04 + Br2 + H2S04 -> NaN02 + KI + H2S04 -> KCr02 + н2о2 + KOH -> CuCl + K2Cr207 + HCl -> Bi + HNO3tomt0^

As + hno30?a36j -> CrCl3 + Pb02 + NaOH -> K2Cr207 + KBr + H2S04 ->

8. HBr + H2SO4(-K0H4j —> KI + Cl2 + H20 -> Pb02+Cr(N03)3 +NaOH -» Mn02 + kcio3 + koh -> As + hno3fk0h4) ->

10. K2Mn04 + H2S + н2о -> PbO + Cl2 + koh -> Na2Cr207 +KI+ H2S04 -> Fe(oh)3+KC103 +koh-> H2S + HN03toHIIJ^

12. KMn04 + HI + koh -> H202 + NiS + HCl -> FeCl3 + H2S -> NaBr +Mn02 + H2S04-> Sb + hno3fK0H4)H>

14. NaMn04+NaCr02+NaOH-> K2Cr207 + KN02+H2S04-> KI + H202 + H2S04 -> Pb02 + HC -> N02 + H20 ->

16. Ag + H2SO4toH40^

KMn04+NaN02 +H2S04 -> Cr2(S04)3 + H202 + koh -> Ba(OH)2 + Cl2 -> MnS + hno3fkoh40^

18. K2S03 + KMn04 + H20 -> Mn02 + 02 + koh KI + KN02 + H2S04 Fe(OH)2 + Br2 + H20 -> H2S + H2S03 ->

19.FeS04 + КСЮ3 + H2S04 -> LiOH + СЬ ->

KI + н2о2 + h2so4 ->

Fe(oh)2+Br2 + h20-> CuS + HNO3fe0HIg->

21.ZnS + 02->

Pb02+MnS04+KOH-> нею + K2s + н2о -> KIO3 + KI + h2so4-> Na3As03 + K2Cr207 + h2S04->

23.k2s03 + Br2 + h20-> KMn04 + Zn + h2S04-> S02 + H3As04 + H20 PH3 + K2Cr04 + KOH ->kio3 + ki + h2so4->

20. Sn + hno3fK0Hu.j^

K2Cr207+H202+H2S04 -> Bi2(S04)3+K2Cr04+KOH->-S02 + NaI03 + H20 -> KI + H2S04(-KOH4 j —>

22. FeS04+KMn04+H2S04-> Р + НЖ)3ґконц0н> Ba(OH)2 + N02 -> CrCl3 + H202 + NaOH -> HBr + H2S04(KOHII j —>

24. S02 + NaT03 + H20 ->

B + HN03fKOHUJ^

MiiS04 ксю3+кон-> Mgb + н2о2 + h2so4-> H2s+K2Cr207 +h2so4->

25.CrCl3 + NaBi03 + HCl -> Mii02 + КСЮ3 + KOH -> K2S03 + I2 + H20 -> K2Cr20- + KN02 + H2S04 NH3 + 02

27.Mii02 + BCl(Kom.} Sb2S3 + o2 -> Ni(OH)2 + Br2 + H20 -> KMn04 + H202 + KOH K2Cr207 + Nal + H2S04 ->

29.Sb + HNO3fK0H4J^ KMn04 + SnCl2+ KOH K2Cr207+H3P03+H2S04->

HI + H2SO4(K0Hnj —> NaN02+KI+H2S04

26. KI + C12 + H20 -> Sb + HNO3fKOHIl0-> Mii02 + o2 + KOH -> FeS04+KC103+H2S04 K2S03 +KMn04 +н2о ->

Практическое занятие №2 

Протекание реакции обусловлено образованием труднорастворимого вещества.

 Пример 1. Составьте два различных уравнения в молекулярном виде, которым будет соответствовать уравнение в сокращенном ионно-молекулярном виде К2С03 и Н2S04

к2со3 + h2so4 = k2so4+ со2т + н2о

Для написания ионно-молекулярного уравнения реакции запишем сильные электролиты (растворимые соли К2С03, k2S04 и h2S04) в ионной форме, а С02 (газообразное вещество) и Н20 (слабый электролит) - в молекулярной форме:

2К+ + С032" + 2РГ + S042" = 2К+ + S042" + С02Т + Н20 С032" + 2ІҐ = со2т + н2о Полученное сокращенное ионно-молекулярное уравнение показывает, что данная реакция протекает с образованием газообразного вещества и слабого электролита. HN02 + КОН

Пример 2

HN02 + КОН = KN02 + Н20 HN02 + К+ + ОН" = К+ + N02" + Н20 HN02 + ОН" = N02" + Н20 Протекание реакции обусловлено образованием молекул воды. Но так как азотистая кислота HN02 - слабый электролит и сама является фактором, определяющим протекание обратной реакции, то в отличие от трех предыдущих случаев реакция является обратимой. Однако равновесие системы смещено в направлении протекания прямой реакции, так как вода является гораздо более слабым электролитом, чем азотистая кислота.

Пример 3. Составьте два различных уравнения в молекулярном виде, которым будет соответствовать уравнение в сокращенном ионно-молекулярном виде: Ni2+ + S2~ = NiS>l.

Решение. Наличие катионов никеля и сульфид - анионов в левой части уравнения говорит о том, что взаимодействуют два сильных электролита - растворимые соли, состав которых может быть весьма разнообразным и одному ионно-молекулярному уравнению может соответствовать несколько молекулярных уравнений. Подписываем под символами ионов левой части данного уравнения такие ионы противоположного заряда, которые образовали бы с исходными ионами растворимые сильные электролиты. Затем такие же ионы записываем и под правой частью уравнения:

Ni2+ + S2" = NiSl 2N03" + 2К+ = 2N03" + 2К+

Суммируя оба равенства, получаем полное ионно-молекулярное уравнение:

Ni2+ + 2N03" + 2К+ + S2" = NiSl + 2N03" + 2К+ Объединив ионы в формулы соединений, записываем уравнение в молекулярной форме:

Ni(N03)2 + K2S = NiSl + 2KN03 Подобрав другие подходящие ионы, получаем второе уравнение:

Ni2+ + S2" = NiSl 2СГ + Ва2+ = 2СГ + Ва2+ NiCl2 + BaS = NiS^ + ВаС12

Пример 4. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия амфотерного гидроксида цинка с азотной кислотой и гидроксидом натрия. Напишите уравнения диссоциации гидроксида цинка в кислой и щелочной средах.

Решение. Так как гидроксид цинка Zn(OH)2 амфотерен, то он способен вступать во взаимодействие и образовывать соли не только с кислотами, но и с основаниями.

При взаимодействии его с азотной кислотой получается нитрат цинка и вода:

Zn(OH)2 + 2HN03 = Zn(N03)2 + 2Н20

Zn(OH)2 + 2ІҐ = Zn2+ + 2H20

При взаимодействии с гидроксидом натрия в водных растворах образуются комплексные соединения:

Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] Zn(OH)2 + 20H" = [Zn(OH)4]2~

Уравнения диссоциации гидроксида цинка имеют вид:

Zn2+ +20ГГ о Zn(OH)2 < 2Н2° )2Н+ + [Zn(OH)J2 (в кислой среде) (в щелочной среде)

Амфотерные гидроксиды диссоциируют и как основания и как кислоты. Прибавление кислоты смещает это равновесие влево, а прибавление щелочи - вправо. Поэтому в кислой среде преобладает диссоциация по типу основания, а в щелочной по типу кислоты. В обоих случаях связывание в молекулы воды ионов, образующихся при диссоциации малорастворимого амфотерного электролита, вызывает переход в раствор новых порций таких ионов, их связывание, переход в раствор новых ионов. Следовательно, растворение такого электролита происходит как в растворе кислоты, так и в растворе щелочи.

Задания дл

1 .Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) NaHC03 и NaOH; б) K2Si03 и НС1;в)ВаС12 nNa2S04.

2. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) K2S и HCl; б) FeS04 и (NH4)2S; в) Сг(ОН)3 и КОН, учитывая, что гидроксид хрома (III) проявляет амфотерные свойства.

3. Составьте по два молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) Mg2+ + C032"=MgC03

б) ЇҐ + ОН" = н2о

4. Какие из веществ: А1(ОН)3; H2S04; Ва(ОН)2; Cu(N03)2 - будут взаимодействовать с гидроксидом калия? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

5. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: а) КНС03 и КОН; б) Zn(OH)2 и NaOH;B)CaCl2 nAgN03.

6. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) CuS04 и H2S; б) ВаС03 и HN03; в) FeCl3 и КОН.

7. Составьте по два молекулярных уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями:

а) Cu2+ + S2"=CuS

б) Si032" + 2ЇҐ = H2Si03

8. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) Sn(OH)2 и HCl; б) BeS04 и КОН; в) NH4C1 и Ва(ОН)2.

9. Какие из веществ KHS04, СН3СООК, Ni(OH)2, Na2S , будут взаимодействовать с раствором серной кислоты? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

10. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между: a) Hg(N03)2 и NaJ; б) H2S04 и Na2S; в) РЬ(ОН)2 и КОН, учитывая, что гидроксид свинца (II) проявляет амфотерные свойства.

Практическое занятие №3

«Составление реакций по теме «Получение комплексных соединений»

Молекулярные соединения, образующие комплексные ионы, способные к существованию как в растворе, так в и кристалле, называют комплексными. При образовании комплексных соединений наблюдается взаимная координация взаимодействующих частиц, так называемое комплек-сообразование. Образующиеся сложные по составу частицы называются комплексными.

Например: Fe(CN)3 + 3KCN = K3[Fe(CN)6]

Ni(OH)2 + 6NH3 = [Ni(NH3)6](OH)2

В структуре комплексного соединения различают внутреннюю (координационную) и внешнюю сферы. Центральное место во внутренней сфере занимает комплексообразователь (чаще всего это ион металла d- лемента). Вокруг комплексообразователя на близком расстоянии расположены (координированы) отрицательно заряженные ионы или нейтральные молекулы - лиганды. Число лигандов, координированных около комплексообразователя, называют координационным числом. При записи комплексного соединения внутреннюю сферу заключают в квадратные скобки. На более далеком расстоянии от комплексообразователя располагаются ионы внешней сферы. Например, K3[Fe(CN)6]: комплексообразователь - Fe3+, лиганды - ионы CN~, координационное число - 6, [Fe(CN)6]3~ -внутренняя сфера, ЗК+ - внешняя сфера.Заряд комплексного иона равен алгебраической сумме заряда комплексообразователя и зарядов лигандов.

В зависимости от заряда различают анионные комплексы, например, [Fe(CN)6] , [А1(ОН)4] ; катионные комплексы, например, [Ni(NH3)6] ,

 [Сг(Н20)4С12] ; нейтральные комплексы, например, [Pt(bIH3)2Cl2], [Cr(H20)3F3]. Нейтральные комплексы не имеют внешней сферы.

В водных растворах комплексные соединения, проявляя свойства электролитов, диссоциируют на комплексный ион и ионы внешней сферы (первичная диссоциация):

K3[Fe(CN)6] -> ЗК+ + [Fe(CN)6f-    (1) Равновесие процесса первичной диссоциации (1) характеризуется константой диссоциации:

к _[K+]3-[Fe(CN6)3 ] [K3[Fe(CN)J]

Образовавшийся комплексный ион в незначительной степени может подвергаться вторичной диссоциации, образуя составляющие его частицы (ионы, молекулы):

[Fe(CN)6]3" <=> Fe3+ + 6CN" (2) Равновесие процесса (2) характеризуется константой нестойкости: к    _[Fe3+]-[CN ]6 нет-    [[Fe(CN)6]3 ]

Чем меньше константа нестойкости, тем более устойчив данный комплексный ион. Нейтральные комплексы электролитами не являются.

Существуют комплексные соединения с малоустойчивой внутренней сферой, которые распадаются в водном растворе на все составляющие ионы. Такие комплексные соединения называются двойными солями. Например,

KA1(S04)2^K+ + А13+ + 2S042~

Пример . Определите заряд комплексного иона, координационное число (к.ч.) и степень окисления комплексообразователя в соединениях: a) K4[Fe(CN)6];        б) [Cr(H20)2(NH3)3Cl]Cl2.

Решение. Заряд комплексного иона можно рассчитать по заряду внешней сферы, так как он равен заряду внешней сферы, но противоположен ему по знаку. Координационное число комплексообразователя равно числу лигандов, координированных вокруг него.

Степень окисления комплексообразователя определяется, исходя из того, что алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в молекуле равна нулю. Заряды кислотных остатков определяют из формул соответствующих кислот.

а) K4[Fe(CN)6]

Заряд внешней сферы (4К+): (+1)4 = 4+. Следовательно, заряд комплексного иона равен (4-): [Fe(CN)6]4 . Координационное число - число лигандов - равно 6. Степень окисления комплексообразователя (Fe+X) равна:

(+1)4 + X + (-1>6 = 0. Отсюда х = +2, (Fe+2)

Степень окисления комплексообразователя можно рассчитать и по заряду комплексного иона [Fex(CN)6]4~: х+(-1)-6 = -4; х =+2 (Fe+2)

б) [Cr(H20)2(NH3)3Cl]Cl2

Заряд внешней сферы (2СГ) равен (2-). Следовательно, заряд комплексного иона равен (2+): [Cr (Н20) 2(NH3) 3С1] . Координационное число (число лигандов) равно (2 + 3 +1) = 6. Степень окисления комплексообразователя (Сг+Х) равна:х + 0-2 + 0-3+(-1>1+(-1>2 = 0   х-1-2=0;х = +3 (Сг+3) или [Crx(H2O)02(NH3)°3Cr*]2+   X + 0-2 + 0-3 + (-1) = +2; х = +3 (Сг+3)

Пример 2. составьте координационную формулу комплексного соединения по следующим данным: a) Co(N02)3-2KCl-NH3; комплексообра-зователь - кобальт; координационное число равно 6;   б) CrCl3-H20-3NH3; комплексообразователь - хром; координационное число равно 6. Решение.

а) В набор данных соединений Co(N02)3-2KCl-NH3 входят 2 молекулы KCl, где К - щелочной металл (s - элемент), а комплексообразователя-ми в основном выступают атомы d - элементов (в данном примере - кобальт). Следовательно, катионы калия будут образовывать внешнюю сферу и таким образом комплексный ион будет анионом. Во внутреннюю сферу комплексного аниона будут входить одна молекула NH3, три иона N02 и два иона СГ. Координационное число (число лигандов) равно (1+3+2)=6. Координационная формула комплексного соединения имеет вид: K2[Co(NH3)(N02)3Cl2].

б) В наборе данных соединений CrCl3-H20-3NH3 комплексообразова-телем является ион Сг3+. Координационное число равно 6. Исходя из того, что нейтральные молекулы в большинстве случаев входят во внутреннюю сферу комплексного соединения, то в данном примере внутреннюю сферу составят три молекулы NH3, одна молекула Н20, два иона СГ. Третий хлорид-ион (СГ) образует внешнюю сферу. Следовательно, комплексный ион будет катионом. Координационная формула комплексного соединения имеет вид: [Cr(NH3)3H2OCl2]Cl.

ЗАДАНИЯ

301 .Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях [Cu(NH3)4] S04, K2[PtCl6], K[Ag(CN)2]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединения [Cu(NH3)4] SO4 и выражение для константы диссоциации и константы нестойкости.

302. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений по следующим данным:

а) исходные соединения PtCl4 -2Н20; к.ч. = 6; б) исходные соединения Cr(N03)3-2NH3-4H20; к.ч. = 6. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.

303. Составьте координационные формулы следующих комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения КС1-СгС13-2Н20; к.ч. = 6

б) исходные соединения CoCl3-H20-4NH3; к.ч. = 6. Для одного из полученных комплексных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.

304. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях Na[Ag(N02)2], [Zn(NH3)4] S04, K[SbBr6]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединения Na[Ag(N02)2] и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.

305. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях K3[Au(CN)2Br2], [Ni(NH3)6](N03)2, K2[PtCl(OH)5]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединения K3[Au(CN)2Br2] и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.

306. Составьте координационные формулы комплексных соединений по следующим данным: а) исходные соединения AgCl-2NH3; к.ч. = 2;

б) исходные соединения 2NaOH-Pt(N02)2; к.ч. = 4. Для одного из полученных соединений напишите уравнения диссоциации в водном растворе и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.

307. Определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя в соединениях K4[Fe(CN)6],   [Co(NH3)5Cl]S04, K2[HgI4]. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе комплексного соединения K2[HgI4] и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости.

1. Дайте названия следующим комплексным соединениям, определите, чему равны заряд комплексного иона, степень окисления и координационное число комплексообразователя. Напишите уравнения диссоциации этих соединений в водных растворах и выражения для константы диссоциации и константы нестойкости комплексных ионов соединений:

1) [Cu(NH3)4]S04; К2[Р1ОД

2) K2[Pt(CN)4]; [Co(NH3)6]Cl3;

3) Na2[Cd(CN)4]; [Сг(Н20)4С12]С1;

4) [Co(H20)2(NH3)3Cl]Cl2; Na[Ag(N02)2];

5) K3[Au(CN)2Br2]; [Zn(NH3)4]S04;

6) [Cr(H20)6](N03)3; K2[Ni(CN)4];

7) NH4[Cr(NH3)2(CNS)4]; [CrF3(H20)3];

8) Na2[Pt(CN)4Cl2]; [Ag(NH3)2]Cl;

9) [Ni(NH3)6](N03)2; K2[PtCl(OH)5];

10) [Co(NH3)4SO4]NO3; Na2[PdT4];

11) K3[Fe(CN)6];[Pt(NH3)4]Cl2;

12) [Co(NH3)5Cl]Cl2; Na2[Zn(OH)4];

13) K2[PtClr,]; [Co(NH3)5Cl]S04;

14) [Pt(NH3)6]Br2;K3[IrBr6];

15) K2[PdCl4]; [Ir(NH3)5Cl]Cl2;

16) [Fe(H20)6](C104)3; Na4[Fe(CN)6];

17) Na2[Pt(N02)2(OH)2]; [Ru(NH3)5Cl]Cl2;

18) K3[Fe(H20)(CN)5];[Cu(NH3)2]Cl;

19) [Cr(NH3)6](N03)3;Na3[Co(CN)4Cl2];

20) K2[Fe(CN)4]; [Cr(H20)4Cl2]Cl;

21) [Pt (NH3)2(H20)2](N03)2; Cs3[Al(OH)6];

22) K2[Pt(CN)4Cl2]; [Cr(NH3)5(N02)](N03)2;

23) [Cr(H20)5Cl]Cl2;K2[Ni(CN)4];

24) С5[АиС12Вг2];К[8ЬСУ;

25) K[Pd(NH3)C13]; [Co(NH3)4(C03)]Cl;

26) [Co(NH3)4(N02)2]N03; K[Ag(CN)2];

27) [Fe(H20)6]Cl3; [Co(NH3)4Cl2]HS04;

28) Na2[Pt(OH)6]; [Cr(NH3)3(H20)Cl2]Cl;

29) [Co(NH3)5H20]Cl3;K[AgI2];

30) [Co(NH3)6]Cl; K[Co(NH3)2(N02)4];

Практическое занятие №4

 Решение расчетных задач по теме «Галогены, их соединения». 

1. Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов, моляльность и титр раствора хлорида натрия

(р = 1,148 г/см ) с массовой долей NaCl 20\%?

2. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций, протекающих при пропускании хлора: а) через холодный раствор гидроксида калия; б) через горячий раствор гидроксида калия.

3. Какие реакции нужно провести для осуществления следующих превращений: ВаС12 —> HCl —> С12 —> КСЮ3 Уравнения окислительно-восстановительных реакций составьте на основании электронных уравнений.

4. К растворам солей SbCl3 и ВіС13 добавили раствор гидроксида натрия. К образовавшимся осадкам добавили избыток гидроксида натрия. Объясните, почему осадок растворился только в одном случае. Напишите молекулярные и ионно-молекулярные уравнения происходящих реакций.

5.Чем существенно отличается действие разбавленной азотной кислоты на металлы от действия соляной и разбавленной серной кислот? Что является ионом-окислителем в первом случае, что - в двух других. Напишите электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия этих кислот с магнием.

6.Напишите формулы и назовите кислородсодержащие кислоты хлора, укажите степень окисления хлора в каждой из них. Какая из этих кислот более сильный окислитель? Составьте уравнение реакции разложения КСЮ3 при нагревании: а) в присутствии катализатора; б) без катализатора.

7. Для осаждения в виде хлорида серебра всего серебра, содержащегося в 100 мл раствора нитрата серебра потребовалось 50 мл 0,2 н. раствора хлороводородной кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов и титр раствора нитрата серебра.

8. Какой объем раствора хлороводородной кислоты (р=1,100 г/см3) с массовой долей HCl 20,01\% требуется для приготовления 1 л раствора (р = 1,050 г/см3) с массовой долей HCl 10,17\% ?

9. Смешали 25 мл раствора хлорида натрия (р = 1,029 г/см ) с массовой долей NaCl 4\% и 225 мл раствора той же соли (р = 1,151 г/см3) с массовой долей NaCl 20\%. Вычислите молярную концентрацию и массовую долю (\%) NaCl в полученном растворе.

10. Для получения хлора в лаборатории смешивают оксид марганца (IV) с концентрированной хлороводородной кислотой. Составьте электронные и молекулярные уравнения этой реакции. Напишите уравнения реакций: а) взаимодействия полученной соли марганца со щелочью; б) окисления полученного гидроксида марганца кислородом воздуха.

Практическое занятие №5

Решение расчетных задач по теме «Химические свойства кислорода».

 1 .Молярная масса эквивалента трехвалентного металла равна 9 г/моль. Вычислите молярную массу атома металла, молярную массу его оксида и процентное содержание кислорода в оксиде. Какой это металл?

2.Оксид трехвалентного элемента содержит 31,58\% кислорода. Используя закон эквивалентов, вычислите молярную массу эквивалента элемента, молярную массу атома этого элемента. Какой это элемент?

З.Один оксид марганца содержит 22,56\% кислорода, а другой 50,50\%. Используя закон эквивалентов, вычислите молярную массу эквивалента и валентность марганца в этих оксидах. Составьте формулы оксидов.

4.Выразите в молях: а) 6,02 • 10 молекул С2Н6; б) 1,80-10 атомов азота; в) 3,01 • 1023 молекул NH3. Чему равны молярные массы указанных веществ.

5.В 2,48 г оксида одновалентного металла содержится 1,84 г металла. Используя закон эквивалентов, вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида. Чему равны молярные массы указанных веществ?

6. Какой объем при н.у. занимает молярная масса эквивалента кислорода? Вычислите молярную массу двухвалентного металла, если на окисление 8,34 г этого металла пошло 0,68 л кислорода (н.у.). Какой это металл?

7. При восстановлении 1,305 г оксида марганца получено 0,825 г марганца. Определите молярные массы эквивалентов марганца и его оксида. Рассчитайте валентность марганца и составьте формулу его оксида.

8. На восстановление 15,91 г оксида металла требуется 4,48 л водорода, измеренного при н.у. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида.

9. На полное сгорание 0,3 г некоторого элемента расходуется 480 мл кислорода, измеренного при н.у., а при неполном сгорании того же количества элемента требуется в два раза меньше кислорода. Вычислите молярные массы эквивалентов элемента в каждом из оксидов.

10. Дайте краткую характеристику свойств пероксида натрия Na202. Напишите уравнения реакций: а) получения пероксида натрия; б) взаимодействия с водой; в) взаимодействия с серной кислотой; г) взаимодействия с оксидом углерода (IV). Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.

11. Какие свойства может проявлять пероксид водорода Н202 в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? На основании электронных уравнений напишите уравнения реакций взаимодействия пероксида водорода: а) с оксидом серебра (I); б) с йодидом калия.

12. Как в лаборатории используют перманганат калия для получения кислорода? Составьте уравнение реакции. Предложите способы превращения полученных соединений марганца снова в перманганат калия. Напишите электронные и молекулярные уравнения реакций.

Практическое занятие №6«Неметаллы»

Пример 1. Выразите в молях 6,02 • 1021 молекул азота. Определите объем, который займет это количество молей молекул азота при нормальных условиях (н. у.). Рассчитайте абсолютные массы атома и молекулы азота.

Решение. Моль - это количество простого или сложного вещества, содержащее такое число структурных частиц-атомов, молекул, ионов, которое равно числу атомов в 12 г изотопа углерода 12С и составляет 6,022 • 1023 (постоянная Авогадро). Отсюда, 1 моль молекул азота содержит 6,02 • 1023 молекул. Следовательно, 6,02 • 1021 молекул составит 6,02 • 1021 / 6,02 • 1023 = 0,01 моль.

Из закона Авогадро вытекает, что 1 моль любого газа при н.у. занимает объем 22,4 л (молярный объем). Следовательно, 0,01 моль молекул азота займет 0,224 л.

Молярная масса атома азота (N) равна 14 г/моль, молярная масса молекулы (N2) равна 28 г/моль. Поскольку число молекул в 1 моле любого вещества равно постоянной Авогадро, то абсолютная масса атома азота равна-— = 2,3-10 23г, абсолютная масса молекулы:-— = 4,6-10 23г. 6,02-1023 6,02-1023

Пример 3. К 1л раствора серной кислоты с массовой долей H2S04 12\% (плотность 1,083 г/см ) прибавили 0,5 л раствора той же кислоты с массовой долей H2S04 8 \% (плотность 1,055 г/см3).Объем смеси довели до 2 л. Вычислите молярную концентрацию серной кислоты в полученном растворе.

Решение. Масса 1 л раствора серной кислоты с массовой долей H2S04 12\%) равна: т1л = V-p = 1000мл-1,083г/мл = 1083г.

1083•12

В этом растворе содержится ——— = 129,96 г H2S04.

Масса 0,5 л раствора серной кислоты с массовой долей H2S04 8 \% равна:   т0м = V • р = 500мл • 1,055г/мл = 527,5г.  В этом растворе содержится

527,5'8 = 42,2 г H2S04. 100

По условию задачи объем смеси довели до 2 литров, следовательно, в общем объеме полученного раствора (2 л) масса H2S04 составляет 129,96+ 42,2 = 172,16 г.

172 16

Таким образом, віл раствора содержится: m = ^ = 86,08 г H2S04. Рассчитаем число молей серной кислоты, содержащихся віл раствора:

vH so = ——L = —-— = 0,88 молей, где 98 г/моль - молярная масса H2S04.

2 4    M-h2so4 98

Следовательно, молярная концентрация серной кислоты в полученном растворе См = 0,88 моль/л (0,88М).

Пример 4. Какой объем хлороводородной кислоты с массовой долей HCl 36 \% (р = 1,183 г/см =1,183 г/мл) потребуется для приготовления 2,5л 0,5н. раствора этой кислоты?

Решение. Молярная масса эквивалента хлороводородной кислоты мз(нсі) =       = 36,5 г/моль. Масса HCl, необходимая для приготовления 2 л

0,5н. раствора хлороводородной кислоты равна:

тнс. = Сн • М э№1) • Vp_pa = 0,5 • 36,5 • 2,5 = 45,63 г HCl

Находим, в каком количестве раствора хлороводородной кислоты с массовой долей 36 \% содержится 45,63 г HCl:

в 100 г 36\% - го раствора содержится 36 г HCl в m г 36\%) - го раствора содержится 45,63 г HCl

45,63-100

m =-= 126,75г

Следовательно, объем раствора хлороводородной кислоты с массовой долей HCl 36 \% равен: V 12б'75г = 107,14мл

Рр-ра 1Д83г/мл

ЗАДАНИЯ

1. Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов и титр раствора хлорида кальция с массовой долей СаС12 20\%о, плотность раствора 1,178 г/см3.

2. Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов, моляльность и титр раствора щелочи с массовой долей NaOH 30\%о. Плотность раствора щелочи 1,328 г/см .

3. КЗ л раствора азотной кислоты (р = 1,054 г/см3) с массовой долей HNO3 10\% прибавили 5 л раствора той же кислоты (р = 1,009 г/см ) с массовой долей HN03 2\%>. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора и массовую долю (\%) HN03 в этом растворе.

4. Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов, моляльность и титр раствора азотной кислоты

(р = 1,120 г/см3) с массовой долей HN03 20,8\%>.

5.Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов, моляльность и титр раствора хлорида алюминия (р=1,149 г/см ) с массовой долей А1С13 16\%>.

6. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 7 мл 0,3н. раствора серной кислоты прибавить 125 мл 0,2н. раствора гидроксида калия.

7. Смешали 10 мл раствора азотной кислоты (р = 1,056 г/см3) с массовой долей HN03 10\% и 100 мл раствора той же кислоты

(р =1,184 г/см3) с массовой долей HN03 30\%. Вычислите молярную концентрацию и массовую долю (\%) HN03 в полученном растворе.

8. Какой объем раствора гидроксида калия (р = 1,056 г/см3) с массовой долей КОН 50\% требуется для приготовления 3 л раствора

(р=1,048 г/см ) с массовой долей КОН 6\%?

9. Какой объем раствора карбоната натрия (р = 1,105 г/см3) с массовой долей Na2C03 10\% требуется для приготовления 5л раствора (р=1,020г/см") с массовой долей Na2C03 2\%?

10. На нейтрализацию 31мл 0,16н. раствора щелочи требуется 217мл раствора серной кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов и титр раствора серной кислоты.

11. Какой объем 0,3н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 мл раствора гидроксида натрия

12. Какие соединения называются карбидами и силицидами? Напишите уравнения реакций взаимодействия: а) карбида алюминия с водой; б) силицида магния с хлороводородной кислотой. Являются ли эти реакции окислительно-восстановительными? Почему?

13. Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет сернистая кислота? Почему? Напишите электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия сернистой кислоты: а) с хлорной водой; б) с сероводородом. Укажите окислитель и восстановитель.

14. Назовите аллотропические модификации фосфора. На основании электронных уравнений составьте уравнение реакции взаимодействия фосфора с азотной кислотой, учитывая, что фосфор окисляется максимально, а азот восстанавливается минимально.

15. Соли какой кислоты называются нитритами? Какова их растворимость в воде? Напишите уравнения реакций взаимодействия нитрита калия: а) с разбавленной серной кислотой; б) с йодидом калия в присутствии серной кислоты; в) с перманганатом калия в присутствии серной кислоты. Для окислительно-восстановительных реакций составьте электронные уравнения. Объясните окислительно-восстановительную двойственность нитритов.

16 .Как проявляет себя сероводород в окислительно-восстановительных реакциях? Почему? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора сероводорода: а) с хлором; б) с кислородом.

17 Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет серная кислота? Напишите молекулярные и электронные уравнения реакций взаимодействия разбавленной серной кислоты с магнием и концентрированной серной кислоты с медью. Укажите окислитель и восстановитель.

18 Составьте молекулярные и электронные уравнения реакций получения оксида серы (IV) из серы, сероводорода, сульфита натрия, концентрированной серной кислоты.

19. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций взаимодействия азотистой кислоты:  а) с бромной водой; б) с йодоводородом.

20.В каком газообразном соединении азот проявляет свою низшую степень окисления? Напишите уравнения реакций получения этого соединения: а) при взаимодействии хлорида аммония с гидроксидом кальция; б) разложением нитрида магния водой.

21. Приведите примеры реакций, характерных для аммиака: а)замещения атомов водорода, б)образования соединений за счет донорно-акцепторного взаимодействия, в)окисления. Для окислительно-восстановительных реакций составьте электронные уравнения.

Практическое занятие №7

Решение расчетных задач по теме «Свойства, получение и применение щелочных и  щелочно-земельных металлов и их соединений» 

1 Пример 1. Вычислите: а) массовую долю растворенного вещества (\%); б) молярную концентрацию вещества (См, М); в) молярную концентрацию эквивалентов вещества (Сн); г) моляльность вещества в растворе (Ст), который получен растворением 60 г карбоната калия в 250 мл воды (плотность раствора р = 1190 кг/м3 =1,19 г/см3 =1,19 г/мл). Чему равен титр (Т) этого раствора?

Решение, а) массовая доля (ю) показывает, сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора. Массовая доля - безразмерная величина, ее выражают в долях единицы или в процентах.Так как массу 250 мл воды можно принять равной 250 г (рНг0=1г/мл), то масса полученного раствора равна: 60 + 250 = 310 г и, следовательно: в 310 г раствора содержится 60 г К2С03 в 100 г раствора содержится х г К2С03 100-60 1П„

х =-= 19,35г

Таким образом, массовая доля К2С03 равна 19,35 \% (юКгСОз =19,35\%).

б) молярная концентрация вещества - отношение количества растворенного вещества (в молях) к объему раствора. Единица измерения молярной концентрации моль/л.

Для расчета молярной концентрации карбоната калия необходимо найтимассу 1 л раствора: т1л   ра = Vp = 1000мл • 1Л9г,'мл = 1190г.

Массу карбоната калия (т) віл раствора находим из соотношения: в 310 г раствора содержится 60 г К2С03 в 1190 г раствора содержится m г К2С03

m=I190160 =23032rKCOi 310 ' ~

Число молей соли, содержащихся віл раствора равно отношению: тк,со„

vk,co. =    " J s    где  М      = 138i mo.ii...

-   ' ^к2со3

п  230.32   1 „ Следовательно, \> гп =-— = 1,67молеи. к2со3 13g

Молярная концентрация карбоната калия СМ(К со^. = 1,67моль/л (1,67М)

в) молярная концентрация эквивалентов (нормальная концентрация) - отношение количества эквивалентов растворенного вещества (в молях эквивалентов) к объему раствора. Единица измерения моль/л.

Молярная масса эквивалента кислоты равна отношению ее молярной

массы к основности. Например: M3ffllSo4 , = — = 49г. моль.

Молярная масса эквивалента основания равна отношению ее моляр-74 2

Молярная масса эквивалента соли равна отношению ее молярной массы к произведению числа атомов металла на валентность металла. Например:

М эш2 (со3 ;,3 = — = 39Г7МОЛЬ

Мэ(ПШ4)2со3) = — = 48г. моль.

Так как молярная масса  эквивалента карбоната калия равна: M3fK,co3;i = ^ = ^ = 69г.-моль,то число молей эквивалентов К2С03, содержащихся віл раствора равно отношению: v41-k го -. = —--=       = 3.34 молей эквивалентов.

V    Мэ,;СОз, 69

Молярная     концентрация     эквивалентов     карбоната калия

С"„,к      , = 3.34МОЛІ.. Л (3,34 н.)

ной массы к кислотности. Например: МЭ(Са(ОНь = — = 37г/моль.

г) моляльность вещества в растворе - отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе растворителя. Единица измерения мо-ляльности вещества в растворе моль/кг.

Масса раствора складывается из суммы масс растворенного вещества и растворителя: тр_ра = тв_ва + rrip.^.

По условию задачи масса растворителя (воды) равна 250 г. Массу карбоната калия в 1000 г растворителя находим из соотношения: на 250 г растворителя приходится 60 г К2С03 на 1000 г растворителя приходится m г К2С03

,л 60-1000 „лп

Отсюда, m =-= 240 г К2С03.

Число молей соли, содержащихся в 1000 г (1 кг) растворителя равно

отношению: vK со = 1,74моля

КгС°3   МКгСОз 138

Моляльность карбоната калия в растворе Ст = 1,74 моль/кг Титр раствора (Т) показывает количество граммов растворенного вещества, содержащегося в 1 мл (1 см3) раствора.

Так как віл раствора карбоната калия содержится 230,32 г К2С03,

то    Т = = 0,2303г/мл.

Пример 2. На нейтрализацию 20 мл раствора гидроксида калия, содержащего 0,4 г КОН, израсходовано 42 мл кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов кислоты в растворе.

Решение. Согласно закону эквивалентов вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных количествах, следовательно,

Vl Сн(2)

v, ■ с m = v9 ■ с      или —!- =-^1     н(1)      2     н(2) у сV2 *-н(1)

Таким образом, объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их молярным концентрациям эквивалентов. Рассчитываем молярную концентрацию эквивалентов гидроксида калия: в 0,02 л раствора содержится 0,4 г КОН в 1 л раствора содержится m г КОН 1-0 4m =-'- = 20г КОН0,02

Число молей эквивалентов гидроксида калия, содержащихся віл раствора, равно v3KB = —       = — = 0,36 молей эквивалентов, где 56 г/мольМэ(КОН) 56- молярная масса эквивалента гидроксида калия.

Следовательно, молярная концентрация эквивалентов гидроксида калия Сн(кон) = 0,36 моль/л.

На основании зависимости между объемами растворов реагирующих веществ и их молярными концентрациями эквивалентов рассчитываем мо-лярную концентрацию эквивалентов кислоты: отсюда

Ук-ты Сн(КОН)

VKOH 'Сн(КОН)    20• 0,36    плг1        ,   ,гллп

Сн(к-ты)=---=—^- = 0Д?М0ЛЬ/Л (°Д7Н-)

v к-ты 4Z

 Задания

1. Какой объем раствора карбоната натрия (р = 1,105 г/см3) с массовой долей Na2C03 10\% требуется для приготовления 5л раствора (р=1,020г/см") с массовой долей Na2C03 2\%?

2. На нейтрализацию 31мл 0,16н. раствора щелочи требуется 217мл раствора серной кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов и титр раствора серной кислоты.

3. Какой объем 0,3н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 мл раствора гидроксида натрия.

4. На нейтрализацию 1 л раствора, содержащего 1,4 г гидроксида калия, требуется 50 мл раствора кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов кислоты.

5. Вычислите молярную концентрацию, молярную концентрацию эквивалентов, моляльность и титр раствора хлорида натрия(р = 1,148 г/см ) с массовой долей NaCl 20\%?

6.На образование 43,239 г гидрида щелочного металла требуется5,6 л водорода, измеренного при н.у. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его гидрида. Какой это металл?

7. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

NaCl    NaOH    Na2C03 -> NaN03 NaN02.

Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора NaCl. Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.

8. Как можно получить гидрид и нитрид кальция? Напишите уравнения реакций взаимодействия этих соединений с водой. К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.

9 Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

NaCl    NaOH    Na2C03 -> NaN03 NaN02.

Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора NaCl. Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.

10. Как можно получить гидрид и нитрид кальция? Напишите уравнения реакций взаимодействия этих соединений с водой. К окислительно-восстановительным реакциям составьте электронные уравнения.

11. Какие из s - элементов II группы периодической системы относятся к щелочно-земельным металлам? Назовите природные соединения этих металлов. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия одного из этих металлов с водой, с разбавленной азотной кислотой, с разбавленной и концентрированной серной кислотой.

12. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия: а) кальция с водой; б) магния с азотной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.

13. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: СаС12    Ca(N03)2 -> СаС03    СаО    Са(ОН)2 -> Ca(HS04)2

14. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

NaCl -> Na    Na202 -> Na20 Na2S04.

15..На образование 43,239 г гидрида щелочного металла требуется5,6 л водорода, измеренного при н.у. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его гидрида. Какой это металл?

Практическое занятие №8

 Решение расчетных задач по теме «Металлы главных подгрупп»

1. .3,04 г некоторого металла вытесняют 0,252 г водорода, 26,965 г серебра и 15,885 г меди из соединений этих элементов. Вычислите молярные массы эквивалентов металла, серебра и меди.

2. На сжигание 0,5г металла требуется 230мл кислорода, измеренного при н.у. Используя закон эквивалентов, вычислите молярную массу эквивалента металла. Определите, какой это металл, если валентность его равна 2.

3. При растворении 1,11 г металла в кислоте выделилось 382,6 мл водорода, измеренного при н.у. Вычислите молярную массу эквивалента металла.

4. При восстановлении 1,305 г оксида марганца получено 0,825 г марганца. Определите молярные массы эквивалентов марганца и его оксида. Рассчитайте валентность марганца и составьте формулу его оксида.

5. На восстановление 15,91 г оксида металла требуется 4,48 л водорода, измеренного при н.у. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида.

6.В водородном соединении элемента содержится 8,8\%о водорода. Найдите молярную массу эквивалента элемента, образующего этот гидрид.

328. Гидроксид какого из s-элементов проявляет амфотерные свойства? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия этого гидроксида а) с кислотой и б) со щелочью.

7 .Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений:

Al -> Al2(S04)3-> А1(ОН)з -> Na[Al(OH)4] A1(N03)3.

Для окислительно-восстановительной реакции составьте электронные уравнения.

8. Составьте электронные и молекулярные уравнения реакции взаимодействия: а) алюминия с раствором щелочи; б) бора с концентрированной азотной кислотой.

9. Составьте уравнения реакций, которые нужно провести для осуществления следующих превращений: В —> Н3В03 —> Na2B407 —> Н3В03 Уравнение окислительно-восстановительной реакции составьте на основании электронных уравнений.

10. С какой степенью окисления олово и свинец образуют устойчивые соединения? Составьте электронные и молекулярные уравнения реакций взаимодействия олова и свинца с концентрированной азотной кислотой.

11.Чем можно объяснить восстановительные свойства соединений олова (II) и окислительные - свинца (IV)? На основании электронных уравнений составьте уравнения реакций взаимодействия: а) хлорида олова (II) с хлоридом ртути (II); б) оксида свинца (IV) с концентрированной хлороводородной кислотой.

12. Какие оксиды и гидроксиды образуют олово и свинец? Как изменяются их окислительно-восстановительные свойства в зависимости от степени окисления элементов? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия раствора гидроксида натрия: а) с оловом; б) с гидроксидом свинца (II

Практическое занятие №9

 Решение расчетных задач по теме «Коррозия металлов»

Коррозией называется самопроизвольное разрушение металлов и сплавов в результате химического взаимодействия их с окружающей средой. В зависимости от механизма протекания коррозийного процесса различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия протекает при взаимодействии металлов с сухими газами или растворами неэлектролитов. Электрохимическая коррозия протекает в водных растворах электролитов и во влажной атмосфере.

При электрохимической коррозии происходит образование местных гальванических пар. Участки с более отрицательным потенциалом являются анодными, а с более положительным - катодными. На анодных участках происходит окисление металла Ме° - пё —> Меп+, на катодных - восстановление окислителя. Если коррозия происходит в кислой среде, то на катоде восстанавливаются ионы водорода: 2ЇЕ + 2ё -> Н2Т (водородная деполяризация). Если коррозия происходит во влажном воздухе (атмосферная коррозия), в электролите, содержащем растворенный кислород, при неравномерной аэрации, то на катоде восстанавливаются молекулы кислорода: 02 + 2Н20 + 4ё —> 40Н" или 02 + 4ЇЕ + 4ё —> 2Н20 (кислородная деполяризация).

Коррозия при неравномерной аэрации наблюдается, когда доступ растворенного кислорода к различным частям изделия неодинаков. При этом те части металла, доступ кислорода к которым минимален, являются анодными участками. Это объясняется тем, что на катодных участках, где доступ кислорода больше, вследствие восстановления кислорода (02 + 2Н20 + 4ё —> 40Н") происходит подщелачивание и металлы (в частности железо) пассивируются. На неаэрируемых участках происходит окисление металла: Ме° - пё —> Меп+.

Пример 1. Хром находится в контакте с медью. Какой из металлов будет окисляться при коррозии, если пара металлов находится в кислой среде (в H2S04). Составьте схему образующегося при этом гальванического элемента, напишите уравнения электродных процессов.

Решение. Сравнивая величины стандартных электродных потенциалов (табл. 6), видим, что хром является более активным металлом (ф°г3+/сг =-0,740В) и в образующейся гальванической паре будет анодом.

Медь является катодом (ф°и2+/Си =+0,340В), как менее активный металл. В

кислой среде схема образующегося гальванического элемента будет следующая:

Хром окисляется. На катоде восстанавливаются ионы водорода (водородная деполяризация).

Пример 2. Как происходит коррозия во влажном воздухе пары олово-висмут? Составьте схему образующегося гальванического элемента, напишите электронные уравнения электродных процессов.

Решение. Во влажном воздухе происходит атмосферная коррозия. При этом поверхность металла, находящегося во влажном воздухе, покрывается пленкой воды, содержащей различные газы, и в первую очередь кислород. Стандартный электродный потенциал олова ф °n2+/Sn= -0,136В, а

стандартный электродный потенциал висмута   ф °.3+/в.=+0,215В. Потенциал

висмута более положительный, следовательно, при контакте этих металлов олово будет анодом, а висмут - катодом. Схема образующегося при атмосферной коррозии гальванического элемента будет следующая:

К: 02 + 2Н20 + 4ё -> 40Н~ 1 Уравнивая число электронов, участвующих в катодном и анодном процессах, можно записать суммарное уравнение:

А (-) Cr I H2S041 Си (+) К Электронные уравнения электродных процессов:

А: Cr0 - Зё -> Сг3+ К: 2Н+ +2ё -> Н2Т

А (-) Sn I Н20, 021 Bi (+) К Электронные уравнения электродных процессов:

2Sn° +02 + 2Н20     2Sn2+ + 40Н"

Ионы Sn2+ взаимодействуют с гидроксид-ионами:

Sn2+ + 20Н" Sn(OH)2. Образующийся гидроксид Sn(OH)2 является продуктом коррозии.

ЗАДАНИЯ

1 .Как происходит атмосферная коррозия луженого и оцинкованного железа при нарушении целостности покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

2.Цинк покрытый серебром. Какое это покрытие - анодное или катодное? Почему? Какой из металлов будет корродировать во влажном воздухе в случае разрушения покрытия? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов? Каков состав продуктов коррозии?

3.В раствор соляной кислоты поместили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Дайте этому объяснение, составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

4. Почему химически чистое железо является более стойким против коррозии, чем техническое железо? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии технического железа во влажном воздухе и в сильнокислой среде.

5. Какое покрытие металла называется анодным и какое катодным? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при коррозии железа, покрытого медью во влажном воздухе и в сильнокислой среде.

6. Железное изделие покрыли кадмием. Какое это покрытие анодное или катодное? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этого изделия при нарушении покрытия во влажном воздухе и в хлороводородной кислоте.

7. Две железные пластинки, частично покрытые одна оловом, другая медью, находятся во влажном воздухе. На какой из этих пластинок быстрее образуется ржавчина? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов коррозии этих пластинок. Каков состав продуктов коррозии железа?

8. Как происходит коррозия железного изделия, покрытого титаном, находящегося во влажном грунте, содержащем растворенный кислород? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

9. Две цинковые пластинки, частично покрытые одна никелем, другая - серебром, находятся во влажном воздухе. На какой из пластиноккоррозия протекает интенсивнее? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов. Каков состав продуктов коррозии?

10.В раствор электролита, содержащего растворенный кислород, опустили цинковую пластинку и цинковую пластинку, частично покрытую медью. В каком случае процесс коррозии цинка происходит интенсивнее? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов.

Практическое занятие №10

Выполнение упражнений по теме «Строение органических соединений»

1. Напишите структурные формулы следующих соединений по их названиям:

а) 3,4,5-триметил-4-пропилоктан;

б) 6-(3-метилбутил)ундекан;

в) 2-метилгептадекан.

2 Для каждого типа связи в молекулах приведенных ниже соединений укажите образующие их атомные орбитали:

а) CH3CH2+

б) CH3CH2.

в) СH3BH2

3 Сколько стереоизомеров может существовать для каждого из следующих соединений? Какие типы изомерии встретились Вам в этих соединениях? Назовите все соединения.

а) СH3CHDCHBrCH2CH3,

б) СН3СНDCl,

в) СН3СНDCH2NO2.

4 Соединение С8Н18 при действии 1 моля хлора образует в условиях радикального замещения лишь один изомер, имеющий формулу С8Н17С1. Предложите строение обоих соединений, назовите их.

Аналогичные структуры предложите для углеводородов и продуктов монохлорирования C8H18, C5H10, C6H12.

5.Для каждого из следующих соединений напишите структуры продуктов монобромирования и состав образующихся смесей, если относительные константы скорости замещения водорода на бром составляют: 1 - для первичных связей С - Н, 3,3 - для вторичных и 7,7 - для третичных.

а) 2,2,3-Триметилбутан; б) бутан.

6 Предложите вещества, которые можно использовать в реакциях нуклеофильного замещения для синтеза следующих соединений:

а) СН3СН2СН2SCH3,

б) (СН3)2СНNO2,

в) (СН3)4P+ Br-,

г) н-С4Н9N3,

д) ,

е) .

7 Третичный бромид 1 проявляет чрезвычайно низкую активность в реакциях нуклеофильного замещения (SN1 и SN2) по сравнению с трет-бутилбромидом 2 Предложите объяснение такой реакционной способности соединения 1.

8 Оптически чистый вторичный иодид 3 ([]D = +20o) образует ацетат 4 в реакции с 7 Третичный бромид 1 проявляет чрезвычайно низкую активность в реакциях нуклеофильного замещения (SN1 и SN2) по сравнению с трет-бутилбромидом 2 Предложите объяснение такой реакционной способности соединения 1.

8 Оптически чистый вторичный иодид 3 ([]D = +20o) образует ацетат 4 в реакции с ацетатом натрия в уксусной кислоте:

При использовании 0.1 М раствора ацетата натрия в уксусной кислоте образующийся ацетат 4 имеет []D = -12o. При проведении той же реакции в 1.0 М растворе ацетата натрия в уксусной кислоте соединение 4 имело максимальную величину оптической активности: []D = -16o. Каковы, по Вашему мнению, причины различной оптической активности полученных образцов ацетата 4.

9 (R)-1-Фенилпропан-2-ол, содержащий изотопную метку 18О, введен в следующую цепочку превращений:

С6Н5СН2СН(СН3)18ОН + CH3SO2C1

Практическое занятие №11

Выполнение упражнений по теме «Углеводороды»

Пример1. В лабораторной установке из 120 л ацетилена (н.у.) получили 60 г бензола. Найдите практический выход бензола.

Решение.

3C2H2 (= C6H6

n(C2H2) = V(C2H2)/ VM = 120 л : 22,4 л/моль = 5,35 моль

n(C6H6)теор = 1/3 х n(C2H2) = 1/3 х 5,35 моль = 1,785 моль

n(C6H6)практ = m(C6H6)/ M(C6H6) = 60 г : 78 г/моль = 0,77 моль

h = (nпракт : nтеор) х 100% = (0,77 : 1,785) х 100% = 43%

Ответ. 43%.

Пример 2.. При сгорании органического вещества массой 4,8 г образовалось 3,36 л CO2 (н.у.) и 5,4 г воды. Плотность паров органического вещества по водороду равна 16. Определите молекулярную формулу исследуемого вещества.

Решение. Продукты сгорания вещества состоят из трех элементов: углерода, водорода, кислорода. При этом очевидно, что в состав этого соединения входил весь углерод, содержащийся в CO2, и весь водород, перешедший в воду. А вот кислород мог присоединиться во время горения из воздуха, а мог и частично содержаться в самом веществе. Для определения простейшей формулы соединения нам необходимо знать его элементный состав. Найдем количество продуктов реакции (в моль):

n(CO2) = V(CO2) / VM = 3,36 л : 22,4 л/моль = 0,15 моль

n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) = 5,4 г : 18 г/моль = 0,3 моль

Следовательно, в состав исходного соединения входило 0,15 моль атомов углерода и 0,6 моль атомов водорода: n(H) = 2n(H2O), так как в одной молекуле воды содержатся два атома водорода. Вычислим их массы по формуле:

m = n х M

m(H) = 0,6 моль х 1 г/моль = 0,6 г

m(С) = 0,15 моль х 12 г/моль = 1,8 г

Определим, входил ли кислород в состав исходного вещества:

m(O) = 4,8 - (0,6 + 1,8) = 2,4 г

Найдем число моль атомов кислорода:

n(O) = m(O) / M(O) = 2,4 г : 16 г/моль = 0,15 моль

Соотношение числа атомов в молекуле исходного органического соединения пропорционально их мольным долям:

n(CO2) : n(H) : n(O) = 0,15 : 0,6 : 0,15 = 1 : 4 : 1

самую маленькую из этих величин (0,15) принимаем за 1, а остальные делим на нее. Итак, простейшая формула исходного вещества CH4O. Однако по условию задачи требуется определить молекулярную формулу, которая в общем виде такова: (CH4O)х. Найдем значение x. Для этого сравним молярные массы исходного вещества и его простейшей формулы:

x = M(CH4O)х / M(CH4O)

Зная относительную плотность исходного вещества по водороду, найдем молярную массу вещества:

M(CH4O)х = M(H2) х D(H2) = 2 г/моль х 16 = 32 г/моль

x = 32 г/моль / 32 г/моль = 1

Есть и второй вариант нахождения x (алгебраический):

12x + 4x + 16x = 32; 32 x = 32; x = 1

Ответ. Формула исходного органического вещества CH4O 

1 Напишитие структурные формулы названных ниже соединений:
а) (Z)-3,4-диметилгекс-3-ен

б) 2,3-диметилбут-1-ен

в) 2-метил-4-бутилокт-2-ен.

2. Для каждого типа связи в молекулах приведенных ниже соединений укажите, какие атомные орбитали участвуют в их образовании; в тех случаях, когда речь идет о гибридных орбиталях, укажите их компоненты.

а) СH3C=CH

б) CH2=CHCH=CH2

в) CH2=C=CH2.

3. Напишите структурные и пространственные формулы диеновых углеводородов С5Н8. Какие типы изомерии встретились Вам в этих соединениях? Назовите все предложенные Вами структуры диеновых углеводородов.

4. Пент-1-ен и циклопентан - изомерные молекулы. Предложите метод (или методы), позволяющие качественно различить эти соединения, если Вам даны образцы этих соединений в пробирках; предложите метод (или методы) количественного определения состава для смеси указанных углеводородов.

5. Расположите следующие соединения в порядке увеличения скорости присоединения HBr:

а) (CH3)2C=CH2

б) CH2=CH2

в) CH3CH=CH2.

6. Мускалур [(Z)-9-трикозен] (1) - половой аттрактант самки домашней мухи. Предложите путь синтеза этого соединения из ацетилена и необходимых галогеналканов. При выборе методов построения -СН=СН- фрагмента учтите, что активна только Z-форма 9-трикозена.

7. Напишите структурные формулы соединений, образующихся в следующих реакциях и укажите относительную конфигурацию заместителей в циклогексановом фрагменте.

8. Предложите методы и реагенты, необходимые для следующих превращений:

Практическое занятие №12

«Изучение процесса переработки нефти»

Заслушивание и обсуждение докладов на темы

Виды и происхождение нефти.

Научные основы переработки и разделения нефти.

Фракционный и химический состав.

Углеводороды.

Смолисто-асфальтовые вещества.

Алкилирование.

 Каталитический крекинг.

Вторичная переработка нефти

Ароматизация.

Гидрокрекинг.

 Каталитический риформинг.

 Состав и свойства продуктов переработки нефти.

Комплексная переработка нефти

Практическое занятие №13

 «Каменный уголь. Природный газ» 

Заслушивание и обсуждение докладов на темы

 Каменный уголь.

Природный газ.

Методы исследования состава переработки сырья

 Термический крекинг.

 Пиролиз и коксование нефтяного сырья.

Полимеризация и изомеризация.

Практическое занятие №14

 «Способы снижения выбросов в окружающую среду продуктов сгорания моторного топлива»

Заслушивание и обсуждение докладов на темы

-совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий;

- изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов;

- комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением окружающей среды;

- изменение состава и улучшение качества выпускаемой продукции (неэтилированные бензины, малосернистые топлива и т.д.);

- очистку сбрасываемых промышленных газов.

Практическое занятие №15

Выполнение упражнений по теме  «Альдегиды и кетоноы» 

1 Как из карбида кальция и воды, применив реакцию Кучерова, получить уксусный альдегид, затем уксусную кислоту и фениловый эфир уксусной кислоты. Составьте уравнения соответствующих реакций.

2. Какие соединения называются альдегидами и кетонами? Объясните, в чем заключается сходство и различие их свойств, напишите уравнения соответствующих реакций. Охарактеризуйте свойства формальдегида и составьте схему получения фенолформальдегидной смолы.

3. Предложите схему синтеза: а) 5-метил-2-изопропилгексан-2-аля из 3-метил-бутанола-1; б) 4-метил-4-гидроксипентанона-2 из пропилена.

4. Напишите уравнения реакций превращения: а) бутаналя в 1,1-дихлорбутан; б) пентанона в пропин.

5. При окислении некоторого кислородсодержащего ор-ганического вещества массой 1,8 г аммиачным раствором оксида серебра получили серебро массой 5,4 г. Какое органическое вещество подвергнуто окислению?

6. При помощи каких качественных реакций можно различить акролеин и пропионовый альдегид?

7. При взаимодействии этанола массой 13,8 г с оксидом меди массой 28 г получили альдегид, масса которого составила9,24 г. Определите выход продукта реакции.

8. Какое количество вещества формальдегида содержится в растворе объемом 3 л (ρ = 1,06 г/см3), массовая доляСН2О, в котором равна 20 %?

9. В промышленности ацетальдегид получают по способу Кучерова. Какую массу ацетальдегида можно получить исходя из технического карбида кальция массой 500 кг, массовая доля примесей в котором составляет 10,4 %? Выход ацетальдегида 75 %.

10. При окислении вещества состава С8Н16 образует

единственный продукт С4Н8О, не вступающий в реакцию «серебряного зеркала». Дальнейшее окисление вещества С4Н8О приводит к образованию смеси оксида углерода (IV), уксусной и пропионовой кислот. Напишите структурные формулы исходного вещества и продукта его окисления. 

11. Какие соединения образуются при каталитическомгидрировании: а) 2,3-диметилпентанона-3; б) 3,3-диметилбутаналя?

12. Какие соединения образуются при каталитическом гидрировании: а) изовалерианового альдегида; б) метилэтилкетона?

Практическое занятие №16

«Описание свойств карбоновых кислот уравнениями реакций»

1. Напишите структурные формулы следующих соединений: а) 2-метилпропановая кислота; б) 2,3,4-трихлорбутановая кислота; в) 3,4-диметилгептановая кислота; г) 2,4-диметил-4-этилгептановая кислота.

. 

2 Изложите современные представления о строении карбоксильной группы. Объясните: а) кислотные свойства карбоновых кислот,; б) пониженную склонность карбоксильного

углерода к реакциям нуклеофильного присоединения; в) склонность карбоновых кислот к реакциям нуклеофильного замещения гидроксильной группы.

3. Приведите формулы предельных структур и мезоформулы карбоновой кислоты и карбоксилат-аниона. Объясните, в каком случае эффект сопряжения выражен сильнее.

4. Сравните прочность водородных связей в спиртах и карбоновых кислотах. Объясните причину различия прочности водородных связей. Как это сказывается на физико-химических свойствах карбоновых кислот?

5. В чем сходство и различие карбоновых и минеральных кислот? Для подтверждения своих выводов приведите уравнения реакций.

6. Расположите в ряд по усилению кислотных свойств следующие кислоты: уксусная, фторуксусная, хлоруксусная, бромуксусная, иодуксусная. Ответ обоснуйте

7 Назовите следующие соединения по номенклатуре ИЮПАК:

8. В каждой из указанных ниже пар анионов укажите наиболее сильное основание. Укажите также наиболее сильную кислоту в парах соответствующих сопряженных кислот.
а) CH3CH2O - и CH3COO-;

б) ClCH2CH2COO - и CH3CHClCOO-;

в) Сl- и СH3COO -;

г) СlСН2СН2СОО- и СН3СН2СН2СОО -;

д) FCH2COO - и F2CHCOO-.

9. Укажите, какая из карбоксильных групп в молекуле 3-хлоргександиовой кислоты имеет меньшую константу диссоциации.

10 При кипячении в растворе D2O, содержащем сильную протонную кислоту, пропановая кислота постепенно обменивает три атома водорода на дейтерий:

СН3СН2СООН CH3CD2COOD

Предложите возможный механизм дейтерообмена.

11. Предложите методы и реагенты, с помощью которых 3-метилбутановую кислоту можно превратить в следующие соединения:

а) (СН3)2С=СНСООСН3;

б) (СН3)2СНСН2СН2СООН;

в) (СН3)2СНСН2Br;

г) (СН3)2СНСН2СОNH2.

12. Предложите последовательность реакций, с помощью которых можно получить следующие соединения:

а) (СН3)2СНСН2СН2СООН

б) СН2=СНСН2СН2СООН

в) НООССН2СН2СООН

г) НООССН2СН(СН3)СООН

д)

13 Предложите последовательность реакций, с помощью которых можно получить указанные ниже соединения:

а) СН2=СНСН2СН2СОСН3

б) СН3СОСН2СН2СОСН3

в) СН3СОСН2СН2СООН

г) СН3СОСН2СН2СН2СООН.

Практическое занятие №17 Выполнение упражнений и решение расчетных задач по теме «Функциональные производные углеводов

Решите следующий тест

1. Органическим продуктом нижеприведенной реакции является:

2. Органическими продуктами нижеприведенной реакции являются:

3. Органическим продуктом нижеприведенной реакции является:

4. Нижеприведенное превращение можно осуществить:

действием раствора бромоводорода в уксусной кислоте
действием раствора брома в четыреххлористом углероде
действием бромоводорода в присутствии пероксида
бромированием при облучении

5. Нижеприведенное превращение можно осуществить:

действием раствора бромоводорода в уксусной кислоте
действием раствора брома в четыреххлористом углероде
действием бромоводорода в присутствии пероксида
бромированием при облучении

6. Установите соответствие между исходными соединениями и органическими продуктами реакции:

7. Установите соответствие между исходными соединениями и органическими продуктами реакции:

8. Соединениями C и D в нижеприведенной последовательности превращений являются:

9. Соединениями А и C в нижеприведенной последовательности превращений являются:

10. Соединениями А и C в нижеприведенной последовательности превращений являются:

Практическое занятие №18

«Физические и химические свойства элементорганическиех соединений»

1. Какие продукты Вы ожидаете в реакциях следующих галогенпроизводных с металлами?

а) СН3СН2СН2Br + 1 Mg

б) CH3CH2CH2CH2Cl + 2 Li

в) HOCH2CH2CH2Br + 1 Mg

г) BrCH2CH2CH2CHBrCHBrCH + 2 Mg

д) CH2=CHCH2Br + 1 Mg

е) BrCH2CH2CH2CH2Br + 2 Mg

ж) BrCH2COOCH2CH3 + 1 Zn

2. Тщательный анализ состава реакционной смеси, образующейся при взаимодействии 1-бромбутана с магнием в эфире и далее с СО2 показал, что наряду с ожидаемой пентановой кислотой образуются также бутан, 1-бутен и октан. Выскажите Ваши соображения о возможных путях образования этих углеводородов.

3. Предскажите результат реакций этилмагнийбромида с а) двуокисью углерода, б) диэтилкетоном, в) окисью этилена, г) нитрилом изомасляной кислоты, д) хлором, е) серой, ж) этилацетатом.

4. Предскажите кратчайший путь (одно- или двухстадийный) получения следующих веществ, используя для этого любые производные С1 - С3 и необходимые металлоорганические соедлинения:

а) СН3СН2СН(ОН)СН2СООСН3;

б) СН2=СНСН(ОН)СD3;

в) СH2=CHCH2CH2CH=CH2;

г) СH3(CD3)2OH ;

д) (СH3)2C=CHCOOCH2CH3

5. Предложите методы и реагенты для проведения следующих превращений:

а) (СH3)3CCl (CH3)3CD

б) (CH3)3CCH2I (CH3)3CCH2Cl

в) (CH3)2C=CHCOCH3 CH2=CHC(CH3)2CH2COCН3 

г)

6. Сложный эфир С5H10O2 в реакции с изопропилмагнийбромидом образует третичный спирт, дегидратация которого приводит лишь к одному алкену С10H20. Предложите структуру сложного эфира и синтезированного из него алкена С10Н20.

Дополнительные данные: алкен С10Н20 при озонировании и восстановительном разложении озонида образует ацетон и симметричный кетон, не образующий бензилиденового производного при смешении с бензальдегидом и не дающий хлороформной реакции.

7. Расшифруйте последовательность превращений:

Практическое занятие №19

«Реакции полимеризации

1. Какие соединения называются высокомолекулярными, полимерами, олигомерами? Какие реакции лежат в основе получения полимеров, в чём их различие? Составьте схему полимеризации этилена. Какими свойствами обладает полученный полимер и где применяется?

2. Приведите примеры природных, синтетических, модифицированных органических полимеров. Составьте схему полимеризации пропилена. Какими свойствами обладает полученный полимер и где применяется?

3. Что называется реакцией полимеризации? Составьте схему полимеризации стирола. Какими свойствами обладает полученный полимер и где применяется?

4. Что называется реакцией поликонденсации? Составьте схему поликонденсации фенола и формальдегида. Как называется полученный полимер, какими свойствами он обладает и где применяется?

5. Дайте определения понятиям: мономер, полимер, степень полимеризации, структурное звено. Составьте схему полимеризации винил-хлорида. Какими свойствами обладает полученный полимер и где применяется?

6. Приведите структурные формулы следующих органических полимеров: полиметилакрилата, полиметилметакрилата, полиакрилонитрила, укажите их исходные мономеры. Какими свойствами обладают эти полимеры, где применяются?

7. Полимером какого непредельного углеводорода является натуральный каучук? Напишите структурную формулу этого углеводорода и составьте схему его полимеризации. Как называется процесс превращения каучука в резину? Чем по строению и свойствам отличаются каучук и резина?

8. Какие углеводороды называются диеновыми? Составьте схему полимеризации бутадиена. К какому типу каучуков относится полученный полимер? Составьте схемы сополимеризации бутадиена со стиролом и бутадиена с акрилонитрилом. Как называются полученные каучуки?

9. Что называется реакцией поликонденсации? Составьте схемы получения синтетических волокон полиэтилентерефталата (лавсана) и капрона. Укажите их свойства и области применения.

10. В чем заключаются особенности электронной, молекулярной и надмолекулярной структур полимеров. Как связана структура полимера с его агрегатным состоянием? Как влияет геометрическая структура полимеров (линейная, разветвленная, трехмерная) на их свойства?

Практическое занятие  №20

«Решение задач на газовые законы 

Пример 1. Выразите в молях 6,02 • 1021 молекул азота. Определите объем, который займет это количество молей молекул азота при нормальных условиях (н. у.). Рассчитайте абсолютные массы атома и молекулы азота.

Решение. Моль - это количество простого или сложного вещества, содержащее такое число структурных частиц-атомов, молекул, ионов, которое равно числу атомов в 12 г изотопа углерода 12С и составляет 6,022 • 1023 (постоянная Авогадро). Отсюда, 1 моль молекул азота содержит 6,02 • 1023 молекул. Следовательно, 6,02 • 1021 молекул составит 6,02 • 1021 / 6,02 • 1023 = 0,01 моль.

Из закона Авогадро вытекает, что 1 моль любого газа при н.у. занимает объем 22,4 л (молярный объем). Следовательно, 0,01 моль молекул азота займет 0,224 л.

Молярная масса атома азота (N) равна 14 г/моль, молярная масса молекулы (N2) равна 28 г/моль. Поскольку число молекул в 1 моле любого вещества равно постоянной Авогадро, то абсолютная масса атома азота14 28равна-— = 2,3-10 23г, абсолютная масса молекулы:-— = 4,6-10 23г.

Пример 2

Какой объем (н.у.) займут 0,4•10-3 м3 газа, находящегося при 50оС и давлении 0,954•105Па? 

Отсюда

Пример3 2.

При 27°С объем газа равен 600 мл. Какой объем займет газ при 57°С, если давление будет оставаться постоянным?

Решение:

Обозначим искомый объем через V2, а соответствующую ему температуру через Т2. По условию задачи V1 = 600 мл, Т1 = 273 + 27 = 300 К и Т2 — 273 + 57 = 330 К. Подставляя эти значения в выражение закона Гей - Люссака, получим:

60/300 = V2/330, откуда V2 = 600 . 330/300 = 660 мл.

При постоянном объеме давление газа пропорционально абсолютной температуре:

P1/T1 = P2/T2

Пример4

При 15°С давление в баллоне с кислородом равно 91,2 . 102 кПа. При какой температуре оно станет равным 101,33 . 102 кПа?

Решение:

Пусть искомая температура Т2. По условию задачи Т1 = 273 + 25 = 288 К, P1 = 91,2 . 102 кПа, Р2 = 101,33 . 102 кПа. Подставляя эти значения в последнее уравнение, находим:
T2 = 101,33 . 102 . 288/(91,2 . 102) = 320 К или 47°С. Зависимость между объемом газа, давлением и температурой можно выразить общим уравнением, объединяющим законы Бойля — Мариотта и Гей-Люссака: PV/T = P0V2/T2. Здесь Р и V — давление и объем газа при данной температуре T, Р0 и V0 — давление и объем газа при нормальных условиях. Приведенное уравнение позволяет находить любую из указанных величин, если известны остальные.

Пример 5 При 25°С и давлении 99,3 кПа (745 мм рт. ст.) некоторое количество газа занимает объем 152 мл. Найти, какой объем займет это же количество газа при 0°С и давлении 101,33 кПа.

Решение: Подставляя данные задачи в последнее уравнение, получаем:
V0 = PVT0 /P0 T = 99,3 . 152 . 273/(101,33 . 298) = 136,5 мл.

Практические занятия №21

 «Следствия из закона Гесса»

Задача 1. Используя справочные термодинамические данные вычислить Нo298 реакции:

2H2S(г) + 3O2(г) = 2SO2(г) + 2H2O(ж); Нoх.р.,298 = ?

Решение. Решим задачу, используя оба следствия из закона Гесса. Ниже для исходных веществ и продуктов реакции приведены значения энтальпий образования и сгорания в кДж/моль (энтальпия сгорания сероводорода до SO2(г) и H2O(ж)):

Cогласно первому следствию закона Гесса энтальпия этой реакции Нох.р. равна:

Нох.р.,298 = 2Ноf,298(SO2(г)) + 2Ноf,298(H2O(ж)) - 2Ноf,298(H2S(г)) - 3Ноf,298(O2(г)) = 2(- 296,90) + 2(- 285,83) - 2(- 20,60) = - 1124,21 кДж.

В соответствии со вторым следствием закона Гесса получаем:

Нох.р.,298 = 2Носгор,298(H2S(г)) = 2(-562,10) = - 1124,20 кДж.

Задача 2. Вычислить Но298 реакции N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г), используя следующие данные:

4NH3(г) + 3O2(г) = 2N2(г) + 6H2O(ж); Но1 = -1531,22 кДж;

2H2O(ж) = O2(г) + 2H2(г); Но2= 571,66 кДж.

Определить стандартную энтальпию образования NH3(г).

Решение. Поскольку с термохимическими уравнениями можно производить все алгебраические действия, то искомое уравнение получится, если:

разделить на два тепловой эффект первого уравнения и изменить его знак на противоположный, т.е:

N2(г) + 3H2O(ж) = 2NH3(г) + 3/2O2(г); Но = 765,61 кДж;

умножить на 3/2 второе уравнение и соответствующую ему величину Нo , изменив ее знак на противоположный:

3/2O2(г) + 3H2(г) = 3H2O(ж); Но = -857,49 кДж;

сложить полученные первое и второе уравнения.

Таким образом, тепловой эффект реакции N2(г) + 3H2(г) = 2NH3(г) равен:

D Но298 = (- Но1/2) + (- 3/2·Но2) = 765,61 + (- 857,49) = - 91,88 кДж.

Поскольку в рассматриваемой реакции образуется 2 моль NH3(г), то

Ноf,298(NH3(г)) = - 91,88/2 = - 45,94 кДж/моль.

Задача 3. Определить энтальпию процесса

CuSO4(к) + 5H2O(ж) = CuSO4·5H2O(к),

если при 298,15 К энтальпия растворения CuSO4(к) в n моль Н2О с образованием раствора CuSO4(р-р, nH2O) равна –40, а энтальпия растворения CuSO4·5H2O(к) с образованием раствора той же концентрации равна +10,5 кДж/моль.

Решение. Составляем цикл Гесса:

Но1 = Но2 + Нох (по закону Гесса). Отсюда получаем:

Нох = Но1 – Но2 = – 40,0 – 10,5 = -50,5 кДж.

Другой вариант решения.

CuSO4(к) + (n H2O) = CuSO4(р-р, n H2O); Но1 = – 40,0 кДж; (10.1)

CuSO4(к) + 5H2O(ж) = CuSO4·5H2O(к); Нох = Но2; (10.2)

CuSO4·5H2O(к) + (n – 5)H2O = CuSO4(р-р, nH2O); Но3 = 10,5 кДж. (10.3)

По закону Гесса: Но1 = Нох+ Но3, т.е. при сложении уравнений (10.2) и (10.3) получим уравнение (10.1).

Задачи для самостоятельного решения

.1. Составить уравнение реакции, для которой Но соответствует стандартной энтальпии образования ВaCl2·2H2O(к).

.2. Определить Но298 реакции CH3CНO(ж) + H2(г) = CH3CH2OH(ж), если Носгор,298(CH3CНO(ж)) = - 1193,07 кДж/моль; Носгор,298(CH3CH2OH(ж)) = - 1370,68 кДж/моль; D Ноf,298(Н2О(ж)) = - 285,83 кДж/моль.

3. Энтальпии растворения BaCl2(к) и BaCl2·2H2O(к) с образованием раствора хлорида бария (с мольным отношением BaCl2: H2O = 1: 500) соответственно равны –11,18 и 18,74 кДж/моль.
Определить величину D Но присоединения воды к BaCl2(к) с образованием BaCl2·2H2O(к).

.4. Рассчитать энтальпию связи в молекуле NO на основании следующих термохимических уравнений:

N2(г) + O2(г) = 2NO(г); Но298 = +182,52 кДж; 2O(г) = O2(г); Но298 = - 498,34 кДж; N2(г) = 2N(г); Но298 = +945,42 кДж.

5. Вычислить Но298 реакции 2C(г) + 2H2(г) = C2H4(г), используя следующие термохимические уравнения:

С(графит) = С(г) ; Но298 = +716,67 кДж;

С2H4(г) + 3O2(г) = 2CO2(г) + 2H2O(г); Но298 = - 1322,94 кДж;

C(графит) + O2(г) = CO2(г); Но298 = - 393,51 кДж;

H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(г); Но298 = - 241,81 кДж.

.6. Определите стандартную энтальпию реакции взаимодействия метана с оксидом углерода (IV), если стандартные энтальпии образования метана, оксида углерода (IV) и оксида углерода (II) при 298 К равны соответственно: -75; -393 и -111 кДж/моль.

.7. Определите стандартную энтальпию образования С2Н5ОН(ж), если стандартные энтальпии сгорания углерода, водорода и этанола при 298 К равны соответственно: -393; -286 и -1366 кДж/моль.

.8. Вычислить энтальпию химической реакции 4KClO3(к)=KCl(к)+3KClO4(к) по следуюющим данным:

2KClO3(к)=2KCl(к)+3O2(г); Но298 = - 95 кДж;

4KClO4(к)=KCl(к)+2O2(г); Но298 = 9 кДж/моль.

9. Вычислить среднюю энтальпию связи P-Cl в молекуле PCl5, используя следующие термохимические уравнения:

P(к, бел.)+5/2Cl2(г)=PCl5(г); Но1 = - 374,8 кДж;

P(к, бел.)=P(г); Но2 = - 17,4 кДж;

Cl2(г)=2Cl(г); Но3 = 242,6 кДж.

10.. Вычислить среднюю энтальпию связи N-H в молекуле NH3, используя следующие термохимические уравнения:

1/2N2(г)+3/2H2(г)=NH3(г); Но1 = - 46,2 кДж;

N2(г)=2N(г); Но2 = 945,4 кДж;

H2(г)=2H(г); Но3 = 436,0 кДж.

Практическое занятие №22 Решение задач по теме «Химическая кинетика. Химическое равновесие

Пример 1. Напишите выражения скорости реакции для систем:

1. 2Н2(Г) + 2NO(r) = N2(r) + 2Н20(Г)

2. 2PbS(K) + 302(г) = 2РЬО(к) + 2S02(r)

3. 2NH4N03(K) = 2N2(r) + 02(r) + 4H20(r)

4. CS2(!K) + 302(r) = C02(r) + 2S02(r)

Решение. Зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ определяется законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, в степенях равных стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции.

1. Реакция 1 - гомогенная, реагирующие вещества находятся в одной фазе - газообразной. Запишем выражение скорости прямой реакции:

У = к-Сд2 -С^0,

где V - скорость реакции, к - константа скорости реакции, CH2,CNO - концентрации реагирующих веществ, 2,2 - стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

2. В случае гетерогенных реакций 2,3,4, в которых наряду с газообразными участвуют вещества, находящиеся в твердом состоянии (PbS(K), NH4N03(K)) или жидкое индивидуальное вещество (С82(ж)), образующие самостоятельные фазы и не меняющие своих свойств в ходе реакции, взаимодействие происходит на поверхности раздела фаз. Концентрации веществ, образующих твердую или жидкую фазу, остаются постоянными ине влияют на скорость реакции. Поэтому в выражение скорости реакции включаются только концентрации газообразных компонентов. Запишем выражение скорости реакций 2,3,4 соответственно:

V = k<2;   V = k ;   V = k<2

Пример 2.

Как изменится скорость химической реакции 2NO(r) + 02(Г) = 2N02(r), если: а) концентрацию оксида азота (II) увеличить в 5 раз, б) объем системы увеличить в 2 раза.

Решение, а) Согласно закону действующих масс первоначально скорость реакции равна: V=k-C^0 -С02. После увеличения концентрации оксида азота (II) в 5 раз скорость реакции равна: V^k-CS-C^)2-^ =25.k.C2TO.C0j.

Следовательно, скорость реакции возрастает в 25 раз.

б) При увеличении объема системы в 2 раза концентрация каждого из газообразных реагирующих веществ уменьшится в 2 раза: Ско=^Ско,

Скорость реакции после увеличения объема:

V7=k= --С2 -с

8    Wo ^02J

Следовательно, при увеличении объема системы в 2 раза скорость реакции уменьшится в 8 раз.

Пример 3. Как изменится скорость реакции 2Mg(K) + 02(г) = 2MgO(K), если общее давление в системе увеличить в 5 раз.

Решение. Скорость этой гетерогенной реакции зависит только от концентрации газообразного вещества (кислорода), так как в уравнении скорости реакции концентрация твердого вещества (Mg(K)) не входит: V = k-C02.

Увеличение давления в системе в 5 раз вызовет уменьшение объема системы в 5 раз, а концентрация газообразного кислорода возрастает в 5 раз, (Cq2 =5С0 ), и скорость реакции будет равна: V7 =k-(5C0 ) = 5-к-С0

Следовательно, после увеличения давления в 5 раз скорость реакции возрастает в 5 раз.

Пример 4. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70°С, если температурный коэффициент реакции равен 2.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры выражается эмпирическим правилом Вант-Гоффа, согласно которому при увеличении температуры на 10 скорость большинства гомогенных реакций увеличивается в 2-4 раза.

Математически правило Вант-Гоффа выражается уравнением:

VT = VT • у 10 , где Ть Т2 - температура реакции, Vb V2 - скорости реакций при данных температурах, у - температурный коэффициент.

В данном примере температура повысилась на 40 С (АТ=Т2 - Ті), скорость реакции будет равна:

Т2-Т! 70-30

V  = V -у~й~ = V -2~й~ = VT -24 =16VT .

Следовательно, при повышении температуры на 40 С скорость реакции увеличится в 16 раз.

1. Напишите выражения константы равновесия для систем:

а) 2СО(Г) + 02 (Г) <=> 2С02(Г) (реакция экзотермическая)

б) MgC03(K) О MgO(K) + С02(г)      (реакция эндотермическая)

В каком направлении сместятся равновесия этих систем: а) при повышении температуры; б) при понижении давления в 2 раза. Ответ мотивируйте на основании принципа Ле - Шателье.

2. Напишите  выражения   для   констант  равновесия систем:

а) 3Fe(K) + 4Н20(Г) О Fe304(K) + 4Н2(г)

б) СО(г) + н2о(г) О со2(г) + Над

Как изменится скорость прямой реакции, если а) в каждой системе уменьшить концентрацию паров воды в 3 раза; б) увеличить давление в системах в 2 раза. В каком направлении при этом сместится равновесие? Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакций.

3. Напишите выражения констант равновесия для систем:

а) С2Н4(Г) + 302 (г) <^ 2С02(Г) + 2Н20(Ж)

б) 2Н2(Г) + 02(г) <^ 2Н20(Г)

Как изменится скорость прямой реакции, если: а) в каждой системе увеличить концентрацию кислорода в 3 раза; б) понизить давление в системах в 2 раза. В каком направлении при этом сместится равновесие? Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакций.

4. Напишите выражения константы равновесия для систем:

а) СаО(К) + ЗС^графщ.) О СаС2(к) + СО(Г)      (реакция эндотермическая);

б) N2 (Г) +ЗН2(Г) <=> 2NH3 (Г) (реакция экзотермическая).

Как влияют понижение температуры и уменьшение давления на равновесие данных систем? Ответ мотивируйте на основании принципа Ле - Плате лье.

5.. Напишите выражения констант равновесия для систем:

а) С02(г) + С(К) <=> 2СО(Г) (реакция эндотермическая);

б) 2S02(r) + 02(г) <^> 2S03(r) (реакция экзотермическая).

Как влияет повышение температуры и понижение давления на равновесие этих систем? Ответ мотивируйте на основании принципа Ле - Шателье.

6.. Напишите выражения констант равновесия для систем:

а) FeO(K) + СО(Г) О Fe(K) + С02(г)    (реакция экзотермическая)

б) 2N2 (Г) + 02(г) О 2N20(r) (реакция эндотермическая).

Как следует изменить температуру, чтобы равновесие этих систем сместить влево? Почему при изменении давления равновесие смещается только в одной системе? Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакции в этих системах до и после уменьшения давления в системе в 2 раза.

7. Напишите выражения констант равновесия для систем:

а) S02(r) + 2Н2 (г) О+2Н20(Г)

б) С02(г) + 4Н2(Г) О СН4(Г) + 2Н20(Г)

Как изменится скорость прямой реакции, если а) в каждой системе уменьшить концентрацию водорода в 3 раза; б) понизить давление в системе в 2 раза? В каком направлении при этом сместится равновесие? Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакции.

Практическое занятие №23 «Составление уравнений электролиза растворов и расплавов солей, решение расчетных задач по теме «Электролиз»»

В водных растворах электролитов находятся гидратированные ионы растворенного вещества и молекулы воды. При электролизе растворов наряду с процессами восстановления катионов и окисления анионов вещества на электродах, могут восстанавливаться или окисляться и молекулы воды.

На катоде протекает процесс восстановления. В зависимости от величин стандартных электродных потенциалов металлов (табл. 6) возможны три варианта катодного процесса при электролизе.

1 .Если соль образована катионами металлов, расположенными в раду стандартных электродных потенциалов от Li+ до А13+ включительно, то на катоде происходит электрохимическое восстановление молекул воды с выделением водорода:

2Н20 + 2ё -> Н2 + 20РГ

2. Если соль образована катионами металлов, расположенными в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода, на катоде восстанавливаются катионы этих металлов:

Меп+ + пё -> Me

3. Если соль образована катионами металлов, расположенными в ряду стандартных электродных потенциалов после А13+ до водорода, то на катоде восстанавливаются катионы металлов одновременно с молекулами воды:

Меп+ + пё -> Me

2Н20 + 2ё -> Н2 + 20FT На аноде протекает процесс окисления. Характер реакций, протекающих на аноде, зависит от природы электролита, присутствия молекул воды и материала анода. Аноды подразделяются на нерастворимые и растворимые.

В случае нерастворимых (инертных) анодов возможны два варианта анодного процесса при электролизе.

1 .Если соль образована бескислородной кислотой (кроме фторидов), то на аноде окисляются анионы этих кислот, например:

2Г -2q—>J2 или   S2~ - 2ё -> S 2.Если соль образована кислородсодержащей кислотой, то на аноде окисляются молекулы воды с выделением 02:

2Н20 - 4ё -> 02 + 4ІҐ Если электролизу подвергается раствор щелочи, то на аноде будут окисляться гидроксид - ионы:

40ЇГ - 4ё -> 02 + 2Н20 В случае растворимых (активных) анодов сам анод подвергается окислению:

Me <^ Меп+ + пё

металл       уходят уходят анода     в раствор   во внешнюю цепь

Образующиеся катионы переходят в раствор, анод при этом растворяется.

Пример 1. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе расплава щелочи гидроксида натрия.

Решение. При плавлении происходит термическая диссоциация щелочи:

NaOH -> Na+ + ОН" Под действием электрического тока происходит направленное движение ионов. На катоде будет идти восстановление катионов Na+, на аноде -окисление гидроксид -анионов:

(-) Катод <- Na+ ОН" -> Анод (+)

Na+ + 1е -> Na 40Н" - 4е    2Н20 + 02

Суммарное уравнение:

Na++ le->Na

40Н" - 4ё -> 2Н20 + 02

4Na + 40Н" -> 4Na + 2Н20 + 02

Молекулярное уравнение: 4NaOH   meKlvoma > 4Na + 02 + 2Н20

Пример 2. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе водного раствора хлорида натрия NaCl с нерастворимым анодом.

Решение. Натрий располагается в начале ряда стандартных электродных потенциалов до алюминия и на катоде будут восстанавливаться молекулы воды. На аноде будут окисляться хлорид - ионы, так как это анионы бескислородной кислоты:

NaCl -> Na+ + СГ (-) Катод <- Na+ СГ    Анод (+)

н2о

2Н20 + 2ё -> Н2 + 20Я        2СГ -2ё -> С12 Суммарное уравнение: 2Н20 + 2ё -> Н2 + 20ЇГ

_2СГ -2ё -> С12

2Н20 + 2СГ -> Н2 + 20Н" + С12 В прикатодном пространстве накапливаются катионы Na+ и анионы ОРТ, образуя щелочь NaOH.

Молекулярное уравнение:

2NaCl + 2Н20    маяршшз > Н2 + С12 + 2NaOH

катод   анод   в прикатодном пространстве

Пример 3. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора Ag2S04. Сколько граммов серебра выделится на катоде при электролизе раствора Ag2S04 в течение 60 минут при силе тока 4А? Чему равен объем газа, выделившегося на аноде?

Решение. Серебро располагается в ряду стандартных электродных потенциалов после водорода, следовательно, на катоде будет идти восстановление катионов серебра. На аноде идет окисление молекул воды с выделением кислорода, т.к. соль образована кислород осо держащей кислотой.

Ag2S04 -> 2 Ag+ + S042" (-) Катод <- 2 Ag+ S042" -> Анод (+)

н2о

2Ag+ + 2ё -> 2Ag 2Н20 - 4ё -> 02 + 4ГГ2 ~ь

В прианодном пространстве накапливаются ионы S04" и Н , образуя кислоту H2S04.

Суммарное уравнение: 2Ag+ + 2e =2Ag 2 2Н20 - 4ё = 02 + 4РГ 1

4Ag+ + 2Н20 = 4Ag + 02 + 4РҐ или

2Ag2S04 + 2Н20    маяршшз >4Ag + 02 + 2H2S04

катод     анод в прианодном пространстве

По законам Фарадея масса выделившихся на электродах веществ (т) определяется по формуле:

где Мэ - молярная масса эквивалента вещества, г/моль; J - сила тока, А;

т - продолжительность электролиза, с; F - число Фарадея (96500 Кл).

Молярная масса эквивалента серебра в Ag2S04 равна отношению молярной массы серебра к его валентности: M3(Ag) = MAg/l = 107,87 г/моль.

Подставив в формулу значения M3(Ag) = 107,87 г/моль, J = 4А, т = 60 • 60 = 3600 с, получим:

107,87-4-3600т.   =-= 16,09г.As 96500

При определении объемов выделившихся газов закон Фарадея имеет вид:V -J-X

V= э96500

где V - объем выделившегося газа, л;

V3 - молярный объем эквивалента газа, л. Молярная масса кислорода М0 =32 г/моль, молярная масса эквивалента кислорода Мэ(0г) = 8 г/моль. Молярный объем эквивалента кислорода

рассчитываем, исходя из следствия закона Авогадро:

32 г кислорода при н.у. занимают объем 22,4 л 8 г кислорода при н.у. занимают объем х л (V3) 22 4 • 8V3(o ) = —-— = 5>6л ■> тогда объем кислорода, выделившегося на ано-2 32

де, будет равен:, 5,6.4.3600 2 96500

Пример 4. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора Ni(N03)2. Вычислите продолжительность электролиза, если при силе тока ЗА на катоде выделилось 5,8 г никеля.

Решение. Никель располагается в ряду стандартных электродных потенциалов после алюминия, но до водорода. На катоде будет происходить восстановление катионов никеля, а также молекул воды с выделением водорода. На аноде идет окисление молекул воды с выделением кислорода.

Ni(N03)2

Ni2+ + 2N03"

(-) Катод <- Ni2+

2Н?0 + 2ё -> Н, + 20ЇГ

2N03~^ Анод (+)

2Н?0 - 4ё -> О, + 4ЇГ

В прианодном пространстве накапливаются ионы N03" и РҐ, образуя кислоту HN03.

Суммарное уравнение

2Н?0 + 2ІҐ

Ni2+ +2Н20 = Ni + Н2 + 02 + 2ЇҐ

или

Ni(N03)2 + 2Н20   MeKipom* > Ni + Н2 + 02 + 2HN03

катод       анод в прианодном пространстве

Для вычисления времени электролиза используем математическое выражение законов Фарадея:

Молярная масса эквивалента никеля в Ni(N03)2 равна отношению молярной массы никеля к его валентности: Мэ№ = 58,71/2 = 29,35 г/моль. Продолжительность электролиза:

5,8-96500

т =

29,35-3

= 6356,6с = 1,76ч.

ЗАДАНИЯ

1 .Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора КОН и расплава КОН. Вычислите количество выделившихся продуктов на катоде и на аноде при электролизе раствора КОН в течение 1ч при силе тока 6А.

2.Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов CuS04 и KJ. Вычислите количество выделившихся продуктов на катоде и на аноде при электролизе раствора CuS04 в течение 30 мин при силе тока 4А.

3. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов Na2S04 и HgCl2. Сколько граммов воды разлагается при электролизе раствора Na2S04 при силе тока 7А в течение 5 ч?

4. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов K2S04 и СиС12. Вычислите объем выделившихся на электродах веществ, если электролиз K2S04 проводили при силе тока 5А в течение Зч.

5. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов MgCl2 и NiS04. Вычислите продолжительность электролиза раствора NiS04 в минутах, если при силе тока 8А на катоде выделилось 1,8г никеля.

6. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора СиС12: а) если анод медный; б) если анод инертный. Вычислите количество выделившейся меди на катоде, если электролиз СиС12 с инертным анодом проводили в течение 5 часов при силе тока 5А.

7. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов CuS04 и KCl. Вычислите, сколько граммов меди выделилось на катоде, если при электролизе раствора CuS04 на аноде выделилось 168 мл кислорода, измеренного при н.у.

8. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов Zn(N03)2 и NaBr. Вычислите силу тока, если электролиз раствора нитрата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода, измеренного при н.у.

9. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе раствора ZnS04: а) в случае инертного анода; б) в случае цинкового анода. Вычислите, на сколько граммов уменьшится масса цинкового анода, если электролиз раствора ZnS04 происходит при силе тока 2А в течение 40 мин.

10. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов NaJ и CdS04. Вычислите, какие вещества и в каком количестве выделятся при электролизе раствора NaJ в течение 2,5 ч, если сила тока равна 6А.

Практическое занятие №24 Решение рассчетных задач по темам: «Строение двойного электрического слоя, уравнение

Мицелла - это отдельная частица дисперсной фазы коллоидной системы с жидкой дис-

персной средой. Рассмотрим образование мицеллы на примере реакции хлорида бария с

сульфатом натрия.

N a 2SO4 + BaCl2 → ВаSO4 + 2 N aCl

Избыток одного из компонентов действует как стабилизатор коллоидного раствора.

Пусть в избытке находится ВаС12. Вначале образуется агрегат мицеллы, являющейся мельчайшим кристалликом

. Схематическое строение коллоидной мицеллы.

{(m BaSO4) . n Ba2+ . 2(n-x)Cl-}+ 2x Cl-

агрегат .     ядро            .    частица                      .

На поверхности кристалла ВaSO 4 имеются вакантные места, которые занимают ионы

Ва 2+. Иными словами, ионы Ba 2+ вследствие избирательной адсорбции достраивают кристаллическую решетку. Они придают поверхности ядра положительный заряд и называются потенциалопределяющими ионами. Ионы С1-, образующиеся при диссоциации ВаС12, имеют отрицательный заряд (противоположный) заряду поверхности. Под действием электростатических сил ионы С1- притягиваются к ядру, нейтрализуя его заряд. Эти ионы носят название противоионов.

Противоионы находятся в тепловом движении. Часть противоионов (n-x) находящихсяв непосредственной близости от ядра, связаны с ним помимо электростатических сил адсорбционными силами, образуя адсорбционный слой. Агрегат вместе со слоем потенциалопределяющих ионов и противоионов называется коллоидной частицей, которая имеет электрический заряд (совпадающий с зарядом потенциалопределяющего слоя).

Другая часть противоионов (x), вследствие теплового движения и электростатическогоотталкивания между одноименными ионами, находится на некотором удалении от ядра, образуя диффузионный слой. Заряды потенциалопределяющих ионов и противоионов полностью скомпенсированы, поэтому мицелла электронейтральна.

Типы потенциалопределяющих ионов

Потенциалопределяющим ионом может быть любой ион, способный достраивать кристаллическую решетку нерастворимого соединения. Различают три типа потенциалопределяющих ионов:

     1) ионы одноименные с ионами агрегата

     {m FePO 4 nPO 4 3 - 3 (n-x ) N a + }3x Na +;

     2) изоморфные ионы (т.е. ионы, имеющие близкое строение по отношению к ионам кристаллической решетки);

     {m AgI nCl - (n-x ) K + } x K + ;

     (иону I изоморфны ионы галоидов С1 - , Br -);

     3) органические ионы большого размера, обладающие высокой адсорбционной способностью, например, соли жирных кислот, являющихся стабилизаторами латексов :

     {mП nRCOO - (n-x) Na + } x Na +.

Принципы построения мицелл

     1) Агрегат мицеллы должен быть нерастворимым соединением.

     2) Потенциалопределяющими ионами могут быть ионы, входящие в дисперсную фазу,

изоморфные им ионы, органические ионы с высокой адсорбционной способностью.

     3) Противоионы образуют с потенциалопределяющим ионом растворимое соединение

     4) Мицелла в целом электронейтральна.

.Задачи для самостоятельного решения

     1.Золь сернокислого бария получен смешением равных объемов растворов Ва(NО3)2 и Н2SО4. Написать формулу мицеллы. Одинаковы ли исходные концентрации растворов, если частицы золя перемещаются к аноду?

     2. Для получения золя АgCl смешали 10.10-6 м3 0,02 н раствора КCl и 100 .10-6 м 3 0,05 н раствора AgNO3.

     Написать формулу мицеллы этого золя и указать направление движения частиц при электрофорезе.

     3. Золь Аl(ОН)3 получен смешением равных объемов растворов АlCl3 и NaОН. Написать формулу мицеллы золя. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если при электрофорезе частицы движутся к катоду?

     4. Золь Fe(OH)3 получен методом гидролиза FeCl3. Напишите формулу мицеллы, если считать, что стабилизатором золя является раствор оксихлорида железа.

     5. Написать формулу мицеллы AgJ, если в качестве стабилизатора взят нитрат серебра. Каков знак заряда коллоидных частиц?

     6. Гидрозоль сернистой ртути получен пропусканием Н2S через водный раствор оксида ртути. Написать уравнение реакции образования золя и формулу мицеллы, если стабилизатором является Н 2S. Каков знак заряда коллоидных частиц?

     7. Заряд частицы гидрозоля SiO2 возникает в результате диссоциации кремниевой ки- слоты, образующейся на поверхности коллоидных частиц при взаимодействии поверхностных молекул SiO2 c H 2O.

     8. Золь Аs2S3 получен пропусканием через разбавленный водный раствор оксида мышьяка /Ш/, стабилизатором золя является Н2S. Написать уравнение реакции образования золя и формулу мицеллы. Каков знак заряда коллоидных частиц?

     9.Золь Сd(ОН)2 получен смешением равных объемов растворов СdCI2 и NaОН. Написать формулу мицеллы золя. Одинаковы ли исходные концентрации электролитов, если частицы движутся к катоду?

Контрольные вопросы

     1.Назовите два характерных признака коллоидных систем.

     2.Дайте понятие гетерогенности.

     3.Дайте понятие дисперсности.

     4.Что такое “мера дисперсности”?

     5. Какие размеры имеют частицы дисперсных систем.

     6. Дайте понятие микрогетерогенных систем.

     7. Каким образом определяется размер частиц дисперсных систем?

     8. Дайте понятие монодисперсных и полидисперсных систем.

     9. Что такое “удельная поверхность”?

     10. По каким признакам можно провести классификацию дисперсных систем? Каковы общие и частные признаки классификации?

     11. Дать классификацию дисперсных систем по агрегатному состоянию дисперсной фазы и дисперсионной среды.

     12. Дать классификацию дисперсных систем в зависимости от размера частиц дисперсной фазы.

     13. Как классифицируются дисперсные системы по виду дисперсной фазы?

     14. Назовите частные признаки классификации дисперсных систем.

     15. Как классифицируются дисперсные системы по структуре?

     16. Каким образом проводится классификация дисперсных систем по межфазному взаимодействию?

     17. Назовите методы получения дисперсных систем.

     18. Что называется пептизацией?

     19. Назовите способы перевода осадка в коллоидный раствор.

     20. Каким образом происходит образование дисперсных систем по конденсационному механизму?

     21. Что такое коллоидная мицелла?