Ответы на 1 и 2 вопросы экзамена за 1 курс. Все билеты.. 1 Электролиз
 Скачать 323 Kb.
|
|
С(т) + О2(г) = СО2(г) , V = k[O2] моль / см2 . с За скорость химической реакции принимают изменение молярной концентрации вещества за единицу времени в единице реакционного пространства . Закон действующих масс.Это соотношение носит название закон действующих масс, который формулируется следующим образом:при постоянной температуре отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции, взятых в степенях, равных их коэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ, взятых в степенях, равных их коэффициентам, есть величина постоянная. 21-2. Растворы – это однородные (гомогенные) системы, состоящие из двух или более компонентов (составных частей), количества которых могут изменяться в широких пределах. Раствор состоит из растворенного вещества и растворителя, т.е. среды, в которой растворенное вещество равномерно распределено в виде молекул или ионов. массовая доля () - отношение массы растворенного вещества (г, кг) к массе всего раствора в процентах, т.е. показывает, сколько граммов растворенного вещества содержится в 100 г раствора: =   % = 100 % ; молярная концентрация (молярность, СМ) показывает количество молей растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора СM =  =  ;нормальная концентрация (нормальность, СH) показывает количество моль-эквивалентов растворенного вещества (эквивалентов), содержащихся в 1 л раствораСН =  =  . титр раствора (Т) показывает количество граммов растворенного вещества, содержащихся в 1 мл раствораТ =  . При растворении твердого вещества в воде сначала образуется ненасыщенный раствор, в котором возможно растворение следующих порций до тех пор, пока вещество не перестанет переходить в раствор и часть его не останется в виде осадка на дне стакана.При этом образуется насыщенный раствор: между веществом в насыщенном растворе и тем же веществом в осадке устанавливается состояние гетерогенного Частицы растворённого вещества переходят из осадка в раствор и обратно; при этом состав насыщенного раствора остается постоянным при T=const.Иногда приготовление раствора в особых условиях (осторожное охлаждение горячего ненасыщенного раствора) ведет не к насыщенному раствору (с осадком), а к пересыщенному раствору. Такой раствор обычно неустойчив - при введении "затравки" (кристаллика вещества) избыточное количество растворяемого вещества выпадает в осадок, и раствор становится насыщенным. Перекристаллизация, 1) п. в твёрдом состоянии — изменение кристаллического строения вещества, происходящее при его нагреве или охлаждении (без изменения агрегатного состояния); обусловливается полиморфными (аллотропическими) превращениями компонентов, входящих в состав твёрдого тела . 2) П. из растворов — процесс, состоящий в растворении кристаллического вещества с последующим выделением его кристаллов из раствора; служит для очистки кристаллических веществ от примесей.22-1. Энергией ионизации называется энергия, необходимая для удаления электрона из атома, иона, радикала или молекулы в газовой фазе при температуре ноль Кбез передачи освобождённому электрону кинетической энергии. По группе уменьшается, по периоду увеличивается. СРОДСТВО К ЭЛЕКТРОНУ частицы (молекулы, атома, иона), миним. энергия А, необходимая для удаления электрона из соответствующего отрицат. иона на бесконечность. По группе уменьшается, по периоду увеличивается. 22-2. Они рассчитали изменение потенциальной энергии взаимодействия атомов водорода от расстояния между ними. Согласно квантово-механическим представлениям, ядро свободного атома водорода окружает электронное облако шаровой симметрии, соответствующее s-электрону. При сближении атомов Ha и Hb между ними возникают электростатические силы двух типов: 1. Силы притяжения между ядром одного атома (Ha или Hb) и электроном другого (1sb или 1sа);2. Силы отталкивания между ядрами и электронами. Сначала силы притяжения преобладают. С увеличением сил притяжения Eпот уменьшается до тех пор, пока Fпр не станет равно Fотт. По расчетам Гайтлера и Лондона, это расстояние r0 = 0.869 ｰА. Затем силы отталкивания становятся выше сил притяжения и Eпот увеличивается.Минимум на энергетической кривой показывает выигрыш энергии Е при образовании молекул из свободных атомов и отвечает устойчивому межъядерному расстоянию в молекуле Н2: по Лондону и Гайтлеру, r0 = 0.869 ｰА. Такая зависимость изменения Eпот от расстояния между ядрами имеет место для атомов водорода с антипараллельными спинами. При сближении атомов водорода с параллельными спинами электронов наблюдается только отталкивание. Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании молекулы из одиночных атомов. Для водорода 430.95 Длина связи – это расстояние между ядрами взаимодействующих атомов. Ориентировочно оценить длину связи можно, исходя из атомных или ионных радиусов или из результатов определения размеров молекул с помощью числа Авогадро. В молекуле Н2 межъядерное расстояние равно 0.74 A. 23-1. Реакцию называют обратимой, если её направление зависит от концентраций веществ — участников реакции - N2 + 3H2 = 2NH3. По завершении обратимой реакции, т. е. при достижении равновесия химического, система содержит как исходные вещества, так и продукты реакции. Реакцию называют необратимой, если она может происходить только в одном направлении и завершается полным превращением исходных веществ в продукты; пример — разложение взрывчатых веществ. Одна и та же реакция в зависимости от условий (от температуры, давления) может быть существенно обратима или практически необратима. ХИМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ КОНСТАНТА величина, выражающая соотношение между концентрациями (парциальными давлениями, летучестями, активностями) компонентов системы в состоянии химического равновесия. Численные значения химического равновесия константы позволяют рассчитывать выход продуктов реакции в данных условиях по начальным концентрациям реагирующих веществ. Правило Ле Шателье. Если изменить хотя бы одно из условий, при которых система находится в состоянии химического равновесия (концентрацию веществ, давление, температуру), то равновесие смещается в направлении, способствующем ослаблению этого воздействия. При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры - в направлении экзотермической реакции. При повышении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ (исходных или продуктов) с меньшим объемом;при понижении давления равновесие сдвигается в направлении образования веществ с большим объемом. При повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ. 23-2. Энергия связи – это энергия, которая выделяется при образовании молекулы из одиночных атомов. Длина связи – это расстояние между ядрами взаимодействующих атомов. Ориентировочно оценить длину связи можно, исходя из атомных или ионных радиусов или из результатов определения размеров молекул с помощью числа Авогадро. Направление ковалентных связей характеризуется валентными углами - углами между линиями, соединяющими связываемые атомы. Графическая формула химической частицы не несет информации о валентных углах. Например, в сульфат-ионе SO42− валентные углы между связями сера−кислород равны 109,5o, а в тетрахлоропалладат-ионе [PdCl4]2− − 90o. Совокупность длин связей и валентных углов в химической частице определяет ее пространственное строение. Для определения валентных углов используют экспериментальные методы изучения структуры химических соединений. Оценить значения валентных углов можно теоретически, исходя из электронного строения химической частицы. Полярность химической связи зависит от разности электроотрицательностей связываемых атомов.Электроотрицательность − условная величина, характеризующая способность атома в молекуле притягивать электроны. Если в двухатомной молекуле А−В образующие связь электроны притягиваются к атому В сильнее, чем к атому А, то атом В считается более электроотрицательным. НАПРАВЛЕННОСТЬ — свойство ковалентной связи, определяющее геометрическую структуру молекулы. Причина направленности связи заключается в том, что перекрывание электронных орбиталей возможно только при их определенной взаимной ориентации, обеспечивающей наибольшую электронную плотность в области их перекрывания. В этом случае образуется наиболее прочная химическая связь. 24-1. Область в пространстве, в которой вероятность пребывания электрона максимальна, называется орбиталью. Следовательно, орбиталь - это волновая функция, характеризующая состояние электрона. Поэтому для каждой заданной волновой функции существует граничная поверхность, внутри которой сосредоточена определенная доля электронного заряда. Максимальная электронная плотность отвечает наибольшей вероятности нахождения электрона. Следовательно, понятие "орбиталь" подразумевает форму электронного облака, которая меняется в зависимости от плотности отрицательного заряда. Орбитали могут отличаться одна от другой энергией, необходимой для удаления отрицательного заряда, формой электронного облака и ориентацией электронного облака относительно центра симметрии - ядра атома. Итак, каждая орбиталь и электрон, находящийся на этой орбитали, характеризуются тремя квантовыми числами: главным, побочным и магнитным. Главное квантовое число n характеризует энергию и размеры орбитали и электронного облака, принимает значения целых чисел – от 1 до бесконечности (n = 1, 2, 3, 4, 5, 6…). Орбитали, имеющие одинаковые значения n, близки между собой по энергии и по размерам, они образуют один энергетический уровень. Побочное (орбитальное) квантовое число l характеризует формы орбиталей и облаков, принимает значения целых чисел от 0 до n – 1. Магнитное квантовое число ml характеризует ориентацию орбиталей (электронных облаков) в пространстве и принимает значения целых чисел от –l через 0 до +l. Число значений ml определяет число орбиталей на подуровне, например: s-подуровень: l = 0, ml = 0 – одна орбиталь; p-подуровень: l = 1, ml = –1, 0, +1 – три орбитали; d-подуровень: l = 2, ml = –2, –1, 0, +1, +2 – пять орбиталей. 24-2. Электродный потенциал, разность электрических потенциалов между электродом и находящимся с ним в контакте электролитом. Практическое значение имеют относительные Электродный потенциал, обычно называемые просто Электродный потенциал, представляющие собой разность Электродный потенциал рассматриваемого электрода и электрода сравнения — чаще всего нормального водородного электрода, Электродный потенциал которого условно принимается равным нулю. Элемент Даниэля-Якоби – медно-цинковый гальванический элемент. Состоит из медной пластины, погруженной в раствор сульфата меди, и цинковой пластины, погруженной в раствор сульфата цинка. Растворы соприкасаются друг с другом, но разделены перегородкой из пористого материала. Цинк окисляется, освобождаются его е и идут к медному электроду. Там восстанавливаются ионы. Таким образом в растворе наблюдается направленное движение ионов. Чем дальше в ряду стандартных электродных потенциалов расположены металлы, образую щие гальванический элемент, тем больше ЭДС этого элемента. 25-1. Направление ковалентных связей характеризуется валентными углами - углами между линиями, соединяющими связываемые атомы. Графическая формула химической частицы не несет информации о валентных углах. Например, в сульфат-ионе SO42− валентные углы между связями сера−кислород равны 109,5o, а в тетрахлоропалладат-ионе [PdCl4]2− − 90o. Совокупность длин связей и валентных углов в химической частице определяет ее пространственное строение. Для определения валентных углов используют экспериментальные методы изучения структуры химических соединений. Оценить значения валентных углов можно теоретически, исходя из электронного строения химической частицы. Полярность химической связи зависит от разности электроотрицательностей связываемых атомов. химические связи и неподеленные электронные пары в молекулах стремятся расположиться как можно дальше друг от друга. Поясним на конкретных примерах. В молекуле BeCl2 есть две связи Be—Cl. Форма этой молекулы должна быть такой, чтобы обе эти связи и атомы хлора на их концах располагались как можно дальше друг от друга:Это возможно только при линейной форме молекулы, когда угол между связями равен 180о (угол ClBeCl = 180o). Другой пример: в молекуле BF3 имеется 3 связи B—F. Они располагаются как можно дальше друг от друга и молекула имеет форму плоского треугольника, где все углы между связями равны 120о (угол FBF = 120o). Еще один пример: в молекуле CH4 имеется 4 связи C—H. Все эти 4 связи расположатся максимально далеко друг от друга только тогда, когда молекула примет форму тетраэдра, у которого в центре находится атом C, а в вершинах - атомы H. Кстати, в плоском квадрате расстояния между связями C—H меньше, чем в тетраэдре, поэтому реальная молекула CH4 тетраэдрическая, а не плоская. В тетраэдре угол между связями составляет 109о28’ (угол HCH = 109o 28’). Именно такой угол наблюдается в молекуле CH4 по данным рентгеноструктурного анализа.Последний пример: молекула H2O в своем составе имеет 2 связи O—H и 2 неподеленные пары электронов. Вывод: эта молекула также должна иметь форму, похожую на тетраэдр. Реально этот тетраэдр слегка искажен, потому что неподеленные пары отталкиваются между собой несколько сильнее, чем от поделенных пар, и чем поделенные пары отталкиваются друг от друга. Поэтому реальный угол HOH составляет не 109о, а немногим менее 105о. 25-2. Ряд напряжений характеризует химические свойства металлов:1. Чем меньше электродный потенциал металла, тем больше его восстановительная способность. 2. Каждый металл способен вытеснять(восстанавливать) из растворов солей те металлы, которые стоят в ряду напряжений после него. 3. Все металлы, имеющие отрицательный стандартный электродный потенциал, то есть находящиеся в ряду напряжений левее водорода, способны вытеснять его из растворов кислот. Необходимо отметить, что представленный ряд характеризует поведение металлов и их со-лей только в водных растворах и при комнатной температуре. Кроме того, нужно иметь ввиду, что высокая электрохимическая активность металлов не всегда означает его высокую химическую активность. Например, ряд напряжений начинается литием, тогда как более активные в химическом отношении рубидий и калий находятся правее лития. Это связано с исключительно высокой энергией процесса гидратации ионов лития по сравнению с ионами других щелочных металлов. Получение железа: доменная печь. Электролитическое восстановление. Любой металлургический процесс - это процесс восстановления ионов металла с помощью различных восстановителей. Пирометаллургия - восстановление металлов из руд при высоких температурах с помощью восстановителей (С, СО, Н2,активных металлов). Гидрометаллургия - восстановление металлов из их солей в растворе более активными металлами. Электрометаллургия - восстановление металлов в процессе электролиза растворов или расплавов их соединений электрическим током. 26-1. В 1869 году Д.И.Менделеев формулирует открытый им периодический закон: ``Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов''. В настоящее время вместо понятия ``атомный вес'' используется понятие ``атомная масса''. Дальнейшее развитие естествознания, особенно учения о строении атома, показало, что индивидуальность химического элемента определяется зарядом его ядра, а химические свойства элементов и их соединений, периодическая повторяемость их у разных элементов, определяются строением электронной оболочки атома, которая в свою очередь зависит от заряда ядра атома. Современная формулировка периодического закона Менделеева такова: ``Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений химических элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов''. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева, естественная классификация химических элементов, являющаяся табличным (или др. графическим) выражением периодического закона Менделеева. П. с. э. разработана Д. И. Менделеевым в 1869—1871. Очевидно, причину периодического изменения свойств элементов следует искать не в ядре, а в окружающей его электронной оболочке. Первая мысль, при этом возникающая, состоит в том, что электроны вокруг ядра расположены не беспорядочно, а слоями-оболочками. Начало заполнения новой оболочки совпадает с началом нового периода, и как раз в этот момент скачком изменяются химические свойства элементов. После работ Бора подобная мысль казалась очень естественной, и он сам же ее впервые и высказал. Однако приведенные наблюдения не подсказывают способа вычислить длину периода. На первый взгляд длина периодов в таблице меняется весьма прихотливо: в I периоде — два элемента, во II и III — восемь, в IV и V — восемнадцать, в VI — тридцать два. Но еще в 1906 году Иоганн Ридберг заметил, что ряд чисел 2, 8, 18, 32 подчиняется простой формуле: 2n2. Эту закономерность удалось объяснить Паули только в 1924 году, после открытия им принципа запрета. Ход рассуждений Паули легко понять. В самом деле, движение электрона в атоме описывается четырьмя квантовыми числами, о которых мы подробно говорили в предыдущей главе и которые напомним теперь еще раз: n — главное квантовое число, которое может принимать значения 1, 2, 3,...; l — орбитальное квантовое число, которое при заданном n принимает значения О, 1, 2,..., (n — 1); m — магнитное квантовое число; при заданных n и l оно пробегает ряд значений —l, —(l—1),... —1, О, 1, ... (l—1), l, — всего 2l+1 значений; S — спиновое квантовое число, принимающее значения +1/2 и -1/2. Принцип запрета Паули гласит: В атоме не может быть двух электронов с одинаковыми квантовыми числами. 26-2. Реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных реагирующих веществ в конечные вещества, называются необратимыми.Примером такой реакции может служить разложение хлората калия (бертолетовой соли) при нагревании: 2KClO 3 = 2KCl + 3O 2 ↑. Большинство реакций являются обратимыми. Обратимыми называются такие реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях.В уравнениях обратимых реакций между левой и правой частями ставят две стрелки, направленные в противоположные стороны. Примером такой реакции может служить синтез аммиака из водорода и азота:  , химическое равновесие можно определить как такое состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости прямой и обратной реакций равны между собой.  ,где K - константа равновесия (величина постоянная для данной температуры); [A]p, [B]p, [M]p и [N]p – равновесные молярные концентрации веществ A, B, M, и N; a, b, m, n – стехиометрические коэффициенты. Константой равновесия называется отношение констант скоростей прямой и обратной реакций при постоянной температуре. Её величина может быть рассчитана как отношение произведения равновесных концентраций продуктов реакции, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, к произведению равновесных концентраций исходных веществ, также взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам.Константа равновесия зависит от природы реагирующих веществ и температуры и не зависит от концентрации реагирующих веществ.Для равновесной системы, если реакция протекает в гетерогенных условиях, напримерСaCO3(к) СaO(к) + CO2(г),выражение константы равновесия будет иметь вид K=[CO2]p, так как концентрации твердых веществ (CaCO3 и CaO),определяемые числом молей вещества в единице его объема, есть величины постоянные и в выражении K не пишутся 27-1. Область в пространстве, в которой вероятность пребывания электрона максимальна, называется |