Вариант 11. Вариант 11 пз 1. Строение вещества
 Скачать 201.04 Kb.
|
1 2 Вариант 11 ПЗ №1. СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА
1.1. Для указанного элемента (табл. 1.2) напишите распределение электронов в порядке заполнения орбиталей в нормальном и возбужденном состояниях. Приведите электронно-графическую формулу валентных электронов. Определите число протонов и нейтронов в атоме элемента. 44Ru Распределение электронов для атома рутения в нормальном состоянии напишем согласно правилу Клечковского, то есть с учетом энергии каждого уровня и подуровня: 44 Ru рутений 1s 22s 22p 63s 23p64s 23d104p65s14d7. Для проявления возбужденного состояния нарисуем электронную    ↑↓ ↑↓ 4d 5s Поскольку в нормальном состоянии у атома рутения имеется все, то возбужденное состояние совпадает с валентным. Протон (р) - это частица, имеющая массу 1,67.10-27 кг и положительный заряд. Нейтрон (n) - незаряженная частица, обладающая массой 1,67.10-27 кг. Число протонов в ядре характеризует его заряд (z) и принадлежность атома данному химическому элементу, соответствует порядковому номеру элемента. Его пишут слева внизу у символа элемента. Сумму протонов (z) и нейтронов (n), содержащихся в ядре атома, называют массовым числом (А), А = z + n. Массовое число обычно пишут слева вверху у символа элемента. Следовательно, у атома рутения 101 44 Ru имеется 44 протона и 57 нейтронов. 1.3. Определите элемент, последний по порядку заполнения электрон которого характеризуется следующими значениями квантовых чисел. Представьте электронную формулу в порядке заполнения орбиталей выбранного элемента (табл. 1.4).
51Sb сурьма 5p 3 N = 5 L = 1 Ml = 1 Ms = +½ Sb: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p3 Sb: [Kr]5s2 4d10 5p3 2.2. С позиций метода ВС покажите образование предложенной молекулы PF3. Какие орбитали соединяющихся атомов участвуют в образовании связей? Сколько σ- и π-связей содержит молекула? Какова пространственная структура молекулы? Каков тип гибридизации центрального атома в указанном соединении (если есть)? Отметьте полярность связей и полярность молекулы в целом. Рассмотрим еще одну молекулу PF3 Выписываем валентные электроны центрального атома – фосфора.      3s 3р Далее надо перевести в возбужденное состояние. Однако, так как во втором слое нет свободных (пустых) орбиталей, эту операцию пропускаем. 9F 1s 22s 22p 5 2s 2р Определяем тип гибридизации. Для этого производим "сложение": s + p + p + p = 2sp3. Рисуем четыре оси и гибридные облака. Подводим валентные орбитали F (это s-элемент). Получаем угловую молекулу с теоретическим валентным углом 109 о .  Отдельные связи P–F – полярные ОЭО(P)=2,19, ОЭО(F)=4 молекула в целом тоже полярна, так как в вершине угла заряд со знаком "-", а в противоположной стороне "+". Происходит оттягивание электронов в сторону P, т.е. образуется диполь. Три связи P–F– ковалентные σ-типа. Молекула в целом неполярна. 2.3. С позиций метода ВС покажите образование предложенной Молекулы BCl3. Какие орбитали соединяющихся атомов участвуют в образовании связей? Сколько σ- и π-связей содержит молекула? Какова пространственная структура молекулы? Каков тип гибридизации центрального атома в указанном соединении (если есть)? Отметьте полярность связей и полярность молекулы в целом. Определяем тип гибридизации центрального атома. Для этого выписываем валентные электроны центрального атома 5B. 2p   Далее "подводим" валентные электроны 17Cl.    3р 3s Для образования трех одинаковых связей В-Cl необходима гибридизация одного 2s и двух 2р-орбиталей - sp2-гибридизация с образованием трех гибридных орбиталей, расположенных в одной плоскости под углом 1200 относительно друг друга:  Образованные гибридные орбитали перекрываются с p-орбиталями атома хлора с образованием трех σ-связей:  8  В + 3Н = ВCl3 Молекуля ВCl3 имеет плоское треугольное строение. Для определения полярности связей В-Cl необходимо сравнить значения ОЭО атомов В и Cl; ОЭО(В) = 2,0; ОЭО(Cl) = 2,83. Поскольку электроотрицательность хлора больше, то связь В-Сl будет полярной. Однако в целом молекула ВCl3 не обладает полярностью, так как полярность связей В-Cl, направленных к вершинам правильного треугольника, взаимно компенсируется. Таким образом, в образовании молекулы ВCl3 принимают участие р-орбитали атома Cl и sp-гибридные орбитали бора. Молекула ВCl 3 не полярна, хотя содержит три полярные σ-связи, имеет плоскую треугольную структуру. Атом В находится в состоянии sp2-гибридизации. 2.4. В указанном комплексном соединении [Co(NH3)5Br]SO4 отметьте комплексообразователь, лиганды, внутреннюю и внешнюю сферы; определите степень окисления комплексообразователя и координационное число. Напишите уравнение диссоциации комплекса, приведите выражение константы нестойкости (Кнест). Назовите это соединение.
В соответствии с правилами ИЮПАК соединение называется Пентаамминобромкобальта (III) сульфат. ПЗ №2: ЗАКОНОМЕРНОСТИХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПЗ№3: РАСТВОРЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ВАРИАНТАМ
3.4. Рассчитайте изменение внутренней энергии (ΔU) в химической реакции, представленной в табл. 3.3. Таблица 3.3
Р е ш е н и е По закону Гесса определяем  и  (термодинамические параметры из табл.П1, с.101). =  = -241,84-396,3+263,7+110,5=-263,84 кДж<0, реакция экзотермическаяΔU=-ΔH=263,84 кДж 3.5. Вычислите изменение энергии Гиббса при Т = 298К для химической реакции, представленной в таблице 3.3. Будет ли протекать данная реакция самопроизвольно при указанных условиях? Рассчитайте предельную температуру (равновероятности протекания прямой и обратной реакции) и константу равновесия при Т = 298К для данного процесса. Р е ш е н и е По закону Гесса определяем и (термодинамические параметры из табл.П1, с.101). = = -241,84-396,3+263,7+110,5=-263,84 кДж<0, реакция экзотермическая =213,6+27,15-58,79-197,4=-15,44 Дж/К. определяем по второму закону термодинамики: = - 298· = -263,84 - 298·(-15,44) ·10-3 = -268,44 кДж, то есть реакция при 298 К термодинамически вероятна.Температура равновесия реакции – это Травн, когда  = 0.  Большое значение  свидетельствует о том, что в стандартных условиях идет практически только прямая реакция.Ответ: = -263,84 кДж;  = -15,44 Дж/К; = -268,44 кДж;Травн = 17088К;  = 10-474.2. Для реакции аА + bB → Продукты при увеличении концентрации вещества А в n1 раз скорость реакции выросла в m1 раз, а при увеличении концентрации вещества В в n2 раз скорость реакции выросла в m2 раз (табл. 4.2). 1) определите кинетический порядок по реагентам и общий кинетический порядок реакции; 2) рассчитайте константу скорости реакции, если при концентрациях веществ А и В, равных С(А) и С(В) моль/л соответственно, скорость реакции составила v моль/(л · с) (табл. 4.3). 3) приведите кинетическое уравнение реакции. Т а б л и ц а 4.2
Р е ш е н и е 1) Согласно закону действующих масс для химической кинетики кинетическое уравнение для приведенной реакции в общем виде будет иметь вид: v = k · сх(A) сy(B), где х – кинетический порядок реакции по веществу А, у –кинетический порядок реакции по веществу В. х и у найдем на основе данных о влиянии изменения концентрации каждого реагента на скорость реакции. а) Для вещества А: v'/v=k · 〈25 ∙ с(A) х /k · 〈 ∙ с(A) х =25 или, после сокращения 25x = 25, откуда x = 1. б) Аналогично для вещества В: v,,/v=k · 〈16 ∙ с(A) х /k · 〈 ∙ с(A) х =4 или, или после сокращения 16 y = 4, откуда y = 2. На данном этапе кинетическое уравнение будет иметь вид: v = k · с1(A) с2(B) 2) Рассчитаем константу скорости, используя данные из условия задачи и приведенное выше кинетическое уравнение: v = с1(A) с2(B); 0,72 = k · 0,12·0,202, откуда k = 150 л 2/(моль 2 · мин). Единицу измерения константы скорости определили, исходя из анализа размерностей: [моль/(л · мин)] = [k] · [моль/л]3. Откуда [k] =[л 2/(моль 2 · мин)]. 3) Окончательный вид кинетического уравнения приведенной реакции имеет вид: v =150 с1(A) с2(B). Оно позволяет рассчитать скорость реакции при заданных значениях концентраций реагентов А и В. 4.3.3. При повышении температуры от Т1 до Т2 скорость реакции увеличилась в n раз (табл. 4.6). Рассчитайте температурный коэффициент γ этой реакции. Т а б л и ц а 4.6
Используем правило Вант-Гоффа:   температурный коэффициент γ этой реакции 3,4. 4.5. Для приведенной обратимой реакции (табл. 4.9): 1) запишите выражение константы равновесия; 2) определите направление смещения равновесия при… а) изменении концентрации одного из веществ; б) изменении температуры; в) изменении внешнего давления. Свои ответы поясните. Т а б л и ц а 4.9
Р е ш е н и е 1) Данная реакция гетерогенная. Согласно закону действующих масс для химического равновесия, константа равновесия, выраженная через равновесные концентрации участников процесса, будет иметь вид:  2) В соответствии с принципом смещения химического равновесия Ле Шателье: а) Увеличение концентрации одного из веществ, участвующих в равновесном процессе, ускоряет тот процесс, в котором это вещество расходуется. Равновесие смещается в том же направлении. В данном случае уменьшение С(Cl2) уменьшает реакцию по его расходованию (т.е. слева направо) и приведет к смещению равновесия вправо, в сторону исходных продуктов; б) Повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону эндотермической реакции. В рассматриваемом случае прямая реакция экзотермическая (  ). Соответственно, обратная реакция будет эндотермической. Таким образом, при повышении температуры равновесие в данном случае сместится влево, в сторону реагентов. в) Уменьшение внешнего давления приводит к смещению равновесия в сторону больших объемов (большего числа молей газообразных участников равновесного процесса). В данном случае в левой части уравнения 2 моль газов, в правой части – 1 моль. Следовательно, понижение давления приведет к смещению равновесия влево, в сторону исходных веществ. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ВАРИАНТАМ [1]
5.1. Найдите массу соли CuSO4, необходимую для приготовления раствора объемом V =0,65л с массовой долей 2. Плотность раствора ρ 1019 кг/м3 . Вычислите молярную концентрацию эквивалента, молярную концентрацию, моляльность и титр этого раствора. 1. Определяем молярную массу и молярную массу эквивалента CuSO4 М (CuSO4 ) = 160 г/моль, Э (CuSO4 ) = 160/4=40г/моль. 2. Находим массу CuSO4 , необходимую для приготовления 0,65 л его раствора с массовой долей 2 %. Массовая доля ω показывает, сколько единиц массы растворенного вещества содержится в 100 единицах массы раствора. Масса раствора равна произведению объема раствора (V) на его плотность (ρ) m = 0,65·10-3 м3 · 1019 кг/м3 = 0,662 кг. В 100 кг раствора содержится 2 кг CuSO4 В 0,662 кг раствора содержится х кг CuSO4 , х=0,013 кг CuSO4 3. Находим молярную концентрацию раствора. Молярная концентрация раствора СМ показывает количество растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора. В 0,65 л раствора содержится 13 г CuSO4 . В 1 л раствора содержится х г CuSO4 , Х=20 г Молярная концентрация С CuSO4 =20/160=0,125 моль/л 4. Находим молярную концентрацию эквивалента. Молярная концентрация эквивалента (нормальная концентрация) раствора показывает число молярных масс эквивалентов растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора. cэк(CuSO4 ) = 20/40=0,5 моль/л 5. Находим моляльность раствора. Моляльность раствора cm (моль/кг) показывает количество растворенного вещества, находящееся в 1 кг растворителя. Масса воды равна 662 г – 13 г = 649 г. Количество BaCl2 равно 0,03 моль В 649 г Н2О растворено 0,08 моль CuSO4 . В 1000 г Н2О растворено х моль CuSO4 , Х=0,12 моль/кг. 6. Находим титр раствора. Титр раствора Т показывает массу (г) растворенного вещества, содержащегося в 1 мл раствора. В 1 л раствора содержится 20 г CuSO4 . Т = 20/1000= 0,0200 г/мл. 5.2. Рассчитайте рН раствора соединения KOH основания и концентрации ионов Н+ и ОН− в растворе, содержащем m 0,112г соединения в объеме V 250мл раствора (α = 1). Р е ш е н и е Находим молярную концентрацию раствора KОН. Молярная масса KОН равна 56 г. сNaOH= 0,112/56·0,25= 0,008 моль/л Концентрация ОН− - ионов равна сNaОН = 0,008 моль/л. рОН раствора рассчитываем по формуле рОН = - lg aOH- = − lg γOH- ⋅[OH- ], для расчета γOH- определяем ионную силу раствора I = 1/2 ∑сi ⋅ zi2 =1/2 (cK+ ⋅ z2K+ + c OH- ⋅ z2OH- ) =1/2(0,001•12 + 0,001•12) = 0,001. Из табл.П 6 находим γOH- = 0,964. Следовательно, рОН =- lg(0,964•0,001) = 3,02. рН = рКв – рОН = 14 – 3,02 = 10,98. 5.3. Составьте ионное и молекулярное уравнения реакции гидролиза Соли Na2CO3 , выражение для константы гидролиза и оцените величину рН раствора. Соль сульфида аммония диссоциирует, образуя ионы Na2CO3 ←→ 2 Na+ +CO32− . Ионы Na+ и ион CO32− взаимодействуют с ионами воды, образуя малодиссоциирующее соединение Н2CO3, которое распадается на H2O и СО2. Гидролизуется соль необратимо и полностью. Na2CO3 + 2 H2O = 2NaOH +H2CO3 2Na++CO3 2- + H2O = 2 Na++2OH- +H2O+CO2 CO3 2- +H2O = 2OH- +CO2 Kг=Кв/( Кд(H2CO3) Cледовательно реакция среды щелочная. 5.4. Образуется ли осадок труднорастворимого соединения, если смешать равные объемы растворов двух солей BaCl2 и K2SO4 концентрацией с 0,002 моль/л? ПР(BaSO4) 1,08·10-10 Р е ш е н и е При смешении равных объемов растворов объем стал в 2 раза больше, а концентрация каждого из растворенных веществ уменьшилась вдвое, то есть 0,001 моль/л; Концентрации ионов Ba2+ , Cl− ,K+ и SO42− cоответственно равны cBa2+ = 0,001 моль/л; cCl- = 0,002 моль/л; cK+ = ·0,002 моль/л; сSO42- = 0,001 моль/л. ПР=aBa2+aSO42-=0,001·0,001=10-6 Ионная сила раствора равна I = 1/2 ( сBa2+ ⋅ zBa2+2 + cCl-⋅ z 2Cl- + cK+ z 2K+ + cSO42- ⋅ zSO42-2 ) = 1/2 (10-3 ·4 + 2∙10-3 +2∙·10-3 ·1+10-3 ·4)= 12·10-3 = 0,012. Учитывая коэффициенты активности для Ba2+ и SO42− (табл.П 6), рассчитываем активности этих ионов в растворе а Ba2+ =γBa2+СBa2+ = 0,67·10-3 =0,67 ·10-3 моль/л а SO42- =γSO42-СSO42- = 0,66·10-3 =0,66·10-3 моль/л ПР= aBa2+aSO42-=0,67 ·10-3∙0,66·10-3 =0,44·10-6<1,08·10-10 Значит осадок не образуется. 5.14. Сколько мл 20 % соляной кислоты плотностью 1,098 г/см3потребуется для приготовления 1 л 2 М раствора? 1. находим количество вещества хлоридной кислоты в 1л: n=V×с n=1л×2моль/л=2моль 2. находим массу 2моль хлоридной кислоты: m=n×М m=2 моль×36,5г/моль=73г 3. узнаем массу раствора, в котором находится 73г кислоты ы где эта масса кислоты равна 20% масс. раствора: m(раствора хлоридной кислоты)=m(кислоты)/w(кислоты) m=73г/0,20=365г 4. рассчитываем объем раствора, масса которого =365г, а плотность1,098г/мл: V=m/ρ V=365г/1,098г/мл=332,4г Ответ: 332,4 г 1 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, кДж/моль
COCl2(г)