Химия. Закон эквивалентов. Окислительно восстановительные реакции Здание Даны массы металла m Ме 6,5 г, его оксида m o 2 6,98 г и сульфида m с

• Название: Закон эквивалентов. Окислительно восстановительные реакции Здание Даны массы металла m Ме 6,5 г, его оксида m o 2 6,98 г и сульфида m с
• Дата: 10.05.2023
• Размер: 1.32 Mb.
• Имя файла: Химия.docx
• Тип: Закон; #1118565

Тема 1. Эквивалент. Закон эквивалентов. Окислительно - восстановительные реакции
Здание 1. Даны массы металла m_Ме = 6,5 г, его оксида m_O2 = 6,98 г и сульфида m_с = 7,46 г. Рассчитайте молярные массы эквивалентов металла, серы, оксида и сульфида металла.

По закону эквивалентов составляем пропорцию



Находим массу кислорода в оксиде






Задание 2. Дана эквивалентная масса металла m_э = 4,5 г. Какой объем водорода при 270 С и давлении 2 атм получится при взаимодействии заданной массы металла m_Ме = 55 г с серной кислотой.

Me + H₂SO₄ = MeSO₄ + H₂

количество вещества эквивалентов металла





По закону эквивалентов образуется такое же количество водорода.

Объем водорода (н.у.)





Исходя из объединенного газового закона считаем объем водорода из приведенных условий





Задание 3. Дана схема реакции KCIO₃Hbr-Kcl+Br₂+H₂O

1. Подчеркните элементы, меняющие степень окисления.

KCIO₃Hbr-Kcl+Br₂+H₂O

2. Запишите реакции окисления и восстановления.

KClO₃+6HBr=>KCl+3Br₂+3H₂O

3. Подберите множители (основные коэффициенты) для реакции окисления и восстановления так, чтобы число отдаваемых и принимаемых электронов было одинаковым (метод электронного баланса).

Cl⁵+6eCl¹
6Br^-1-6e Br⁰

4. Расставьте коэффициенты в схеме реакции. Выпишите вещества: окислитель и восстановитель. Рассчитайте молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя.

KClO₃ – окислитель

HBr – восстановитель

молярная масса KClO₃ = 122,5 г/моль

молярная масса HBr = 80,9 г/моль

Тема 2. Строение вещества
Задание 1. Для элементов, атомы которых образуют молекулу PbCI₄

1. Напишите электронные формулы, подчеркните валентные (формирующие) электроны и определите электронное семейство.

Pb (свинец) - элемент с прядковым номером 82 в периодической системе. Находится в VI периоде.

Электронная формула атома свинца в порядке возрастания энергий орбиталей: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p²

Электронная формула атома свинца в порядке следования уровней:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s² 6p²

Количество валентных электронов в атоме свинца - 4.

Формирующим электроном является p -электрон.

Хлор в таблице Менделеева занимает 17 место, в III периоде.

Cl: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ 

Электронное семейство - р-элементы.

2. Укажите квантовые числа для валентных электронов.

Pb - 6p²

Cl - 3p⁵ 

3. Расположите валентные электроны по энергетическим ячейкам и определите валентность в невозбужденном и возбужденном состояниях.

На внешнем электроне находится 6 валентных электронов.



Валентность Pb в невозбужденном состоянии II и возбужденном состоянии III.

Невозбужденный атом хлора может показывать валентность I, а в возбужденном состоянии — валентность III.

4. Объясните связь электронного строения элементов с их положением в периодической системе элементов (период, группа, подгруппа).

Данные элементы относятся к p – элементам, т.к. находятся в одной группе. Находятся в IV группе, главной подгруппы, поэтому все валентные электроны у него находятся на внешнем энергетическом уровне

5. Определите степени окисления элементов в молекуле.

Pb⁺⁴CI^-1₄
Задание 2. Дана молекула PbCI₄

1. Покажите образование связи в молекуле. Является ли она парамагнитной?

₈₂Pb:[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p²



В образовании химических связей участвуют неспаренные электроны четвертого внешнего энергетического уровня энергетического уровня: два электрона в s-и в р состоянии.

Со стороны хлора ₁₇Cl: [Ne] 3s² 3p⁵ в образовании связи принимает участие имеющийся у него в невозбужденном состоянии один неспаренный 3 р-электрон



При образовании молекулы возникают три гибридных электронных облака у атома свинца sр3-гибридизация, которые перекрываются с четырьмя 3р - орбиталями четырех атомов хлора, образуя четыре ковалентные связи.

Электроотрицательность хлора больше электроотрицательности свинца (разница электроотрицательность 0,83 eV), поэтому электронная плотность m_p больше смещена в сторону хлора, образуя полярную ковалентную связь связь.

Является ли она парамагнитной? – нет.

2. Используя аналоги электронной структуры элемента с большей вероятностью в молекуле запишите ряд однотипных молекул и дайте сравнительный анализ их структуры и свойств (валентный угол, энергия и длина связей, полярность молекул).

Задание 3. Дан комплексный ион [HgBr₄]^-2

1. Какой вид химической связи осуществляется в ионе? Дайте определение этому виду связи.

[HgBr₄]^-2 – ионная связь. Ионная связь образуется между атомами металла и неметалла

2. Укажите:

а) комплексообразователь - HgBr₄ ,

координационное число - 3

по характеру заряда - анионные (отрицательный заряд внутренней сферы),

б) лиганды - Br.

3. Напишите электронную формулу иона комплексообразователя. Укажите, сколько и каких атомных орбиталей участвует в образовании химической связи.

Электронная формула атома ртути в порядке следования уровней:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 6s²

Электронная формула атома брома в порядке следования уровней:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁵

4. Напишите электронные формулы атомов лигандов и укажите неподеленные пары электронов донора.

5. Составьте формулу комплексного соединения.

6. Напишите уравнения диссоциации этого соединения в водном растворе и выражение для константы нестойкости комплексного иона.
Тема 3. Основные закономерности химических процессов
1. Найдите стандартные энтальпии образования ∆2 H° (298° K) и стандартные энтропии S° (298° K) для всех веществ, участвующих в реакции.

CH₄ + 4Cl₂ =CCl_4(Г) +4HCl_(Г)

Вещество	Δ Hoобр., кДж/моль	So, Дж/(моль К)
CH4	-74,81	186,31
СCl4	-102,9	309,9
HCl	-92,31	186,79

2. Вычислите изменения энтальпии и энтропии при протекании прямой реакции в стандартных условиях. Сделайте вывод, экзо- или эндотермическая данная реакция и объясните знак ∆ S.

CH₄ + 4Cl₂ =CCl_4(Г) +4HCl_(Г)

Δ H^o298(p) = Δ H^o298(CCl4) + 4*Δ H^o298(HCl) - Δ H^o298(CH4)= -397,33 кДж/моль

энтропия -21,05Дж/Моль к.

3. Вычислите энергию Гиббса прямой реакции в стандартных условиях ∆G° (298° К) и установите направление самопроизвольного протекания реакции.

G = H - (T*S) = (-397.33)-(298*(-21.05)) = 5875,57 Дж

∆G ˂ 0 – процесс протекает самопроизвольно

4. Определите температуру, при которой реакция находится в равновесии.



5. Рассчитайте ∆G° при Т=Тр – 100 и Т= Тр + 100 и постройте график зависимости ∆G° и Т. Определите область температур самопроизвольного протекания реакции- и вещество- восстановитель.














Т, К



6. Вычислите значение константы равновесия (К) для температур: Т=Тр, F Tp -100, T=Tp – 100. Сделайте вывод о влиянии температуры на величину К и на смещение равновесия.




Тема 4. Химическая кинетика
Кинетические измерения показали, что реакция имеет третий порядок.



В начальный момент концентрации исходных веществ равны . Спустя некоторый промежуток времени t концентрации исходных веществ уменьшаются на NO и O₂ и становятся равными NO и O₂ вследствие чего скорость реакции уменьшается.

1) Запишите выражение для скорости данной реакции (закон действующих масс для химической кинетики);

2) на основании известных данных о концентрациях участников реакции вычислите, во сколько раз уменьшилась начальная скорость реакции спустя время t







Решение:

Запишем по закону действующих масс выражения для начальной и конечной скоростей реакции:





Уменьшение скорости составит


Для определения конечной концентрации вещества А составим систему уравнений:







Выполняем вычисления:







Получаем:


Задача 4.2 По значениям констант скоростей реакции



при двух температурах определите:

1) температурный коэффициент скорости реакции (по правилу Вант-Гоффа);

2) энергию активации Е;

3)константу скорости k₃ при температуре Т₃;

4) число общих столкновений в 1 л за 1 с (предэкспотенциальный множитель k₀ в уравнении Аррениуса) при Т₃;

5) долю активных столкновений при Т₃;

6) сделать вывод из сопоставления общих и активных столкновений/











1. температурный коэффициент скорости реакции (по правилу Вант-Гоффа)


2. энергия активации

Запишем уравнение Аррениуса в логарифмическом виде для двух температур:





Вычитая из второго уравнения первое, получим



После небольших преобразований имеем



Определим k₀



Доля активных молекул



Задание 3.

Для реакции 2 2 получена зависимость скорости от концентрации ионов в растворе:



Может ли быть эта реакция простой (элементарной)? Вывести кинетическое уравнение, определить константу скорости реакции и порядок реакции по обоим компонентам

Кинетическое уравнение для скорости этой реакции в общем виде:



 Так, [Co³⁺] = 0,03 во втором, четвертом столбцах, при этом [Tl⁺] изменяется в 2 раза и скорость при этом тоже возрастает в 2 раза, т.е. порядок по Tl⁺ (b) = 1.

Данная реакция не может быть простой, так как стереохимические коэффициенты не являются коэффициентами кинетического уравнения



Порядки реакций по обоим компонентам равны 1.
Задание 4.

О реакции между веществами А и В известно, что она является простой. В эксперименте получены следующие данные:



Определить стехиометрические коэффициенты реагентов А и В в этой реакции, ее молекулярность, порядок и константу скорости.

Кинетическое уравнение для скорости этой реакции в общем виде:



Данные таблицы позволяют найти порядки реакции по В(b) и А (a) методом понижения порядка реакции, т.е. анализируя опыты, в которых один из реагентов имеет неизменную концентрацию.

В первом и третьем столбцах [B] одинакова, а [A] не изменяется, поэтому





Задание 5.

Реакция протекает по уравнению A + B 2C. Определить равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации А и B соответственно равны 0,5 и 0,7 моль/л, а константа равновесия реакции К_с=50.

К моменту равновесия концентрации веществ А и В понизятся, а концентрация вещества С увеличится. На каждый моль веществ А и В образуется 2 моль вещества С; поэтому, если понижение концентрации веществ А и В обозначить через x моль, то увеличение концентрации вещества С будет равно 2x моль.

Равновесные концентрации реагирующих веществ будут: [A] = (0,5-х) моль/л; [B] = (0,7-х) моль/л; [С] = 2х моль/л.



Решая это уравнение, получаем: x₁ = 0,86; x₂ = 0,44. По условию задачи справедливо значение х₂. Отсюда равновесные концентрации реагирующих веществ равны: [A] = (0,5-0,44) = 0,06 моль/л; [B] = (0,7-0,44) = 0,26 моль/л; [С] = 0,44 = 0,88 моль/л.