Общая и неорганическая химия

Общая и неорганическая химия

Задание 1.

Сколько граммов лимонной кислоты С₆Н₈О₇ Н₂О (К_д = 7,4 10^-4) нужно добавить к 1 л винного сусла для понижения рН с 4,0 до 3,0? Считать, что концентрация водородных ионов зависит только от К_д по первой ступени.

Решение ион окисление молекулярный раствор Найдем начальную и конечную концентрацию ионов водорода в сусле при рН=4 и рН=3 по формуле.

pH = -lgС_H+

При рН=4:

концентрация ионов в сусле равна С_H+ =.

Количество ионов водорода в сусле:

n_0H+ =.

При рН=3.

Концентрация ионов в сусле равна: С_H+ =.

Начальное количество n_H+ =.

Необходимо добавить ионов водорода.

моль Отсюда:

Следовательно:

Отсюда:

Задание 2.

В три пробирки, содержащие растворы хлорида цинка (II), добавили эквивалентных количествах: в первую — сульфид натрия, во вторуюкарбонат калия, в третью — воду. Составьте молекулярные и ионномолекулярные уравнения происходящих реакций. Укажите рН водных растворов продуктов реакций.

Решение.

Химическое обменное взаимодействие ионов растворенной соли с водой, приводящее к образованию слабодиссоциирующих продуктов (молекул слабых кислот или оснований, анионов кислых или катионов основных солей) и сопровождающееся изменение рН среды, называется гидролизом.

При сливании водных растворов различных солей возможны как ионно-обменые процессы так и процессы гидролиза. Если слить растворы двух солей, то идет совместный гидролиз двух солей то идет взаимное усиление гидролиза каждой из них, ибо ионы Н⁺ и ОН^- образуют молекулу слабого электролита Н₂О. При этом гидролитическое равновесие сдвигается вправо и гидролиз каждой из взятых солей идет до конца.

1).

2).

3) ZnCl₂ + 2HOH Zn (OH)₂ + 2HCl.

Zn²⁺ + 2Cl- + 2H-OH Zn (OH)₂ + 2H⁺ + 2Cl^-

Соль ZnCl₂ образована слабым основанием и сильной кислотой.

ZnCl₂

реакция не идет.

(1-я ступень) Образуется слабодиссоциирующий катион. Среда при гидролизе кислая рН меньше семи (во всех приведенных реакциях).

Молекулярное уравнение первой ступени гидролиза:

Гидролизом по второй ступени при обычных условиях можно пренебречь.

Задание 3.

Образуется ли осадок гидроксида свинца (II) (ПР =510^-16), если к 0.1н раствору нитрата свинца добавить равный объем 0.4н раствора гидроксида натрия?

Решение.

При сливании двух разных объемов суммарный объем раствора увеличиться вдвое, а концентрация уменьшиться вдвое, следовательно концентрация раствора Pb (NO₃)₂ будет равна 0,05н, NaOH — 0,2н.

Pb²⁺+ OH^- Pb (OH)₂

C учетом условия задачи находим произведения концентраций ионов:

ПР (Pb (OH)₂)=[ Pb²⁺][ OH^-]²=0,050,2=110^-2

Сопоставляя полученное значение со значением произведения растворимости в условии задачи, видим, что рассчитанное произведение концентраций ионов превышает ПР (Pb (OH)₂), следовательно раствор перенасыщен, и выпадает осадок.

Задание4.

Какую массу Ca (OH)₂ и Na₂CO₃ надо добавить на каждый литр воды, чтобы снизить ее общую жесткость с 12 до 7 ммоль/л, а временную с 6 до 3,5 ммоль/л.

Решение.

Найдем массу смеси для того чтобы снизить общую жесткость:

m (Ca (OH)_2,Na₂CO₃) =(Ж₁ЧVЧМэ (Ca (OH)₂, Na₂CO₃))-(Ж₂ЧVЧ ЧМэ (Ca (OH)₂, Na₂CO₃)),.

где Ж₁— жесткость воды, ммоль-экв/л;

V-объем воды, л;

М_э — молярная масса эквивалента, для устранения жесткости, г/моль.

Мэ (Ca (OH)₂)=37 г/моль Мэ (Na₂CO₃)=53г/моль Отсюда:

m (Ca (OH)_2,Na₂CO₃)=(12Ч1Ч (53+37))-(7Ч1Ч (53+37))=.

=1080 — 630=450мг=0,45 г Найдем массу смеси, чтобы снизить временную жесткость:

m (Ca (OH)_2,Na₂CO₃)=(6Ч1Ч (53+37))-(3,5Ч1Ч (53+37))=540−315=.

=225мг=0,225 г Задание 5.

Две реакции протекают при 25⁰С с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2, второй 2,5. Найдите отношение скоростей этих реакций при температуре 95⁰С.

Решение В соответствии с правилом Вант-Гоффа найдем температурный коэффициент для скорости первой реакции:

Скорость первой реакции увеличиться в 128 раз при увеличении температуры до 95 °C Найдем температурный коэффициент для скорости второй реакции:

Скорость первой реакции увеличиться в 129,6 раз при увеличении температуры до 95 °C Задание 6.

В реакции между растворами иодида калия и пероксидом водорода в сернокислой среде, используемой при определении активных окислительных ферментов.

Решение.

H₂O₂ + H₂SO₄ + 2KI = 2H₂O + I₂ + K₂SO₄

H₂O₂ + 2H₃O⁺ +2I^- = 4H₂O + I₂

Задание 7.

В реакции между металлической медью и кислородом в присутствии углекислого газа и паров воды, являющейся причиной позеленения старинных медных изделий за счет образования карбоната дигидроксомеди (II).

Решение.

Cu₂(CO₃)(OH)₂2CuO+CO₂+H₂O.

Дигидроксокарбонат меди (II).

Уравнение электронного баланса составлять не надо, т. к ни один элемент не меняет степень окисления.

Задание 8.

В каких растворах восстановительная способность цинка выражена более сильно, если.

• а) Zn²⁺ + 2e = Zn Е⁰₂₉₈ = -0,76 В
• б) Zn²⁺ + 2H₂O + 2e = Zn + 4OH^- Е⁰₂₉₈=-1,26 В

Решение а) Zn²⁺ + 2e = Zn.

Восстановительная способность больше выражена в растворе сульфата медию Любой окислительновосстановительный процесс связан с переходом электронов от одних молекул или ионов к другим.

Zn (т) + CuSO4 (р-р) = ZnSO4 (р-р) + Сu (т) Электроны цинка переходят к ионам меди:

Zn° (т) + Сu⁺² (р-р) = Zn⁺² (р-р) + Сu° (Т) В данном случае протекают два взаимосвязанных процесса: окисление и восстановление. Окислением называют процесс потери электронов, приводящий к повышению степени окисления. Вещества, атомы или ионы которых отдают электроны называют восстановителями. Восстановитель, отдавая электроны, окисляется.

Zn° -2е > Zn⁺²

Восстановление — процесс присоединения электронов, приводящий к понижению степени окисления. Вещества, атомы или ионы которых присоединяют электроны называются окислителями. Окислитель, присоединяя электроны, восстанавливается.

Сu⁺² + 2е > Сu⁰.

Общее число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Также окислительно-востановительный потенциал цинка равен Е= -0,76 В, а Е== 0,34 В. Это говорит о том, реакция возможна.

б) Zn²⁺ + 2H₂O + 2e = Zn + 4OH^-, Е⁰₂₉₈=-1,26 В взаимодействует с щелочами: при взаимодействии с водным раствором щелочи образуется комплексная соль цинковой кислоты (гидроксоцинкат натрия).

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn (OH)₄] + H₂

Zn⁰ — 2e- = 2Zn²⁺

2H₂O + 2e- = H₂0 + 2OH;

Е= -1,26 В Е-= -0,414 В.

В данной реакции восстановительная способность больше выражена у цинка. Следовательно реакция возможна.

Задание 9.

Исходя из положения металлов в ряду напряжения и растворимости продуктов их взаимодействия с указанными ниже реагентами, определите в каком из приведенных реагентов — воде; уксусной, азотной, серной кислотах (различных концентраций); гидроксиде калия — происходит растворение металлов: меди (при стандартных условиях). Ответ подтвердите соответствующими уравнениями реакций.

Решение Медь располагается в ряду напряжения металлов после водорода, будет реагировать серной и азотной кислотой любой концентрации.

Реагирует с концентрированной холодной серной кислотой:

oксид меди (II).

С концентрированной горячей серной кислотой:

сульфат меди (II).

С безводной серной кислотой при 200 °C:

сульфат меди (I).

C разбавленной серной кислотой при нагревании в присутствии кислорода воздуха:

сульфат меди (II).

Реагирует с концентрированной азотной кислотой:

нитрат меди (II).

С разбавленной азотной кислотой:

нитрат меди (II).

Используемая литература

• 1.. Глинка Н. Л. Общая химия. М.: Интеграл-пресс, 2002.
• 2. Коровин Н. В. Общая химия. М.: Высшая школа, 2002.
• 3. Суворов А. В., Никольский А. Б. Общая химия. СПб.: Химия, 2002.
• 4.. Соколов Р. С. Химическая технология: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений: В 2 т. М.: Гуманит. центр ВЛАДОС, 2003. Т. 1: Химическое производство в антропогенной деятельности. Основные вопросы химической технологии. Производство неорганических веществ.
• 5. Угай А. Я. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2000.