Вычисление массы молекулы фтора и молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя

1. Вычислить в граммах массу молекулы фтора

По закону Авогадро 1 моль любого вещества содержит 6,02*10²³ молекул. Молярная масса фтора равна:

М (F₂) = 38 г/моль.

Тогда 6,02*10²³ молекул фтора весят 38 грамм. Масса одной молекулы будет равна:

m₀ = M/N_a = 38/6.02*10²³ = 6.31*10^-23 грамм.

2. Сколько молекул и атомов содержится в 0,025 моль серы

Так как 1 моль любого вещества содержит 6,02*10²³ молекул, то 0,025 моль серы будут содержать 0,025*6,02*10²³ = 0,15*10²³ молекул. Если молекулу серы считать одноатомной, то число атомов равно числу молекул.

3. Пользуясь законом объемных отношений определить, какой объем воздуха необходим для полного сгорания 10 л пропана

Пропан сгорает согласно уравнению:

С₃Н₈ + 5О₂ = 3СО₂ + 4Н₂О По закону объемных отношений: объемы вступающих в реакцию газов, а также к объемам образующихся газов, как небольшие целые числа.

Из уравнения реакции видно, что на сгорание 1 объема пропана требуется 5 объемов кислорода, тогда на сгорание 10 литров пропана потребуется 50 литров кислорода.

V (O₂) = 50 литров.

Так как в воздухе содержится в среднем 21% кислорода, то необходимый объем воздуха равен:

V (возд) = V (O₂)/?/100% = 50/0.21 = 238.1 литра.

4. Какой объем раствора азотной кислоты с массовой долей 12% (? = 1,18 г/мл) необходим для приготовления 400 мл раствора с концентрацией 0,3 моль/л

Молярность раствора — число моль растворенного вещества в 1 литре раствора. Следовательно, в 1 литре приготовленного раствора должно содержаться 0,3 моль HNO₃, а в 400 мл соответственно:

n = Cм*V/1000 = 0.3*400/1000 = 0.12 моль кислоты.

Найдем массу кислоты:

m = n*M = 0.12*63 = 7.56 грамм.

Найдем массу раствора азотной кислоты с массовой долей 12%.

? =100%* m (HNO₃) / m (раств)

m (раств) = 100%* m (HNO₃) / ?

m (раств) = 100%*7,56/12% = 63 грамма.

Найдем объем данного раствора:

? = m/V

V = m/? = 63/1.18 = 53.4 мл.

Ответ: Потребуется 53,4 мл 12% раствора.

5. На нейтрализацию 20 мл раствора фосфорной кислоты израсходовано 10 мл раствора NaОН с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,10 моль/л. Рассчитайте С (1/Z)H₃PO₄ в растворе

Нейтрализация фосфорной кислоты протекает по уравнению:

H₃PO₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O

По закону эквивалентов для растворов Сн*V = Cн₁*V₁

где Сн — молярные концентрации эквивалентов реагирующих веществ, V — их объемы. Тогда, подставляя данные находим молярную концентрацию эквивалента фосфорной кислоты:

10*0.1 = 20*C (1/z)H₃PO₄

C (1/z)H₃PO₄ = 10*0.1/20 = 0.05 моль/л.

Так как фосфорная кислота — трехосновная кислота, следовательно число эквивалентов кислоты равно 3, и молярная концентрация кислоты равна:

С (1/3)Н₃РО₄ = 0,05 моль/л

6. Пользуясь следствиями из закона Гесса вычислить изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса реакции

Ba²⁺_(р-ор) + SO₄^2-_(р-ор) = BaSO_4(кр)

по известным значениям? Н⁰_обр S⁰ ?G⁰_обр веществ.

По следствию из закона Гесса изменение энтальпии (энтропии, энергии Гиббса) реакции равно сумме энтальпий (энтропий, энергий Гиббса) образования продуктов реакции минус сумма энтальпий (энтропий, энергий Гиббса) образования исходных веществ с учетом всех стехиометрических коэффициентов.

Для данной реакции изменение энтальпии, энтропии и энергии Гиббса будет равно:

?Н_р-ции = ?Н⁰_обр(BaSO_4(кр)) — (?Н⁰_обр(Ba²⁺_(р-ор)) + ?Н⁰_обр(SO₄^2- _(р-ор)))

?S_р-ции = S⁰(BaSO_4(кр)) — (S⁰(Ba²⁺_(р-ор)) + S⁰(SO₄^2- _(р-ор)))

?G_р-ции = ?G⁰_обр(BaSO_4(кр)) — (?G⁰_обр(Ba²⁺_(р-ор)) + ?G⁰_обр(SO₄^2- _(р-ор)))

Запишем табличные данные энтальпий, энтропий и энергий Гиббса образования всех участников реакции:

Найдем изменение энтальпии реакции:

?Н_р-ции = - 1458,88 — (- 909,27 + (-537,64)) = - 11,97 кДж Найдем изменение энтропии реакции:

?S_р-ции = 132,21 — (20,1 + 9,6) = 102,51 Дж/К Найдем изменение энергии Гиббса реакции:

?G_р-ции = - 1348,43 — (- 744,53 + (-560,77)) = - 43,13 кДж.

7. Закончить составление молекулярного уравнения окислительно-восстановительной реакции. Коэффициенты подобрать электронно-ионным методом. Определить молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя

Определить в каком направлении протекает данная ОВР при стандартных состояниях всех реагирующих веществ.

K₂Cr₂O₇ + H₂O₂ + H₂SO₄

В данной реакции бихромат калия является окислителем, так как хром находится в максимальной степени окисления, а перекись водорода восстанавливается с выделением кислорода:

K₂Cr₂O₇ + H₂O₂ + H₂SO₄ = K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + O₂ + H₂O

Составляем электронно-ионные уравнения

Cr₂O₇^2- + 6e + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 7H₂O |1 окислитель

H₂O₂ — 2e = 2H⁺ + O₂ | 3 восстановитель Суммируем с учетом получившихся коэффициентов:

Cr₂O₇^2- + 6e + 14H⁺ + 3H₂O₂ — 6e = 2Cr³⁺ + 7H₂O + 6H⁺ + 3O₂

Cr₂O₇^2- + 8H⁺ + 3H₂O₂ = 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3O₂

Дописываем недостающие ионы и окончательно уравниваем:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂O₂ + 4H₂SO₄ = K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 3O₂ + 7H₂O

Молярная масса эквивалента в окислительно-восстановительной реакции равна молярной массе окислителя или восстановителя, деленной на число принятых или отданных электронов, таким образом:

Мэ (K₂Cr₂O₇) = М (K₂Cr₂O₇)/6 = 294/6 = 49 г/моль Мэ (H₂O₂) = М (H₂O₂)/2 = 34/2 = 17 г/моль Для определения направления реакции выпишем стандартные окислительно-восстановительные потенциалы:

Если разница потенциалов окислителя и восстановителя положительна, следовательно реакция протекает в прямом направлении

?(Cr₂O₇^2-/2Cr³⁺) = + 1.33 В

?(О₂, Н⁺/Н₂О₂) = + 0,68 В Е = ?_ок-ля — ?_{восст-ля} = 1,33 — 0,68 = 0,65 В > 0.

Так как ЭДС реакции > 0, то реакция при стандартных условиях протекает в прямом направлении.

8. Константа равновесия Fe(OH)_2(тв) - Fe²⁺_(р-ор) + 2ОН^-_(р-ор) при некоторой температуре равна 1*10^-15. В каком направлении идет реакция при следующих концентрациях ионов: С (Fe²⁺) = 1 моль/л, С (ОН) = 2 моль/л

Константа равновесия данного процесса запишется:

Кр = [Fe²⁺]*[OH^-]² / [Fe (OH)₂]

Пусть в момент равновесия концентрация Fe (OH)₂ равна х моль/л. Тогда, согласно уравнению диссоциации, концентрации ионов Fe²⁺ и ОН^- соответственно равны х и 2х моль/л.

Подставляя все в выражение константы равновесия, найдем х.

Кр = х*(2х)²/х = 4х³

Х = ³v (Кр/4) = ³v (1*10^-15/4) = 6,3*10^-6 моль/л.

Таким образом в состоянии равновесия концентрация ионов Fe²⁺ равна 6,3*10^-6 моль/л, а концентрация ионов ОН^- равна 1,26*10^-5 моль/л.

Так как, по условию концентрации ионов Fe²⁺ и ОН^- значительно больше равновесных, то реакция протекает в обратном направлении.

9. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения реакций

FeCl₃ + NH₃(р-р) >

Сa (HCO₃)₂ + HCl >

a)

FeCl₃ + 3NH₃*H₂O > Fe (OH)₃ + 3NH₄Cl

Fe³⁺ + 3Cl^- + 3NH₃*H₂O > Fe (OH)₃ + 3NH₄⁺ + 3Cl^-

Fe³⁺ + 3NH₃*H₂O > Fe (OH)₃ + 3NH₄⁺

б) Сa (HCO₃)₂ + 2HCl > CaCl₂ + 2CO₂ + 2H₂O

Ca²⁺ + 2HCO₃^- + 2H⁺ + 2Cl^- > Ca²⁺ + 2Cl^- + 2CO₂ + 2H₂O

2HCO₃^- + 2H⁺ > 2CO₂ + 2H₂O

HCO₃^- + H⁺ > CO₂ + H₂O

10. Образуется ли осадок при смешивании равных объемов 0,02 моль/ СaCl₂ и 0,004 моль/л раствора Na₂HPO₄

О возможности образования осадка можно судить по произведению концентраций ионов Ca²⁺ и HPO₄^2- в растворе. Если произведение концентраций (ПК) больше величины произведения растворимости (ПР), то осадок выпадает, если меньше — то не выпадает.

Произведение растворимости гидрофосфата кальция находим в таблице.

ПР (CaHPO₄) = 2.7*10^-7

Для удобства расчетов примем что объемы исходных раствором равны по 1 литру, тогда концентрация ионов кальция в растворе СаCl₂ равна концентрации соли:

CaCl₂ = Ca²⁺ + 2Cl^-

[Ca²⁺] = См = 0,02 моль/л.

Концентрация гидрофосфат ионов также равна концентрации соли:

Na₂HPO₄ = 2Na⁺ + HPO₄^2-

[HPO₄^2-] = См = 0,004 моль/л.

При сливании растворов объем увеличится вдвое, следовательно концентрации ионов уменьшатся вдвое.

[Ca²⁺] = 0,02/2 = 0,01 моль/л.

[HPO₄^2-] = 0,004/2 = 0,002 моль/л.

Находим произведение концентраций ионов:

[Ca²⁺]*[HPO₄^2-] = 0,01*0,002 = 2*10^-5

Так как ПК > ПР, то осадок образуется.

11. Напишите уравнения возможных протолитических реакций в водных растворах, и укажите рН этих растворов

KClO

Fe (NO₃)₃

a) соль образована сильным основанием и слабой кислотой. В растворе протолизуется по аниону:

KClO + H₂O — KOH + HClO

K⁺ + ClO^- + H₂O — K⁺ + OH^- + HClO

ClO^- + H₂O — OH^- + HClO

pH раствора >7.

б) соль образована слабым основанием и сильной кислотой, протолизуется по катиону:

Fe (NO₃)₃ + H₂O — FeOH (NO₃)₂ + HNO₃

Fe³⁺ + 3NO₃^- + 2H₂OFeOH²⁺ + 2NO₃^- + H₃O⁺ + NO₃^-

Fe³⁺ + 2H₂OFeOH²⁺ + H₃O⁺

pH раствора <7.

Теоретически возможен протолиз по 2-й и 3-й ступеням:

FeOH (NO₃)₂ + H₂O — Fe (OH)₂NO₃ + HNO₃

FeOH²⁺ + 2NO₃^- + 2H₂OFe (OH)₂⁺ + 2NO₃^- + H₃O⁺

FeOH²⁺ + 2H₂OFe (OH)₂⁺ + H₃O⁺

Fe (OH)₂NO₃ + H₂O — Fe (OH)₃ + HNO₃

Fe (OH)₂⁺ + NO₃^- + 2H₂OFe (OH)₃ + NO₃^- + H₃O⁺

Fe (OH)₂⁺ + 2H₂OFe (OH)₃ + H₃O⁺

12. Вычислите рН раствора, содержащего 0,64 г NaOH в 800 мл раствора

Найдем молярность раствора NaOH.

См = (m/M)*1000/V

См = (0,64/40)*1000/800 = 0,02 моль/л.

Так как раствор NaOH является сильным электролитом, то считаем щелочь диссоциированной полностью

NaOH = Na⁺ + OH^-

Концентрация гидроксид-ионов в растворе равна молярности раствора.

[OH^-] = См = 0,02 моль/л Находим гидроксильный показатель среды:

рОН = - lg[OH^-] = - lg0.02 = 1.7

Водородный и гидроксильный показатели связаны между собой соотношением:

рН + рОН = 14. Отсюда рН = 14 — рОН = 14 — 1,7 = 12,3

рН раствора равен 12,3.

13. Рассчитать степень ионизации HClO в 0,01 моль/л растворе и рН этого раствора

молярный пропан окислитель энтальпия Хлорноватистая кислота является слабым электролитом с константой диссоциации = 5*10^-8.

По закону разбавления Оствальда для слабых электролитов константа диссоциации связана со степенью диссоциации и концентрацией электролита соотношением:

Кд = См*?²/(1 — ?).

Так как Кд достаточна мала, то степень диссоциации кислоты тоже мала, следовательно знаменатель можно приравнять к 1: (1 — ?)? 1, тогда:

Кд = См*?²

Найдем степень диссоциации:

? = vКд/См

? = v (5*10^-8/0,01 = 0,0022

Степень диссоциации кислоты равна 0,0022 или 0,22%.

Найдем концентрацию ионов водорода в растворе:

[H⁺] = Cм*? = 0,01*0,0022 = 2,2*10^-5 моль/л Найдем рН раствора:

РН = - lg[H⁺] = - lg (2.2*10^-5) = 4.66

14. Приведите электронную конфигурацию следующих атомов и ионов: Mo⁰(или Mn⁰ видно плохо); N^-3

Видно плохо атом молибдена или марганца, напишу оба.

Mo 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d⁴ но у молибдена происходит «провал» одного электрона с 5s орбитали на 4d:

Mo 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s¹ 4d⁵

Mn 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁵

Ион атома азота N^-3

Атом азота имеет следующую электронную конфигурацию:

N 1s² 2s² 2p³

При образовании иона N^-3 атом азота принимает на 2р орбиталь еще 3 электрона: N^-3 1s² 2s² 2p⁶

15. Учитывая, что координационное число комплексообразователя равно 6, написать координационную формулу соединения

Дать название этого соединения. Написать уравнения ионизации этого соединения. Написать выражение константы нестойкости этого иона.

Co (CN)₃*KCN*2H₂O

В данном соединении комплексообразователем является кобальт. Координационное число равно 6, следовательно ион Co³⁺ образует 6 связей с лигандами, которыми являются цианид ионы CN^- и молекулы воды. Ион калия является внешнесферным ионом.

Исходя из этого формула соединения может быть записана:

K[Co (H₂O)₂(CN)₄]

Это тетрацианодиаквакобальтат (III) калия.

В растворе происходит ступенчатая диссоциация:

1-я ступень на внешнюю и внутреннюю сферы:

K[Co (H₂O)₂(CN)₄] = К⁺ + [Co (H₂O)₂(CN)₄]^-

Далее протекает ступенчатая диссоциация внутренней сферы:

[Co (H₂O)₂(CN)₄]^- = [Co (H₂O)₂(CN)₃] + CN^-

[Co (H₂O)₂(CN)₃] = [Co (H₂O)₂(CN)₂]⁺ + CN^-

[Co (H₂O)₂(CN)₂]⁺ = [Co (H₂O)₂(CN)]²⁺ + CN^-

[Co (H₂O)₂(CN)]²⁺ = [Co (H₂O)₂]³⁺ + CN^-

[Co (H₂O)₂]³⁺ = [Co (H₂O)]³⁺ + Н₂О

[Co (H₂O)]³⁺ = Co³⁺ + Н₂О Суммарная диссоциация комплексного иона:

[Co (H₂O)₂(CN)₄]^- = Co³⁺ + Н₂О + 4CN^-

Суммарная диссоциация комплексного соединения:

K[Co (H₂O)₂(CN)₄] = К⁺ + Co³⁺ + Н₂О + 4CN^-

Константа равновесия процесса диссоциации комплексного иона называется константой нестойкости. Молекулы воды не включаются в выражение для Кн.

Кн = [Co³⁺]*[CN^-]⁴ / [[Co (H₂O)₂(CN)₄]^-]