Найти массу серной кислоты, необходимую для полной нейтрализации 20 г гидроксида натрия.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра общей химии

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫПО ХИМИИ

Для студентов заочного отделения

Составители:

Д.х.н., проф. Сидоров В.И., к.т.н., проф. Никифорова Т.П.,

К.х.н., доц. Платонова Е.Е., к.т.н., доц. Доможилова Ю.В.

МОСКВА 2007

Контрольные задания подготовлены в соответствии с программой по химии для инженерно─технических вузов, включают общетеоретическую и специальные части, предназначены для студентов заочного отделения строительного университета всех специальностей.

Указания к выбору варианта контрольного задания и его оформления:

1. Номер варианта контрольного задания студент получает у преподавателя кафедры общей химии.

2. При выполнении контрольного задания студент должен:

· отвечать на вопросы в том порядке, в котором они указаны в задании;

· работу написать аккуратно, разборчивым почерком, ручкой синего, черного или фиолетового цвета (кроме красного);

· оставить на страницах тетради поля, достаточные для замечаний рецензента;

· исправлять замечания рецензента в той же самой тетради; категорически запрещается исправлять замечания рецензента простым переписыванием работы;

· в осеннем семестре студент выполняет контрольные работы под номером №1 и №2;

· в весеннем семестре студент выполняет контрольные работы под номером №3 и №4;

· в конце работы обязательно указать литературу, которой пользовался студент при выполнении контрольных работ (автор, название, издательство, год издания);

· ответы на вопросы задания должны быть изложены кратко, однако существо вопроса раскрыто достаточно полно.

Для успешного освоения курса общей химии в течение учебного года ежемесячно на кафедре проводятся консультации по вопросам контрольных работ. Расписание консультаций устанавливается деканатом ФОК заочного отделения.

ПРИМЕРЫРЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

 

1. Завершите уравнения реакций и уравняйте их:

Al₂O₃ + BaO → Ba(AlO₂)₂

3K₂O + 2H₃PO₄ → 2K₃PO₄ + 3H₂O

MgCO₃ + H₂CO₃ → Mg(HCO₃)₂

Дайте структурную формулу сернистой кислоты.

 

Эмпирическая формула: H₂SO₃

Структурная формула:

 

Найти массу серной кислоты, необходимую для полной нейтрализации 20 г гидроксида натрия.

 

Решение: Уравнение протекающей реакции:

H₂SO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + 2H₂O

Молекулярные массы H₂SO₄ и NaOH соответственно равны 98 и 40; следовательно, их мольные массы составляют 98 и 40 г/моль. Согласно уравнению реакции, 1 моль H₂SO₄ реагирует с 2 молями NaOH, т.е.

98 г H₂SO₄ нейтрализуют 80 г NaOH

x г H₂SO₄ » 20 г NaOH

отсюда

x = 98×20/80 = 24,5 г

 

4. Выразите через концентрации скорости прямой и обратной реакций и константу равновесия для системы:

PCl₅(г) Û PCl₃ (г) + Cl₂ + ΔH

Куда сместится равновесие при: а) повышении температуры; б) повышении давления; в) повышении концентрации Cl₂?

 

Решение: Согласно закону действующих масс скорость прямой и обратной реакции равны:

· скорость прямой реакции: v₁ = k₁×[PCl₅]

· скорость обратной реакции: v₂ = k₂×[PCl₃]×[Cl₂]

Константа равновесия:

k_р = k₁/k₂ = [PCl₃]×[Cl₂]/[PCl₅]

Направление, в котором смещается равновесие, определяем по принципу Ле─Шателье:

а) реакция разложения пентахлорида фосфора — PCl₅ эндотермическая (ΔH>0), следовательно, при повышении температуры равновесие смесится в сторону прямой реакции (→);

б) так как в данной системе разложение PCl₅ приводит к увеличению объема системы, то при повышении давления равновесие сместится в сторону обратной реакции, т.е. в сторону уменьшения объема системы (←);

в) при увеличении концентрации одного из продуктов реакции — Cl₂, равновесие сместится в сторону уменьшения его концентрации, т.е. в сторону обратной реакции (←).

 

5. При синтезе аммиака N₂ + 3H₂ Û 2NH₃ равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ (моль/л): [N₂] = 2,5; [H₂] = 1,8; [NH₃] = 3,6. Рассчитайте исходные концентрации азота и водорода.

 

Решение: Введем обозначения: [N₂] исх., [H₂] исх. — исходные концентрации азота и водорода; [N₂] равн., [H₂] равн. — равновесные концентрации азота и водорода; [N₂] изр., [H₂] изр. — израсходованные концентрации азота и водорода.

Тогда запишем:

[N₂] исх. = [N₂] равн. + [N₂] изр.

[H₂] исх. = [H₂] равн. + [H₂] изр.

1 моль N₂ расходуется на образование 2 моль NH₃.

x моль/л N₂ расходуется на образование 3,6 моль/л NH₃.

x = 1,8 моль/л.

[N₂] изр. = 1,8 моль/л.

[N₂] исх. = 2,5 + 1,8 = 4,3 моль/л.

3 моль H₂ расходуется на образование 2 моль NH₃.

x моль/л H₂ расходуется на образование 3,6 моль/л NH₃.

x = 5,4 моль/л.

[H₂] изр. = 5,4 моль/л.

[H₂] исх. = 1,8 + 5,4 = 7,2 моль/л.

Исходные концентрации азота и водорода равны 4,3 моль/л и 7,2 моль/л.

 

6. Составьте электронную и электронно-графическую формулы элемента Si и иона Mg²⁺. Определите порядковый номер и название элемента, если структура валентного электронного слоя его атома соответствует формуле: 4f¹⁴6s².

 

Решение: В соответствии с порядком заполнения атомных орбиталей записываем электронную формулу кремния 1s²2s²2p⁶3s²3p².

Электронно─графическая формула имеет следующий вид:

Mg⁰ ─ 2ē = Mg²⁺. Удаляются внешние электроны. Электронная конфигурация атома Mg⁰ — 1s²2s²2p⁶3s². Электронная конфигурация иона Mg²⁺ — 1s²2s²2p⁶3s⁰.

Электронно─графическая формула имеет следующий вид:

В соответствии с периодической системой элементов Д.И. Менделеева порядковый номер и название элемента со структурой валентного электронного слоя его атома 4f¹⁴6s² — № 70 иттербий (Yb).

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

 

1. В лаборатории имеется раствор с массовой долей серной кислоты 5,5% (плотность 1,035 г/мл). Определите объем этого раствора, который потребуется для приготовления 0,25 М раствора H₂SO₄ объемом 300 мл.

Решение: Рассчитываем количество вещества серной кислоты (100%─ной), которое потребуется для приготовления 0,25 М раствора H₂SO₄ объемом 0,3 л:

C_M(H₂SO₄) = n(H₂SO₄)/V, тогда

n(H₂SO₄) = C_M(H₂SO₄)×V = 0,25×0,3 = 0,075 моль.

Масса H₂SO₄ составляет:

m(H₂SO₄) = n(H₂SO₄)×M(H₂SO₄) = 0,075 моль × 98 г/моль = 7,35 г.

Вычисляем массу раствора с массовой долей серной кислоты 5,5%, в котором содержится H₂SO₄ массой 7,35 г:

ω(H₂SO₄) = m(H₂SO₄)/m_{раствора}, тогда

m_{раствора} = m(H₂SO₄)/ω(H₂SO₄) = 7,35/0,055 = 133,6 г.

Определяем объем требуемого раствора:

V = m/ρ = 133,6 (г)/1,035 (г/мл) = 129,1 мл.

2. Написать уравнение в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах: хлорид цинка + гидроксид калия.

Решение:

ZnCl₂ + 2KOH → Zn(OH)₂↓ + 2KCl

Zn²⁺ + 2Cl^─ + 2K⁺ + 2OH^─ → Zn(OH)₂↓ + 2K⁺ + 2Cl^─

Zn²⁺ + 2OH^─ → Zn(OH)₂↓

 

3. Концентрация ионов водорода в растворе равна 2,5·10^─5 моль/л. Вычислите pH раствора.

 

Решение: pH = ─lg[H⁺] = ─(2,5·10^─5) = 4,6.

 

4. Вычислите pH 0,1 н. раствора синильной кислоты HCN, константа диссоциации которой равна 4,9×10^─10.

 

Решение: Концентрация ионов водорода равна: [H⁺] = α×C(HCN).

Степень электролитической диссоциации α можно вычислить, используя формулу:

К_Д = С× α² Þ α = √(К_Д/С), где С — концентрация электролита, моль/л.

Подставив значения, указанные в условии задачи, находим степень диссоциации слабого электролита:

α = √(4,9×10^─10/0,1) = 7×10^─5.

Вычисляем концентрацию ионов водорода:

[H⁺] = 0,1×1×7×10^─5 = 0,7×10^─5 моль/л.

Тогда pH = ─lg[H⁺] = ─lg(0,7×10^─5) = 5,15.

 

5. Написать молекулярные и ионные формы уравнений гидролиза, протекающего в растворах солей: NaCN и Cu(NO₃)₂. Как можно усилить или ослабить их гидролиз?

Решение:

NaCN + HOH Û NaOH + HCN

Na⁺ + CN^─ + HOH Û Na⁺ + OH^─ + HCN

CN^─ + HOH Û OH^─ + HCN

pH>7

Для того чтобы усилить гидролиз надо повысить температуру, добавить воды или подкислить. Для того чтобы ослабить гидролиз надо понизить температуру, повысить концентрацию соли или подщелачить.

 

Cu(NO₃)₂ + HOH Û CuOHNO₃ + HNO₃

Cu²⁺ + 2NO₃^─ + HOH Û CuOH⁺ + NO₃^─ + H⁺ + NO₃^─

Cu²⁺ + HOH Û CuOH⁺ + H⁺

pH<7

CuOHNO₃+ HOH Û Cu(OH)₂↓ + HNO₃

CuOH⁺ + NO₃^─ + HOH Û Cu(OH)₂↓ + H⁺ + NO₃^─

CuOH⁺ + HOH Û Cu(OH)₂↓ + H⁺

Для того чтобы усилить гидролиз надо повысить температуру, добавить воды или подщелачить. Для того чтобы ослабить гидролиз надо понизить температуру, повысить концентрацию соли или подкислить.

 

6. Дайте два примера солей железа (II), в водных растворах которых pH<7 и pH≈7.

Решение:

В водном растворе FeCl₂ pH<7; в водном растворе FeS pH≈7.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №3

 

1. В воде содержатся катионы и анионы в следующих концентрациях (мэкв/л): Ca²⁺ — 2,5; Na⁺ — 1,8; Mg²⁺ — 0,7; HCO₃^─ — 2,9; Cl^─ — 1,5; SO₄^2─ — 0,6. Рассчитайте величины общей, временной и постоянной жесткости воды.

 

Решение: Ионы натрия не обуславливают жесткость воды, тогда по определению жесткости общая жесткость равна:

Ж_о = [Ca²⁺] + [Mg²⁺] = 2,5 + 0,7 = 3,2 ммоль-экв/л.

Карбонатная жесткость — часть общей жесткости, эквивалентная содержанию HCO₃^─, т.е. Ж_к = 2,9 ммоль-экв/л.

Постоянную жесткость можно вычислить, зная общую и карбонатную жесткость:

Ж_п = Ж_о – Ж_к = 3,2 – 2,9 = 0,3 ммоль-экв/л.