Тренировочные задания с примерами решения

Тренировочные задания с примерами решения
Тема «Закон эквивалентов»
Эквивалент – это реальная или условная частица вещества, соответствующая в данной
кислотно-основной реакции 1 иону водорода или в данной окислительновосстановительной реакции 1 электрону. Исходя из определения, эквивалент водорода
принят равным единице.
Пример : определить эквивалент хлора, серы, азота, углерода в следующих соединениях –
HCl, H2S, NH3, CH4.
Решение
Так как эквивалент водорода равен 1, а в соединении НCl элементы взяты в
соотношении 1:1, то эквивалент хлора тоже равен1; в соединении Н2S элементы взяты в
соотношении 1:2, следовательно, эквивалент серы равен ½; аналогично эквивалент N –
1/3; эквивалент C – ¼.
Эквивалентная масса mЭ – масса одного эквивалента, выражается в г/моль.
Эквивалентная масса простого вещества определяется по формуле:
А
mЭ = ----- , где А – атомная масса вещества, г/моль; В – его валентность.
В
Пример : определить эквивалентные массы водорода, кислорода и алюминия
- водорода
1
mЭ = ----- = 1 г/моль.
1
- кислорода
16
mЭ = ------ = 8 г/ моль.
2
- алюминия
27
mЭ = ------- = 9 г/моль.
3
Эквивалентная масса оксида определяется по формуле:
Моксида
mЭ оксида = mЭ элемента + mЭ кислорода или mЭоксида = ----------------------------общая валентность
Пример : определить эквивалентную массу оксида алюминия
Решение
mЭ = mЭалюминия + mЭкислорода = 9 + 8 = 17 г/моль.
или молекулярная масса оксида алюминия равна 102 г/моль, общая же валентность
определяется как наименьшее общее кратное – кислород двухвалентен, а алюминий
трѐхвалентен.
102
mЭ = ------- = 17 г/моль.
23
Эквивалентная масса кислоты определяется по формуле:
Мкислоты
mЭ = ------------------------------------число Н+ в молекуле кислоты
Пример : определить эквивалентную массу серной кислоты H2SO4.
Решение
Молекулярная масса серной кислоты составляет 98 г/моль, а число ионов водорода равно
двум. Тогда:
98
mЭ = ------- = 49 г/моль
2
Эквивалентная масса основания определяется по формуле:
Моснования
mЭ = -----------------------------------------, где
число ОН- в молекуле основания
Пример : определить эквивалентные массы гидроксидов натрия и кальция
Решение
Молекулярные массы гидроксидов составляют соответственно 40 и 74 г/моль.
40
NaOH, mЭ = ------ = 40 г/моль.
1
74
Ca(OH)2, mЭ = ------ = 37 г/моль.
2
Эквивалентная масса соли определяется по формуле:
Мсоли
mЭ = ----------------------------------------общая валентность по металлу
Пример : определить эквивалентные массы хлорида натрия, сульфатов меди и алюминия.
58,5
NaCl, mЭ = -------- = 58,5 г/моль.
1
160
CuSO4, mЭ = ------- = 80 г/моль.
2
342
Al2(SO4)3 mЭ = ------- = 57 г/моль.
23
Эквивалентный объѐм для газов VЭ – это объѐм, занимаемый одним эквивалентом
газообразного вещества при нормальных условиях (н.у.). Нормальные условия - 273,2
К и 101325 Па (760 мм рт. ст. или 1 атм.)
Пример : определить эквивалентные объѐмы для водорода и кислорода.
Решение
Молярный объѐм любого газа по следствию из закона Авогадро при н.у. равен 22,4
л/моль, а молекулярные массы Н2 и О2 соответственно составляют 2 и 32 г/моль.
Эквивалентные массы для газов рассчитывались ранее. Тогда:
- для водорода
- для кислорода
2г – 22,4 л/моль;
32 г – 22,4 л/моль;
1г – VЭ =11,2 л/моль.
8 г - VЭ = 5,6 л/моль.
Формулировка закона эквивалентов: вещества взаимодействуют между собой в
количествах, пропорциональных их эквивалентным массам.
m1
m2
----- = ----- , где
mЭ1 mЭ2
- m1 и m2 – массы реагирующих веществ, г;
- mЭ1и mЭ2 – их эквивалентные массы, г/моль.
При решении некоторых задач с газовыми взаимодействиями удобнее пользоваться
другой формулировкой закона эквивалентов: массы (объѐмы) реагирующих веществ
пропорциональны их эквивалентным массам (объѐмам):
m1
V2
---- = -----, где
mЭ1
VЭ2
- V2 – объѐм газа , приведѐнный к н.у., в литрах;
- Vэ2 – эквивалентный объѐм газа в л/моль.
Тема «Реакции обмена в растворах электролитов (ионные реакции)»
Реакции в водных растворах электролитов протекают между ионами и в большинстве
случаев практически необратимы.
Реакции ионного обмена проходят до конца слева направо, если продуктами их
являются труднорастворимые вещества (осадки), газы, либо вещества, слабо
ионизирующиеся (слабые электролиты, комплексные ионы).
При растворении ионных уравнений реакции сильные растворимые электролиты, как
полностью диссоциированные записывают в виде ионов; слабые электролиты и
электролиты средней силы, малорастворимые и газообразные вещества – в молекулярной
форме.
Следует помнить при составлении ионно-молекулярных уравнений, что сумма
электрических зарядов в левой части уравнения должна быть равна сумме электрических
зарядов в правой части уравнения. В ионно-молекулярном уравнении одинаковые ионы из
обеих частей равенства исключаются.
Примеры выполнения заданий
Пример 1. Одновременно не могут находиться в водном растворе вещества:
а) хлорид железа (II) и хлорид меди (II);
б) сульфат рубидия и хлорид бария;
в) нитрат кальция и цианид бария;
г) иодид свинца (II) и ацетат никеля (II).
Запишем предложенные вещества:
a)FeCl2 и CuCl2; б) Rb2SO4 и BaCl2;
в) Ca(NO3)2 и Ba(CN)2; г) RbI2 и Ni(CH3COO)2.
На основании данных о растворимости веществ очевидно, что одновременно не
могут находиться в растворе Rb2SO4 и BaCl2, ибо в результате происходит связывание
ионов с образованием осадка BaSO4:
Rb2SO4 + BaCl2 = BaSO4↓ +2RbCl
причина реакции
Механизм протекания реакции (краткое ионное уравнение) имеет вид:
SO42- + Ba2+ = BaSO4↓
Ответ: б)
Пример 2. Cумма коэффициентов в кратких ионно-молекулярных уравнениях реакций
между веществами равна:
2.1. уксусная кислота и гидроксид натрия
а) 4;
б) 10;
в) 3;
г) другое
Запишем уравнение реакции: CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
Причиной протекания реакции является образование слабого электролита H2O (Кд
=1,8×10-16). Ионное уравнение реакции сдвинуто вправо.
Механизм протекания реакции (краткое ионное уравнение):
CH3COOH + ОH- = CH3COO- + H2O
Ответ: а) 4
2.2. хлорид цинка и сероводородная кислота
а) 3;
б) 5;
в) другое;
г) 8
ZnCl2 + H2S = ZnS ↓+ 2HCl
Причиной протекания реакции является образование труднорастворимого
соединения осадка ZnS↓ (ПР= 1,6×10-24).
Механизм протекания реакции:
Zn2+ + H2S = ZnS ↓+ 2H+
Ответ: б) 5
2.3. карбонат калия и серная кислота
а) другое;
б) 13;
в) 8;
г) 5
K2CO3 + H2SO4= K2SO4 + CO2↑+H2O
Причиной протекания реакции является образование газа CO2 и воды.
Механизм протекания реакции:
CO32- + 2H+= CO2↑+H2O
Ответ: г) 5
2.4. хлорид серебра (I) и тиосульфат натрия
а) 9;
б) 5;
в) 18;
г) другое
AgCl↓+ 2Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaCl
Причиной протекания реакции является образование дитиосульфато-аргентат (I)
иона, который, как и все комплексные ионы, является слабым электролитом.
Механизм протекания реакции:
AgCl↓+ 2S2O32- = [Ag(S2O3)2]3- + ClОтвет: б) 5
Пример 3. Набор веществ в молекулярной схеме реакции, описываемой кратким ионным
уравнением, соответствует:
CO32- + H+ = HCO3а) BaCO3 и HCl; б) K2CO3 и HCl; в) K2CO3 и H2S; г) BaCO3 и H2S.
Очевидно, что в реакции участвуют сильные электролиты, которые способны
распадаться на ионы (см.табл. растворимости и степеней диссоциации).
K2CO3 – растворимая средняя соль, HCl – сильная кислота (α =91%), поэтому K2CO3 + HCl =
KHCO3 + KCl.
Причиной протекания реакции является образование кислого иона HCO3-, который
является слабым электролитом.
Ответ: б)
Пример 4. Молекулярному уравнению реакции соответствует сокращенное ионное
уравнение ……
NaClO + HNO3 = NaNO3 + HClO
а) NaClO + H+ + NO3- = NaNO3 + HClO;
б) Na+ +ClO- + HNO3 = NaNO3 + HClO;
в) NaClO + HNO3 = Na+ + NO3- + HClO;
г) ClO- + H+ = HClO
По реакции вступают во взаимодействие сильный электролит NaClO, способный
распадаться на ионы Na+ и ClO- и сильная кислота HNO3 (α=92%), диссоциирующая на
катион водорода и анион NO3-.
Причиной протекания реакции является образование между исходными веществами
слабого электролита хлорноватистой кислоты HClO.
Поэтому механизм протекания реакции:
ClO- + H+ = HClO
Ответ: г)
Тема «Гидролиз солей»
Гидролизом называется реакция обменного взаимодействия между водой и солью,
приводящая к образованию слабого электролита и изменению, как правило, рН среды. С
помощью рН реакция растворов характеризуется так: нейтральная рН 7, кислая рН < 7,
щелочная рН > 7. Причиной гидролиза являются соли, образованные:
- слабыми кислотами и сильными основаниями (гидролизуется анион соли,
например, Na2CO3; KCN; Na2S);
- слабыми основаниями и сильными кислотами (гидролизуется катион соли,
например, NH4NO3; CuSO4; AlCl3);
- слабыми кислотами и слабыми основаниями (гидролизуется и катион и анион
соли, например,NH4CH3COO; (NH4)2S).
Если анион или катион соли многозарядны, то гидролиз идет по стадиям (ступеням) с
образованием соответственно кислых и основных солей.
Соли, образованные сильным основанием и сильной кислотой, гидролизу не
подвергаются (например, NaNO3, KCl).
При составлении уравнений гидролиза солей студентам рекомендуется пользоваться
таблицами степеней диссоциации, растворимости, констант диссоциации.
Примеры выполнения заданий
Пример 1. Значение величины водородного показателя (рН>7, рН<7, рН=7) в ионномолекулярных уравнениях гидролиза соответствующих солей составляет:
а) K2SiO3; б) SnSO4; в) Li2SO4
1) а) рН>7; б) рН<7; в) рН=7;
2) а) рН<7; б) рН>7; в) рН>7;
3) а) рН=7; б) рН<7; в) рН=7;
4) другие варианты
Решение. Силикат калия K2SiO3 - соль слабой многоосновной кислоты Н2SiO3 и сильного
основания KOH. В этом случае анионы соли SiO32- связывая водородные ионы воды,
образуют анионы кислой соли НSiO3- , так как ионы НSiO3- (K2 = 1,6×10-12) диссоциируют
гораздо труднее, чем молекулы Н2SiO3 (K1 = 2,2×10-10). В обычных условиях гидролиз идет
по первой ступени. Соль гидролизуется по аниону.
Уравнение диссоциации: K2SiO3 = 2К+ + SiO32Ионно-молекулярное уравнение гидролиза:
SiO32- + H2O  HSiO3- + OHМолекулярное уравнение гидролиза: K2SiO3 + H2O  KHSiO3 + NaOH
В растворе появляется избыток ионов ОН-, поэтому раствор K2SiO3 имеет щелочную
реакцию (pH>7).
Сульфат олова SnSO4 – соль слабого многокислотного основания Sn(OH)2 и сильной
кислоты H2SO4. В этом случае катионы Sn2+ связывают гидроксильные ионы воды, образуя
катионы основной соли SnOH+. Образование молекул Sn(OH)2 не происходит, так как ионы
SnOH+ диссоциируют гораздо труднее, чем молекулы Sn(OH)2. В обычных условиях
гидролиз идет по первой ступени. Соль гидролизуется по катиону.
Уравнение диссоциации: SnSO4 = Sn2+ + SO42Ионно-молекулярное уравнение гидролиза: Sn2+ + H2O  SnOH+ + H+
уравнение гидролиза:
Молекулярное
2SnSO4 + 2H2O  (SnOH)2SO4 + H2SO4
В растворе появляется избыток ионов водорода, поэтому раствор SnSO4 имеет кислую
реакцию (рН<7).
Сульфат лития Li2SO4 – соль многоосновной сильной кислоты и сильного
основания. Гидролизу не подвергается.
Ответ: а) pH>7; б) рН<7; в) гидролиз не идет.
Пример 2. Характер среды растворов солей (по порядку) соответствует… :
KCN, Fe(NO3)2, RbCl
1) кислотный, щелочной, нейтральный;
2) нейтральный, щелочной, кислотный;
3) щелочной, кислотный, нейтральный; 4) другие варианты
Решение. Цианид калия KCN – соль сильного основания и слабой кислоты.
Уравнение диссоциации: KCN = К+ + CNИонно-молекулярное уравнение гидролиза: CN- + H2O  HCN + OHМолекулярное уравнение гидролиза: KCN + H2O  HCN + KOH
Гидролиз идет в одну стадию, т.к. анион CN- однозаряден, при этом соль взаимодействует
с одной молекулой воды (катион соли также однозаряден). Проиcходит связывание иона
Н+ воды анионами CN- соли в слабую цианистоводородную кислоту HCN, молекулы
которой малодиссоциированы (КHCN=7,9×10-10). Реакция раствора щелочная (рН > 7).
Нитрат железа (II) Fe(NO3)2 – соль слабого основания и сильной кислоты.
Уравнение диссоциации: Fe(NO3)2 = Fe2+ + 2NO3Ионно-молекулярное уравнение гидролиза: Fe2+ - + H2O  FeOH+ + Н+
Молекулярное уравнение гидролиза Fe(NO3)2 + H2O  FeOHNO3 + HNO3
В растворе появляется избыток Н+ групп, поэтому реакция раствора кислая рН<7.
Хлорид рубидия RbCl – соль сильного основания и сильной кислоты. Гидролизу не
подвергается. Реакция среды нейтральная.
Ответ: 3) щелочной, кислотный, нейтральный
Пример 3. Продукты совместного гидролиза приведенных ниже солей малодиссоциирующие соединения, одним из которых является амфотерный гидрооксид,
следовательно, сумма коэффициентов в суммарном ионном уравнении равна ...
Na2CO3, Al2(SO4)3.
Соль Na2CO3 образована сильным основанием и слабой кислотой, а Al2(SO4)3 слабым основанием и сильной кислотой.
До тех пор, пока эти растворы находятся порознь, в каждом из них
устанавливаются равновесия:
CO32- + H2O HCO3- + OHв растворе карбоната натрия
Al3+ + H2O  AlOH2+ + H+
в растворе сульфата алюминия
и гидролиз обеих солей ограничивается практически первой стадией. Если растворы
смешать, то ионы Н+ и ОН- взаимно нейтрализуют друг друга и уходя из сферы реакции в
виде воды, смещают оба равновесия вправо, активизируя последующие стадии гидролиза:
HCO3- + H2O H2CO3 + OHAlOH2+ + H2O  Al(OH)2+ + H+
Al(OH)2+ + H2O  Al(OH)3 + H+
Получаем суммарное ионное уравнение гидролиза сложением ионных уравнений
гидролиза Na2CO3 и Al2(SO4)3, умноженных на соответствующие коэффициенты, равные
числу стадий или количеству молекул воды, участвующих в гидролизе:
CO32- + 2H2O H2CO3 + 2OH2 3
3+
+
Al + 3H2O  Al(OH)3 + 3H
3 2
________________________________
+
3 CO32- + 6H2O + 2Al3+ + 6H2O  3H2CO3 + 6OH- + 2Al(OH)3 + 6H+
Складывая одинаковые составляющие и связывая ионы водорода и гидроксила в воду,
имеем:
3 CO32- + 2Al3+ + 12H2O  3H2CO3 + 6H2О + 2Al(OH)3 ;
Сокращаем 6 молекул H2О в левой и правой частях уравнения и получаем ионномолекулярное уравнение совместного гидролиза Na2CO3 и Al2(SO4)3:
3 CO32- + 2Al3+ + 6H2O  3H2CO3 + 2Al(OH)3. Сумма коэффициентов в суммарном ионном
уравнении равна 16.
Ответ: 16
Пример 4. Продуктами совместного гидролиза приведенных ниже солей являются осадок
основной соли и газ, следовательно, сумма коэффициентов в суммарном ионном
уравнении равна ...
СuSO4, Na2CO3
Уравнение диссоциации соли 1: СuSO4 = Cu2+ + SO42Уравнение диссоциации соли 2: Na2CO3 = 2Na+ + CO32Ионно-молекулярное уравнение гидролиза соли 1:
Cu2+ + H2O  CuOH+ + H+
Ионно-молекулярные уравнения гидролиза соли 2:
CO32- + H2O  HCO3- + OH-
по 1-й ступени
HCO3- + H2O  H2CO3 + OH-
по 2-й ступени
Получаем суммарное уравнение совместного гидролиза сложением ионно-молекулярных
уравнений, умноженных на число молекул воды, участвующих в гидролизе:
Cu2+ + H2O  CuOH+ + H+
1
 2
+
CO32- + 2H2O  H2CO3 + 2OH2  1
__________________________________________
2Cu2+ + 2H2O + CO32-+ 2H2O  2CuOH+ + 2H+ + H2CO3 + 2OHСокращая 2 молекулы воды в левой и правой частях уравнения, получаем 2Cu2+ + 2H2O +
CO32-  2CuOH+ + H2CO3. Сумма коэффициентов в суммарном ионном уравнении равна 8.
Ответ: 8
Тема «Химическая кинетика и равновесие»
Пример 1: как изменится скорость химической реакции 2NO + H2 = N2O + H2O при
увеличении концентрации NO в 2 раза?
Выразим в математической форме исходную скорость химической реакции:
V = kC2NOCH2
После увеличения концентрации NO скорость химической реакции стала равна:
V’ = k(2CNO)2CH2
Составив соотношение V’ к V, получим, что скорость химической реакции при
увеличении концентрации NO в 2 раза, увеличивается в 4 раза.
Пример 2: записать выражение скорости реакции для следующих процессов:
MoO3 + 3H2 = Mo + 3H2O
V = k CН23
Cu(OH)2 = CuO + H2O
V=k
Пример 3: как изменится скорость химической реакции 2NO + H2 = N2O + H2O, если в
системе в 2 раза увеличилось давление?
V = kC2NOCH2
После увеличения давления:
V* = k(2CNO)22CH2
Составим соотношение V* к V и получим, что скорость реакции увеличилась в 8 раз.
Пример 4: Как возрастѐт скорость химической реакции при повышении температуры с
20оС до 50оС, если температурный коэффициент скорости химической реакции равен 3?
V50 = V20350-20/10 = V2033 = 27V20, т.е. скорость химической реакции возрастѐт в 27 раз.