Задачник Химия 8 класс Кузнецова Левкин

^ 53 , ^18 18 5±1 5з*5р‘ g 2 Тр 54 3 ^18 18 131.29 ±3 5s’5p* 8 КСЕНОН 2 SSe 8> 18в,207±1 РЕНИЙ 8 5d‘6s* 190,2 ±1 2 ОСМИЙ [М 1 6s’6p“^| 2 Rn^l 222,0176 6з*вр‘ 8 РАДОН 2 ’Bh s* [262J БОРИИ i“«Hs ed*7s' [2651 2 ХАССИИ «ЛАНТАНОИДЫ г1 64 1 м 3 4f'5d‘6s' 8 1ИНИЙ 2 Tb®J 158,9254±1 4Р6з*’| ТЕРБИЙ 2 ** АКТИНОИДЫ 3 sred'Ts»^! Вк®4 247,0703 „5f*6d'78>'§ АЛГОРИТМ УСПЕХА ФГОС Н.Е. Кузнецова А.Н. Лёвкин го класс СГ’ Москва Издательский центр «Вентана-Граф» 2012 ББК 24я72 К89 Кузнецова Н.Е. К89 Задачник по химии : 8 класс : [для учащихся общеобразовательных учреждений] / Н.Е. Кузнецова, А.Н. Лёвкин. — М.: Вентана-Граф, 2012. — 128 с. : ил. ISBN 978-5-360-03211-3 Задачник включен в систему «Алгоритм успеха» и содержит расчетные задачи, задачи повышенной сложности; задания и \т1ражне-ния, развивающие учебные умения, творческие и аналитические способности учащихся. Задачи сгруппированы по темам, изучаемым в 8 классе основной школы, в порядке возрастания их сложности: от простых расчетных до олимпиадных. В конце каждой главы приводятся тематические контрольные работы. Последняя (девятая) глава содержит алгоритмы решения типовых задач. Большое число разнообразных задач позволяет учителю использовать их дифференцированно, с учетом подготовки и желания учеников, а учащимся организовать свою собственную деятельность. Соответствует федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования (2010 г.). ББК 24я72 Учебное издание Кузнецова Нинель Евгеньевна Лёвкин Антон Николаевич Задачник по химии 8 класс Для учащихся общеобразовательных учреждений Редакторы Н.Ю. Никонюк, О.М. Нечаева. Внешнее оформление А.А. Осколкова Художественный редактор Л.В. Перцева. Компьютерная верстка Н.И. Беляевой Технические редакторы М.В. Плешакова, Т.В. Фатюхина. Корректор В.С. Антонова Подписано в печать 17.01.12. Формат 70x90/16. Бумага офсетная № 1 Печать офсетная. Гарнитура NewBaskervilleC. Печ. л. 8,0. Тираж 10 000 экз. Заказ №3227/12 ООО Издательский центр «Вентана-Граф» 127422, Москва, ул. Тимирязевская, д. 1, корп. 3. Тел./факс: (495) 611-15-74, 61Т2Т56 E-mail: [email protected], https://vv^vw.vgf.ru Отпечатано в соответствии с предоставленными материалами в ООО «ИПК Парето-Принт», 170546, Тверская область. Калининский р-н, Бурашевское сельское поселение, промышленная зона Боровлёво-1, комплекс 3 «А». wM^.pareto-print.ru ISBN 978-5-360-03211-3 © Кузнецова Н.Е., Лёвкин А.Н., 2002 © Издательский центр «Вентана-Граф», 2002 Предисловие Этот задачник ориентирован на учебник авторского коллектива под руководством доктора педагогических наук, профессора Н.Е. Кузнецовой и входит в состав учебно-методического комплекта тех же авторов. Задачником можно пользоваться и при работе с учебниками других авторов. В наш задачник, состоящий из девяти глав, включены как типовые расчетные задачи, так и упражнения для работы над формированием определенных умений и навыков, задачи с элементами качественного анализа, различные творческие задания и задачи повышенного уровня сложности. Задачи сгруппированы по основным темам, последовательно изучаемым в 8-м классе: «Первоначальные химические понятия», «Химические реакции», «Смеси. Растворы», «Газы. Кислород. Горение», «Основные классы неорганических соединений», «Строение атома. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева», «Строение вещества. Химические реакции в свете электронной теории», «Водород. Галогены». В заключительную — девятую — главу выделена тема «Алгоритмы решения типовых задач», что должно помочь в освоении способов решения расчетных задач основных типов. Каждая из глав, в свою очередь, разбита на несколько разделов. В начале большинства разделов приводится перечень основных понятий, использованных при изучении той или иной конкретной, «узкой» темы, и краткое объяснение этих понятий. Подчеркнем, что мы не старались заменить учебник и подробно раскрыть содержание обсуждаемых терминов. Наша задача состояла в актуализации тех терминов и понятий, которые используют учащиеся при решении задач по той или иной теме. После упражнений, предназначенных для отработки определенных умений и навыков, для закрепления изучаемого материала, идут расчетные задачи, расположенные по возрастанию уровня сложности — от самых простых до задач повышенного уровня сложности и олимпиадных. Важно отметить, что для освоения образовательного стандарта по химии от учащегося вовсе не требуется решить все задачи по изучаемой теме. Большое число различных заданий дает учителю возможность их выбора в зависимости от уровня подготовленности учащихся и предполагаемой специализации. Мы хотели, чтобы в нашем задачнике были и вполне доступные задачи для учащихся базовых классов, и задачи, над которыми могли бы поразмышлять учащиеся, связывающие выбор своей профессии с химией. В каждом из разделов приводятся задачи разных типов, в то же время в задачник включено достаточно много однотипных задач для работы над формированием базовых умений и навыков. Это позволяет разобрать в классе ход решения нескольких таких задач, закрепить тот или иной навык во время самостоятельной работы и проверить степень усвоения учебного материала на последующих занятиях. Примеры решения типовых задач есть в большинстве разделов. В конце каждой главы приведены решения некоторых комбинированных или нестандартных задач по теме в целом, а также тематическая контрольная работа для учащихся базовых классов. К расчетным задачам предлагаются ответы в конце задачника. Отметим, что мы не давали ответы ко всем задачам, особенно к тем, которые требовали творческого подхода, оставляя учащимся возможность подумать самим и поискать ответы и решения в литературе. Задачи повышенной сложности не выделены в отдельный блок, а включены в каждый из разделов. Мы сознательно не выделяли задачи такого типа, как и олимпиадные задачи, предоставляя учителю самому определить, кому из учащихся адресована та или иная задача. Хочется пожелать всем нашим читателям творческих успехов, и пусть эта книга поможет вам в вашей работе. Свои отзывы о задачнике и замечания вы можете отправить авторам по электронной почте, наш адрес: [email protected] Глава 1 Первоначальные химические понятия 1 • 1 • Вещества и физические тела. Физические свойства веществ. Физические и химические явления Вещество — вид материи, имеет определенный состав (природу составляющих его частиц и их число), строение (пространственное расположение частиц) и характерные, постоянные в данных условиях, свойства. Химия — наука о веществах и их превращениях. Химические реакции (химические явления) — процессы, в ходе которых исходные вещества (реагенты) превращаются в другие вещества (продукты реакции). Физические явления — процессы, в ходе которых новые вещества не образуются. Примечание. Резкой границы между физическими и химическими явлениями нет. Существуют физико-химические явления, например растворение — процесс образования раствора, сопровождающийся взаимодействием растворяемого вещества с растворителем. Вопросы и задания 1 -1. В каждом случае назовите физическое тело и вещество, из которого оно изготовлено (например, «стеклянный стакан»: стакан — тело, стекло — вещество). Медная монета, железный гвоздь, хрустальный башмачок, таблетка аспирина, серебряный колокольчик, кристалл сахара, ледяной дворец, оловянный солдатик, золотое кольцо. 1-2. В каких примерах речь идет о физических телах, а в каких — о веществах? Кирпич, сахар, стакан, проволока, ртуть, железо, поваренная соль, дрова, сера, кислород. 1-3. Определите, в чем явное отличие между следующими веществами: а) алюминий и ртуть; б) вода и углекислый газ; в) медь и алюминий; г) поваренная соль и сахар; д) уксус и бензин; е) алюминий и свинец. 1-4. В каких случаях речь идет о чистых веществах, а в каких — о смесях: морская вода, азот, кислород, воздух, гранит, молоко, сахар, варенье, железо? Запишите в тетради названия чистых веществ. 1-5. По описанию физических свойств вещества определите, о каком веществе идет речь: а) при обычных условиях это бесцветная жидкость, без запаха и вкуса, = = 0°С, U=100°C,p=l г/см^- б) при обычных условиях это твердое вещество розового цвета, = = 1083 °С, р = 8,96 г/см . Оно хорошо проводит тепло и электрический ток, обладает металлическим блеском; в) при обычных условиях это кристаллы серого цвета с металлическим блеском. Вещество проводит электрический ток, устойчиво к легкому нагреванию, но при t = 3700 °С, не плавясь, переходит в газообразное состояние (возгоняется). Вещество мягкое; если провести изделием из этого вещества по какой-либо поверхности, на ней остаются частички данного вещества; г) при обычных условиях это тяжелая подвижная жидкость серебристо-белого цвета с металлическим блеском, р = 1 3,6 г/см . 1-6. Из перечисленных веществ выберите а) пластичные вещества, б) хрупкие вещества, в) эластичные вещества. Перечень веществ: свинец, резина, стекло, медь, пластмасса, каучук. 1 -7. Пользуясь справочными таблицами, рассчитайте массу а) кристалла поваренной соли объемом 0,5 см , б) золотого кольца объемом 1,25 см , в) порции кислорода объемом 7 м . 1-8. Пользуясь справочными таблицами, рассчитайте объем а) серебряной статуэтки массой 210 г, б) медной детали массой 45 г, в) порции ацетона массой 40 г. 1 -9. Определите, какие явления относятся к физическим, а какие — к химическим: а) замерзание воды; б) горение ацетона; в) испарение ацетона; г) образование зеленого налета на медных предметах; д) измельчение кристаллов сахара; е) прохождение тока по проводам; ж) получение стали из руды; з) брожение смесей, содержащих сахар. Какие признаки перечисленных химических явлений мы можем наблюдать? 1-10. Определите, какие явления относятся к физическим, а какие — к химическим: а) свечение нити в лампе накаливания; б) гниение пищевых продуктов; в) образование тумана; г) изменение формы изделия из пластилина, если его мять в руках; д) горение природного газа; е) кипение воды; ж) ржавление железа; з) диффузия. Какие признаки химических явлений мы можем наблюдать? 1-11. Какие из перечисленных явлений относят к физическим, о какие — к химическим: а) спекание кирпича из глины, 6) перегонка воды, в) получение кислорода из воздуха, г) образование инея, д) процесс фотосинтеза? 1-12. Докажите, что работа автомобильного двигателя связана с химическими процессами. 1-13. Какие признаки химических явлений можно наблюдать а) при горении бенгальских огней, б) при взрыве петарды? 1-14. Приведите примеры химических явлений, используемых в домашних условиях. 1«2« Атомы и молекулы. Химические элементы. Формы существования элементов. Химические формулы Атом — мельчайшая частица химического элемента, являющаяся носителем его свойств. Состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Молекула — наименьшая частица веществ молекулярного строения. Молекулы образованы атомами, химически связанными друг с другом в определенном порядке. Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Простое вещество — вещество, образованное атомами одного химического элемента. Сложное вещество — вещество, образованное атомами разных химических элементов. Химическая формула — условная запись состава вещества посредством символов элементов и индексов. Вопросы и задания 1-15. Приведите примеры веществ, состоящих из молекул, и веществ, которые не состоят из молекул. 1-16. Из данного перечня выберите вещества молекулярного строения и вещества немолекулярного строения: вода, углекислый газ, кислород, медь, поваренная соль, водород, кварц. 1-17. Из данного перечня выберите свойства, присущие отдельным атомам и молекулам, и свойства, присущие веществу: размер, заряд, агрегатное состояние, цвет, запах, вкус, плотность, масса, температура плавления, твердость. Ответ обоснуйте. 1-18. Сейчас известно приблизительно 1 10 различных химических элементов, тогда как простых веществ — более 400. Почему простых веществ больше, чем элементов? 1-19. Перечислите семь простых веществ, молекулы которых состоят из двух атомов. 1-20. Из перечня следующих веществ выберите простые: кислород, вода, углекислый газ, азот, хлор, хлорид натрия, озон. 1-21. Вставьте пропущенные слова «атом» или «молекула» (в нужном числе и падеже): а) химический элемент — это вид б) ... простых веществ образованы ... одного химического элемента; в) оксид кремния образован ... кремния и ... кислорода; г) ... воды образованы ... водорода и ... кислорода; д) при разложении воды электрическим током ... воды распадаются, в результате реакции образуются ... водорода и ... кислорода. 1-22. Из следующих высказываний выберите те, в которых говорится о химическом элементе, и те, в которых говорится о простом веществе: а) атомы водорода; б) кислород для дыхания; в) кислород в составе воздуха; г) горение магния; д) хлор — газ зеленого цвета; е) круговорот азота в природе; ж) молекулы водорода; з) кислород в составе воды; и) кислород, растворенный в воде; к) ржавление железа; л) хлор в составе поваренной соли; м) жидкий азот. 1 -23. В каких случаях речь идет о ртути — химическом элементе, а в каких — о простом веществе: а) из разбитого термометра вылилась ртуть; б) ртуть входит в состав оксида ртути; в) в воздухе были обнаружены пары ртути; г) в состав сульфида ртути входит ртуть? 1-24. Из приведенных формул выпишите формулы простых веществ: Zn, HCI, CI2, СаСОз, SO2, О2, Оз, ZnO. 1-25. Из перечня формул выберите формулы сложных веществ: NaCi, К2СО3, О2, MgO, Си, $8, Ре20з, РеЗОд, К, N028103. 1-26. Объясните, что означают записи: МНз, СНд, HNO3, H2SO4, СбН120б. 1-27. Объясните, что означают записи: 4Ре, 5Н2О, 20, О2, Оз, 20з, 60, ЗО2. 1-28. Объясните, что означают записи: ЗСи, 4СО2, 2N, N2, 5N2, 10N, 2N2O5. 1-29. Запишите химические формулы веществ, если известно, что их молекулы образованы а) двумя атомами углерода и шестью атомами водорода; б) двумя атомами фосфора и пятью атомами кислорода; в) атомом углерода и четырьмя атомами фтора; г) тремя атомами водорода, атомом фосфора и четырьмя атомами кислорода. 1-30. Запишите химические формулы веществ, если известно, что их молекулы состоят: о) из двух атомов азота и одного атома кислорода; б) из трех атомов углерода и восьми атомов водорода; в) из двух атомов хлора и семи атомов кислорода; г) из четырех атомов водорода, двух атомов фосфора и семи атомов кислорода. 1-31. Определите, сколько атомов каждого из элементов содержится в молекулах, состав которых выражен формулами: SO3 СзНз С12Ч22О11 CI2O7 NO2 С^Н^О В2Н6 1«3« Относительная атомная масса. Относительная молекулярная масса Относительная атомная масса (А^) — это отношение средней массы атома данного элемента при его природном изотопном составе к одной атомной единице массы (1 а.е.м.). Величина безразмерная. В наших расчетах относительные атомные массы элементов будем округлять до целых чисел и только относительную атомную массу хлора примем равной 35,5. Относительная молекулярная масса (М,) — это отношение массы молекулы данного вещества к 1 а.е.м. Величина безразмерная. Для немолекулярных веществ понятие «относительная молекулярная масса» употребляется условно. Пример. Вычислите относительную молекулярную массу следующих соединений: а) H2SO4, 6) (СНз)2СО, в) СН3СООН. Решение, а) Находим в периодической системе относительные атомные массы соответствующих элементов, округляя их до целых чисел: А,(Н) = 1, А,(5) = 32, А,(О) = 1 6. Сложим полученные числа с учетом числа атомов в молекуле H2SO4: M,(H2S04) = 2А,(Н) + A,(S) + 4А,(0) = 2 • 1 + 32 + 4 • 16 = 98. б) В случае (СНз)2СО учитываем, что в молекуле данного вещества две группы атомов СНз; следовательно, молекула такого соединения образована тремя атомами С, шестью атомами Н и одним атомом О. Получаем: Ч[(СНз)2СО] = 3 • 12 + 6-1+ 16 = 58. в) Обратите внимание, что в последней формуле символы элементов записаны «вразброс»; не забудьте подсчитать общее число атомов одного элемента. Получаем: М,(СНзСООН) = 2-12+4-1+2-16 = 60. Вопросы и задания 1-32. Найдите в периодической системе и запишите, используя принятые обозначения, относительные атомные массы следующих элементов: LI, Мд, А1, S, С1, Са. 1 -33. Вычислите относительные молекулярные массы следующих соединений: о) СНд, 6) СОз, в) СзНв, г) Р2О5. 1-34. Вычислите относительные молекулярные массы соединений: о) SO2, 6) SO3, в) SCI2. г) 5Рб. 1-35*. Вычислите относительные молекулярные массы следующих веществ: а) FeO, 6) РезОз, в) РезОд, г) РеЗз- 1-36*. Вычислите относительные молекулярные массы следующих веществ: а) AICI3, 6) AI2O3, в) AI4C3, г) AIPO4. 1-37. Вычислите относительные молекулярные массы соединений: а) НСН б) HNO3, в) HCIO4, г) С2Н5ОН, д) СНз(СН2)2СООН. 1-38. Вычислите относительные молекулярные массы следующих соединений: H2SO4, Н3РО4, Си(ОН)2. 1-39*. Вычислите относительные молекулярные массы следующих соединений: а) Ре(МОз)з; 6) Ре2(504)з; в) Воз(Р04)2. 1.4. Вычисление массовой доли элемента. Вывод формулы вещества Массовая доля элемента в соединении [г*^(Э)] показывает, какова доля данного элемента в общей массе соединения. 1^(Э) = k ■ Д(Э) м. (1) W — массовая доля элемента (Э); k — число атомов элемента Э в молекуле (в формульной единице). Пример 1. Вычислим массовые доли элементов в ацетоне (СНз)2СО. Решение. Сначала найдем относительную молекулярную массу соединения: Н[(СНз)2СО] = 2- (12 + 3‘1)+12+16 = 58. Находим массовую долю углерода. Для этого относительную атомную массу углерода (12) умножим на 3 (три атома углерода в молекуле) и поделим на относительную молекулярную массу. Получим примерно 0,621, или 62,1 %. Аналогично находим массовые доли остальных элементов: гг;(Н) = щ(0) = 1 -6 58 16- 1 58 -0,103, или 10,3%; 0,276, или 27,6%. В сумме массовые доли всех элементов должны составить 1, или 100%. * В данных задачах приведены только немолекулярные вещества, для которых понятие «относительная молекулярная масса» употреблено условно. 10 пример 2. В некотором соединении массовая доля азота составляет 30,4%, кислорода — 69,6 %. Выведите простейшую формулу соединения. Решение. Пусть х — число атомов азота, у — число атомов кислорода в данном соединении. Тогда формула вещества будет N^Oy. Преобразовав формулу (1), получим: _ Л/1,(М,Оу) • t/;(N) • w(0) Л(Ы) ' А,(0) В данном случае недостает лишь относительной молекулярной массы. Нам достаточно выявить простейшее соотношение элементов х: з?. ■ u HF + 02 преобразовав схемы в уравнения реакций: 6) Н2О + К Н2 + КОН СаО + Н2О — Са(ОН)2 Fe + Н2О Рез04 + Н2 Н2О2 Н2О + О2 Си(МОз)2 ^ СиО + NO2 + О2 преобразовав схемы в уравнения реакций: б) CUO7 + Н.О > HCIO4 СОз(Р04)2 NaOH + Н2 Са(ОН)2 + Н2 СаО + Р2О5 -NaH + Н2О -СаН2 + Н2О -Na20 + Р2О5 преобразовав схемы в уравнения реакций: б) МазРО, H2S + О2 -С2Н4 + О2 О2 + С2Н2 NH3 + O2-NH3 + O2-HCI + О2 -FeS + 02“ Fe$2 + О2 ■ CU2S + О2 Н2О + SO2 - Н2О + СО2 СО2 + Н2О ^ N2 + Н2О ^ NO + Н2О Н2О + CI2 Ре20з + SO2 ► SO2 + Ре20з ^ СиО + SOo 23 2-11. Расставьте коэффициенты, преобразовав схемы в уравнения реакций: а) б) Zn + СиЗОд ^ Си + 2п50д Мд + H2SO4 ^ МдЗОд + Н2 А1 + СиЗОд — А12(ЗОд)з + Си AI2O3 + НзЗОд — А12(ЗОд)з +Н2О Мд + НзРОд - Мдз(РОд)2 + Н2 МдО + НзЗОд ^ МдЗОд + Н2О РеЗО. + Си Ре + СиЗОд -СО2 + NaOH AI2O3 + HCI -СаС2 + Р^зО ■ А1 + Н2ЗОД ^ МдО + НзРОд -> Мдз(РОд)2 - МозСОз + Н2О AICI3 + Н2О ^ Са(ОН)2 + С2Н2 А12(ЗОд)з + Н2 Н2О 2-12. Расставьте коэффициенты, преобразовав схемы в уравнения реакций: а) Р2О5 КОН КзРОд + Н2О ^ NaN02 + Н2О NaOH + Н2ЗОД ^ Ма230д + Н2О ион + НзРОд — ИзРОд + Н2О РеС1з + NaP ^ РеРз + NaCi Са(ОН)2 + NH3 2 + HCI — CaCl2 + МНдО МНз + Ре0^Ре + Н20 + М2 N2O3 + NaOH Co3N2 + Н2О Co3N б) (МН4)2Сгг07 ^ N2 + СГ2О3 + HjO NH4NO3 + NaOH ^ NaNOj + NH3 + Н2О Ре(ОН)з + H2SO4 — Рв2(504)з + Н2О Н3РО4 + Мд(ОН)2 - Мдз(Р04)2 + Н2О Са(ОН)г + Н3РО4 ^ СаНР04 + HjO Н3РО4 + Са(ОН)2 ^ Са(Н2Р04)2 + Н2О А1(ОН)з + NaOH — Na3 [А1(ОН)«] Р + КСЮз ^ KCI + Р2О5 2«2« Типы химических реакций Типы реакций Примеры Реакции соединения — реакции, в ходе которых из нескольких простых или сложных веществ образуется сложное вещество hv Н2 + си = 2НС1 СаО + Н.О = Са(ОН)2 Реакции разложения — реакции, в ходе которых из сложного вещества образуется несколько других простых или сложных веществ t 2HgO = 2Hg + О2Т 1 СаСОз = СаО + CO,t Реакции замещения — реакции, в ходе которых в результате взаимодействия простого и сложного веществ образуются другое простое и другое сложное вещества 2А1 + SCuCL, = 2А1С1, + 3Cu t CuO + H. = Cu + H2O Реакции обмена — реакции, в ходе которых в результате взаимодействия двух сложных веществ образуются два других сложных вещества NaCl + AgNO., = AgCU + NaNO, NaOH + HCI = NaCl + HjO 24 Вопросы и задания 2-13. Расставьте коэффициенты (в тех случаях, где это необходимо), преобразовав схемы в уравнения реакций. Определите тип данных реакций. а) б) К + О2 ^ КО2 А1 + О2 ^ AI2O; Са + Р СазР2 N2 + Li ^ U3N Н2 + CI2 ^ HCI В + F2 * BF3 S + F2 ^ SF6 N2 + Н2 ^ МНз Na + Н2 ^ NaH А1 + CI2 AICI3 ■14. Расставьте коэффициенты, преобразовав схемы в уравнения реакций. Укажите тип каждой реакции. а) Н2О — N2! +02Т Na20 + Н2О — NaOH СО + О2 ^ СО2 SO2 + 02^ SO3 б) РеС1з + Fe ^ FeCl2 + CI2 — Fe + Н2О ^ 7 + Н2О CI2O FeCl2 FeCia 4 *-Н2| нею. РезО 2-15. Определите типы реакций. Расставьте коэффициенты в тех случаях, когда это необходимо. а) б) СаСОз — А1 + FeO NH4NO3 СаО + СО2 AUOt + Fe + Н Р + О^ РЮ- 12O3 N2O 2О МНз + H2SO4 ^ (NN4)250 СиО + Но ^ НоО + Си 2-16. Расставьте коэффициенты, преобразовав схемы в уравнения реакций. Укажите типы реакций, а) б) КСЮз ^ KCI + О2] Ре20з + Мд МдО + Fe HgCl2 + А1 ^ AICI3 + Нд Р2О5 Н2О Н3РО, Н2О + В2О3 Н3ВО3 НС1 + А1^ А1С1з + Н2! 2-17. Расставьте коэффициенты Укажите типы реакций, а) б) HgO-Hg + ОзТ (NH.bCrP, СаО + НзО — Са(ОН)г СибОд + ВаОз ВабОд], + СиОг Мд + СиО ^ МдО + Си АдМОз + KCI N2O5 + NojO ^ ЫаМОз Н2О2 ^ Н2О + ОгТ преобразовав схемы в уравнения реакций. Ре20з С2Н2Н + Н; ■ Вго N2 + СГ203 + Н20 Fe + Н2О С2Н2ВГ4 KNO3 +АдСЦ 2-18. Расставьте коэффициенты, преобразовав схемы в уравнения реакций. Укажите типы реакций. а) (СиОНЬСОз ^ Fe + CI2 ^ FeCI; NaOH + НгбОд СиО + СОз + НзО ЫазбОд + НзО б) СаО + Р2О5 НзбОд + А1 -Zn + FeClj ^ Саз(РОд)2 > Н2Т + АУбОд)з ZnCl2 + Fe 25 2-19. Закончите уравнения реакций разложения, поставьте коэффициенты, а) б) АдгО = ... AgCI = ... N2© = ... Си(ОН)2 = СиО + ... 2-20. Закончите уравнения реакций соединения. Поставьте коэффициенты, а) 6) Zn + О2 - ... А1 + 02 = ... Li+ 02 = ... Н2 + О2 = ... Fe + S = ... Mg + F2 = ... Na + Cl2 = ... К+ N2 = ... 2-21. Закончите уравнения реакций замещения. Поставьте коэффициенты, а) б) Мд + СиО = ... CI2 + К1 = ... А1 + Fe203 = ... HCI + Zn = ... А1 + FeO = ... Н2 + PbO = ... 2-22. Приведите примеры реакций соединения, в результате которых образуются следующие вещества: а) Fe203,- 6) FeS; в) FeCl3; г) Fel2-2-23. Приведите примеры реакций соединения, в результате которых образуются следующие вещества: а) СиО; б) CuS; в) СиОз; г) СиВгз. 2-24. Приведите примеры реакций соединения, в результате которых образуются следующие вещества: а) СО2,' б) SO2; в) Р2О5; г) РезОд. 2-25. На примере реакции взаимодействия водорода и хлора Н2 + С12 = 2НС1 раскройте сущность данного процесса с позиций атомно-молекулярного учения. 2«3. Простейшие расчеты по уравнениям химических реакций Пример. Вычислите массу оксида фосфора(У), который получится при сгорании 93 г фосфора. Вычислите массу кислорода, который потребуется для этой реакции. Решение. Сначала найдем количество вещества фосфора: 93 г п(Р) =---------= 3 моль. 31 г/моль Теперь запишем уравнение реакции: 4Р + 5О2 = 2Р2О5. По уравнению реакции из 4 моль фосфора образуется 2 моль Р2О5. А какое количество вещества Р2О5 образуется из 3 моль фосфора? Составим пропорцию: 3 моль фосфора л: моль Р2О5 4 моль фосфора ^ 2 моль Р2О5 (по уравнению) 3 X 3-2 — = — ; х =---------=1,5. 4 2 4 26 Итак, л:= 1,5 моль. Следовательно, w(p205) = 1,5 моль. Находим массу оксида фосфора (V): т(Рз05) = 142 г/моль *1,5 моль = 21 3 г. Аналогично вычислим количество вещества кислорода по уравнению реакции: на 3 моль фосфора потребуется у моль кислорода, на 4 моль фосфора потребуется 5 моль кислорода (по уравнению). Составим и решим пропорцию: 4 5 ■ Получим: у = 3,75 моль. Находим массу кислорода: т(02) = 32 г/моль • 3,75 моль = 1 20 г. Ответ: т(Р20з) = 21 3 г, т(02) = 1 20 г. Вопросы и задания 2*26. В реакцию, протекающую по схеме Ре20з + Н2 Fe + Н2О, вступил водород количеством вещества 4,5 моль. Рассчитайте количества веществ — продуктов реакции. Какое количество вещества Ре20з может прореагировать с указанным количеством вещества водорода? (Не забудьте поставить коэффициенты в уравнении реакции.) 2-27. В реакцию, протекающую по схеме А1 + СиО —^ AI2O3 + Си, вступило 1 20 г оксида меди(И) СиО. Рассчитайте, какое количество вещества алюминия потребуется для этой реакции. Какое количество вещества меди и оксида алюминия образуется? 2-28. Найдите недостающие данные и заполните таблицу: 2AI + 6HCI = 2AICI3 + ЗН2 а 6 моль ? моль ? моль ? моль б ? моль 0,1 2 моль ? моль ? моль в ? моль ? моль 0,36 моль ? моль г ? моль ? моль ? моль 5,1 моль 2-29. Найдите недостающие данные и заполните таблицу: ЗСаО + 2Н3РО4 = Саз(РОд): ЗНоО о 9 моль ? моль ? моль ? моль 6 ? моль 0,14 моль ? моль ? моль в ? моль ? моль 2,2 моль ? моль г ? моль ? моль ? моль 15,9 моль 27 2-30. Найдите недостающие данные и заполните таблицу: AUO 2^3 6HNO3 = 2А1(МОз)з + ЗН2О а 0,8 моль ? моль ? моль ? моль 6 ? моль 1 8 моль ? моль ? моль в ? моль ? моль 7,2 моль ? моль г 0,24 моль ? моль ? моль ? моль 2-31. Вычислите массу оксида алюминия, который образуется при сгорании 1 35 г порошкообразного алюминия. Рассчитайте массу кислорода, который потребуется для этого. 2-32. Какую массу меди надо взять, чтобы получить 16 г оксида меди(И)? Какая масса кислорода потребуется для этой реакции? 2-33. Какую массу железа надо взять, чтобы получить 1 16 г железной окалины Рез04? Какая масса кислорода будет израсходована в этой реакции? 2-34. Какую массу воды нужно подвергнуть разложению электрическим током, чтобы получить а) 1,6 г кислорода; б) 1,6 г водорода? 2-35. Какова масса оксида лития, образовавшегося при взаимодействии 35 г лития с кислородом? 2-36. Вычислите объем кислорода (н.у.), который потребуется для сжигания порошка магния массой 6 г. 2-37. При прокаливании 100 г карбоната кальция СаСОз образовалось 56 г оксида кальция СаО и 22,4 л (н.у.) углекислого газа СО2. Не противоречит ли это закону сохранения массы? Тепловой эффект химической реакции — количество теплоты, которое выделяется или поглощается в результате реакции. Обозначается символом Q. Экзотермические реакции — реакции, протекающие с выделением теплоты. Эндотермические реакции — реакции, протекающие с поглощением теплоты. 2-38. Тепловой эффект реакции образования сульфида меди(Н) CuS составляет 48,53 кДж/моль. Какое количество теплоты выделится при образовании 144 г сульфида меди(И)? 2-39. Тепловой эффект образования хлороводорода составляет 92,05 кДж/моль. Вычислите количество теплоты, которое выделится при образовании 73 гхлороводорода. 2-40. Реакция получения хлороводорода протекает по уравнению: Н2 + С12 = 2НС1+ 184,1 кДж Какое количество теплоты выделится, если в реакции будет участвовать 142 г хлора? 28 Контрольная робота по теме «Химические реакции» Вариант 1 1. Преобразуйте схемы в уравнения реакций, укажите тип реакции. г) Ре20з + Н2 ^ Fe + Н2О д) АдМОз + Cal2 ^ Са(МОз)2 + Ад1 а) С + А1 AI4C3 б) Р + О2 Р2О5 в) КСЮз ^ KCI + О2 2. Закончите уравнения реакций а) соединения: Li + О2 = ?; А1 + О2 = ? б) разложения: AgCI = ? в) замещения: А1 + СиО = ? При составлении формул сложных веществ не забудьте использовать знания о валентности элементов. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. 3. Решите задачу. Нагретый порошок железа сгорает в хлоре. В результате образуется хлорид желе-за(111) РеС1з, который используется для травления плат в электротехнике. Сгоранию железа в хлоре соответствует схема реакции: Ре + CI2 ^ РеС1з Преобразуйте данную схему в уравнение реакции. Рассчитайте массу железа, которая потребуется для получения 381 г хлорида железа(111). 4. Решите задачу. Вычислите массу оксида алюминия, который образовался в результате сгорания 2,7 г порошка алюминия. Вариант 2 1. Преобразуйте схемы в уравнения реакций, укажите тип реакции, а) А1 + S -> AI2S3 г) V2O5 + Н2 ^ V + Н2О д) А12(504)з + BaCi' BaS04 + AICI3 б) В + О2 *' В2О3 в) МаМОз NaN02 + О2 2. Закончите уравнения реакций а) соединения: Мд + 02 = ? N2 + 02 = ? б) разложения: НдО = ? в) замещения: Мд + р02Оз = ? При составлении формул сложных веществ не забудьте использовать знания о валентности элементов. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. 3. Решите задачу. Фосфор самовоспламеняется в хлоре. Этому процессу соответствует схема реакции: р + а PCL Преобразуйте данную схему в уравнение реакции и вычислите массу фосфора, необходимого для получения 20,85 г хлорида фосфора(У) PCI5. 4. Решите задачу. Вычислите массу воды, которая образовалась при сгорании 10 г водорода. 29 Глава 3 Смеси. Растворы 3.1. Смеси. Очистка веществ. Массовая доля вещества в смеси Смеси — системы переменного состава, состоящие из нескольких компонентов, в которых индивидуальность этих компонентов сохраняется. Вопросы и задания 3-1. Из данного перечня выберите о) смеси, 6) индивидуальные вещества. Водород, воздух, дистиллированная вода, нефть, сахар, поваренная соль, медь, гранит. 3-2. Почему свойства смесей отличаются от свойств чистых веществ? Ответ аргументируйте. 3-3. Объясните, чем отличается смесь водорода и кислорода от химического соединения водорода и кислорода. 3-4. Из данного перечня выберите а) гомогенные смеси, б) гетерогенные смеси. Воздух, молоко, песок и поваренная соль, смесь льда с водой, уксус, раствор сахара. 3-5. Предложите способ разделения смесей: а) бензина и воды; б) сахарного и речного песка; в) медных и железных опилок; г) кристаллического иода и поваренной соли. 3-6. Какие из перечисленных ниже операций необходимо произвести для отделения а) сахара от воды; б) воды от толченого мела? Выпаривание, перегонка, фильтрование. 3-7. Какие из перечисленных операций: выпаривание, перегонка, фильтрование — необходимо произвести для очистки морской воды от растворенных в ней солей? 3-8. Вычислите массовую долю олова в образце бронзы, который получен при сплавлении 30 г олова с 1 70 г меди. 3-9. Вычислите массовую долю меди в образце латуни, полученной при сплавлении 1 7,5 г цинка с 32,5 г меди. 3-10. Вычислите массовые доли металлов в сплаве, называемом дюралюми-ном, если известно, что образец такого сплава был получен при сплавлении 1 5 г меди, 9 г марганца, 3 г магния и 267 г алюминия. 3-11. Мельхиоры — сплавы меди с никелем. Вычислите массу меди в мельхиоровом изделии массой 25 г, если известно, что массовая доля меди в таком сорте мельхиора составляет 60%. 3-12. Массовая доля хрома в нержавеющей стали составляет 1 2%. Вычислите массу хрома, который содержится в детали массой 40 кг, сделанной из этой стали. 3-13. Из 1 2 г загрязненного аспирина после очистки было получено 1 1,94 г чистого вещества. Какова массовая доля примесей в исходном аспирине? 3-14. Какую массу известняка надо взять для получения 200 г чистого карбоната кальция? Массовую долю карбоната кальция в известняке считать равной 80%. 3.2* Растворы. Массовая доля вещества в растворе Истинные растворы — однородные системы переменного состава, содержащие частицы растворенного вещества (атомы, молекулы или ионы), частицы растворителя и продукты взаимодействия частиц растворенного вещества с частицами растворителя. Массовая доля растворенного вещества {ги) — отношение массы растворенного вещества к массе раствора. Массовая доля, выраженная в процентах (процентная концентрация), показывает, какая масса растворенного вещества (в г) содержится в 100 г раствора. (4) масса раствора; — масса Шв.ва — масса растворенного вещества; растворителя. Преобразовав данную формулу, получим формулу для расчета массы растворенного вещества в растворе: ^^-ва ~ ^ ’ ^р-ра* Примеры решения типовых задач (с соответствующим оформлением) приведены в главе 9. Рассмотрим методы решения более сложных задач. Пример 1. Вычислите массовую долю гидроксида натрия NaOH в растворе, полученном при смешивании 200 г 5%-ного раствора и 300 г 20%-ного раствора этого вещества. Региение. Изобразим условие задачи с помощью схемы: С— ^ №1 №2 200 г + 300 г 5% 20% ^ ^ ^ w(NaOH)? Введем обозначения: т, — масса раствора в первом стакане, — масса раствора во втором стакане, mi(NaOH) — масса растворенного вещества (в данном случае NaOH) в первом стакане, m2(NaOH) — масса растворенного вещества во втором стакане. 31 Массовые доли, выраженные в процентах, переведем в доли единицы. Для этого значения массовых долей в процентах разделим на 100%. Таким образом, массовые доли вещества в 5%-ном и в 20%-ном растворах составят 0,05 и 0,2 соответственно. В результате получаем: mi(NaOH) + m2(NaOH) 0,05 • 200 + 0,2 • 300 w(NaOH) =------------------------=-------—77^-----------= о, 14, или 14%. mi + m2 Ответ: w(NaOH) = 14%. 200 + 300 Пример 2. Вычислите массу 40%-ного раствора серной кислоты, который надо добавить к 200 г 1 0%-НОГО раствора, чтобы получить 30%-ный раствор. Решение. Изобразим условие задачи в виде схемы: С— ^ С— №1 №2 200 г + X г 10% 40% 30% Пусть х г = тр.ра (№2). Массовые доли серной кислоты в 10%-ном, 40%-ном и 30%-ном растворах выразим в долях единицы; они составят 0,1; 0,4 и 0,3 соответственно. Масса растворенной серной кислоты в 1 0%-ном растворе равна (0,1 * 200) г, а в 40%-ном растворе — 0,4х г. Составим и решим уравнение: 0,1 -200 + 0,4-х 0,3=-------------------; 200 + X 20 + 0,4х= 0,3 • (200 + х), откуда х= 400 г. Ответ: масса 40%-ного раствора H2SO4 равна 400 г. Пример 3. Определите, какая масса 10%-ного и какая масса 50%-ного раствора азотной кислоты потребуются для приготовления 500 г 25%-ного раствора. Решение. Изобразим условие задачи в виде схемы: ^ ^ №1 №2 X г + ))Г 500 г 10% 50% 25% > > L 32 Обозначим массу 10%-ного раствора через х, а массу 50%-ного раствора — через Шг (№1) = хг; тр.ра (№2) = у г. Масса раствора, образовавшегося в результате смешивания двух исходных растворов, равна х + у= 500 г Масса растворенного вещества в первом растворе составляет о, 1 X г, а во втором — 0,5з) г. Можно составить и решить систему уравнений: х + у = 500; о, 1 х + 0,5)? 0,25 500 Решив систему, получим: х = 31 2,5 г; )? = 1 87,5 г. Ответ: (10%) = 31 2,5 г; т. (50%) = 1 87,5 г. Вопросы и задания 3-15. Навеску соли массой 15 г растворили в 1 85 г воды. Вычислите массовую долю соли в образовавшемся растворе. 3-16. Порцию серной кислоты H2SO4 массой 25 г растворили в 1 25 г воды. Какова массовая доля серной кислоты в образовавшемся растворе? 3-17. Навеску сахара С12Н22О1, массой 1 2,5 г растворили в 1 1 2,5 г воды. Вычислите массовую долю сахара в полученном растворе. 3-18. В 350 г воды растворили 50 г нитрата калия KNO3. Вычислите массовую долю нитрата калия в образовавшемся растворе. 3-19. В результате выпаривания 200 г раствора поваренной соли NaCi получили 12,5 г сухого остатка. Вычислите массовую долю соли в исходном растворе. 3-20. В результате выпаривания 1 25 г раствора соли образовалось 36 г сухого остатка. Вычислите массовую долю соли в исходном растворе. 3-21. В 100 г воды растворили 1 2 г гидроксида натрия NaOH и 1 3 г гидроксида калия КОН. Вычислите массовые доли гидроксида калия и гидроксида натрия в образовавшемся растворе. 3-22. Для приготовления смеси кислот в 175 г воды растворили 10 г серной кислоты H2SO4 и 15 г азотной кислоты HNO3. Вычислите массовые доли серной и азотной кислот в полученном растворе. 3-23. Вычислите массу соли, которая содержится в 500 г ее 1 2%-ного раствора. 3-24. Какая масса соли и какая масса воды потребуются для приготовления 200 г 5%-ного раствора соли? 3-25. Какая масса 1 00%-ной серной кислоты H2SO4 и какая масса воды потребуются для приготовления 50 г 40%-ного раствора этой кислоты? 3-26. В медицине используется физиологический раствор — 0,85%-ный раствор поваренной соли NaCl. Рассчитайте массу поваренной соли и массу воды, необходимые для получения 100 г такого раствора. 3-27. Раствор уксусной кислоты СН3СООН, в котором ее массовая доля составляет 9%, известен под названием «столовый уксус». Вычислите массу 33 1 00%-НОЙ уксусной кислоты и массу воды, которые потребуются для приготовления 1 кг столового уксуса. 3-28. Для приготовления моченых яблок используют раствор, массовая доля сахара в котором равна 3,84%. Какая масса сахара потребуется для приготовления 2 кг такого раствора? 3-29. К 200 г 20%-ного раствора серной кислоты H2SO4 добавили 50 г воды. Вычислите массовую долю серной кислоты в образовавшемся растворе. 3-30. К 50 г 10%-НОГО раствора соли добавили 25 г воды. Вычислите массовую долю соли в образовавшемся растворе. 3-31. Раствор уксусной кислоты СН3СООН, в котором ее массовая доля составляет 80%, называется уксусной эссенцией. Вычислите массовую долю уксусной кислоты в растворе, полученном при разбавлении 72 г уксусной эссенции порцией воды, масса которой 128 г. 3-32. Навеску соли массой 20 г растворили в 200 г воды. Раствор оставили в открытой посуде. Через несколько дней масса раствора уменьшилась по сравнению с исходной на 10 г. Вычислите массовую долю соли в исходном и в полученном растворах. 3-33. Вычислите массовую долю поваренной соли в растворе, полученном при смешивании 200 г 5%-ного раствора и 300 г 8%-ного раствора поваренной соли. 3-34. Вычислите массовую долю серной кислоты в растворе, полученном при сливании 500 г 10%-ного раствора и 250 г 20%-ного раствора серной кислоты. 3-35. Смешали два раствора гидроксида натрия NaOH: 1 20 г 5%-ного раствора и 1 30 г 1 5%-ного раствора. Рассчитайте массовую долю гидроксида натрия в полученном растворе. 3-36. В один сосуд вылили 200 г 5%-ного раствора некоторого вещества, 250 г 10%-НОГО раствора того же вещества, затем добавили 80 г этого вещества и 1 20 г воды. Вычислите массовую долю данного вещества в образовавшемся растворе. 3-37. В один сосуд вылили 50 г 2%-ного раствора соли, затем добавили 30 г 4%-ного раствора той же соли и 40 г ее 5%-ного раствора. Раствор нагрели, в результате чего испарилось 20 г воды. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. 3-38. В колбе смешали 25 г 2%-ного раствора нитрата серебра АдМОз, 15 г 3%-ного раствора нитрата серебра АдМОз, 20 г 1 0%-ного нитрата натрия МаМОз, 30 г 20%-ного раствора нитрата натрия МаМОз и 1 0 г воды. Вычислите массовую долю нитрата натрия и массовую долю нитрата серебра в полученном растворе. 3-39. В сосуде смешали 1 8 г 10%-ного раствора хлорида кальция СаС1з, 22 г 5%-ного раствора хлорида магния MgCl2, 16 г воды, 54 г 8%-ного раствора хлорида бария BaCl2. Вычислите массовые доли веществ, находящихся в растворе. 3-40. Какую массу соли надо добавить к 95 г воды, чтобы получить 5%-ный раствор соли? 3-41. Какую массу соли надо добавить к 80 г воды, чтобы получить 20%-ный раствор соли? 3-42. Какую массу воды надо добавить к 500 г 10%-ного раствора соли, чтобы раствор стал 1 %-ным? 3-43. Какую массу воды надо добавить к 200 г 25%-ного раствора соли, чтобы раствор стал 10%-ным? 3-44. Какую массу соли надо добавить к 5 кг 1%-ного раствора соли, чтобы раствор соли стал 10%-ным? 3-45. Какую массу соли надо добавить к 500 г 10%-ного раствора соли, чтобы раствор соли стал 25%-ным? 3-46. Какая масса пергидроля (30%-ного раствора пероксида водорода Н2О2) и воды потребуется для приготовления 100 г 3%-ного раствора пероксида водорода, используемого в медицине для обработки ран и ссадин? 3-47. В продажу поступает аммиачная вода с массовой долей аммиака NH3 25%. Какая масса аммиачной воды и какая масса дистиллированной воды потребуются для приготовления 50 г нашатырного спирта (10%-ного раствора аммиака)? 3-48. Какие массы 25%-ного и 5%-ного растворов серной кислоты H2SO4 потребуются для приготовления 40 г 20%-ного раствора этой кислоты смешиванием двух исходных растворов? 3-49. Какие массы 10%-ного и 5%-ного растворов гидроксида натрия NaOH потребуются для приготовления 200 г 8%-ного раствора? 3-50. Какие массы 40%-ного и 20%-ного растворов азотной кислоты HNO3 потребуются для получения 100 г 25%-ного раствора HNO3 смешиванием исходных растворов? З.З. Растворимость веществ Растворимость — это способность вещества образовывать с другими веществами растворы. Насыщенный раствор — раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется. Количественно растворимость характеризуется коэффициентом растворимости — отношением массы вещества, образующего насыщенный раствор при данной температуре, к объему растворителя. Пример 1. Растворимость питьевой соды МаНСОз при 20 °С составляет 9,6 г на 100 г воды. Вычислите массовую долю питьевой соды в насыщенном растворе. Решение. Воспользуемся формулой (4) (см. разд. 3.2): 9,6 уу(МаНСОз) =----------« 0,0876, или 8,76%. 9,6+ 100 Ответ: у/(МаНСОз) « 8,76%. 35 Пример 2. Растворимость хлорида бария BaCl2 в 1 00 г воды составляет 52,2 г при 80 °С и 36,2 г в 1 00 г воды при 20 °С. Вычислите массу соли, которая выпадет в осадок, если 200 г насыщенного при 80 °С раствора хлорида бария охладить до 20 °С. Решение. Вычислим массовые доли BaCl2 в насыщенном растворе при 80 °С и при 20 °С соответственно: w(80 °С) = w(20 °С) = 52,2 52,2 + 100 36,2 -0,343; 0,266. 36,2 + 100 Теперь условие задачи можно выразить схемой: насыщенный раствор BaCl2, т = (200 — л:) г осадок ВаС1; т = X г Пусть в результате охлаждения 200 г насыщенного при 80 °С раствора BaCl2 до 20 °С в осадок выпало х г BaCl2. Тогда раствор станет легче на х г, его масса составит (200 — х) г. Массовая доля BaCl2 в насыщенном растворе при 20 °С составляет 0,262, а масса растворенного хлорида бария в исходном растворе составляет 0,343 * 200 г. Составим и решим уравнение: 0,343-200-х 0,266 =----------------; 200 — X 68,4-х= 0,266-(200-х). В результате получаем: х= 20,71 г. Ответ: т (осадок ВаСУ = 20,71 г. Вопросы и задания 3-51. Какая масса воды потребуется для приготовления насыщенного при 20 °С раствора поваренной соли NaCi из 5 г соли? (Растворимость поваренной соли при 20 °С составляет 35,9 г на 100 г воды.) 3-52. Какую массу воды нужно взять для приготовления насыщенного при 20 °С раствора нитрата натрия МаМОз из 20 г нитрата натрия? (Растворимость нитрата натрия при 20 °С составляет 87,6 г на 1 00 г воды.) 3-53. Какую массу поваренной сол NaCI нужно добавить к 50 г воды, чтобы получить насыщенный при 20 °С раствор? (Растворимость поваренной соли при 20 °С составляет 35,9 г на 100 г воды.) 3-54. Какую массу нитрата натрия МаМОз потребуется добавить к 80 г воды, чтобы получить насыщенный при 40 °С раствор? (Растворимость нитрата натрия МаМОз при 40 °С составляет 104,9 г на 100 г воды.) 3-55. Вычислите растворимость бертолетовой соли KCIO3 при 20 °С, если при данной температуре в 300 г воды удается растворить 21,9 г этой соли. 3-56. Вычислите растворимость сулемы HgCl2 при 25 °С, если в 500 г воды при данной температуре удалось растворить 36,5 г сулемы. 3-57. Растворимость сахара Ci2H220n в 100 г воды при 0 °С составляет 179 г, а при 100 °С — 487 г. Какова масса сахара, который можно растворить а) в 200 г замерзающей воды (при 0 °С), б) в такой же массе кипящей воды (при 100 °С)? Какая масса сахара должна выпасть в осадок, если полученный при 100 °С насыщенный раствор охладить до 0 °С? 3-58. Растворимость поваренной соли при 20 °С составляет 35,9 г/100 г воды, а при 80 °С — 38,1 г/1 00 г воды. Какую массу поваренной соли надо добавить к 250 г горячей воды, чтобы получить насыщенный раствор? Вычислите, какая масса поваренной соли должна выпасть в осадок при остывании такого раствора до 20 °С. 3-59. Вычислите массу хлорида натрия МаС1 и массу воды, которые надо взять, чтобы получить 500 г насыщенного при 20 °С раствора. (Растворимость поваренной соли при 20 °С составляет 35,9 г на 100 г воды.) 3-60. Какова массовая доля нитрата бария Ва(МОз)2 в насыщенном при 25 °С растворе? (Растворимость нитрата бария при 25°С составляет 10,3 г на 100 г воды.) 3-61. Является ли 10%-ный раствор сульфата магния МдЗОд насыщенным при 20 °С? (Растворимость нитрата серебра при 20 °С составляет 35,1 г на 100 г воды.) Ответ подтвердите расчетами. 3-62. Растворимость перманганата калия КМПО4 при 30 °С составляет 9 г соли на 100 г воды. Является ли раствор с массовой долей данного вещества 8,26% насыщенным? Ответ подтвердите расчетами. 3-63. Растворимость нитрата калия KNO3 в 100 г воды составляет 138 г при 70 °С и 31,6 г при 20 °С. Вычислите массу осадка, который выпадет при охлаждении 400 г насыщенного при 70 °С раствора нитрата калия до 20 °С. 3-64. Растворимость дихромата калия К2СГ2О7 в 100 г воды при 80 °С составляет 73,0 г, а при 20 °С — 12,3 г. Какова масса осадка, который образуется при охлаждении 200 г насыщенного при 80 °С раствора дихромата калия до 20 °С? 37 3.4. Молярная концентрация Молярная концентрация (с) вещества к объему раствора. отношение количества растворенного с = р-ра (5) ^в-ва ~ количество растворенного вещества, моль; — объем раствора, л. Молярная концентрация выражается в моль/м^ или в моль/л. Например, с (H2SO4) = 2 моль/л (обозначается также «2М раствор H2SO4»). Это значит, что в 1 л такого раствора содержится 2 моль H2SO4. Вопросы и задания 3-65. Вычислите количество вещества серной кислоты H2SO4, которая содержится в 200 мл 2М раствора серной кислоты. 3-66. Вычислите количество вещества гидроксида натрия NaOH, который содержится в 300 мл 6М раствора гидроксида натрия. 3-67. Вычислите массу азотной кислоты HNO3, которая содержится в 200 мл ЗМ раствора азотной кислоты. 3-68. Вычислите массу гидроксида калия КОН, которая содержится в 500 мл 0,5М раствора КОН. 3-69. Рассчитайте массу гидроксида натрия NaOH, который потребуется для приготовления 50 мл 2,5М раствора. 3-70. Рассчитайте массу нитрата калия KNO3, который потребуется для приготовления 200 мл 2М раствора нитрата калия. 3-71. Рассчитайте массовую долю хлорида натрия NaCi в растворе с молярной концентрацией этого вещества ЗМ. Плотность такого раствора равна 1,12 г/см'. 3-72. Рассчитайте массовую долю ортофосфорной кислоты Н3РО4 в растворе с молярной концентрацией этого вещества 2М. Плотность раствора составляет 1,1 г/мл. 3-73. Вычислите молярную концентрацию азотной кислоты HNO3 в ее 20%-ном растворе (плотность раствора — 1,1 г/мл). 3-74. Вычислите молярную концентрацию серной кислоты H2SO4 в ее 40%-ном растворе (плотность раствора — 1,3 г/мл). 3-75. Вычислите процентную концентрацию 10,42М раствора ортофосфорной кислоты. Плотность раствора составляет 1,5 г/мл. 3-76. Вычислите молярную концентрацию серной кислоты в растворе с массовой долей H2SO4 87,69%. Плотность раствора составляет 1,8 г/мл. 38 3.5. Кристаллогидраты Вопросы и задания 3-77. Смешали 25 г медного купороса CuSO/ 5Н2О и 1 75 г 10%-ного раствора сульфата меди(Н). Вычислите массовую долю сульфата меди(И) в образовавшемся растворе. 3-78. Вычислите массу медного купороса и массу 10%-ного раствора сульфата меди(И), необходимых для приготовления 200 г раствора сульфата ме-ди(11) с массовой долей сульфата меди 1 6%. 3-79. Вычислите массу порции медного купороса, при добавлении которой к 175 г 10%-ного раствора сульфата меди(И) можно получить раствор сульфата меди(И) с массовой долей 1 6,25%. 3-80. Вычислите массу железного купороса РеЗОд * 7Н2О и объем воды, необходимый для приготовления 1520 г 10%-ного раствора сульфата железа(И). 3-81. Вычислите массу никелевого купороса и объем воды, необходимый для приготовления 1550 г 10%-ного раствора сульфата никеля. 3-82. Какую массу медного купороса надо добавить к 540 мл воды, чтобы получить 10%-ный раствор сульфата меди(И)? 3-83. К 200 г 5%-ного раствора карбоната натрия добавили 28,6 г кристаллической соды (карбоната натрия десятиводного Ма2СОз * IOH2O). Вычислите массовую долю карбоната натрия в образовавшемся растворе. 3-84. К 250 г 10%-ного раствора сульфата натрия добавили 50 г глауберовой соли (сульфата натрия десятиводного N02804 • 1ОН2О). Вычислите массовую долю сульфата натрия в образовавшемся растворе. 3-85. Вычислите массу 5%-ного раствора карбоната натрия и массу кристаллической соды (карбоната натрия десятиводного Ма2СОз * IOH2O), которые необходимы для получения 200 г 10%-ного раствора карбоната натрия. 3-86. Вычислите массу 10%-ного раствора сульфата натрия и массу глауберовой соли (сульфата натрия десятиводного), которые необходимы для получения 500 г 20%-ного раствора карбоната натрия. 3-87. Растворимость карбоната натрия при 20 °С составляет 21,8 г в 100 г воды, а при 40 °С — 48,8 г. Вычислите массу кристаллической соды, которая выпадет в осадок, если 200 г насыщенного при 40 °С раствора охладить до 20 ®С. 3-88. Растворимость сульфата натрия в 100 г воды при 20 °С составляет 19,2 г, а при 30 °С — 40,8 г. Вычислите массу глауберовой соли, которая выпадет в осадок, если 500 г насыщенного при 30 °С раствора охладить до 20 °С. 39 Контрольная работа по теме «Смеси. Растворы» Вариант 1 1. Рассчитайте массу соли и массу воды, которые потребуются для приготовления 150 г 5%-ного раствора соли. Какой будет массовая доля соли, если к полученному раствору добавить 1 00 г воды? 2. Вычислите объем воды и массу поваренной соли NaCi, которые потребуются для приготовления 250 мл 0,7М раствора. Плотность раствора принять равной 1 г/см . Какова массовая доля хлорида натрия в таком растворе? 3. Растворимость технической соды — карбоната натрия Ма2СОз составляет 29 г на 1 00 г воды при 25 °С. Вычислите массовую долю карбоната натрия в насыщенном растворе. Какая масса карбоната натрия потребуется для приготовления 200 г насыщенного при 25 °С раствора? 4. Чем отличается смесь порошков серы и железа от химического соединения FeS? Ответ мотивируйте. Вариант 2 1. Рассчитайте массу соли и массу воды, которые потребуются для приготовления 50 г 2%-ного раствора соли. Какой будет массовая доля соли, если к полученному раствору добавить 25 г воды? 2. Вычислите объем воды и массу нитрата калия KNO3, которые потребуются для приготовления 150 мл 0,5М раствора. Плотность раствора принмите равной 1 г/см . Какова массовая доля хлорида натрия в таком растворе? 3. Растворимость перманганата калия КМпОд составляет 7,6 г на 1 00 г воды при 25 °С. Вычислите массовую долю перманганата калия в насыщенном растворе. Какая масса перманганата калия потребуется для приготовления 250 г насыщенного при 25 °С раствора? 4. Чем отличается смесь газов водорода и кислорода от химического соединения Н2О? Ответ мотивируйте. Глава 4 Газы. Кислород. Горение 4.1. Молярный объем газов. Относительная плотность газов Закон Авогадро: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температуре, давлении) содержится одинаковое число молекул. Следствия из закона Авогадро: 1. Порции различных газов, содержащих равные количества вещества (одинаковое число молекул), при одинаковых условиях занимают один и тот же объем. 2. Молярный объем газов: при нормальных условиях (273 К, 101300 Па или о °С, 760 мм рт. ст.) 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л (1^ = = 22,4 л/моль). Относительная плотность газа А по газу Б — величина, показывающая, во сколько раз газ А тяжелее газа Б. Формула для расчета количества газообразного вещества: п =■ К п — количество вещества, (22,4 л/моль). У (6) объем газа; — молярный объем газа Пример 1. Какой объем при нормальных условиях будет иметь порция углекислого газа массой 8,8 г? Решение. При нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л. Молярная масса углекислого газа равна 44 г/моль. Рассчитаем, какое количество вещества углекислого газа имеется в данной порции вещества: 8,8 г nICOo) =----------- =0,2 моль. 44 г/моль Теперь определим, какой объем займут 0,2 моль газа при нормальных условиях: V(C02) = 0,2 моль • 22,4 л/моль = 4,48 л. Ответ: V(C02) = 4,48 л (н.у.). Пример 2. Какую массу будет иметь порция хлора объемом 6,72 л (н.у.)? Решение. При нормальных условиях в 22,4 л любого газа содержится 1 моль вещества. ^(Cy = 6,72 л / 22,4 л/моль = 0,3 моль. Молярная масса хлора составляет 71 г/моль. Находим массу хлора: т(СУ = 0,3 моль • 71 г/моль = 21,3 г. Ответ: т(СУ = 21,3 г. 41 Пример 3. Вычислите плотность озона О3 по азоту и по воздуху. Решение. Для того чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа. = Н(Оз) / 4(N2) = 48/ 28 -1,71; Озозд(Оз) = М.(Оз) / М,(возд.) = 48 / 29 - 1,66. Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух — это смесь газов. Вопросы и задания 4-1. Какой объем при нормальных условиях будут иметь газы: а) 5 моль кислорода; г) 2,5 моль метана СНд; б) 5 моль азота; д) 10 моль аммиака NH3; в) 5 моль углекислого газа СО2; е) а моль водорода? 4-2. Какой объем при нормальных условиях будут иметь газы: а) 2 кмоль гелия, б) 4 ммоль аргона, в) 8 ммоль неона? 4-3. Какое количество вещества содержится при нормальных условиях в следующих порциях газов: а) 67,2 л азота; д) ал сернистого газа SO2; б) 44,8 л хлора; е) хл хлороводорода HCI; в) 2,24 л фтора; ж)448 м аммиака NH3; г) 224 л угарного газа СО; з) 67,2 мл фосфина РН3? 4-4. Известно, что 7,5 моль неизвестного газа занимают объем 168 л при нормальных условиях. Можно ли определить, какой это газ? Ответ обоснуйте. 4-5. Рассчитайте, какую массу будут иметь следующие объемы газов, взятые при нормальных условиях: а) 22,4 л кислорода О2; б) 1 1,2 л азота N2; в) 5,6 л этана С2Н6; г) 448 л диоксида азота NO2; д) 6,72 л неона Ne; е) 448 м гелия Не; ж) 2,24 мл хлороводорода HCI; з) ап пропана СзНз- 4-6. Рассчитайте, какой объем при нормальных условиях займут порции газов: а) 48 г кислорода; д) 340 мг аммиака NH3; б) 3,4 г сероводорода H2S; е) 0,32 мг силана SiH4,- в) 42 г диборана В2Н6; ж) 262 мг ксенона Хе; г) 14,5 кг бутана СдНю; з) а г бромоводорода НВг. 4-7. В каких порциях веществ содержится больше молекул (объемы газов даются при нормальных условиях): а) в 32 г кислорода или в 22,4 л азота; б) в 1 1,2 л метана СНд или в 1 1,2 л силана SlH^; в) в 34 г аммиака NH3 или в 34 г фосфина РН3; г) в 2,5 моль углекислого газа СО2 или в 56 л сернистого газа SO2; д) в 4 кг водорода или в 4 м^ водорода; е) в ал неона Ne или вал аргона Аг? 4-8. В некотором сосуде вместимостью 6,72 л при нормальных условиях находится газ массой 21,3 г. Известно, что газ является простым веществом, молекулы его состоят из двух атомов. Какой это газ? 4-9. В сосуде вместимостью 224 л при нормальных условиях находится газ, масса которого составляет 40 г. Известно, что газ является простым веществом. Каким газом заполнен сосуд? 4-10. Какой объем при нормальных условиях займут: а) 6,02 • 10^^ молекул кислорода; б) 1,204 • 1 о молекул водорода; в) 1,204 • 10^^ молекул азота; г) 6,02 • 10^' молекул углекислого газа СО2; д) 6,02 • 10 молекул водорода; е) 1,806 • 10^"* молекул метана СНд; ж) 2,408 *10^^ атомов аргона Аг; з) а молекул аммиака NH3? 4-11. Сколько молекул при нормальных условиях содержится а) в 112 л озона О3; б) в 179,2 л кислорода; в) в 2,24 м сернистого газа SO2,' г) в а л (н.у.) фтора? 4-12. Вычислите плотность по водороду следующих газов: а) азота, б) гелия, в) бутана СдНю/ г) фосгена COCI2. 4-13. Вычислите плотность а) по кислороду, б) по азоту, в) по воздуху следующих газов: 1) аммиака NH3; сернистого газа SO2; 2) иодоводорода HI; оксида азота(I); 3) оксида азота(1У); фтороводорода HF. 4-14. Плотность некоторого газа по гелию составляет 9,5. Известно, что газ является простым веществом. О каком веществе идет речь? 4-15. В 890,5 мл воды растворили 67,2 л (н.у.) хлороводорода HCI. Вычислите массовую долю хлороводорода в образовавшейся соляной кислоте. 4-16. В 479,75 мл воды растворили 5,6 л (н.у.) бромоводорода НВг. Вычислите массовую долю бромоводорода в образовавшейся бромоводородной кислоте. 4-17. При осторожном нагревании 500 г 25%-ного раствора аммиака NH3 испарилось 3,36 л (н.у.) аммиака и 20 г воды. Вычислите массовую долю аммиака в образовавшемся растворе. 43 4-18. При осторожном нагревании 800 г 10%-ного раствора хлороводорода HCI испарилось 2,24 л (н.у.) хлороводорода и 50 г воды. Вычислите массовую долю хлороводорода в образовавшемся растворе. 4.2* Смеси газов. Объемная доля газа в смеси Пример 4. Смесь газов: метана СНд и этана С2Н6 массой 200 г занимает при нормальных условиях объем 201,6 л. Вычислите: а) объемные доли газов в смеси, б) массовые доли газов в смеси. Решение. Вычислим объем и массу каждого газа в смеси. Обозначим через л: количество вещества метана [VI(CH4) = 16 г/моль], через — количество вещества этана [Л/1(С2Нб) = 30 г/моль]. Тогда масса метана составит 1 6х г, а масса этана — ЗОу г. Масса всей смеси равна 200 г. Составим уравнение: 1 6х+ 30)» = 200. Молярный объем всех газов одинаков, можно найти суммарное количество вещества двух газов в смеси: 201,6 л ^общ ” 9 моль. 22,4 л/моль Составим второе уравнение: х + у = 9. Решим систему уравнений: х + у = 9; 16х+30>’=200. В результате получаем: х= 5, }’= 4. Таким образом, У(СНд) = 5 моль, v(C2H6) = 4 моль. Объемные доли газов в смеси будут совпадать с молярными, это следует из закона Аво-гадро. Объемную долю обозначим через ф. Тогда ф(СНд) = 5/9 = 0,56; ф(С2Нб) = 4/9 ~ ~ 0,44. Теперь найдем массовые доли газов в смеси. Для этого вычислим массы газов: т(СН4) = 1 6 • 5 = 80 (г); т(С2Нб) = 30 • 4 = 1 20 (г). Соответственно w(CH4) = 80/200 = 0,4; \у(С2Нб) = 1 20/200 = 0,6. Ответ: ф(СН4) - 56%; ф(С2Нб) - 44%; w(CH4) = 40%; w(C2Hj = 60%. Пример 5. Вычислите плотность по водороду смеси 25 л азота и 1 75 л кислорода. Решение. Найдем объемные доли веществ в смеси: ф(М2) = 25 / (25+1 75) = о, 1 25; ф(02) = 1 75/(25+1 75) = 0,875. Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси: /ИГ(М2 и О2) = ф(М2) • ^(N2) + ф(02) • М,(02) = о, 125 • 28 + 0,875 • 32 = 3,5 + 28 = = 59,5. 44 Находим относительную плотность смеси по водороду: Dh2(N2 и О2) = 59,5 / 2 = 29,75. Ответ: Dh2(N2 и О2) = 29,75. Пример 6. Объемные доли азота и водорода в газовой смеси составляют 25 и 75% соответственно. Вычислите массовые доли газов в смеси. Решение. Используя закон Авогадро, можно сделать вывод, что объемные доли газов в смеси соответствуют молярным. Следовательно, молярные доли газов в смеси составляют также 25 и 75%. Пусть имеется 100 моль смеси данных газов. В такой смеси содержится 25 моль азота и 75 моль водорода. Вычислим массы азота и водорода: ^(N2) = ^(N2) * M(N2) = 25 моль • 28 г/моль = 700 г; т(Н2) = n(V\2) • М(Н2) = 75 моль • 2 г/моль = 150 г. Вычислим общую массу смеси и массовые доли газов в смеси: ^смеси = ^(N2) + т(Н2) = 700 г + 150 г = 850 г; w(N2) = 700 / 850 « 0,82, или 82%; w(H2) = 150 / 850 - 0,1 8, или 1 8%. Ответ: w(N2) ~ 0,82, или 82%; w(H2) ~ 0,1 8, или 1 8%. Вопросы и задания 4-19. Сосуд заполнили 25 мл кислорода и 1 25 мл азота. Объемы газов были измерены при одинаковых условиях. Вычислите объемные доли кислорода и азота в этой смеси. 4-20. Сосуд заполнили 20 мл кислорода, 25 мл водорода и 100 мл хлорово-дорода. Объемы газов были измерены при одинаковых условиях. Вычислите объемные доли газов в этой смеси. 4-21. Смесь азота и водорода массой 3,4 г при нормальных условиях занимает объем 8,96 л. Определите а) объемные доли газов в смеси, б) массовые доли газов в смеси. 4-22. Смесь водорода и кислорода массой 74 г занимает объем 156,8 л (н.у.). Рассчитайте а) массовые доли и б) объемные доли газов в смеси. 4-23. Смесь водорода Н2 и аммиака NH3 массой 54 г занимает при н.у. объем 268,8 л. Определите а) массовые доли и б) объемные доли газов в смеси. 4-24. Вычислите массовые доли водорода и гелия в смеси, содержащей 20% (по объему) водорода и 80% (по объему) гелия. 4-25. Вычислите массовые доли кислорода и углекислого газа СО2 в смеси, содержащей 30% (по объему) кислорода. 4-26. Вычислите объемные доли водорода и гелия в смеси, содержащей 20% (по массе) водорода. 4-27. Найдите плотность по водороду смеси газов, в которой объемная доля кислорода составляет 20%, водорода — 40%, остальное — сероводород H2S. 4-28. Найдите плотность по кислороду смеси, состоящей из 5 л метана и 20 л неона. 4-29. Вычислите плотность по азоту смеси, состоящей из 100 мл аргона, 200 мл кислорода и 100 мл хлороводорода HCI. 4-30. Плотность по водороду газовой смеси, состоящей из этана С2Н6 и пропана С3Н3, составляет 1 9,9. Вычислите а) объемные доли и б) массовые доли газов в данной смеси. 4-31. Плотность по метану смеси, состоящей из гелия и неона, составляет 0,475. Вычислите: а) массовые доли газов в смеси, б) объемные доли газов в смеси. 4-32. Определите плотность по водороду смеси азота и оксида углерода(И). 4*3* простейшие расчеты по уравнениям реакций с участием газов Вопросы и задания 4-33. Водород и хлор вступают в реакцию, которой соответствует схема: H2 + Cl2^ HCI Расставьте коэффициенты, преобразовав данную схему в уравнение реакции. Заполните таблицу (объемы газов измерены при одинаковых условиях). VIHs), газ У(СУ, газ V(HCI), газ а 7л ? л ? л б ? л 5 л ? л в ? л ? л 15 л 4-34. Горению газа пропана СзНз соответствует схема реакции: С3Н3 + 02"^ СО2 + Н2О Расставьте коэффициенты, преобразовав данную схему в уравнение реакции. Заполните таблицу (объемы газов измерены при одинаковых условиях). ЧСзНе), газ V(02), газ У(СОг), газ VIHjO), газ а 5 л ? л ? Л ? Л б ? л 8 л ? л ? л в ? л ? л 7л ? л г ? л ? л ? л 3 л 46 4-35. Горению газа этилена С2Н4 соответствует схема реакции: С2Н4 + О2 СО2 + Н2О Расставьте коэффициенты, преобразовав данную схему в уравнение реакции. Заполните таблицу (объемы газов измерены при одинаковых условиях). V(CjHj, газ V(02), газ V(C02), газ V(H20), газ а 5 л ? л ?л ? л 6 ? л 8 л ? л ? л в ? л ? л 7л ? л г ? л ? л ? л 3 л 4-36. Горению газа бутана С4НЮ соответствует схема реакции: С4Н10 + О2 —СО2 + Н2О Расставьте коэффициенты, преобразовав данную схему в уравнение реакции. Заполните таблицу (объемы газов измерены при одинаковых условиях). V(C,H,o), газ V(02), газ V(CO,), газ VIH^O), газ а 5 л ? л ? Л ? Л 6 ? л 8 л ? л 2 л в ? л ? л 7л ? л г ? л ? л ? л 3 л 4-37. Вычислите объем кислорода и водорода (н.у.), которые образуются в результате разложения электрическим током следующих порций воды: а) 5 моль, б) а моль, в) 36 г, г) х г. 4-38. Железо из красного железняка, состоящего в основном из оксида желе-за(111) Ре20з, можно получить, обработав железняк водородом. Этому процессу соответствует схема реакции: Ре20з + Н2 Ре + Н2О Самостоятельно расставьте коэффициенты. Вычислите объем водорода (н.у.), который потребуется а) для получения 28 г железа, б) для обработки 16 г Ре20з. 4-39. Из магнитного железняка, состоящего в основном из Рез04, можно получить железо, обработав железняк водородом. Этому процессу соответствует схема реакции: Рез04 + Н2 Ре + Н2О 47 Самостоятельно расставьте коэффициенты. Вычислите объем водорода (н.у.), который потребуется а) для получения 42 г железа, б) для обработки 58 г РезОд. 4-40. Полному сгоранию газа ацетилена С2Н2 соответствует схема реакции: С2Н2 + О2 — СО2 + Н2О Самостоятельно расставьте коэффициенты. Какой объем кислорода (н.у.) потребуется для сжигания а) 13 г ацетилена, б) 0,25 моль ацетилена, в) 56 л (н.у.) ацетилена? 4«4* Получение кислорода. Вычисления по уравнениям реакций разложения Вопросы и задания 4-41. Вычислите, какой объем кислорода (н.у.) можно получить при разложении перманганата калия массой а) 395 г, б) 100 г, в) а г. 4-42. Вычислите объем кислорода (н.у.), который можно получить при разложении бертолетовой соли KCIO3 массой а) 490 г, б) 1 00 г, в) а г. 4-43. Вычислите объем кислорода, который можно получить при разложении пероксида водорода массой а) 272 г, б) 100 г, в) а г. 4-44. Рассчитайте массу перманганата калия, необходимого для получения порции кислорода а) количеством вещества 2 моль, б) массой 80 г, в) объемом 112л (н.у.), г) объемом ап (н.у.) кислорода. 4-45. Рассчитайте массу бертолетовой соли, необходимой для получения порции кислорода а) количеством вещества 3 моль, б) массой 40 г, в) объемом 16,8 л (н.у.), г) объемом ап (н.у.) кислорода. 4-46. Вычислите массу 3%-ного раствора пероксида водорода, при каталитическом разложении которого получится 1 1,2 л (н.у.) кислорода. 4-47. Вычислите массу 30%-ного раствора пероксида водорода (пергидроля), необходимую для получения 16,8 л (н.у.) кислорода. 4-48. Какая масса бертолетовой соли, содержащей 5% примесей, необходима для получения 50,4 л (н.у.) кислорода? 4.5« Кислород. Горение. Расчеты по уравнениям реакций горения Вопросы и задания 4-49. Вычислите массу и объем (н.у.) сернистого газа, который образуется при сгорании серы массой 8 г. 4-50. Вычислите массу угля, который потребуется для получения 112л (н.у.) углекислого газа. 4-51. Рассчитайте объем (н.у.) кислорода, который был израсходован в реакции окисления порции меди а) массой 128 г, б) объемом 57,6 см (плот- 48 ность меди принять равной 9 г/см^). Для обоих случаев вычислите массу оксида меди(И), который образуется в результате реакции. 4-52. Рассчитайте объем (н.у.) кислорода, который был израсходован в результате сгорания железного порошка а) массой 3,36 г, б) объемом 16,8 см . (Плотность железа примите равной 7,9 г/см .) Вычислите массу железной окалины, которая образуется в результате реакции. 4-53. Вычислите объем углекислого газа (н.у.) и массу воды, которые образуются при сгорании 8,6 г гексана 4-54. Вычислите объем углекислого газа (н.у.) и массу воды, которые образуются при сгорании 10 г гептана СуИ^^. 4-55. Вычислите объем кислорода (н.у.), который потребуется для полного сжигания а) 112л (н.у.) метана СНд, б) 9 г этана С2Н6, в) 14 г этилена С2НД. 4-56. Вычислите объем воздуха, из которого можно получить а) 10 л озона, б) 4,8 г озона. В расчетах необходимо учесть, что выход озона в озонаторе составляет 1 5% от теоретически возможного. Объемную долю кислорода в воздухе принять равной 21%. 4-57. При сгорании порошка металла массой 1 3,5 г образовалось 25,5 г оксида, в котором металл трехвалентен. Определите, порошок какого металла сожгли. 4-58. При сгорании 26 г порошка металла образовалось 32,4 г оксида, в котором металл двухвалентен. Порошок какого металла сожгли? 4-59. При сгорании 150 г неметалла образовалось 230 г оксида, в котором этот неметалл пятивалентен. Определите, какой это неметалл. 4-60. Вычислите объем (н.у.) кислорода, который потребуется для сжигания смеси 6 г угля и 8 г серы. 4-61. Рассчитайте количество вещества кислорода, которое потребуется для окисления 20 г смеси порошков магния и алюминия. (Массовая доля алюминия в смеси составляет 54%.) 4-62. Вычислите массовые доли серы и угля в смеси, если известно, что для сжигания 27 г такой смеси потребовалось 22,4 л (н.у.) кислорода. 4-63. Вычислите массовые доли цинка и магния в смеси, для окисления 68,5 г которой потребовалось 32 г кислорода. 4-64. Вычислите массовые доли алюминия и магния, если известно, что для сжигания 78 г такой смеси потребовалось 44,8 л (н.у.) кислорода. 4-65. При окислении 80 г смеси порошков магния и меди образовалось 1 20 г смеси оксидов данных металлов. Рассчитайте массовые доли металлов в исходной смеси. 4-66. В результате сгорания 1 26 г смеси порошков алюминия и магния образовалось 222 г смеси оксидов этих металлов. Вычислите массовые доли металлов в исходной смеси. 49 Решения Задача 4-57. Обозначим неизвестный металл «Ме» и запишем уравнение реакции: 4Ме + ЗО2 = 2Ме20з Пусть X г/моль — молярная масса этого металла, тогда молярная масса его оксида равна (2л: + 48) г/моль. Выразим количества вещества металла и его оксида через л:: 13,5 тг(Ме) =---- моль; 25,5 тг(Ме20з) =-------- моль. 2л: + 48 Составим пропорцию: 13,5 ------моль металла соответствуют 25,5 моль оксида X 2л:+48 4 моль металла соответствуют 2 моль оксида Решаем уравнение: 4-25,5 2-13,5 2л:+48 л: Получаем: х= 27. Таким образом, молярная масса этого металла равна 27 г/моль. Такова молярная масса алюминия. Алюминий действительно подходит, так как в соединениях он трехвалентен. Контрольная работа по теме «Газы. Кислород. Горение» Вариант 1 1. Какой объем при нормальных условиях займут а) 0,25 моль азота; б) 6,02 - 10 молекул азота; в) 0,14 г азота? 2. Какая масса воды потребуется для электролиза, чтобы получить 112л (н.у.) кислорода? 3. Напишите уравнения реакций горения магния, угля, железа, метана СНд. Подпишите названия продуктов реакции. 4. Вычислите массу оксида фосфора(У), который образуется при сгорании 7,75 г фосфора. Рассчитайте объем кислорода (н.у.), который необходим для этого. 5. Приведите пример каталитической реакции. Какова роль катализатора? 50 Вариант 2 1. Какой объем при нормальных условиях займут а) 0,75 моль хлора; 6) 6,02 • 10 молекул хлора; в) 0,71 г хлора? 2. Какая масса воды потребуется для электролиза, чтобы получить 28 л (н.у.) водорода? 3. Напишите уравнения реакций горения алюминия, серы, меди, пропана СзНз. Подпишите названия продуктов реакции. 4. Вычислите массу фосфора и объем кислорода (н.у.), которые потребуются для получения 35,5 г оксида фосфора(У). 5. Что такое воздух? Как можно разделить воздух на составляющие его компоненты? На какие? На чем основано такое разделение? 51 Глава 5 Основные классы неорганических соединений 5.1. Классификация неорганических веществ Схема. Классификация простых и сложных веществ Простое вещество — это вещество, образованное атомами какого-либо одного элемента. Все остальные вещества являются сложными. Бинарные соединения — вещества, образованные атомами двух химических элементов. Оксиды — это вещества, образованные атомами двух элементов, одним из которых является кислород^. Кислоты — вещества, молекулы которых состоят из одного или нескольких атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов, и кислотных остатков. Основания — вещества, образованные атомами металлов и гидроксогруп-пами —ОН. Соли** — вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками. * Степень окисления кислорода в оксидах равна -2. Определение степени окисления дано в главе 7. В дальнейшем определение солей уточняется на с. 63. Вопросы и задания 5-1. Из списка выберите формулы а) простых веществ, 6) бинарных соедине- ний, в) соединений из трех элементов: а) б) в) г) д) е) AI2O3 LijN Са Са(МОз)2 МозСО: РЬ(МОз)2 К2СО3 СазМ2 Сар2 С3Н7О2 Mg28i Си N2 N2O ^93(^04)2 N2O5 О2 СаС2 AI2C3 N028103 Н2 ^12(804)3 РЬ02 5-2. Дайте названия веществам, формулы которых записаны ниже: а) А120з, МдО, Ад20, ZnO, ВаО, U2O, НдО; б) СаО, Na20, Pb02, Р2О5, Ре20з, SO3, N2O; в) CaCl2, Nal, AIF3, PbS, CU2S, РеВгз, PCI5; г) Те02, CI2O7, K2S, 5Рб, SCI2, СазМ2, NCI3, Ре^; д) CCI4, AI4C3, NaH, и2$е, $ГзР2, А$С1з, Mg2Si, ВР3. 5-3. По названиям веществ составьте их формулы: а) оксид натрия оксид серебра оксид цинка оксид магния оксид бора оксид углерода(1У) оксид серы(У1) в) оксид азота(1) оксид вольфрама(У1) сульфид алюминия бромид свинца(И) иодид калия фторид цинка сульфид железа(И) 6) оксид алюминия оксид марганца(1У) оксид марганца(УН) оксид меди(1) оксид ванадия(У) оксид железа(111) оксид золота(111) г) сульфид серебра нитрид лития карбид алюминия селенид натрия фосфид кальция хлорид аммония сульфид аммония ■4. Составьте формулы следующих веществ: оксида железа; хрома(111), хлорида олова(1У), сульфида натрия. ■5. Дайте названия солям, формулы которых приведены ниже: хлорида а) б) в) г) д) е) ж) ЫаМОз Ва(ЫОз)2 Ре(МОз)з ВаРз А1(МОз)з N02803 NH4CI KCI В0з(РО4)2 Са80з СаСОз U28 СиСЬ (NN4)28 CaS04 Во804 U2CO3 РЬз(Р04)2 К2810з Си8 (СНзСОО)2Ва AICI3 ВаСОз Ре2(504)з PeS04 N02804 AIPO4 CH3COONH 5-6. По названиям солей (см. перечень ниже) составьте их молекулярные формулы. Солями каких кислот они являются? Результаты выполнения этого упражнения представьте в виде таблицы: 53 Формула Название кислоты. Название вещества Формула вещества соответствующей кислоты которой соответствует соль Перечень солей: а) сульфат натрия, сульфат алюминия, карбонат калия, нитрат серебра, сульфид серебра, фосфат бария, силикат магния, хлорид меди(И); б) нитрат железа(111), сульфат свинца(И), хлорид хрома(111), сульфид калия, сульфит калия, сульфат калия, фосфат алюминия, фосфат кальция, хлорид титана(1У); в) сульфид железа(И), сульфат железа(И), сульфит железа(И), сульфат желе-за(111), сульфид серебра, сульфат меди(И), сульфит калия, сульфат магния; сульфид цинка; г) карбонат железа(И), нитрат железа(111), ацетат магния, хлорид бария, бромид калия, иодид натрия, ацетат свинца(П), фосфат калия; д) ацетат цезия, нитрит бария, карбонат аммония, хлорат калия, перхлорат калия, селенат натрия, метафосфат натрия. 5-7. Дайте названия веществам, формулы которых приведены ниже, и укажите, формула какого вещества (простого или сложного) написана. К каким классам относятся сложные вещества? а) б) в) г) д) e) Си(ОН)2 СО2 Ва(МОз)2 Н3РО4 Si NaOH РзОз К2СО3 А12(504)з AI2O3 ZnS04 Zn CI2 HCI Zn(OH)2 HgCl2 HgO CaSiO HjSi03 Сиз(РОд)2 SiOj Р4 H2SO3 SO3 5-8. Дайте названия веществам, формулы которых приведены ниже, и укажите, к какому классу они относятся: а) б) в) МодРгО, Н3ВО3 KCNS NojOj Ре(ОН)з HCNO Са(С10)2 $8 РЬСЮз (СНзСОО)зРЬ КСЮд Ca(NOj)2 5-9. По названиям веществ составьте их формулы и назовите класс, к которому они относятся. Гидроксид бария, фторид бария, бромид алюминия, сульфид меди(И), силикат магния, ортофосфат цинка, сульфат свинца(И), гидроксид магния, бромид железа(111), карбонат цезия, сульфат натрия десятиводный, хлорид кальция шестиводный, сульфат кальция двуводный. 54 5*2* Оксиды Основные оксиды — оксиды, которым соответствуют основания. Основные оксиды образованы, как правило, металлами, причем валентность металлов в таких оксидах равна единице или двум. (Есть исключения; например, ВеО и ZnO — амфотерные оксиды, а Ьа20з — основный оксид.) Кислотные оксиды — оксиды, которым соответствуют кислоты. Кислотные оксиды образованы неметаллами или некоторыми металлами, причем валентность металлов в таких оксидах, как правило, равна V, VI, VII. Амфотерные оксиды — оксиды, которым соответствуют амфотерные гидроксиды. Они взаимодействуют с кислотами как основные оксиды, а со щелочами — как кислотные оксиды. Амфотерные оксиды образованы металлами, причем металл в амфотерном оксиде проявляет валентность III, IV и иногда II. Вопросы и задания 5-10. Из списка оксидов выберите амфотерные: SO2, МдО, AI2O3, ВаО, ZnO, В2О3, ВеО, СЮ, СГ2О3. 5-11. Из списка выберите элементы, которые образуют кислотные оксиды: сера, фосфор, магний, цинк, углерод, железо. Напишите формулы этих оксидов. 5-12. Из списка выберите элементы, которые образуют основные оксиды: кальций, хлор, азот, натрий, углерод, кремний, медь. Напишите формулы этих оксидов. 5-13. Дайте названия оксидам, формулы которых записаны ниже, и укажите их характер: а) б) в) г) д) е) N2O5 ВаО СГ2О3 CU20 ВеО WO3 СаО CI2O7 СиО Sn02 Р2О5 ВеО SO3 ZnO SO3 МП2О7 К2О ТеОз AI2O3 V2O5 М0О3 СО2 СгОз V2O3 5-14. Некоторый металл образует ряд оксидов, среди которых МО3, МО и М2О3. Укажите, какой характер (основный, кислотный, амфотерный) имеет каждый из оксидов. 5-15. Составьте формулы следующих оксидов и укажите их характер: оксид углерода(1У) оксид натрия оксид кальция оксид серы(У1) оксид фосфора(У) оксид лития в) оксид фосфора(У) оксид лития оксид бериллия 6) оксид магния оксид меди(И) оксид марганца(УИ) оксид хрома(111) оксид цинка оксид селена(У1) г) оксид кремния оксид хрома(У1) оксид алюминия оксид cepbi(lV) оксид хрома(П) оксид мышьяка(111) оксид серебра оксид марганца(Н) оксид морганца(1У) 5-16. В каком оксиде массовая доля кислорода больше: а) ВаО, СО, ZnO, FeO, СиО; б) No20, СО2, Ре20з, N2O5? 5-17. Напишите уравнения реакций оксида магния а) с азотной кислотой, б) с оксидом серы(У1), в) с оксидом фосфора(У). 5-18. Напишите уравнения реакций оксида фосфора(У) а) с гидроксидом кальция, б) с оксидом натрия, в) с оксидом бария. 5-19. Из списка оксидов выберите те, которые реагируют с водой, и напишите уравнения реакций. Оксид кальция, оксид серы(У1), оксид серебра, оксид алюминия, оксид фос-фора(У), оксид железа(П). 5-20. Из списка оксидов выберите те, которые реагируют с водой, и напишите уравнения реакций. Оксид углерода(1У), оксид азота(У), оксид натрия, оксид меди(И), оксид цинка, оксид кремния(1У). 5-21. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: а) Кислород —^ Оксид кальция ^ Гидроксид кальция; б) Водород —^ Вода ^ Ортофосфорная кислота; в) Сера ^ Оксид серы(1У) ^ Сернистая кислота. 5-22. С какими из перечисленных веществ будет взаимодействовать оксид ме-ди(11): вода, оксид азота(У), соляная кислота, оксид бария, серная кислота, гидроксид натрия? Запишите уравнения возможных реакций. 5-23. С какими из перечисленных веществ будет взаимодействовать оксид уг-лерода(1У): вода, гидроксид калия, соляная кислота, оксид магния, оксид се-ры(1У), азотная кислота? Запишите уравнения возможных реакций. 5-24. В лаборатории имеется набор реактивов: гидроксид натрия, серная кислота, оксид натрия, оксид кремния(1У). Напишите уравнения возможных реакций, протекающих между данными веществами попарно. 5-25. Запишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность а) оксида цинка, б) оксида алюминия. 5-26. Вычислите массу оксида магния, который можно получить при сгорании 36 г магния. 5-27. Вычислите массу оксида алюминия, который можно получить при сгорании 1 35 г порошка алюминия. 5-28. Вычислите массу железной окалины Рез04, которую можно получить при сгорании 140 г порошка железа. 5-29. Вычислите массу смеси оксидов, которая образуется при сгорании 500 г смеси угля и серы в избытке кислорода. Массовая доля угля в смеси составляет 24%. 5-30. Вычислите массу смеси оксидов, которая образуется при сгорании 200 г смеси порошка магния и алюминия. Массовая доля алюминия в смеси составляет 54%. 5-31. Вычислите массу фосфора и массу кислорода, которые потребуются для получения оксида фосфора(У) массой 71 г. 5-32. Вычислите массу алюминия и массу кислорода, которые потребуются для получения оксида алюминия массой 25,5 г. 5-33. Рассчитайте, хватит ли 23,2 г железной окалины РезОд для получения а) 16,8 г железа; б) 22,4 г железа; в) 1 1,2 г железа; г) 10 г железа? 5-34. Рассчитайте, хватит ли 35,5 г фосфорного ангидрида Р2О5 для получения а) 15,5 г фосфора; б) 24,8 г фосфора; в) 9,3 г фосфора; г) 21,7 г фосфора? 5-35. Вычислите массы реагентов, которые потребуются для получения 4 г оксида магния. 5-36. Вычислите массу меди и объем кислорода (н.у.), которые потребуется для получения 8 г оксида меди(И). 5-37. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода и кислорода, которые потребуются для получения 90 г воды. 5-38. Вычислите объем кислорода, который потребуется для полного сгорания а) 5 л метана (СНд, газ); б) 8 л ацетилена (С2Н2, газ); в) 3 л сероводорода (H2S, газ). Вычислите объемы образовавшихся в результате реакции газообразных веществ. (Все объемы газов указаны при одинаковых условиях.) 5-39. Вычислите объем кислорода, который потребуется для полного сгорания а) 7 л этилена (С2Н4, газ); б) 8 л пропана (СзНд, газ); в) 9 л сероводорода (H2S, газ). Вычислите объемы образовавшихся в результате реакции газообразных веществ. (Все объемы газов указаны при одинаковых условиях.) 5-40. Для сжигания 24,8 г фосфора взяли 2 моль кислорода. Вычислите массу образовавшегося оксида фосфора(У). 5-41. Для сжигания 24 г угля взяли 67,2 л (н.у.) кислорода. Вычислите массу образовавшегося углекислого газа. 5-42. Для сжигания 160 г серы взяли 56 л (н.у.) кислорода. Вычислите массу образовавшегося диоксида серы. 5-43. Для сжигания 10 г водорода взяли 96 г кислорода. Вычислите массу образовавшейся воды и массу оставшегося реагента. 5-44. Для полного сгорания 14 г некоторого простого вещества потребовалось 1 1,2 л (н.у.) кислорода. В полученном оксиде элемент, который образовывал исходное простое вещество, четырехвалентен. О каком элементе и о каком простом веществе идет речь? 5-45. При нагревании порошка красного цвета на воздухе образовался порошок черного цвета. Подумайте, какие вещества могли участвовать в такой реакции. Напишите уравнение данной реакции. 57 5.3. Основания Щелочи — растворимые в воде сильные основания. Это гидроксиды щелочных и щелочноземельных металлов: LiOH, NaOH, КОН, RbOH, CsOH, Са(ОН)2, Sr(OH)2, Ва(ОН)2. Все остальные основания относят к нерастворимым в воде. Нейтрализация — взаимодействие щелочей с кислотами. Вопросы и задания 5-46. Составьте формулы следующих веществ: гидроксида бария, гидроксида алюминия, гидроксида меди(И), гидроксида калия, гидроксида хрома(И), гидроксида никеля(И). Из этого списка выберите щелочи. 5-47. Напишите уравнения реакций гидроксида калия а) с азотной кислотой, б) с оксидом фосфора(У), в) с раствором нитрата меди(П). 5-48. Напишите уравнения реакций гидроксида магния а) с серной кислотой, б) с соляной кислотой, в) с оксидом cepbi(VI). 5-49. Напишите уравнения следующих реакций: а) взаимодействие щелочи с раствором соли, б) взаимодействие щелочи с кислотным оксидом, в) разложение нерастворимого основания при нагревании. 5-50. Из списка оснований выберите те, которые будут взаимодействовать с раствором хлорида железа(111), и напишите уравнения реакций. Гидроксид меди(П), гидроксид натрия, гидроксид бария, гидроксид цинка. 5-51. Закончите уравнения осуществимых реакций: Са + Н20 = ... Р2О5 + Н2О = ... Р2О5 + NaOH = ... SO3 + СО2 = ... СаО + Р2О5 = ... H2SO4 + CU2O = .. ВаО + Н2О = ... FeO + Н2О = ... ZnO + НМОз =... СаО + СО2 = ... MgO + НС1 = ... Р2О5 + Са(ОН)2 = •52. Закончите уравнения осуществимых реакций: SO3 + Н20= ... ZnO + Н20= ... Са(ОН)2 + 502 = . N205 + Ca(0H)2 = ... ZnO + N2O5 = ... H2SO4 + МдО = .. MgO + SO3 = ... Ва + Н2О = ... H2SO4 + AI2O3 = .. Na20 + H20 = ... Си(ОН)2 = ... SO3 + КОН = ... ■53. Закончите уравнения осуществимых реакций: SO2 + Н2О = ... СгО + Н2О = ... НС1 + А120з = ... Cs + H20 = ... Сг(ОН)з = ... КОН + N2O5 = ... U2O + Н2О = ... МдО + Р2О5 = ... С02 + Са(0Н)2 = МазО + SO2 = ... N2O5 + Н2О = ... H2SO4 + СГ2О3 = . 5-54. Из списка оснований выберите те, которые разлагаются при нагревании: гидроксид железа(111), гидроксид бария, гидроксид цинка, гидроксид свинца(П), гидроксид натрия. Напишите уравнения реакций. 5-55. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить а) гидроксид бария, б) гидроксид свинца(И). 5-56. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно получить а) гидроксид калия, б) гидроксид железа (III). 58 5-57. Напишите уравнения реакций, которые могут протекать между гидроксидом калия, соляной кислотой и оксидом фосфора(У), взятыми попарно. 5-58. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: а) Натрий —► Гидроксид натрия —^ Нитрат натрия; б) Калий ^ Гидроксид калия ^ Карбонат калия; в) Медь ^ Оксид меди(И) —^ Хлорид меди(Н) ^ Гидроксид меди(И) —^ Оксид меди(И); г) Кальций —^ Оксид кальция Гидроксид кальция Хлорид кальция; д) Цинк ^ Оксид цинка —Нитрат цинка —^ Гидроксид цинка —^ Сульфат цинка; е) Барий ^ Гидроксид бария ^ Ацетат бария. 5-59. В двух склянках без этикеток находятся раствор гидроксида натрия и соляная кислота. Предложите способы идентификации* веществ. 5-60. Вычислите массу гидроксида натрия и объем водорода (н.у.), которые образуются при взаимодействии 5,75 г натрия с водой. 5-61. Вычислите массу гидроксида калия и объем водорода, которые образуются при взаимодействии 7,8 г калия с водой. 5-62. При взаимодействии кальция с водой образовалось 37 г гидроксида кальция. Вычислите массы исходных веществ, необходимые для получения данного количества продукта реакции. 5-63. При взаимодействии бария с водой образовалось 1 7,1 г гидроксида бария. Вычислите массы реагентов, необходимых для получения данного количества продукта реакции. 5-64. Вычислите массу азотной кислоты, необходимую для нейтрализации а) 10 г гидроксида натрия; б) 60 г гидроксида лития; в) 12,2 г гидроксида стронция. 5-65. Вычислите массу гидроксида калия, необходимую для полной нейтрализации а) 29,2 г хлороводорода; б) 25,2 г азотной кислоты; в) 49 г серной кислоты. 5-66. В раствор гидроксида натрия пропустили 6,72 л (н.у.) углекислого газа. Вычислите массу образовавшегося карбоната натрия. 5-67. В раствор гидроксида кальция пропустили 224 мл (н.у.) углекислого газа. Вычислите массу образовавшегося карбоната кальция. 5-68. Фосфорный ангидрид, полученный при сгорании 6,2 г фосфора, обработали избытком щелочи. Вычислите массу образовавшегося фосфата натрия. 5-69. Газ, образовавшийся при сгорании 32 г метана СНд, пропустили в раствор гидроксида бария. Вычислите массу образовавшегося карбоната бария. 5-70. Газ, образовавшийся при сгорании 4,4 г пропана СзНд, пропустили в раствор гидроксида натрия. Вычислите массу образовавшегося карбоната натрия. * Идентификация — установление тождества. В данном случае требуется определить, какое вещество находится в каждой из склянок. 5-71. Смешали два раствора, один из которых содержал 0,5 моль гидроксида натрия, а второй — 0,25 моль хлороводорода. Вычислите массу образовавшейся соли. 5-72. Смешали два раствора. Первый содержал 44,8 г гидроксида калия, второй — 44,1 г азотной кислоты. Вычислите массу образовавшейся соли и массу оставшегося в избытке реагента. 5-73. Раствор, содержавший 8 г гидроксида натрия, смешали с раствором, содержавшим 1 8,9 г азотной кислоты. Вычислите массу образовавшейся соли. Вычислите массу оставшегося после реакции исходного вещества, взятого в избытке. 5-74. К 200 г 20%-ного раствора гидроксида натрия добавили в стехиометрическом соотношении азотную кислоту. Вычислите массу образовавшейся соли. 5-75. К 1 26 г 25%-НОГО раствора азотной кислоты добавили в стехиометрическом соотношении гидроксид калия. Вычислите массу образовавшейся соли. 5-76. К 200 г раствора гидроксида натрия добавили в стехиометрическом соотношении соляную кислоту. В результате реакции образовалось 1 1,7 г соли. Вычислите массовую долю щелочи в исходном растворе. 5-77. К 1 96 г раствора серной кислоты добавили в стехиометрическом соотношении гидроксид натрия. В результате реакции образовался 71 г сульфата натрия. Вычислите массовую долю серной кислоты в исходном растворе. 5-78. Смешали 80 г 10%-ного раствор гидроксида натрия и 14,6 г 25%-ного раствора соляной кислоты. Вычислите а) массу образовавшейся соли; б) массовую долю соли в образовавшемся растворе; в) массу оставшегося в избытке реагента; г) массовую долю оставшегося в избытке реагента в растворе. 5 •4. Кислоты Бескислородные кислоты — кислоты, в молекулах которых не содержатся атомы кислорода. Кислородсодержащие кислоты — кислоты, в молекулах которых содержатся атомы кислорода. Одноосновные кислоты — кислоты, в молекулах содержится один атом водорода, способный замещаться на атом металла. Двухосновные кислоты — кислоты, в молекулах которых содержатся два атома водорода, способных замещаться атомами металла. Трехосновные кислоты — кислоты, в молекулах которых содержатся три атома водорода, способных замещаться атомами металла. Сильные кислоты: соляная НС1, серная H2SO4, азотная HNO3. Вопросы и задания 5-79. Приведите примеры кислот: а) бескислородных, б) кислородсодержащих. 5-80. Приведите примеры кислот: о) одноосновных, б) двухосновных, в) трехосновных. 5-81. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно получить а) соляную кислоту, б) сернистую кислоту, в) азотную кислоту, г) сероводородную кислоту, д) кремниевую кислоту. 5-82. С какими из перечисленных металлов реагирует соляная кислота: серебро, цинк, алюминий, железо, ртуть? Запишите уравнения возможных реакций. 5-83. С какими из перечисленных металлов реагирует разбавленная серная кислота: олово, магний, медь, алюминий, железо? Запишите уравнения возможных реакций. 5-84. Напишите уравнения реакций, которые происходят при взаимодействии соляной кислоты а) с магнием, б) с оксидом магния, в) с гидроксидом магния, г) с сульфидом натрия. 5-85. Напишите уравнения реакций между азотной кислотой и а) оксидом ме-ди(11), б) гидроксидом алюминия, в) силикатом натрия, г) карбонатом кальция. 5-86. С какими из перечисленных солей взаимодействует соляная кислота: сульфат натрия, сульфид железа(И), силикат калия, нитрат алюминия? Запишите уравнения реакций. 5-87. С какими из перечисленных веществ взаимодействует серная концентрированная кислота: сульфит калия, хлорид натрия, нитрат магния, сульфат натрия, фосфат кальция? Запишите уравнения реакций. 5-88. Запишите уравнения возможных реакций. а б в Карбонат калия + + Азотная кислота Цинк + Фосфорная кислота Оксид серебра + + Азотная кислота Магний + Соляная кислота Силикат калия + + Серная кислота Алюминий + Соляная кислота Медь + Серная кислота Оксид серы(У1) + + Соляная кислота Сульфид калия + + Соляная кислота Оксид меди(11} + + Серная кислота Оксид цинка + + Азотная кислота Серебро + Соляная кислота Азотная кислота + + Оксид углерода(1У) Гидроксид хрома(111) + + Серная кислота Нитрат железа(111) + + Угольная кислота Сульфат натрия + + Соляная кислота Ртуть + Серная кислота Кремниевая кислота + + Гидроксид калия Гидроксид бария + + Фосфорная кислота Нитрат железа!Ill) + + Соляная кислота Оксид хрома(У1) + + Серная кислота 61 5-89. Запишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить цепочки превращений веществ: а) Углерод ^ Углекислый газ ^ Карбонат натрия —^ Угольная кислота Карбонат бария; б) Натрий Гидроксид натрия ^ Нитрат натрия ^ Азотная кислота ^ ^ Нитрат меди(II) ^ Гидроксид меди(II); в) Фосфор —^ Оксид фосфора(У) ^ Фосфорная кислота Фосфат кальция Ортофосфорная кислота ^ Фосфат натрия; г) Калий Гидроксид калия Карбонат калия ^ Хлорид калия —Сульфат калия; д) Сера ^ Сульфид железа(И) Сероводород ^ Сульфид натрия ^ Сульфат натрия; е) Магний ^ Ацетат магния Уксусная кислота —^ Ацетат калия. 5-90. Даны вещества: углекислый газ, гидроксид натрия, соляная кислота, оксид магния. Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно. 5-91. Даны вещества: оксид фосфора(У), гидроксид калия, азотная кислота, оксид кальция. Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно. 5-92. В трех склянках без этикеток находятся растворы гидроксида кальция, азотной кислоты, хлорида натрия. Предложите простейший способ идентификации веществ. 5-93. Вычислите объем водорода (н.у.), который образуется при растворении 7,2 г магния в соляной кислоте. Рассчитайте массу образовавшейся соли. 5-94. Вычислите объем водорода (н.у.), который образуется при растворении 14 г железа в соляной кислоте. Рассчитайте массу образовавшейся соли. 5-95. Вычислите массу серной кислоты, которая потребуется для реакции с порцией оксида магния массой 8 г. Рассчитайте массу образовавшейся соли. 5-96. Вычислите массу азотной кислоты, которая потребуется для реакции с порцией оксида меди(П) массой 8 г. 5-97. К 65 г 1 0%-ного раствора азотной кислоты добавили гидроксид калия в стехиометрическом соотношении. Вычислите массу образовавшейся соли. Рассчитайте массу гидроксида калия, вступившего в реакцию. 5-98. К 365 г 5%-ного раствора соляной кислоты добавили гидроксид лития в стехиометрическом соотношении. Вычислите массу образовавшейся соли и массу гидроксида лития, вступившего в реакцию. 5-99. Вычислите массу 10%-ного раствора серной кислоты, который потребуется для полной нейтрализации 50 г гидроксида натрия. 5-100. Вычислите массу 25%-ного раствора азотной кислоты, который потребуется для полной нейтрализации 1 8,5 г гидроксида кальция. 5-101. Вычислите массу 12%-ного раствора серной кислоты, который потребуется для полной нейтрализации 560 г 20%-ного раствора гидроксида калия. 5-102. Раствор соды массой 21 2 г с массовой долей карбоната натрия 10% обработали соляной кислотой в стехиометрическом соотношении. Вычислите объем (н.у.) образовавшегося углекислого газа (взаимодействием углекислого газа с водой можно пренебречь). Рассчитайте массу образовавшейся соли. 5-103. Смешали 102,46 мл 16%-ного раствора едкого натра (плотность раствора — 1,22 г/см ) и 305,83 мл 5%-ного раствора азотной кислоты (плотность раствора — 1,03 г/ см ). Вычислите а) массу образовавшейся соли; б) массовую долю этой соли в растворе; в) массовую долю реагента, оставшегося в растворе после реакции. 5-104. Смешали 126,13 мл 12%-ного раствора едкого кали (плотность раствора — 1,11 г/см ) и 8,93 мл 40%-ного раствора плавиковой кислоты (плотность раствора — 1,12 г/см ). Вычислите а) массу образовавшейся соли; б) массовую долю этой соли в растворе; в) массовую долю реагента, оставшегося в растворе после реакции. 5-105. В лаборатории потерялась этикетка от склянки, в которой находится некий черный порошок. Проводя исследование, лаборант обработал порцию данного вещества серной кислотой. При этом порошок растворился, а раствор приобрел синюю окраску. Предположите, какое вещество было в склянке. Напишите уравнение реакции, осуществленной лаборантом. 5.5. Соли средняя соль — соль, образованная только атомами металлов и кислотными остатками. Кислая соль — продукт неполного замещения атомов водорода в молекуле кислоты на атомы металла. Основная соль — продукт неполного замещения гидроксогрупп в основании кислотными остатками. Вопросы и задания 5-106. Запишите формулы веществ в одну из колонок таблицы, в которой цифрами обозначены: 1 — основные оксиды, 2 — кислотные оксиды, 3 — амфотерные оксиды, 4 — сильные кислоты, 5 — кислоты средней силы, 6 — слабые кислоты, 7 — щелочи, 8 — нерастворимые в воде основания. Оксиды Кислоты Основания Соли 1 2 3 4 5 6 7 8 Формулы веществ: а) Ре(ОН)2, AI2O3, Н3РО4, СаСОз, HCI, СаО, N28103, СО2. NaOH, В2О3; б) НМОз, СгОз, СГ2О3, HF, Ва(ОН)2, СгО, N2$, А1(МОз)з, Си(ОН)2, SO3; в) Мп02, H2SO4, FeO, CsOH, HBr, Саз(Р04)2, Н2СО3, WO3, Ре(ОН)з, РеС1з; г) Ма2СОз, МдО, RbOH, $6205, ZnO, СН3СООН, Pb(OH)2, HI, СНзСООМа. Дайте названия этим веществам. 63 5-107. Формулы перечисленных ниже солей запишите в одну из колонок таблицы. Соль сильного основания и сильной кислоты Соль сильного основания и слабой кислоты Соль слабого основания и сильной кислоты Соль слабого основания и слабой кислоты Перечень солей: а) сульфид натрия ацетат цинка карбонат бария силикат калия б) нитрат меди(11) силикат цинка сульфат калия сульфид меди(И) в) ацетат свинца(И) хлорид калия сульфат ртути(И) хлорид алюминия сульфат калия цианид аммония нитрат аммония нитрит натрия (Fe0H)2S04 Са(Н2Р04)2 U2HPO4 СЮН(МОз)2 5-108. Дайте названия веществам, формулы которых приведены ниже. Укажите тип соли (средняя, кислая, основная), а) б) в) г) КНСОз Fe0HS04 [Fe(0H)2]2S04 Сг(МОз)з Ре2(504)з РеС1з Сг(ОН)2МОз (СиОН)2СОз NaHS04 Mg(HS04)2 NaHS К2СО3 5-109. Составьте формулы следующих солей: а) гидрокарбонат аммония, гидросульфид рубидия, гидрофосфат бария; б) дигидрофосфат бария, гидросульфит магния, гидрофосфат алюминия; в) бромид гидроксоалюминия, бромид дигидроксоалюминия, нитрат гидрок-сортути(Н); г) карбонат гидроксомеди(П), сульфат гидроксоалюминия, фосфат гидроксоалюминия. 5-110. Приведенные ниже формулы определите в одну из колонок таблицы, дайте названия веществам: а) Н3РО4, Ва(Н2Р04)2, Ваз(Р04)2, ВаОНМОз, Ва(ОН)2, ВаНР04,- б) Мд(ОН)2, Мд(МОз)2, Mg(HS04)2, H2SO4, (Mg0H)2S04. Основания Кислоты Средние соли Кислые соли Основные соли 5-111. Напишите формулы средних, кислых и основных солей, которые теоретически могут быть образованы: а) гидроксидом цинка и азотной кислотой; б) гидроксидом калия и ортофосфорной кислотой; в) гидроксидом меди(И) и угольной кислотой; г) гидроксидом алюминия и фосфорной кислотой; д) гидроксидом натрия и азотной кислотой; е) гидроксидом железа(111) и серной кислотой. 64 5-112. Могут ли существовать соли «гидронитрат натрия» и «гидрохлорид калия»? Ответ обоснуйте. 5-113. Укажите, каким основаниям могут соответствовать следующие соли: а) КМОз, Ре(ОН)2МОз, (Ре0Н)2$04, СгОНС12; б) N025 04, СгОН(МОз)2, Сг(ОН)2Вг, Сг0Н$04. 5-114. Какие вещества скрываются за бытовыми, техническими или историческими названиями? а) питьевая сода малахит медный купорос железный купорос хлорное железо соль Мора хромокалиевые квасцы алюмоаммонийные квасцы б) преципитат аммофос диаммофос двойной суперфосфат Ответ можете поискать в литературе по химии. 5-115. В каком соединении массовая доля водорода больше: а) в гидрокарбонате кальция или карбонате гидроксомеди(И); б) в гидросульфате железа(И) или сульфате гидроксожелеза(И)? 5-116. С растворами каких из перечисленных солей будет реагировать цинк: сульфат калия, нитрат меди(И), хлорид магния, нитрат серебра, хлорид рту-ти(11)? Запишите уравнения возможных реакций. 5-117. С растворами каких из перечисленных солей будет реагировать алюминий: хлорид свинца(И), сульфат железа(И), нитрат калия, нитрат желе-за(111), иодид бария? Запишите уравнения возможных реакций. 5-118. Что произойдет, если в раствор сульфата меди(И) бросить кусочек натрия? Запишите уравнения возможных реакций. 5-119. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно получить а) хлорид алюминия, б) сульфат магния. Постарайтесь найти возможно большее число принципиально разных способов. 5-120. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно получить а) нитрат цинка, б) хлорид меди(II). Постарайтесь найти возможно большее число принципиально разных способов. 5-121. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно получить а) карбонат кальция, б) хлорид натрия. Постарайтесь найти максимальное число принципиально разных способов. 5-122. Напишите уравнения реакций, в результате которых образуется а) хлорид алюминия, б) сульфат магния. Постарайтесь найти возможно большее число принципиально разных способов. 5-123. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения веществ: а) Калий —Гидроксид калия ^ Карбонат калия ^ Нитрат калия —^ Сульфат калия; б) Цинк —Хлорид цинка ^ Гидроксид цинка Оксид цинка ^ Нитрат цинка; в) Медь —Оксид меди(И) ^ Сульфат меди(Н) Гидроксид меди(И) Оксид меди(И) Хлорид меди(И); 65 Карбонат натрия —^ Карбонат кальция ^ Карбонат натрия —^ Нитрат нат-Сульфид железа(И) —^ Се- г) Углерод Углекислый газ ^ Углекислый газ; д) Водород —Вода —^ Гидроксид натрия рия; е) Сера Сероводород ^ Сульфид натрия роводород. 5-124. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения веществ: а) Натрий ^ Гидроксид натрия —Сульфид натрия ^ Хлорид натрия ^ —^ Сульфат натрия; б) Магний ^ Сульфат магния Гидроксид магния Оксид магния ^ Хлорид магния; в) Свинец ^ Оксид свинца(П) —^ Нитрат свинца(И) ^ Гидроксид свинца(П) —^ ^ Оксид свинца(И) Сульфат свинца(И); г) Сера ^ Сероводород Сульфид калия —Хлорид калия ^ Соляная кислота. 5-125. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения веществ: а) Кальций ^ Гидроксид кальция Карбонат кальция ^ Нитрат кальция —^ Азотная кислота; б) Алюминий —^ Сульфат алюминия ^ Гидроксид алюминия Оксид алюминия ^ Нитрат алюминия; в) Сера ^ Оксид серы(1У) Сернистая кислота ^ Сульфит натрия ^ Сернистая кислота; г) Кислород —»■ Оксид алюминия Сульфат алюминия —^ Гидроксид алюминия ^ Метаалюминат натрия. 5-126. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения веществ: а) Алюминий ^ Хлорид алюминия —^ Нитрат алюминия —Гидроксид алюминия ^ Сульфат алюминия; б) Медь Хлорид меди(И) Медь —^ Оксид меди(И) ^ Нитрат меди(И); в) Железо ^ Хлорид железа(И) ^ Гидроксид железа(И) —Сульфат желе-за(11) Железо; г) Железо —^ Хлорид железа(1 II) —^ Нитрат железа(111) ^ Сульфат железа(1 II) Железо. 5-127. В двух склянках без этикеток находятся дистиллированная вода и раствор поваренной соли. Перечислите способы, с помощью которых можно определить, какое вещество в каждой из склянок. 5-128. В трех колбах без этикеток находятся растворы сульфида натрия, сульфата натрия, нитрата натрия. Как химическим путем определить, какое вещество в каждой из колб? 5-129. В трех склянках без этикеток находятся растворы сульфида калия, хлорида калия, нитрата калия. Как химическим путем определить, какое вещество в каждой из склянок? 5-130. В трех пробирках без этикеток находятся растворы карбоната натрия, сульфата натрия, нитрата натрия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из пробирок? 5-131. Предложите способ получения а) карбоната натрия из гидрокарбоната натрия; б) гидрокарбоната натрия из карбоната натрия; в) карбоната натрия из гидроксида натрия; г) гидрокарбоната натрия из гидроксида натрия. 5-132. Предложите способ получения а) сульфата натрия из гидросульфата натрия; б) гидросульфата натрия из сульфата натрия; в) сульфата натрия из серной кислоты; г) гидросульфата натрия из серной кислоты. 5-133. Вычислите массу меди, которую можно получить при взаимодействии 5,4 г алюминия с раствором хлорида меди(Н). 5-134. Вычислите массу цинка, которая потребуется для восстановления 16 г меди из раствора сульфата меди. Вычислите массу сульфата меди, который потребуется для реакции. 5-135. Вычислите массу осадка, образовавшегося при взаимодействии двух растворов, один из которых содержит 21,2 г карбоната натрия, а второй — хлорида кальция в стехиометрическом соотношении. 5-136. Вычислите массу хлорида натрия, которая потребуется для того, чтобы при взаимодействии с 1 70 г 5%-ного раствора нитрата серебра получился осадок хлорида серебра. Вычислите массу этого осадка. 5-137. Вычислите массу осадка, который образуется при взаимодействии двух растворов, причем первый содержит 35,5 г сульфата натрия, а второй — нитрат бария в стехиометрическом соотношении. 5-138. К 49 г раствора серной кислоты добавили хлорид бария в стехиометрическом соотношении. В результате реакции образовалось 23,3 г соли. Вычислите массовую долю серной кислоты в исходном растворе. 5-139. Смешали 662 г 25%-ного раствора нитрата свинца(Н) и 150 г 50%-ного раствора иодида натрия. Вычислите а) массу образовавшегося осадка; б) массу образовавшейся соли в растворе; в) массовую долю соли в растворе; г) массу реагента, оставшегося после реакции; д) его массовую долю в растворе. 5-140. Смешали 1 70 г 50%-ного раствора нитрата серебра и 1 64 г 10%-ного раствора фосфата натрия. Вычислите а) массу образовавшегося осадка; б) массу образовавшейся соли в растворе; в) ее массовую долю в растворе; г) массу реагента, оставшегося после реакции; д) его массовую долю в растворе. 5-141. По названиям веществ составьте их формулы и назовите класс, к которому они относятся: цианид аммония, манганат калия, перманганат стронция, хромат бария, дихромат натрия, метафосфат лития, медный купорос, ацетат меди(Н), оксалат натрия. 5-142. Узнайте, какие вещества скрываются под перечисленными ниже бытовыми, техническими или историческими названиями веществ: 67 а) 6) в) г) мел едкий натр хлорная известь ляпис известняк едкое кали негашеная известь каустическая сода мрамор сулема гашеная известь кристаллическая сода кальцит каломель алебастр кальцинированная сода купоросное киноварь гипс глауберова соль масло кварц бура бертолетова соль глинозем чилийская царская водка веселящий газ малахит селитра В каждом случае укажите. к какому классу относится это вещество. 5-143. Вещество А светло-зеленого цвета разлагается при нагревании на вещество Б черного цвета, бесцветный газ и пары воды. При взаимодействии вещества Б с серной кислотой образуется раствор синего цвета. При добавлении к этому раствору щелочи выпадает синий студенистый осадок, разлагающийся при нагревании. О каких веществах А и Б идет речь? Напишите уравнения упомянутых здесь реакций. 5*6. Амфотерные гидроксиды Вопросы и задания 5-144. Запишите формулы перечисленных здесь веществ: гидроксид бария, гидроксид алюминия, гидроксид цинка, гидроксид калия, гидроксид бериллия, азотная кислота, гидроксид кальция, гидроксид хрома(111), ортофос-форная кислота. Выберите изданного перечня формулы а) амфотерных гидроксидов, б) основных гидроксидов, в) кислотных гидроксидов. 5-145. Напишите уравнения реакций, в ходе которых можно получить и доказать амфотерность а) гидроксида алюминия, б) гидроксида хрома(111). 5-146. Напишите уравнения реакций, в ходе которых можно получить и доказать амфотерность а) гидроксида цинка, б) гидроксида бериллия. 5-147. В трех склянках без этикеток находятся растворы хлорида натрия, хлорида алюминия, хлорида магния. Как химическим путем распознать, какое вещество в каждой из склянок? 5-148. В трех колбах без этикеток находятся растворы нитрата калия, нитрата цинка, нитрата меди(И). Как химическим путем распознать, какое вещество в каждой из колб? 5-149. В двух склянках без этикеток находятся растворы сульфата алюминия и гидроксида натрия. Как, не используя иных реактивов, распознать, какое вещество в каждой из склянок? 5-150. Предложите способы получения цинката калия: а) из оксида цинка, б) из гидроксида цинка. 5-151. Предложите способы получения алюмината натрия: а) из оксида алюминия, б) из гидроксида алюминия. 5-152. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения веществ: а) Алюминий ^ Хлорид алюминия —^ Гидроксид алюминия ^ Алюминат натрия —^ Нитрат алюминия; б) Цинк ^ Сульфат цинка Гидроксид цинка —^ Цинкат калия —^ Хлорид цинка; в) Цинк ^ Хлорид цинка —^ Гидроксид цинка —^ Оксид цинка —^ Цинкат натрия ^ Сульфат цинка —^ Нитрат цинка; г) Алюминий ^ Нитрат алюминия ^ Гидроксид алюминия ^ Оксид алюминия Алюминат натрия Сульфат алюминия; д) Цинк Тетрагидроксоцинкат натрия ^ Нитрат цинка ^ Гидроксид цинка Оксид цинка ^ Цинкат калия; е) Алюминий ^ Тетрагидроксоалюминат калия —>• Хлорид алюминия Гидроксид алюминия ^ Оксид алюминия —^ Алюминат натрия Сульфат алюминия ^ Тетрагидроксоалюминат калия; ж) Бериллий Оксид бериллия Нитрат бериллия ^ Гидроксид бериллия ^ Бериллат натрия ^ Сульфат бериллия. Решения Задача 5-16. а) В этом примере в каждом из соединений на один атом кислорода приходится по одному атому какого-либо другого элемента. Значит, надо сравнивать их относительные атомные массы. Доля кислорода будет больше в том соединении, в котором относительная масса другого элемента меньше. В данном случае наименьшая относительная атомная масса у углерода, следовательно, в соединении СО массовая доля кислорода будет наибольшей. б) В этом случае надо сравнивать соотношения относительных атомных масс элементов, образующих оксиды, и число атомов кислорода, приходящихся на 1 моль атомов элемента, образовавшего оксид. Очевидно, наибольшей будет массовая доля кислорода в оксиде азота(V), так как в этом соединении на 2 атома азота приходится 5 атомов кислорода; в то же время относительная атомная масса азота невелика и незначительно отличается от относительной атомной массы кислорода. Чтобы убедиться, что наши рассуждения верны, вычислим массовую долю кислорода во всех данных соединениях: w(0 в Ы02О) = 2 • 23 / (2 • 23+1 6) - 0,74; w(0 в СО2) = 2-16 /(2-16+12)- 0,73; w(0 в РезОз) = 48 / 160 = 0,3; w(0 в N2O5) = 80/108- 0,74. Таким образом, действительно, наиболее высокая массовая доля кислорода в окси- 69 де азота(У), но проверка была необходима, так как в оксиде углерода(1У) массовая доля кислорода тоже достаточно высока. Задача 5-111. а) Азотная кислота HNO3 — одноосновная, следовательно, соли этой кислоты не могут быть кислыми. Гидроксид цинка Zn(OH)2 — двухкислотное основание (т.е. в одной формульной единице гидроксида цинка содержатся две гидроксогруппы), следовательно, возможно замещение одной гидроксогруппы и образование основной соли. Итак, гидроксидом цинка и азотной кислотой могут быть образованы средняя соль 7п(МОз)2 — нитрат цинка и основная соль 2пОНМОз — нитрат гидроксоцинка. б) Гидроксид калия КОН — однокислотное основание, не образующее основных солей. Ортофосфорная кислота Н3РО4 — трехосновная кислота, следовательно, возможно образование кислых солей в результате неполного замещения атомов водорода в молекуле ортофосфорной кислоты. Итак, существуют соли: средняя — К3РО4 (фосфат калия) и кислые — К2НРО4 (гидрофосфат калия), КН2РО4 (дигидрофосфат калия). в) В данном случае основание гидроксид меди(11) Си(ОН)2 — двухкислотное и угольная кислота Н2СО3 — двухосновная, следовательно, теоретически возможны варианты: средняя соль СиСОз — карбонат меди(И), кислая соль Си(НСОз)2 — гидрокарбонат ме-ди(11), основная соль (СиОН)2СОз — карбонат гидроксомеди(И). г) Гидроксид алюминия — трехкислотное основание, может образовать основные соли, а ортофосфорная кислота (трехосновная кислота) — кислые соли. Возможны варианты: средняя соль AIPO4 — ортофосфат алюминия; кислые соли: А12(НР04)з — гидроортофосфат алюминия и А1(Н2Р04)з — дигидроортофосфат алюминия; основные соли: (А10Н)з(Р04)2 — ортофосфат гидроксоалюминия и [А1(0Н)2]зР04 — ортофосфат дигидроксоалюминия. Однако реально существует только нерастворимый в воде ортофосфат алюминия. Контрольная робота по теме «Основные классы неорганических соединений» Вариант 1 1. Напишите уравнения всех возможных реакций между следующими веществами: оксид магния, гидроксид натрия, серная кислота, оксид углерода(1У). 2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: Фосфор Оксид фосфора(У) ^ Фосфорная кислота ^ Фосфат калия Фосфат кальция ^ Фосфорная кислота. 3. Напишите уравнения реакций, в результате которых образуется а) сульфат магния, б) гидроксид кальция. Найдите возможно большее число различных способов. 4. В трех склянках без этикеток находятся растворы сульфата калия, сульфида калия и нитрата калия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок? Напишите уравнения реакций; ход распознавания представьте в виде таблицы. 5. Вычислите массу карбоната натрия, образовавшегося при пропускании 44,8 л (н.у.) углекислого газа через избыток раствора гидроксида натрия. Вариант 2 1. Напишите уравнения всех возможных реакций между следую1цими веществами: оксид цинка, соляная кислота, оксид серы (VI), гидроксид калия. 2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: Натрий Гидроксид натрия ^ Сульфид натрия ^ Хлорид натрия Сульфат натрия ^ Сульфат бария. 3. Напишите уравнения реакций, в результате которых образуется а) хлорид цинка, б) сероводородная кислота. Найдите возможно большее число различных способов. 4. В трех колбах без этикеток находятся растворы хлорида натрия, нитрата натрия и фосфата натрия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из колб? Напишите уравнения реакций; ход распознавания представьте в виде таблицы. 5. Вычислите массу сульфата бария, образовавшегося в результате смешивания раствора, содержащего 20,8 г хлорида бария с избытком раствора сульфата магния. Вариант 3 1. Напишите уравнения всех возможных реакций между следующими веществами: оксид бария, оксид серы(1У), гидроксид натрия, азотная кислота. 2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: Медь Хлорид меди(П) —^ Гидроксид меди(И) ^ Оксид меди(Н) ^ Сульфат меди(И) ^ ^ Медь. 3. Напишите уравнения реакций, в результате которых образуется а) карбонат кальция, б) соляная кислота. Найдите возможно большее число различных способов. 4. В трех склянках без этикеток находятся растворы карбоната натрия, нитрата натрия и сульфата натрия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок? Напишите уравнения реакций; ход распознавания представьте в виде таблицы. 5. Вычислите объем водорода (н.у.), образующегося при взаимодействии 48 г магния с избытком серной кислоты. Вариант 4 1. Напишите уравнения всех возможных реакций между следующими веществами: нитрат бария, гидроксид натрия, сульфат меди(И), соляная кислота. 2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: Водород Соляная кислота ^ Хлорид железа(И) ^ Хлорид магния ^ Соляная кислота Хлорид натрия. 3. Напишите уравнения реакций, в результате которых образуется а) фосфат кальция, б) гидроксид алюминия. Найдите возможно большее число различных способов. 4. В трех колбах без этикеток находятся растворы серной кислоты, сульфата натрия, нитрата натрия. Как химическим путем идентифицировать вещества? Напишите уравнения реакций; ход распознавания оформите в виде таблицы. 5. Вычислите массу гидроксида калия, образовавшегося при взаимодействии 3,9 г калия с избытком воды. 71 Глава 6 Строение атома. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева в свете электронной теории 6.1. Атомное ядро. Изотопы Атомное ядро — центральная часть атома, состоящая из протонов и нейтронов. Число протонов определяет заряд ядра. В ядре сосредоточена практически вся масса атома, определяемая массой протонов и нейтронов. Протон (р) — элементарная частица, заряд которой принят равным +1, а масса приблизительно равна атомной единице массы (а.е.м.). Нейтрон (п) — элементарная частица, не имеющая заряда, масса которой приблизительно равна массе протона (а.е.м.). Изотопы — атомы, имеющие одинаковый заряд ядра (одинаковое число протонов), но разную массу (вследствие разного числа нейтронов). 27 Пример 1. Символ изотопа элемента 13Э. Определите, какой элемент скрывается за символом Э, число протонов и число нейтронов в ядре, число электронов в атоме. Решение. Число 13 в данном случае означает, что в ядре содержится 13 протонов; следовательно, заряд ядра будет +13, номер элемента 1 3, и элемент Э — это алюминий А1. Число нейтронов в ядре 27 — 13= 14, электронов в электронной оболочке — 1 3. Пример 2. Элемент хлор встречается в природе в виде двух изотопов: и ^^С1. До- ля первого составляет приблизительно 75% от общего количества всех атомов хлора. Рассчитайте (приближенно) относительную атомную массу элемента хлора. Решение. Чтобы вычислить среднюю относительную атомную массу элемента, надо найти сумму произведений относительных атомных масс каждого из изотопов и доли каждого из изотопов. Доля первого из изотопов дана, она составляет 0,75, долю второго изотопа вычисляем, вычитая из единицы (100%) долю первого. Получаем: Д(С1) = 0,75 • 35 + (1 - 0,75) • 37 = 35,5. Пример 3. (Обратная задача.) Относительная атомная масса хлора приближенно равна 35,5. Хлор существует в природе в виде двух изотопов: и ^^С1. Рассчитайте до- лю этих изотопов от общего количества атомов хлора. Решение. Пусть л: — доля первого изотопа. Тогда доля второго изотопа равна (1 — х]. Составим и решим уравнение: 35л: + (1 — л:) • 37 = 35,5. Получаем: л:= 0,75. Следовательно, доля изотопа хлор-35 составляет 75% от общего количества атомов хлора, а доля изотопа хлора-37 составит 25%. 72 Вопросы и задания 6-1. Какой элемент в каждом случае обозначен буквой Э. Определите число протонов, нейтронов в ядре атома, число электронов в электронной оболочке: а) ?:э б) 7зЭ 59. 27- 31 , Д) заЭ е)^взЭ ж) ’Г9Э з) Т.Э и) 7аЭ , 169^ к) 69Э 6-2. Рассчитайте относительную атомную массу меди, если известно, что доля изотопа составляет приблизительно 69% от общего количества атомов меди, а доля изотопов — 31%. 6-3. Рассчитайте относительную атомную массу никеля, если известно, что изотопный состав этого элемента следующий: (68,27%); ^°Ni (26,1%); (1,13%); *^^N1 (3,59%); (0,91%). Ответ выразите числом, округлен- ным до сотых. 6-4. Рассчитайте среднюю относительную атомную массу магния, если изотопный состав элемента следующий: ^^Mg (79%); (10%); ^^Мд (1 1%). Ответ выразите с точностью до десятых. 6-5. Определите доли изотопов сурьмы от общего количества атомов сурьмы, если известно, что она встречается в природе в виде двух изотопов: ’^'Sb и '^^Sb. Относительную атомную массу сурьмы принять равной 121,8. 6-6. Определите доли изотопов бора от общего количества атомов бора, если известно, что бор встречается в природе в виде изотопов и 'В. Относительную атомную массу бора принять равной 10,8. 6-7. Рассчитайте доли изотопов серебра, если известно, что этот элемент распространен в природе в виде двух изотопов с массовыми числами 107 и 109. Относительную атомную массу серебра принять равной 107,9. 6-8. Сколько различных видов молекул воды можно получить из изотопов во-дорода Н, Н, Ни изотопа кислорода О? Запишите формулы с различными комбинациями изотопов. 6-9. Сколько различных молекул оксида азота(1) и оксида азота(1У) можно получить из изотопов азота Ми Ми изотопов кислорода О и О ? Запишите формулы с различными комбинациями изотопов. 73 6.2« Электронная конфигурация атомов Электрон (ё) — элементарная частица, заряд которой принят равным -1. Масса электрона приблизительно равна 1/1840 а.е.м. Спин электрона — характеристика электрона, связанная с направлением его движения вокруг своей оси. Имеет только два значения. Атомная орбиталь — область пространства вокруг ядра атома, в которой вероятность пребывания электрона достаточно высока. Атомные орбитали различаются энергией, формой, размером. Энергетический уровень — совокупность атомных орбиталей, близких по энергии и по размерам. Энергетический подуровень — совокупность одинаковых по форме атомных орбиталей (5-, р- или d-) одного энергетического уровня. Электронная конфигурация атома — распределение электронов по атомным орбиталям. При схематическом изображении электронных конфигураций атомов одна атомная орбиталь обозначается квадратом □, а электрон — стрелкой |. Пара противоположно направленных стрелок соответствует пребыванию двух электронов с противоположными спинами на одной атомной орбитали. Порядок заполнения атомных орбиталей: \s, 2s, 2р, 3s, Зр, 4s, 3d, 4р, os, 4d, Ър, 65 и т.д. В зависимости от того, какой энергетический подуровень заполняется электронами последним, элементы подразделяют на 4 типа: • s-элементы — элементы, у которых последним заполняется 5-подуровень внешнего энергетического уровня; • /^-элементы — элементы, у которых последним заполняется /^пoдypoвeнь внешнего энергетического уровня; • rf-элементы — элементы, у которых последним заполняется ^/-подуровень предвнешнего энергетического уровня; • /элементы — элементы, у которых последним заполняется /подуровень третьего снаружи энергетического уровня. Ионы — заряженные частицы, образующиеся при потере или приобретении электронов атомами или группами химически связанных атомов. Катионы — положительно заряженные ионы. Анионы — отрицательно заряженные ионы. Энергия ионизации — энергия, которую необходимо затратить для удаления из атома наиболее слабо связанного с ядром электрона. Измеряется в кДж/моль или в электронвольтах. Пример 4. Опишите электронную конфигурацию атома мышьяка. 1. Определяем положение мышьяка в периодической системе химических элементов: As — элемент № 33, 4-й период, V группа, главная подгруппа. 2. Изображаем квантовые ячейки. Так как мышьяк находится в 4-м периоде, то заполненными будут четыре энергетических уровня. Номеру элемента соответствует заряд ядра, который, в свою очередь, должен быть компенсирован электронами в электронной оболочке, чтобы атом был электронейтрален. Следовательно, в атоме мышьяка 33 электрона, и на схеме мы должны изобразить 33 стрелки в квантовых ячейках, размещая их в порядке, описанном выше: 4s п 3s п 2s Ti 4р 4с/ t т т Зр n n n 2р n n ti 3d Tl ti ti ti ti 4f Is Ti 3. Приводим сокращенную схему, в которой отражены заряд ядра, распределение электронов по энергетическим уровням: 2е 8е 18е 5е 4. В случае необходимости записываем электронный паспорт, основываясь на схеме квантовых ячеек. Электронный паспорт говорит о числе электронов на каждом из подуровней. Подчеркнем часть записи, показывающую число электронов на внешнем энергетическом уровне: 1s^2s^2p^Зs'Зp'Зd'V4p^ 5. Для S- и р-элементов изобразим электронную формулу (формулу Льюиса) — распределение валентных электронов по орбиталям при помощи каких-либо значков (точек, звездочек и т.п.) вокруг символа элемента: * * * As * * 6. Укажем тип элемента ( S-, р-, d- или f-): As — p-элемент. Пример 5. Распределение валентных электронов в атоме некоторого элемента: 2 2 2s 2р . Определите, какой это элемент. Решение. Один из способов следующий: надо восстановить ход заполнения электро-нами электронных оболочек. Мы получим: 1 s 2s 2р . Всего в атоме 2 + 2 + 2 = 6 электронов. Следовательно, заряд ядра +6, что соответствует элементу № 6. Таким образом, искомый элемент — углерод. 2+ Пример 6. Определите электронную конфигурацию ионов Мд и F . Электронной конфигурации атомов какого элемента идентичны электронные конфигурации этих ионов? Решение. Составим схему квантовых ячеек для магния и для фтора. Затем в первом случае надо убрать две стрелки, что соответствует удалению двух электронов с внешнего энергетического уровня, а во втором случае — добавить одну стрелку, что соответствует присоединению еще одного электрона. Получаются следующие схемы: Мд^ 3d 2р ti п ti Ь N Мы видим, что оба иона имеют электронную конфигурацию, присущую атомам инертного газа неона. Пример 7. Составить схему распределения валентных электронов в атомах а) ванадия, б) мышьяка. Решение. Способ 1. Мышьяк As является элементом 4-го периода главной подгруппы V группы. Внешним энергетическим уровнем будет четвертый. У элемента главной подгруппы все валентные электроны находятся на внешнем энергетическом уровне, а их число совпадает с номером группы. Следовательно, в атоме As пять валентных электронов. На каждом энергетическом уровне только одна s-орбиталь, на ней может находиться не более двух электронов. Остальные три электрона находятся на р-орбиталях. Распределение валентных электронов в атоме мышьяка As: 4s 4р . Ванадий V — элемент 4-го периода побочной подгруппы V группы. Внешним уровнем также будет четвертый. В атоме ванадия — пять валентных электронов (для элементов по- бочных подгрупп III — VII групп номер группы тоже соответствует числу валентных электронов в атоме). Однако элемент побочной подгруппы является с/-элементом. В соответствии с принципом наименьшей энергии сначала заполняется не d-, а s-подуровень следующего уровня и только затем начинается заполнение с/-подуровня. Следовательно, два валентных электрона атома ванадия будут располагаться на 4$-подуровне, а остальные три — на предвнешнем d-подуровне, т.е. на 3d. Итак, для ванадия V распределение валентных электронов в атоме таково: 3d 4s . Для большей наглядности советуем изображать квантовые ячейки для валентного слоя. Способ 2. Проследите по периодической системе ход заполнения энергетических уровней. Четвертый период начался с калия, у которого один валентный электрон (4s^). Добавление следующего электрона даст электронную оболочку магния (4s^). Затем электроны заполняют предвнешний d-подуровень: Sc (3d 4s ), Ti (3d 4s ), V(3d 4s ) и т.д. Заканчивается заполнение d-подуровня у цинка, а затем идет заполнение р-подуровня 2 1 2 2 2 3 внешнего электронного слоя: Ga (4s 4р ), Ge(4s 4р ), As(4s 4р ) и т.д. Аналогично выполняется обратное задание — поиск элемента по схеме распределения валентных электронов. Вопросы и задания 6-10. Изобразите электронные конфигурации атомов, укажите тип (s-, р-, d-) элементов: а) 6) в) г) д) е) сера кремний алюминий калий фосфор магний бром титан ванадий железо цинк никель марганец селен криптон хлор стронций олово 6-11. Установите распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням и укажите тип (s, р, d или f) для элементов: а) бериллий, азот, неон; б) натрий, алюминий, хлор. 6-12. По данным о распределении валентных электронов найдите элемент, укажите его тип: а) 2s'; б) 2s^2p^• в) 3s^3p*^; г) 4s^; д) АьАр) е) 3d'4s^; ж) 3d^4s^; з) 5s^5p^. 6-13. Вопреки ожиданиям, в атомах некоторых элементов на внешнем энергетическом уровне не а s'-электрон (Сг, Си, Nb, Мо, Ru, Rh, Ag, Pt, Аи). Здесь имеет место так называемый «провал», или «проскок», электрона. Изобразите схемы строения атомов а) меди и молибдена; б) хрома и серебра. Попробуйте объяснить, в чем заключается сущность «провала» электрона. 6-14. Могут ли свободные невозбужденные атомы иметь следующие электрон-ные конфигурации: а) s р ; б) s р ; в) s р ; г) s ? 6-15. Изобразите на схеме электронные конфигурации или запишите электронный паспорт для следующих ионов: а) А1^ ,* б) ; в) К ,* г) Вг~. Среди пе- 77 речисленных ионов найдите ионы с идентичной электронной конфигурацией. Электронной конфигурации атомов каких элементов соответствуют конфигурации всех этих ионов? 6-16. Какова электронная конфигурация следующих частиц: а) атом криптона Кг; 6) ион калия К ; в) ион стронция $г^ ; г) бромид-ион Вг; д) селенид-ион Se^ , е) ион иттрия ? 6-17. Приведите примеры ионов, у которых электронная конфигурация а) такая же, как у атомов криптона Кг; 6) как у ионов хлора С1 ; в) как у ионов рубидия Rb . 6-18. Перечислите все возможные частицы с конфигурацией внешнего энергетического уровня 2s^2p^. 6-19. Укажите электронную конфигурацию в атомах элементов: а) № 32, 39, 52; в) № 35, 37, 49; д) № 24, 47, 57; б) № 22, 36, 53; г) № 26, 51, 56; е) № 58, 72, 81. 6-20. По электронным конфигурациям найдите элементы: а) Зз^Зр^' б) 3d^4s^; в) 5s^5p^' д)4с(^55'; е) 5s^5p^; г) 4d^5s^; ж) 4f^6s^; з) 5f"7s\ 2+ 2- 2+ 2+ 6-21. Определите электронную конфигурацию ионов: Ва , Те , Fe , Zn . 6*3« Свойства химических элементов в свете электронной теории Периодический закон Д.И. Менделеева: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов. Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева — это упорядоченное множество химических элементов. Их положение в этом множестве зависит от зарядов ядер атомов. Период — это последовательность элементов, расположенных по возрастанию заряда ядра их атомов, начинающаяся щелочным металлом (первый период — водородом) и заканчивающаяся элементом с завершенной конфигурацией /^-подуровня — благородным газом. В одном периоде объединены элемен- ты с одинаковым числом завершенных и заполняемых энергетических уровней. Группа — это совокупность элементов, в атомах которых содержится одинаковое число валентных электронов, но различное число заполненных электронных слоев. Каждая группа делится на подгруппы — главную и побочную. Главную подгруппу' образуют 5- и ^^-элементы, побочные подгруппы образованы «^-элементами. Лантаноиды и актиноиды, которые являются/элементами, рассматривают отдельно. 78 Электронные аналоги — атомы, в которых одинаковое число валентных электронов и сходное распределение их по подуровням. Когда распределение валентных электронов по подуровням идентично, атомы являются полными электронными аналогами. Например, С1 {3s3p')y Вг {4s^4p^) и Мп (3d^4s~) — электронные аналоги (7 валентных электронов), причем С1 и Вг являются полными электронными аналогами. Электроотрицательность (ЭО) — относительная характеристика способности атома, находящегося в соединении, притягивать электрон. Максимальную электроотрицательность, которая принята равной 4,0, имеет фтор (см. приложение ПГ). Пример 8. Сравните радиус атома, энергию ионизации и электроотрицательность следующих элементов: а) магния и хлора, 6) хлора и иода. Решение. Для элементов одного периода радиусы атомов уменьшаются от атомов щелочных металлов к атомам благородных газов, так как увеличивается заряд ядра. В главных подгруппах периодической системы радиусы атомов увеличиваются сверху вниз, так как возрастают размеры атомных орбиталей. Магний и хлор — элементы одного периода (третьего), поэтому радиус атома магния будет больше радиуса атома хлора. Хлор и иод — элементы одной подгруппы, следовательно, радиус атома иода будет больше, чем радиус атома хлора. Чем больше радиус атома и больше заряд его ядра, тем слабее удерживаются внешние электроны, тем легче атом их отдает, т.е. тем меньше энергия ионизации. Энергия ионизации для элементов одного периода возрастает от щелочных металлов к инертным газам, так как увеличиваются заряды ядер атомов и уменьшаются радиусы атомов. В главных подгруппах энергия ионизации уменьшается сверху вниз, так как внешние электроны удаляются от ядра. В данном случае энергия ионизации магния будет меньше энергии ионизации хлора, а энергия ионизации хлора больше, чем иода. Тенденция изменения электроотрицательности такая же, как и энергии ионизации. Следовательно, электроотрицательность магния меньше электроотрицательности хлора, а электроотрицательность хлора больше, чем иода. Вопросы и задания 6-22. В данном перечне элементов найдите полные и неполные электронные аналоги: кремний, фосфор, олово, титан, бериллий. Ответ обоснуйте. 6-23. Из данного перечня элементов выберите полные и неполные электронные аналоги: скандий, алюминий, магний, иттрий, стронций. Ответ обоснуйте. 6-24. Используя периодическую систему химических элементов, найдите полные и неполные электронные аналоги а) серы, б) ванадия, в) селена. 6-25. Объясните тенденцию изменения радиусов атомов, энергии ионизации и электроотрицательности у элементов а) одного периода, б) одной подгруппы. 6-26. Расположите элементы в порядке увеличения радиусов атомов, энергий ионизации и электроотрицательностей: а) сера, теллур, селен, полоний; б) магний, фосфор, сера, хлор, алюминий; 79 в) магний, кальций, цезий, бериллий; г) фтор, хлор, астат, иод; д) калий, мышьяк, кальций, бром. Решения Задача 6-8. В состав молекулы воды входят два атома водорода и один атом кислорода. В данном примере предлагается один изотоп кислорода, но два различных изотопа водорода. Возможны различные комбинации, которые надо перебрать. Изотоп водорода имеет следующие обозначения: изотоп 'н называется «протий» и обозначается Н, изотоп водорода Н называется «дейтерий» и обозначается D, изотоп Н называется «тритий» и обозначается Т. Возможны следующие комбинации атомов: НОН, DOH, ТОН, DOD, TOD, ТОТ, т.е. всего 6 видов молекул. Задача 6-13. Рассмотрим причину этого явления на примере хрома и меди. Электронная конфигурация атомов хрома должна быть Зс/'^Дз^. Если на с/-подуровень попадает еще один электрон, то d-подуровень будет наполовину завершен, возникает более устойчивая конфигурация (см. схему). Это происходит за счет перемещения одного электрона с Дз-подуровня. Поэтому реальная электронная конфигурация атомов хрома Зd^Дз^ Аналогично, чтобы в случае меди d-подуровень оказался целиком заполненным, с Дз-подуровня электрон переходит на Зd-пoдypoвeнь и электронная конфигурация меди — Зd'°Дз'. Задача 6-25. В периодах атомный радиус уменьшается по мере увеличения атомного номера. В группах радиус увеличивается вследствие появления дополнительного электронного слоя. Энергия ионизации в периодах увеличивается, так как увеличивается заряд ядра, радиус атома уменьшается, электроны испытывают более сильное притяжение к ядру. В группах радиус атома увеличивается, появляются новые завершенные электронные слои между ядром и внешним энергетическим слоем, всё это ослабляет притяжение внешних электронов ядром, и энергия ионизации с увеличением номера элемента уменьшается. 80 Глава 7 Строение вещества. Химические реакции в свете электронной теории 7.1 • Характер связи в химических соединениях Химическая связь — совокупность сил, обусловливающих взаимодействие атомов или ионов в химическом соединении. Ковалентная связь — связь между атомами при помощи общих связывающих электронных пар. При образовании ковалентной связи происходит перекрывание атомных орбиталей (АО). Неполярная ковалентная связь — связь между атомами одного элемента в простом веществе, осуществляемая общей электронной парой (парами), расположенной на равном удалении от ядер связывающихся атомов. Полярная ковалентная связь — связь между атомами разных элементов. В этом случае общая электронная пара смещается к атому элемента с большей электроотрицательностью. Кратность ковалентной связи — число, показывающее, сколько электронных пар участвуют в образовании связи между двумя атомами. Связь может быть ординарной (одна связывающая электронная пара), двойной (две па-.ры) или тройной (три связывающие пары). о-связь — ковалентная связь, при которой область перекрывания атомных орбиталей находится на линии, соединяющей центры взаимодействующих атомов. Между каждой парой атомов может быть только одна а-связь. Ординарная связь — всегда а-связь. я-связь — ковалентная связь, при которой область перекрывания атомных орбиталей располагается вдоль линии, перпендикулярной линии а-связи. я-связь может только дополнять а-связь в двойной связи (одна а-связь и одна я-связь) или в тройной связи (одна а-связь и две я-связи). В тройной связи две я-связи располагаются на взаимно перпендикулярных линиях. Ионная связь — связь между ионами за счет сил электростатического притяжения. Ионная связь может образоваться при очень высокой разности электроотрицательности элементов. Это идеальный крайний случай полярной связи, соответствующий полному переносу электронов с одного атома на другой. Объективно можно говорить только о преимущественно ионном характере связи, а не об исключительно ионном. Обычно ионными соединениями считают многие соли, щелочи, оксиды щелочных (Li, Na, К, Rb, Cs) и щелочноземельных (Са, Sr, Ва) металлов. Кристаллическая решетка — пространственное периодическое расположение атомов, молекул или ионов в кристалле. пример 1. Укажите тип связи в молекулах хлора, хлорида натрия, хлороводорода, хлорида алюминия. Решение. Используя шкалу электроотрицательностей, найдем значение ЭО для каждого элемента: Na-0,9; А1- 1,5; Н - 2,1; С1 - 3,0. Молекула хлора образована двумя одинаковыми атомами хлора, связь будет ковалентной неполярной. Во всех остальных случаях имеется разность ЭО элементов, следовательно, связь будет ковалентной полярной или ионной. Элементом с максимальной электроотрицательностью здесь является хлор, значит, смещение электронной плотности будет направлено к атомам хлора. В случае хлороводорода разность ЭО составит 3,0 — 2,1= 0,9, связь будет ковалентной неполярной. В случае хлорида натрия эта разность составит 3,0 — 0,9 = 2,1. Это больше 2, следовательно, здесь можно говорить о преимущественно ионном характере связи. В случае хлорида алюминия эта разность составит 3,0 — 1,5 = 1,5. Это меньше 2, в соединении реализована ковалентная полярная связь. Однако не стоит забывать, что хлорид алюминия является солью, поэтому здесь можно говорить об ионно-ковалентном характере связи. Пример 2. Составьте электронные формулы (формулы Льюиса) для следующих веществ: а) NF3; б) N2,* в) CF4. Решение, а) Сначала составим электронные формулы элементов азота и фтора. Электронная конфигурация валентного слоя атома азота: 2s 2р . Таким образом, на валентном слое атома азота находятся электронная пара и три неспаренных электрона. Электронная конфигурация валентного слоя атома фтора: 2s 2р . Таким образом, на валентном слое атома фтора находятся три электронные пары и * * один неспаренный электрон. Очевидно, центральным атомом в молекуле NF3 является атом азота, вокруг него располагаются три атома фтора. Ковалентные связи будут образовываться за счет обобществления неспаренных электронов валентного слоя: ★ ★ * N * * * * г ★ * г * * * F ★ * * * * * F * * * г * ★ Г * * * Теперь несложно составить формулу Льюиса для NF- 82 6) Действуем аналогично. В данном случае связь образуется между двумя атомами азота. У каждого из них по три неспаренных электрона на валентном слое, поэтому образуются три ковалентные связи: : N: '....7^. Формула Льюиса для N2 будет выглядеть следующим образом: N N в) В молекуле СРд центральным атомом, очевидно, будет атом углерода. Однако на валентном слое атома углерода всего только два неспаренных электрона и электронная пара (2s^2p^). Для того чтобы атом углерода мог образовать четыре связи, атом должен перейти в возбужденное состояние: 2р о______ . 2р 2s ti т т Энергия 2s 1 Г г t Таким образом, теперь в атоме углерода четыре неспаренных электрона на валентном слое, и он может образовать четыре ковалентные связи. Формула Льюиса для CF^ будет выглядеть следующим образом: * * * * F ★ * . * * : F * * ★ ★ С * * * * F 1 * * * * * * F * * ★ * * * Вопросы и задания 7-1. Выберите из списка вещества, в молекулах которых ковалентная неполярная связь: PCI5, СН4, Н2, СО2, О2, $8, SCI2, $(N4. 7-2. Выберите из списка вещества, в молекулах которых ковалентная полярная связь: О3, Р2О5, Р4, H2SO4, CsF, HF, HNO3, Н2. 7-3. Приведите по 4 примера молекул с ковалентной полярной и неполярной связью. 7-4. Как меняется полярность связи в ряду HCI — H2S — РН3? Ответ обоснуйте. 7-5. Как меняется полярность связи в ряду HCI — НВг — HI? Ответ обоснуйте. 7-6. Определите тип связи, укажите направление смещения по связи электронов в следующих веществах: 83 а) оксид лития, бромоводород, бромид калия, оксид брома(1), бром; б) фторид лития, литий, фтор, фторид кислорода; в) ортофосфорная кислота, ортофосфат калия, оксид фосфора(У), фосфор. 7-7. Расположите в ряд по возрастанию степени ионности связи следующие соединения: а) NaCI, Nal, NaBr, NaF; б) K2S, K2O, KF, KCl. 7-8. В молекуле аммиака NH3 атом азота образует три ординарные связи или одну тройную связь? 7-9. В молекуле хлорида фосфора(111) атом фосфора образует одну тройную связь или три ординарные связи? 7-10. Могут ли быть две а-связи а) между двумя атомами; б) у одного из атомов в бинарном соединении? 7-11. В молекуле азота тройная связь. Сколько а- и сколько 71-связей в молекуле азота? 7-12. Составьте электронные и графические формулы веществ: а) F2, HF, OF2; б) CI2, HCI, SCI2. Укажите направление смещения электронной плотности и определите тип химической связи. 7-13. Составьте электронные и графические формулы веществ: а) О2, CI2O, Н2О2; б) р2, РНз, PCI3. Укажите направление смещения электронной плотности и назовите тип химической связи. 7-14. Составьте электронные и графические формулы веществ: а) СНд, б) BeCl2, в) BF3. Укажите направление смещения электронной плотности и определите тип химической связи. 7-15. Сколько о- и сколько 71-связей в молекуле воды? 7-16. Определите число а- и 71-связей в каждой из молекул: а) SF„ SO3, SO2F2, SO2, SOF2; б) Рд, РНз, POCI3, PSCI3, NOCI. 7-17. Приведите примеры бинарных соединений с ординарной, двойной и тройной связью между двумя атомами. 7-18. Выберите вещества, в молекулах которых содержится а) двойная связь, б) тройная связь: С2Н2, С2Н6, С2Н4, $2, NH3, СО2, H2S, СНд, N2. 7-19. Из данного перечня выберите вещества с преимущественно ионным характером связи: Н2О, К2О, HF, F2O, KF, NaOH, H2SO4, N02804. 7-20. Приведите примеры соединений с преимущественно ионным характером связи, 7-21. Даны два бинарных соединения. Температура плавления первого 1 14 °С, второго 1728 °С. В каком случае речь идет о веществе с молекулярной кристаллической решеткой, а в каком — с атомной? Ответ обоснуйте. Степень окисления Степень окисления — это условный заряд атома в химическом соединении, если предположить, что оно состоит из ионов. Степень окисления соответствует заряду, который возник бы на атоме данного элемента в химическом соединении, если предположить, что все элект- ронные пары, с помощью которых данный атом связан с другими атомами, полностью сместились к атомам элементов с большей электроотрицательностью. При этом электронные пары, обобщенные одинаковыми атомами, делятся пополам. Степень окисления определяется по следующим правилам. 1. Степень окисления элемента в простом веществе равна нулю. 2. Степень окисления элемента в форме одноатомного иона в веществе, имеющем ионное строение, равна заряду данного иона. 3. В ковалентном соединении электронные пары, с помощью которых образованы связи, полностью относят к электроотрицательному элементу с большей электроотрицательностью. Степенями окисления считают образующиеся при этом заряды на атомах. 4. Алгебраическая сумма всех степеней окисления элементов атомов в нейтральной молекуле равна нулю, а в сложном ионе — заряду иона. Постоянные степени окисления в соединениях проявляют: +1 все щелочные металлы ( Li, Na, К, Rb, Cs ), серебро; +2 все элементы II группы, кроме ртути; +3 алюминий; -I фтор; -2 кислород (за исключением фторидов, в которых его степень окисления положительна, и пероксидов, в которых она равна -1). Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления +1, в соединениях с металлами -I. Высшая положительная степень окисления элемента II-VII групп равна номеру группы (кроме фтора и кислорода). Пример 1. Рассчитайте степени окисления элементов а) в дихромате калия, 6) в карбонат-ионе, в) в сульфате железа(111). Решение, а) К2СГ2О7. Надпишем известные степени окисления над символами тех + 1 -2 элементов, у которых они постоянны. Получаем К2СГ2О7. В целом соединение должно быть электронейтрально, т.е. сумма всех степеней окисления должна быть равна нулю. Составим уравнение: 2 • (+1) + 2л: + 7 • (-2) = 0. Решая его, получаем: л:= 6, т.е. степень окисления хрома в данном соединении будет + 6. б) Ион СО3 . Сумма степеней окисления должна быть равна заряду иона, т.е. -2. Составим уравнение: л: + 3 • (-2) = -2. Решая его, получаем: л:= 4, т.е. степень окисления углерода +4. в) Ре2(50д)з. Здесь у двух элементов непостоянные степени окисления. Можно действовать двумя способами. Первый способ. Сульфат железа образован ионами железа и остатками серной кис- 2— 2— лоты SO4 . Определим степень окисления серы в ионе SO4 : х + 4 • (-2) = -2, откуда х= +6. Теперь составим уравнение, обозначив через у степень окисления железа в сульфате: 2у+3-(+6) + 4-3-(-2) = 0. Решим это уравнение, получим: у = 3. Итак, Ре2(504)з. 85 Второй способ. Мы не знаем степень окисления серы, но зноем, что суммарный за- ряд ионов железа должен быть равен суммарному заряду ионов SO4 . Тогда если — степень окисления железа в форме одноатомного иона, то 3 • (-2) = 2у, откуда }’ = 3. Для сульфата железа: 2 • (+3) + Зл: + 4 • 3 • (-2) = 0. Получаем: х = 6 и приходим к тому же результату. Пример 2. Определите возможные степени окисления мышьяка. Одна определяется сразу — в простом веществе степень окисления любого элемента равна нулю. Далее, мышьяк — элемент V группы, значит, высшая положительная степень окисления +5. Остальные возможные степени окисления удобно определять по электронному строению атома. Изобразим схему валентных орбиталей атома мышьяка: 4d 4s ITi 4р т т т На валентном s-подуровне расположена электронная пара, на валентном р-подуров-не — три неспаренных электрона. Значит, соединяясь с атомами элементов с большей электроотрицательностью (посмотрите в таблице электроотрицательностей — Пргияоже-гше IV], мышьяк будет отдавать три электрона, что соответствует степени окисления +3 (например, в соединениях ASCI3, AS2S3, AS2O3). Соединяясь с атомами элементов с меньшей электроотрицательностью, он будет присоединять три электрона, что соответствует степени окисления -3 (например, в соединениях с металлами — AlAs). Для достижения высшего валентного состояния +5 необходимо возбуждение s-электронной пары, что достигается при соединении с атомами наиболее электроотрицательных элементов — фтора и кислорода: ASF5, AS2O3. Вопросы и задания 7-22. Может ли степень окисления какого-либо элемента быть равной а) +2; б)+5; в)+10? 7-23. Может ли степень окисления какого-либо элемента быть равной а) -1; б) -3; в)-5? 7-24. Определите степени окисления каждого элемента в соединениях: а) 6) в) г) N2 NaNOj КСЮз 7п$10з NjO Са(МОз)2 МазРО^ А02СОз NO2 Сг(МОз)з СгРОд ЗгСгОд N2O3 ВаМпОд Са(С10)2 Сиз(А$04) NH3 Ва(Мп04)2 Мд(С102)2 NH4CI 7-25. Определите возможные степени окисления для элементов а) № 1 1, 20, 49; б) № 50, 51, 34, 1 7. Ответ обоснуйте. 7-26. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления азота равна а) -3; б) 0; в) +5; г) +2; д) +3. 86 7-27. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления серы ровно о) 0; 6) -2; в) +4; г) +6. 7-28. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления хлоро ровно о)+1;б)-1;в) +3;г) +5; д) +7. 7-29. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления выбронных воми элементов ровно о) 0; 6) +3; в) +6; г) -2; д) -3. 7-30. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления выбронного воми одного элементо ровно о) 0; б) +4; в) +6. 7-31. Приведите примеры веществ, в которых степень окисления одного выбронного воми элементо ровно о) 0; б) +5; в) -3. 7-32. Изменится ли степень окисления хлоро при переходе от NoCi о) к РеС1з; б) к PCI5; в) к CI2? 7-33. Изменится ли степень окисления серы при переходе от H2SO4 о) к ЛУЗО^з; б) к SO2; в) к H2S? 7.3. Окислительно-восстановительные реакции Окислительно-восстановительные реакции — реакции, в ходе которых изменяются степени окисления вследствие перехода электронов от одних элементов (восстановителей) к другим элементам (окислителям). Окислитель — вещество, в состав которого входит элемент, принимающий электроны. Восстановитель — вещество, в состав которого входит элемент, отдающий электроны. Окисление — процесс отдачи электронов, степень окисления повышается. Восстановление — процесс приема электронов, степень окисления понижается. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции — реакции, в которых окислителем и восстановителем являются разные вещества. Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции — реакции, в которых одно и то же вещество является и окислителем, и восстановителем. Диспропорционирование — реакции, приводящие к образованию соединений, которые содержат один и тот же элемент в разных степенях окисления. Пример 1. В данных переходах определите число электронов, теряемых или приобретаемых атомом: а) Мп ... ^ Мп; б) S ... S; в) N2 ... 2N. 87 Решение, о] В исходном состоянии (в исходном химическом соединении) марганец находится в степени окисления +7, а в конечном состоянии (в каком-то продукте реакции) — в степени окисления +2. Следовательно, в ходе данного процесса атом марганца получил пять электронов, процесс — восстановление, марганец являлся окислителем. Ответ запишем в виде схемы: +7 +2 Мп + 5е Мп (восстановление, окислитель)*. б) В исходном состоянии у атома серы было два «лишних» электрона, после реакции у него «не хватает» четырех электронов. Следовательно, атом серы потерял шесть электронов, процесс — окисление, сера является восстановителем. -2 +4 Ответ: S - 6е ^ S (окисление, восстановитель). в) В исходном состоянии в двухатомной молекуле азот имеет степень окисления, равную нулю. В конечном состоянии азот находится в степени окисления -3. Следовательно, атом азота «принял» три электрона, а двухатомная молекула в два раза больше — шесть электронов. Запишем это в виде схемы: 0 -3 N2 + 6е 2N (восстановление, окислитель). Пример 2. Составьте схему электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции. Укажите тип окислительно-восстановительной реакции. КСЮз + Р ^ KCI + Р2О5 Решение. Расставим степени окисления над символом каждого элемента, определим, у каких элементов она изменилась, выпишем отдельно схемы электронного перехода, как это сделано в примере 1. Получим следующую картину: + 1+5-2 о КСЮ, + Р + 1 -1 +5 -2 КС1 + р,о. С1 + 6е ^ С1 (степень окисления хлора меняется от +5 до -1) о +5 Р — 5е Р (степень окисления фосфора меняется от 0 до +5) Мы видим, что атом хлора принимает шесть электронов, а атом фосфора отдает пять. Но число отданных восстановителем электронов должно быть равно числу электронов, принятых окислителем. Найдем наименьшее общее кратное шести и пяти — 30. Это общее число электронов, которое отдает фосфор и приобретает хлор. Чтобы получить ЗОе, о необходимо шесть атомов Р, а чтобы ЗОе были приняты окислителем, потребуется пять +5 атомов С1. На схеме равенство числа отданных и принятых электронов отражается соответствующими коэффициентами: * Строго говоря, речь должна идти не об одном атоме, а об одном моле атомов того или иного элемента и о соответствующем числе молей приобретаемых или теряемых электронов. а + бё -1 Cl Р-5е^ Р Укажем в схеме электронного баланса окислитель и восстановитель, тип процесса и перенесем найденные коэффициенты в уравнение реакции. В итоге получаем следующее: + 1 +5 -2 О +1 -1 +5 -2 5КС10. + 6Р = 5КС1 + ЗР,0 2^5 +5 -1 С1 + 6ё С1 (восстановление, окислитель) о +5 Р — 5ё ^ Р (окисление, восстановитель) Эта реакция относится к типу межмолекулярных окислительно-восстановительных реакций. Пример 3. Запишите схему электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций: а) FeS + О2 Fe203 + SO2 б) Ре$2 + 02^ Ре20з + SO2 Обратим внимание на то, что в данных реакциях окисляются два элемента: и железо, и сера. Поэтому при подсчете числа уходящих электронов найдем их сумму. +2-2 О +3 -2 +4-2 а) FeS + 02“^ Ре20з + SO2 — 1е 6е Fe (окисление) +4 S(окисление) -2 4е ^ 20 (восстановление) 4FeS +7О2 = 2Ре20з + 4SO2 б) Степень окисления железа в этом соединении будет +2, степень окисления серы -1. В этом случае в электронном балансе потребуется учесть, что на один атом железа в соединении приходятся два атома серы, поэтому поставить коэффициент для серы невозможно независимо от коэффициента при железе. Уравнение реакции и схема электронного баланса будут выглядеть следующим образом: FeS2 + О2 Ре20з + SO2 89 11 2S 1 e Оё Fe (окисление) +4 ^ 2S (окисление) O2 + 4e ^ 20 (восстановление) 4FeS' O9 = 2FeoO-, + 8SO^ Вопросы и задания 7-34. Из приведенного списка выберите уравнения окислительно-восстановительных реакций. Укажите элементы, которые изменяют степень окисления в реакциях. а) 4Р + 502 = 2Р20з Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S H2S + Cl2 = 2HCI + S 6HI + 2HNO3 = 3I2 + 2NO+4H2O в) 2К + 2Н20 = 2К0Н + Н2 6) 2SO2 + 02 = 2$Оз Ре20з +ЗН2 = 2Fe + ЗН2О Fe0 + 2HCl = FeCl2 + H20 5КС10з + 6Р = ЗР205 + 5КС1 4NH3 + 3O2 2N2 + 3H2O РеС1з + ЗАдМОз = ЗАдС1 + Ре(МОз)з 2CuS + 302 = 2Cu0 + 2S02 7-35. Из данного списка выберите схемы окислительно-восстановительных реакций, укажите окислитель и восстановитель: а) К2СГ2О7 + K2SO3 + H2SO4 K2SO4 + Сг2(504)з + Н2О б) К2СГО4 + H2SO4 ^ K2SO4 + К2СГ2О7 + Н2О в) КСг02 + Вг2 + КОН ^ К2СГО4 + КВг + Н2О г) КОН + Н2СГО4 — К2СГО4 + Н2О 7-36. В данных переходах определите число электронов, приобретаемых или отдаваемых элементом, укажите процесс (окисление или восстанов- ление); а) 0 +4 б) -1 -2 в) +6 +3 г) +5 +2 S... -> S О .. .-О Сг.. . ^Сг N... ^ N +7 +4 +6 -2 +5 -1 +5 -3 Мп ... Мп S... С1 ... -С1 N... — N +3 +6 0 +5 -1 0 -3 +2 Сг. .. ^ Сг р... ^ Р 2CI ... - С1, N... — N 0 -1 0 -2 +5 0 -3 0 CI2 ... -> 2CI 02 ... — 20 21 ... ^ I2 2N ... — N2 0 +1 -1 0 0 +5 0 +1 н,. .. — 2Н 2F . ..-F2 а. .. - 2CI Вг2 ... ^ 2Вг 7-37. По данным схемам превращения веществ составьте схему перехода электронов для элементов, у которых изменяются степени окисления. а) 6) в) г) H2SO4 ^ SO2 HNO3 ^ NO Н202 ^ Н20 NaMn04 MnCl2 KNO3 ^ KNO2 МаСЮз ^ NaCI Н202 02 КМПО4 ^ MnS04 СНд ^ СО2 ZnS —► SO2 HN03 ^ N2 К2МПО4 ^ Мп02 KNO3 -» О2 МаСЮз ^ О2 HN03 ^ N20 NH3 —NO HCI ^ CI2 I2 ^ КЮз К2СГ2О7 —СгС1з NH3 -> N2 7-38. По данным схемам составьте схемы электронного баланса и уравнения окислительно-восстановительных реакций: а) А1 + СиО ^ Си + AI2O3 б) МНз + Оз^ NO + H2O в) МпОз + HCI ^ MnCl2 + CI2 + Н2О г) HNO3 + Си ^ Си(МОз)2 + NO + Н2О 7-39. По данным схемам составьте схемы электронного баланса и уравнения окислительно-восстановительных реакций: а) РЬ02 + А1 ^ AI2O3 + РЬ б) H2S + О2 ^ S + Н2О в) КСЮз + S — SO2 + КС1 г) H2SO4 + Na ^ Ма2$04 + H2S + Н2О 7-40. По данным схемам составьте схемы электронного баланса и уравнения окислительно-восстановительных реакций: а) V2O5 + А1 AI2O3 + V N. Н2О б) NH3 + О2 в) HNO3 + Си ^ Cu(N03)2 + NO2 + Н2О 7-41. По данным схемам составьте схемы электронного баланса и уравнения окислительно-восстановительных реакций: а) РезОз + Н2 Н2О + Ре б) Na2S03 + 02“^ Na2$04 в) Zn + H2SO4 ZnS04 + S + Н2О 7-42. По данным схемам составьте схемы электронного баланса и уравнения окислительно-восстановительных реакций: а) СГ2О3 + Мд ^ МдО + Сг б) KNO3 ^ KNO2 + О2 в) Ре(ОН)2 + О2 + Н2О — Ре(ОН)з г) NO2 + NaOH — NaN03 + NaN02 + Н2О д) HNO3 ^ NO2 + О2 + Н2О е) CI2 + КОН ^ КСЮз + KCI + Н2О Укажите тип окислительно-восстановительных реакций. 7-43. Из данного перечня выберите окислительно-восстановительные реакции, укажите их тип: а) б) NaNO, NaNOj + О2 PCI, + Н,0 ^ Н,РО. + HCI Си(ОН)2 ^ NO2 + SO2 СиО + Н2О -> SO3 + NO С02 + С К1 + cu - -со KCI + I2 NH4N03 AIJ203 N20 + Н20 Аи + О' 7-44. Из данного перечня выберите окислительно-восстановительные реакции, укажите их тип: а) 6) 3J2 Cu(NO NH4NO2 N2O5 + NaOH СиО + NO2 + О2 N2 + H2O NaNO, Н2О2 + HI -(МН4)2Сг20, NOo + NO- 2 + Н2О ^ N2 + Н2О + СГ2О3 N2O3 7-45. К схемам реакций, приведенным в задаче 7-43, составьте электронный баланс, указав окислитель и восстановитель, окисление и восстановление. Расставьте коэффициенты. 7-46. К схемам реакций, приведенным в задаче 7-44, составьте электронный баланс, указав окислитель и восстановитель, окисление и восстановление. Расставьте коэффициенты. 7-47. К данным схемам реакций составьте схемы электронного баланса. Расставьте коэффициенты: а) АдМОз ^ Ад + NO2 + О2 б) КМПО4 Мп02 + К2МПО4 + О2 в) CU2S + 02^ СиО + SO2 г) Ре + О2 ^ез04 (Указание: Рвз04 можно рассматривать как двойной оксид РеО • Рв20з.) д) AS2S3 + HNO3 H3ASO4 + NO2 + SO2 + Н2О 7-48. Найдите и исправьте ошибки в следующих схемах: а) А1 + HNO3 ^ А1(МОз)з + Н2О б) Мп02 + H2SO, в) Ре20з + HNO3 ► MnS04 + SO2 + Н2О Ре(МОз)з + NO + Н2О 7•4. Составление краткой характеристики элемента Для составления краткой характеристики элемента воспользуемся следующим планом. 1. Положение элемента в периодической системе. 2. Схема строения атома элемента. 3. Валентные возможности. 4. Возможные степени окисления с примерами соединений. 5. Формулы высшего оксида, высшего гидроксида, их кислотно-основный характер. 6. Формула водородного соединения (если оно есть), его название. Пример 1. Составьте краткую характеристику элемента мышьяка. Решение. 1. ззАз — элемент № 33, четвертый период, V группа, главная подгруппа. 2. Электронная конфигурация атома мышьяка — см. пример 4 в главе 6. 92 3. Валентные возможности: III , в возбужденном состоянии — V Схема перехода атома в возбужденное состояние 4d 4s 4р 4d n t t t Энергия 4. Возможные степени окисления: а) в простом веществе — всегда нуль; б) без перехода в возбужденное состояние: -3 (в соединениях с менее электроотрицательными элементами — водородом, металлами: А$Нз, AlAs); +3 (в соединениях с более электроотрицательными элементами — кислородом, галогенами: AS2O3, АзСУ; в) после возбуждения атома: +5 (возможна только в соединениях с наиболее электроотрицательными элементами — кислородом, фтором: AS2O5, ASF5). 5. Высший оксид AS2O5 — кислотный, высший гидроксид — НзАзОд (мышьяковая кислота). 6. Есть летучее водородное соединение — А$Нз (арсин). Вопросы и задания 7-49. Дайте краткую характеристику элементов: а) сера; д) натрий; з) селен; б) фосфор; е) хлор; и) олово; в) алюминий; ж) кальций; к) сурьма. г) кремний; Решения Задача 7-15. В молекуле воды всего две ординарные связи. Ординарные связи — это всегда а-связи; если же связь кратная, то при образовании электронных пар только одна из них дает а-связь. Н Н Таким образом, в молекуле воды две а-связи. Это можно подтвердить также и тем, что электронное облако в атоме водорода имеет сферическую форму (в атоме есть всего 1 электрон на s-подуровне). В любом случае при перекрывании какой-либо другой орбитали с s-орбиталью атома водорода получается а-связь. Задача 7-21. У первого вещества температура кипения намного ниже, чем у второго. Значит, при нагревании первого вещества легко разрушаются связи между частицами, при нагревании второго вещества разрушить эти связи намного труднее. Отсюда напрашивается вывод, что первое вещество имеет молекулярное строение, при этом атомы в молекулах связаны ковалентными связями, а между молекулами действуют лишь силы межмолекулярного притяжения. Энергия межмолекулярного притяжения невелика. Кристаллическая решетка второго вещества — атомная. Атомы, связанные между собой прочными ковалентными связями, образуют кристалл. Температура плавления такого вещества намного выше. Задача 7-31. Максимальная степень окисления из предложенных здесь +5, следовательно, этот элемент не может находиться в группах с номером меньше 5. (Как правило, номер группы совпадает с максимальной степенью окисления для элемента этой группы.) Степень окисления — нечетная, значит, и номер группы скорее всего нечетный. Тогда это элемент либо V, либо VII группы. Но среди предложенных здесь степеней окисления есть значение -3. Атом элемента VII группы не может принимать три электрона. Атому элемента V группы главной подгруппы не хватает трех электронов для завершения р-подуровня внешнего энергетического уровня. Наличие отрицательной степени окисления означает, что данный элемент должен быть неметаллом. Итак, возможные кандидаты: N, Р, As. Примеры соединений: N2, HNO3, NH3. Задача 7-37(в). Первое преобразование: Н2О2 ^ Н2О. В результате этого преобразования из пероксида водорода образуется вода. В молекуле пероксида водорода кислород имеет степень окисления -1. Графическая формула пероксида водорода: Н-О-О-Н От атомов водорода электронные пары смещаются к атомам кислорода. Между атомами кислорода электронные пары размещены симметрично, так как связь 0—0 неполярная. Следовательно, к каждому из атомов кислорода смещается только по одному избыточному электрону. В ходе данного превращения степень окисления изменяется у кислорода. Выписываем схему и подсчитываем число приобретаемых кислородом электронов: -1 -2 О +1 е О. Процесс — восстановление, атом кислорода в молекуле пероксида водорода является окислителем. Во втором примере учитываем, что в результате преобразования Н2О2 ^ О2 образуются двухатомные молекулы простого вещества. Записываем коэффициент 2 в левой о О2. части схемы: 20 — 2е ^2- Аналогично поступаем в третьем примере (HNO3 N)2, для которого схема будет выглядеть так: 2N + 1 Ое ^ N2. В двух последних случаях (HNO3 ^ N2O и К2СГ2О7 ^ СгСУ речь не идет об образовании двухатомных молекул простых веществ или об их участии в процессе. Поэтому +5 ДЛЯ этих преобразований получаем схемы: N + 4е +1 +6 N; Сг + Зе +3 Сг. 94 Задача 7-38|в). Могут возникнуть трудности при подборе коэффициентов, ток кок электронный баланс не учитывает, что только часть атомов элемента хлора изменяет степень окисления. В этом случае после перенесения коэффициентов из схемы электронного баланса требуется дополнительное уравнивание. +4 -2 МпО' +1 -1 4HCI +2 -1 мпа о + 1 -2 н,о +4 Мп + 2е Мп (восстановление) 2CI — 2ё—^ CI2 (окисление) Задача 7-47(д). Составляя схему электронного баланса, надо учесть, что число атомов мышьяка связано с числом атомов серы. Поэтому, записывая баланс, введем коэффициенты. +3 -2 +1 +5 -2 А$2 S3 + HNO3 22 4ё 2As -2 3S I- 3S + 1 +5 -2 +4 -2 +4 -2 +1 -2 H3ASO4 + NO2 + SO2 + Н2О +5 2As N + 1ё-^ N После окончательного подбора коэффициентов в уравнении реакции получаем: As2$3 + 22HNO3 ^ 2H3ASO4 + 22NO2 + 3SO2 + 8Н2О Контрольная робота по теме «Строение атома. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции» Вариант 1 1. Дайте краткую характеристику элемента серы. Положение в периодической системе; электронная конфигурация атомов; валентные возможности; возможные степени окисления (с примерами веществ); высший оксид, его характер; высший гидроксид, его характер; водородное соединение. 2. Даны следующие вещества: фтор, фторид натрия, фторид кислорода(И). Напишите формулы этих веществ и определите тип химической связи. Покажите направление смещения электронной плотности, если она смещена; ответ мотивируйте. Составьте электронные формулы для данных веществ. 3. Закончите уравнения реакций, составьте схемы электронного баланса и расставьте коэффициенты в уравнениях: Р + 02 = ... Li + N2 = ... Zn + Ре2(504)з = ... 95 4. Преобразуйте данные схемы в уравнения реакций, составьте схемы электронного баланса: NH3 + O2 —N2 + H2O Си + HNO3 (разб.) ^ Си(МОз)2 + NOT + Н2О Вариант 2 1. Дайте краткую характеристику элемента фосфора. Положение в периодической системе; электронная конфигурация атомов; валентные возможности; возможные степени окисления (с примерами веществ); высший оксид, его характер; высший гидроксид, его характер; водородное соединение. 2. Даны следующие вещества: хлор, хлорид калия, хлороводород. Напишите формулы этих веществ и определите тип химической связи. Покажите направление смещения электронной плотности, если она смещена; ответ мотивируйте. Составьте электронные формулы для данных веществ. 3. Закончите уравнения реакций, составьте схемы электронного баланса и расставьте коэффициенты в уравнениях: А1 + С12 = ... li + H2 = ... Н2 + Ре20з = ... 4. Преобразуйте данные схемы в уравнения реакций, составьте схемы электронного баланса: NH3 + O2 — NO + H2O Zn + H2SO4 (конц.) ^ ZnS04 + N28! + Н2О 96 Глава 8 Водород. Галогены 8.1. Водород Вопросы И задания 8-1. Какие из перечисленных металлов можно использовать для получения водорода вытеснением его из соляной кислоты: медь, цинк, серебро, алюминий, железо, золото? Напишите уравнения возможных реакций. 8-2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить ■ цепочки превращений веществ: а) Серная кислота —^ Водород —Вода Гидроксид кальция; б) Вода —♦ Водород —Хлороводород —^ Водород; в) Соляная кислота —Водород —^ Вода Гидроксид калия; г) Серная кислота ^ Водород —Гидрид натрия —^ Гидроксид натрия. 8-3. В трех закрытых сосудах без этикеток находятся газы: кислород, водород, оксид углерода(1У). Предложите способы идентификации этих веществ. 8-4. Изучите устройство аппарата Киппа и рассмотрите принципы его работы. Подумайте и предложите аналогичное устройство упрощенной конструкции. 8-5. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, который можно получить при растворении 1 9,5 г цинка в избытке разбавленной серной кислоты. 8-6. Вычислите массу цинка, который следует растворить в избытке соляной кислоты, чтобы получить 56 л (н.у.) водорода. 8-7. Вычислите массу и объем (н.у.) кислорода, необходимые для сжигания 20 г водорода. Рассчитайте массу образовавшейся воды. 8-8. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, необходимого для получения 56 л (н.у.) сероводорода. Рассчитайте массу серы, которая потребуется для реакции. 8-9. Вычислите массу железа и массу воды, которые потребуются для получения 1 79,2 л (н.у.) водорода по методу Лавуазье. Рассчитайте массу железной окалины, которая образуется в ходе реакции. 8-10. Вычислите массу 10%-ного раствора серной кислоты и массу алюминия, необходимых для получения а) 7 моль водорода; б) 10 г водорода; в) 44,8 л (н.у.) водорода. 8-11. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, необходимого для восстановления 1 6 г меди из оксида меди(Н). Рассчитайте массу оксида меди, который потребуется для реакции. 8-12. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, который потребуется для восстановления 140 г железа из оксида железа(111). Рассчитайте массу оксида железа(111), который потребуется для реакции. 8-13. Вычислите массу и объем (н.у.) водорода, который потребуется для восстановления 560 мг железа из железной окалины РезОд. Рассчитайте массу железной окалины, которая потребуется для реакции. 97 8-14. Вычислите массу железа, которое следует растворить в соляной кислоте, чтобы полученным водородом можно было восстановить 8 г меди из оксида меди(Н). 8-15. Вычислите массу алюминия, который следует растворить в разбавленном растворе серной кислоты, чтобы полученным водородом можно было восстановить 1 6 г железа из железной окалины Рез04. 8-16. Вычислите объем метана и объем кислорода, которые потребуются для получения 100 л водорода по методу конверсии метана. Рассчитайте объем оксида углерода(И), который при этом образуется. (Объемы газов приводятся при одинаковых условиях.) 8-17. Имеется смесь, содержащая 5 моль водорода и 4 моль кислорода. Смесь взорвали. Вычислите количество вещества — продукта реакции воды и количество вещества — реагента, оставшегося после реакции. 8-18. Смесь 8 л водорода и 5 л хлора взорвали. Вычислите объем образовавшегося хлороводорода и объем оставшегося реагента после реакции. Объемы газов даны при одинаковых условиях. 8-19. Смесь 1 о г водорода и 96 г кислорода взорвали. Вычислите массу образовавшейся воды и массу реагента, оставшегося после реакции. 8-20. При взаимодействии 12 г некоторого металла с разбавленным раствором серной кислоты образовался 1 г водорода. В полученной соли металл двухвалентен. С каким металлом был проведен опыт? 8-21. При взаимодействии 5,4 г некоторого металла с соляной кислотой образовалось 6,72 л (н.у.) водорода. В полученной соли металл трехвалентен. С каким металлом был проведен опыт? 8-22. Смесь водорода и метана (СНд, газ) массой 90 г (н.у.) занимает объем 224 л. Вычислите массовую долю и объемную долю каждого газа в этой смеси. 8-23. Смесь водорода и кислорода массой 140 г (н.у). занимает объем 224 л. Рассчитайте, хватит ли кислорода для сгорания водорода, содержащегося в смеси. Вычислите массу воды, которая образуется в результате реакции после того, как смесь взорвут. Определите массу и объем (н.у.) оставшегося после реакции реагента. 8.2* Вода. Пероксид водорода Вопросы и задания 8-24. Из предложенных веществ выберите те, которые реагируют с водой, и напишите уравнения возможных реакций. Перечень веществ: кальций, оксид кальция, оксид железа(111), оксид азота(У), оксид кремния(1У), железо, золото. 8-25. Из предложенных веществ выберите те, которые реагируют с водой, и напишите уравнения возможных реакций. Перечень веществ: литий, оксид лития, оксид фосфора(У), оксид свинца(1У), серебро, хлорид натрия. 8-26. Даны реактивы: оксид кальция, вода, оксид фосфора(У), соляная кислота. Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно. 8-27. Даны вещества: вода, оксид бария, гидроксид натрия, оксид серы(У1). Напишите уравнения возможных реакций между данными веществами, взятыми попарно. 8-28. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить цепочку превращений веществ: а) Пероксид водорода ^ Кислород ^ Вода —^ Железная окалина; б) Пероксид водорода —Вода —^ Ортофосфорная кислота —Фосфат натрия. 8-29. Напишите уравнения реакций пероксида водорода а) с гидроксидом бария; б) с иодидом калия; в) с оксидом серебра; г) с сульфидом свинца. Объясните, за счет каких свойств пероксида водорода протекают данные реакции. 8-30. Напишите уравнения реакции пероксида водорода а) с нитритом калия; б) с сульфитом натрия; в) с гидроксидом железа(И); г) с гидроксидом мар-ганца(И). 8-31. Вычислите массу пергидроля (30%-ный раствор Н2О2); который потребуется для приготовления 300 г 3%-ного раствора пероксида водорода. 8-32. Вычислите массу 3%-ного раствора пероксида водорода, который потребуется для получения 6,72 л (н.у.) кислорода. 8-33. Вычислите массу и объем (н.у.) кислорода, который можно получить из 850 г 3%-ного раствора пероксида водорода. 8.3. Галогены Вопросы и задания 8-34. Напишите уравнения реакций взаимодействия хлора а) с магнием, б) с алюминием, в) с железом, г) с сурьмой, д) с водородом. Обозначьте степени окисления, укажите окислитель и восстановитель. 8-35. Напишите уравнения реакций взаимодействия хлора а) с натрием, б) с медью, в) с фосфором, г) с сероводородом, д) с водой. Обозначьте степени окисления, укажите окислитель и восстановитель. 8-36. Напишите уравнения реакций взаимодействия фтора а) с литием, б) с магнием, в) с фосфором, г) с серой, д) с водородом. Обозначьте степени окисления, укажите окислитель и восстановитель. 8-37. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ: а) Хлороводород —Хлор ^ Хлорид натрия —^ Хлор; б) Хлорид натрия Хлор ^ Хлорат калия ^ Хлорид калия; в) Хлор ^ Хлороводород ^ Хлор ^ Хлорид железа(111). 99 8-38. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ: а) Оксид меди(П) ^ Медь Хлорид меди ^ Медь; б) Медь Оксид меди(И) ^ Хлорид меди(И) Медь; в) Бром —^ Бромид алюминия —^ Бром ^ Бромоводород; г) Алюминий ^ Бромид алюминия ^ Алюминий —»■ Хлорид алюминия; д) Иод ^ Иодид натрия Иод ^ Иодид алюминия. 8-39. Даны вещества: фторид натрия, хлорид натрия, бромид натрия, иодид натрия. Из данного перечня выберите вещества, с которыми будет реагировать хлор, и напишите уравнения возможных реакций. 8-40. Даны вещества: фторид калия, хлорид калия, бромид калия, иодид калия. Изданного перечня выберите вещества, с которыми будет реагировать бром, и напишите уравнения возможных реакций. 8-41. Напишите уравнения реакций получения хлора при взаимодействии соляной кислоты: а) с оксидом марганца(1У); б) с оксидом свинца(1У); в) с перманганатом калия; г) с дихроматом калия; д) с хлоратом калия. Найдите коэффициенты в уравнениях реакций методом электронного баланса. 8-42. Вычислите массу порошка железа, который необходимо сжечь в хлоре для получения 1 30 г хлорида железа(111). Рассчитайте массу и объем хлора (н.у.), который потребуется для получения такой порции продукта. 8-43. Вычислите массу хлорида сурьмы(111), который образуется при сгорании 61 г сурьмы. Рассчитайте массу и объем хлора, необходимого для реакции. 8-44. Порцию оксида меди(И) обработали водородом. Образовавшуюся медь сожгли в хлоре, в результате чего образовалось 1 3,5 г хлорида. Вычислите массу исходного оксида меди(И). 8-45. Вычислите объемы хлора и водорода, необходимых для получения 25 л хлороводорода. (Объемы газов даются при одинаковых условиях.) 8-46. При сгорании в хлоре 12,8 г порошка некоторого металла образовалось 27 г хлорида, в котором данный металл двухвалентен. Порошок какого металла сожгли? 8-47. При сгорании в хлоре 224 г порошка некоторого металла образовалось 650 г хлорида, в котором данный металл трехвалентен. О каком металле идет речь? 8-48. При пропускании хлора через раствор иодида калия образовалось 2,54 г иода. Вычислите массу иодида калия, находившегося в исходном растворе, а также массу и объем (н.у.) хлора, вступившего в реакцию. 8-49. При пропускании хлора через раствор бромида натрия образовалось 4 г брома. Вычислите массу бромида натрия в исходном растворе, а также массу и объем (н.у.) хлора, вступившего в реакцию. 8-50. Порошок алюминия массой 13,5 г добавили к порции брома массой 1 20 г. Вычислите массу образовавшегося бромида алюминия. 8.4. Хлороводород. Соляная кислота и ее соли Вопросы и задания 8-51. Даны вещества: оксид магния^ оксид серы(1У), гидроксид цинка, сульфат натрия, карбонат магния. Выберите, с какими из данных веществ реагирует соляная кислота, и напишите уравнения возможных реакций. 8-52. Даны вещества: оксид меди(И), оксид фосфора(У), гидроксид кальция, нитрат калия, сульфид натрия. С какими из данных веществ реагирует соляная кислота? Напишите уравнения возможных реакций. 8-53. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор хлорида натрия, раствор нитрата натрия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок? 8-54. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор хлорида бария, раствор нитрата калия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из склянок? 8-55. В трех колбах без этикеток находятся раствор хлорида натрия, раствор хлорида бария, раствор хлорида алюминия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из колб? 8-56. В трех колбах без этикеток находятся раствор хлорида натрия, раствор хлорида меди(И), раствор хлорида алюминия. Как химическим путем распознать, какое вещество находится в каждой из колб? 8-57. В трех склянках без этикеток находятся соляная кислота, раствор карбоната натрия, раствор хлорида натрия. Как химическим путем, не используя других реактивов, распознать, какое вещество находится в каждой из склянок? 8-58. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ: а) Хлор ^ Хлороводород —^ Хлорид натрия ^ Хлороводород ^ Хлор; б) Хлорид калия ^ Хлороводород —^ Хлорид меди(И) ^ Хлорид цинка; в) Натрий ^ Хлорид натрия Сульфат натрия —Хлорид натрия ^ Хлорид серебра; г) Серебро —^ Нитрат серебра ^ Хлорид серебра ^ Серебро. 8-59. Вычислите массу и объем хлороводорода, образовавшегося при взаимодействии 56,8 г хлора с водородом, взятым в стехиометрическом соотношении. 8-60. Вычислите концентрацию соляной кислоты, образовавшейся при растворении 56 л хлороводорода в 500 г воды. 8-61. При взаимодействии порции соляной кислоты, в которой содержится 73 г хлороводорода, с раствором, содержащим гидроксид натрия в стехиометрическом соотношении, образовалось 1 1,7 г соли. Вычислите массовую долю хлороводорода в исходной соляной кислоте. 8-62. При взаимодействии порции соляной кислоты, в которой содержится 73 г хлороводорода, с избытком раствора гидроксида калия образовалось 29,8 г соли. Вычислите концентрацию исходной соляной кислоты. 101 8-63. Вычислите массу и объем (н.у.) хлороводорода, который можно получить из 1 1 7 г поваренной соли. 8-64. Порцию хлорида натрия массой 23,4 г обработали избытком концентрированной серной кислоты. Весь образовавшийся хлороводород растворили в 200 г воды. Вычислите концентрацию образовавшегося раствора соляной кислоты. 8-65. Вычислите массу оксида марганца(1У) и массу 30%-ного раствора соляной кислоты, которые потребуются для получения 56 л (н.у.) хлора. 8-66. Вычислите массу оксида свинца(1У) и массу 25%-ного раствора соляной кислоты, которые потребуются для получения 16,8 л (н.у.) хлора. 8-67. К 378,1 г воды добавили 21,9 г кристаллогидрата хлорида кальция CaCl2 • 6Н2О. Вычислите массовую долю хлорида кальция в образовавшемся растворе. 8-68. К 179,7 г воды добавили 20,3 г кристаллогидрата хлорида магния MgCl2 * 6Н2О. Вычислите массовую долю хлорида магния в растворе. 8-69. Навеску кристаллогидрата хлорида меди CUCI2 * 2Н2О массой 51,3 г растворили в воде и добавили гидроксид натрия в стехиометрическом соотношении. Затем образовавшийся осадок отфильтровали и прокалили. Вычислите массу образовавшегося после прокаливания вещества. 8-70. Для нейтрализации 1 82,5 г 10%-ного раствора соляной кислоты использовали 60 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Оставшуюся соляную кислоту нейтрализовали гидроксидом калия. После выпаривания воды получили смесь хлоридов. Вычислите массовую долю каждой соли в этой смеси. Контрольная робота по теме «Водород. Галогены» Вариант 1 1. Вычислите массу 75%-ного раствора серной кислоты, при взаимодействии которого с хлоридом натрия образовался сульфат натрия и хлороводород, объем которого составил 2,24 л (н.у.). 2. Даны вещества: иодид калия, хлор, магний, водород. Напишите уравнения возможных реакций между этими веществами, выбирая их попарно. Укажите условия осуществления реакций, составьте схемы электронного баланса. 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ: Хлор ^ Хлороводород Хлор —^ Хлорид железа(111) ^ Хлорид серебра. Укажите типы реакций, в уравнениях окислительно-восстановительных реакций обозначьте степени окисления и переход электронов. 4. В трех колбах без этикеток находятся растворы хлорида натрия, бромида натрия и соляная кислота. Как можно идентифицировать эти вещества? Ответ мотивируйте. 102 Вариант 2 1. Вычислите массу 10%-ного раствора соляной кислоты, при взаимодействии которого с цинком образовалось 6,72 л (н.у.) водорода. 2. Даны вещества: бромид натрия, хлор, кальций, водород. Напишите уравнения возможных реакций между этими веществами, выбирая их попарно. Укажите условия осуществления реакций, составьте схемы электронного баланса. 3. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения веществ: Хлорид натрия ^ Хлороводород ^ Хлор Хлорид натрия ^ Хлор. Укажите типы реакций, в уравнениях окислительно-восстановительных реакций обозначьте степени окисления и переход электронов. 4. В трех колбах без этикеток находятся растворы хлорида натрия, хлорида бария и иодида натрия. Как можно идентифицировать эти вещества? Ответ мотивируйте. 103 Глава 9 Алгоритмы решения типовых задач Алгоритм 1 Вычисление массы вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции Пример. Вычислите массу кислорода, выделившегося в результате разложения порции воды массой 9 г. Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи, найдем молярные массы веществ, о которых идет речь в условии задачи Дано: т(Н20) = 9 г т(02) = ? г М(Н20) = 1 8 г/моль М(02) = 32 г/моль Найдем количество вещества, масса которого дана в условии задачи Решение: 9 г п(Н20) = = 0,5 моль 1 8 г/моль Запишем уравнение реакции. Расставим коэффициенты 2Н20 = 2Н2 + 02 Над формулами веществ запишем найденные количества веществ, а под формулами — стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции 0,5 моль ? моль 2Н2О = 2Н2 + О2 2 моль 1 моль Вычислим количество вещества, массу которого требуется найти. Для этого составим пропорцию 0,5 л: = , откуда 2 1 х=0,25. Следовательно, 72(02) “ 0,25 моль Найдем массу вещества, которую требуется вычислить т(02) = 72(02) ' ^(^2) т(02) = 0,25 моль • 32 г/моль = 8 г Запишем ответ Ответ: т(02) = 8 г 104 Алгоритм 2 Вычисление объема вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции Пример. Вычислите объем кислорода (н.у.), выделившегося в результате разложения порции воды массой 9 г. Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи, найдем молярную массу вещества, масса которого дана в условии задачи, приведем молярный объем газов Дано: т(Н20) = 9 г V(02) = ? л (н.у.) М(Н20) = 1 8 г/моль V„ = 22,4 л/моль Найдем количество вещества, масса которого дана в условии задачи Решение: 9 г w(H20) = = 0,5 моль 1 8 г/моль Запишем уравнение реакции. Расставим коэффициенты 2Н20 = 2Н2 + 02 Над формулами веществ надпишем данные о количествах веществ, найденных из условия задачи, или искомые количества вещества, а под формулами — молярные соотношения, отображаемые уравнением реакции 0,5 моль ? моль 2Н2О = 2Н2 + О2 2 моль 1 моль Вычислим количество вещества, массу которого требуется найти. Для этого составим пропорцию 0,5 л: , откуда 2 1 л:= 0,25. Следовательно, n(0-^ = 0,25 моль Найдем объем вещества, который требуется вычислить V(Oj) = МО2) ■ v„ ИО2) = 0,25 моль • 22,4 л/моль = 5,6 л (н.у.) Запишем ответ Ответ: V(02) = 5,6 л (н.у.) 105 Алгоритм 3 Расчет по химическому уравнению объемных отношений газов Пример. Вычислите объем кислорода, необходимого для сжигания порции ацетилена объемом 50 л. Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи Дано: ЦСгНг) = 50 л ЦОг) = ? л Запишем уравнение реакции. Расставим коэффициенты 2С2Н2 +502 = 4002+ 2Н2О Над формулами веществ запишем данные об объемах газообразных веществ, взятые из условия задачи, а под формулами — стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции, которые для газов, согласно закону Авогадро, равны их объемным отношениям 50 л ? л 2С2Н2 +502 = 4002-ь2Н20 2 моль 5 моль Вычислим объем вещества, который требуется найти. Для этого составляем пропорцию 50 л: , откуда 2 5 х= 125 Запишем ответ Ответ: V(02) = 1 25 л Примечание. Необходимо заметить, что ответ будет правильным только в том случае, если объемы газообразных веществ рассчитаны в одних и тех же условиях. Алгоритм 4 Вычисление относительной плотности газа по другому газу Пример. Вычислите плотность кислорода а) по водороду; б) по воздуху. Последовательность выполнения действий Офордлление решения задачи Найдем относительные молекулярные массы газов, о которых говорится в условии задачи Н(02) = 32 = 2 МДвозд.) = 29 (условно) 106 Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи Относительная плотность газа X по газу Y соответствует отношению относительной молекулярной массы X к относительной молекулярной массе Y. Вычислим это отношение Dh,(02) = 32/2 = 16 D.oJO2) = 32/29= 1,103 Запишем ответ Ответ: Dh2(02) = 16; 0,^зд(О2) « 1,103 примечание. Понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух не индивидуальное вещество, а смесь газов. Алгоритм 5 Вычисление массовой доли вещества в растворе Пример. При выпаривании раствора массой 500 г образовалось 25 г кристаллической соли — хлорида натрия. Вычислите массовую долю соли в исходном растворе. Последовательность выполнения действий ОфорлАление решения задачи Запишем условие задачи с помощью соответствующих обозначений Дано: т р-ра (NaCI) = 500 г т (NaCI) = 25 г a>(NaCI) = ? Запишем формулу для расчета массовой Решение: доли вещества в растворе ^в-ва w~ Шр-ро Подставим цифровые данные в эту формулу и произведем расчет 25 г w(NaCI) =0,05 500 Г Выразим массовую долю растворенного 0,05- 100 = 5% вещества в процентах — умножим десятичную дробь на 100, перенеся запятую на два знака a;(NaCI) = 5% вправо Запишем ответ Ответ: w(NaCI) = 0,05, или 5% 107 Алгоритм 6 Вычисление массы вещества в растворе по массе раствора и массовой доле растворенн вещества Пример. Вычислите массу гидроксида натрия, необходимого для приготовления 400 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. Последовательность выполнения действий ОфорАлление решения задачи С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи. Выразим массовую долю вещества с помощью десятичной дроби (для этого значение массовой доли, выраженной в процентах, поделим на 100, перенеся запятую на два знака влево) Дано: т р-ро (NaOH) = 400 г w(NaOH) = 20%, или 0,2 т (NaOH) = ? г Записываем формулу для расчета массовой доли вещества в растворе Решение: ^в-ва W = ^Р-РО Преобразуем данную формулу для расчета массы вещества ^в-ва ~ ^р-ра Подставим цифровые данные в эту формулу и произведем расчет m,.„(NaOH) = 400 г • 0,2 = 80 г Запишем ответ Ответ: m(NaOH) = 80 г Алгоритм 7 Расчеты по термохимическим уравнениям. Вычисление количества теплоты по известной массе вещества Пример. По термохимическому уравнению 2Си + 62 = 2СиО + 310 кДж вычислите количество теплоты, выделившейся в результате окисления порции меди массой 1 6 г. Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи, найдем молярную массу вещества, о котором идет речь в условии задачи Дано: т(Си) = 1 6 г Q р-ции = 3 1 0 кДж Q = ? кДж Л^(Си) = 64 г/моль 108 Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи Найдем количество вещества, масса которого дана в условии задачи Решение: 16 г п(Си) = =0,25 моль 64 г/моль Запишем термохимическое уравнение реакции 2Си + О2 = 2СиО + 310 кДж Над формулами веществ надпишем сведения о количестве вещества, взятые из условия задачи, а под формулой — соотношение, отображаемое уравнением реакции 0,25 моль ?кДж 2Си + О2 = 2СиО + 310 кДж 2 моль Вычислим количество вещества — продукта реакции. Для этого составим пропорцию 0,25 X , откуда 2 310 л:= 38,75. Следовательно, Q = 38,75 кДж Запишем ответ Ответ: Q = 38,75 кДж Алгоритм 8 Расчеты по термохимическим уравнениям. Вычисление массы вещества по известному количеству теплоты Пример. По термохимическому уравнению С + О2 = СО2 + 412 кДж вычислите массу сгоревшего угля, если количество теплоты, выделившееся в результате реакции, составляет 82,4 кДж. Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи С помощью соответствующих обозначений Дано: запишем условие задачи, найдем молярную 0=82,4кДж массу вещества, о котором идет речь Ор-ции = 412 кДж в условии задачи т(С) = ? г ЛИ (С) = 1 2 г/моль Запишем термохимическое уравнение Решение: реакции. Обозначим вопросительным знаком ? моль 82,4 кДж количество вещества, массу которого надо С + О2 = СО2 + 412 кДж найти, и надпишем количество теплоты. 1 моль записанное в условии задачи. Под формулой вещества обозначим стехиометрическое соотношение, вытекающее из уравнения реакции 109 Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи Вычислим количество вещества продукта реакции. Для этого составим пропорцию л: 82,4 “ , откуда 1 412 х=0,2. Следовательно, V (С) = 0,2 моль Определим массу вещества по найденному количеству вещества. Для этого используем молярную массу вещества т = П' hA m(C) = n(C) • A/l(C) = 0,2 моль • 1 2 г/моль = = 2,4 г Запишем ответ Ответ: т(С) = 2,4 г Алгоритм 9 Расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ дано в избытке Пример. Смешали два раствора, один из которых содержал 33,3 г хлорида кальция, а другой — 16,4 г фосфата натрия. Вычислите массу образовавшегося фосфата кальция. Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи С помощью соответствующих обозначений запишем условие задачи, найдем молярные массы веществ, о которых идет речь в условии задачи Дано: mICaCy = 33,3 г m(Na,POJ= 16,4 г т(Саз(РОд)2) = ? г Л/1(СаСУ =111 г/моль Л/1(МазР04) = 164 г/моль Л/1(Саз(Р04)2) = 310 г/моль Найдем количества веществ, масса которых дана в условии задачи Решение: 33,3 г TjfCaCy = = 0,3 моль 1 1 1 г/моль 16,4 г п(МазР04) = =0,1 моль 1 64 г/моль Запишем уравнение реакции. Расставим коэффициенты ЗСаС1г + 2МозР04 = CojlPO^lsi + 6NaCI ПО Последовательность выполнения действий Оформление решения задачи Над формулами веществ запишем данные о количествах веществ, взятых из условия задачи, или искомые количества вещества, а под формулами — стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции 0,3 моль 0,1 моль ? моль 3CaCl2 + ЗМозРОд = CojIPOilji + 6NaCI 3 МОЛЬ 2 моль 1 моль Определим, какой из реагентов взят в избытке. Для этого сначала обозначим через а количество одного из реагентов 0,3 моль о моль ЗСаС1г + ЗМозРОд 3 моль 2 моль Вычислим количество вещества реагента, которое потребуется для взаимодействия с известным количеством вещества другого реагента. Для этого составим пропорцию и решим уравнение 0,3 а 3 2 За=0,3-2 а = 0,2 Определим, какой из реагентов дан в избытке. Для этого сравним найденное значение а с количеством вещества данного реагента по условию задачи Для взаимодействия с 0,3 моль CaCl2 потребуется 0,2 моль МозРОд. По условию имеем только 0,1 моль МозРОд, что составляет недостаток по отношению к 0,3 моль CaCl2. Следовательно, CaCl2 в избытке. Расчет ведем по МозРОд Перепишем уравнение реакций со стехиометрическим соотношением веществ, по которым ведется расчет. Обозначим реагент, данный в избытке 0,1 моль X моль ЗСаС1г + гЫозРОд = Саз(Р04)21 + 6NaCI (изб.) 2 моль 1 моль Вычислим количество вещества, массу которого требуется найти. Для этого составим пропорцию 0,1 л: = , откуда 2 1 х=0,05. Следовательно, п(Саз(РОд)2) = 0,05 моль Найдем массу вещества, которую требуется вычислить т(Саз(РОд)2) = п(Саз(РОд)2) * Л^(Саз(РОд)2) т(Саз(РОд)2) = 0,05 моль -310 г/моль = 15,5 г Запишем ответ Ответ: т(Саз(РОд)2) = 15,5 г Приложение I Физические свойства некоторых веществ (плотность, температура плавления, температура кипения) Вещество Плотность, г/см^ Температура плавления,°С Температура кипения, °С Алюминий 2,7 660,1 2500 Бром 3,102 (при 25 °С) -7,25 59,2 Вода 1,0 (при 4 °С) 0 100 Водород 0,00009 -259,19 -252,77 Графит 2,265 — Возгоняется при 3700 °С Железо 7,874 1539 2870 Золото 19,3 1063,4 2880 Иод 4,94 113,6 185,5 Кислород 0,00143 -218,8 -181,97 Магний 1,74 651 1107 Медь 8,96 1083 2543 Натрий 0,968 97,8 883 Олово (белое) 7,29 231,9 2620 Поваренная соль (хлорид натрия) 2,165 801 1465 Ртуть 13,546 -38,89 256,66 Свинец 11,336 327,4 1745 Серебро 10,5 960,5 2167 Углекислый газ (диоксид углерода) 0,001977 -56,6 Возгоняется при -78,50 °С Хлор 0,003214 -101,03 -34,1 Хлороводород 0,001639 -114,2 -85,08 Цинк 7,133 419,5 906,2 П римечание. Значения плотности, если не указана температура, приведены при 20 °С. Плотность газообразных веществ приведена при нормальных условиях (н.у). 112 Приложение II Названия некоторых кислот и их солей Формула кислоты Название кислоты Название аниона кислотного остатка Пример соли данной кислоты Название соли HNO3 Азотная Нитрат Ca(N03)2 Нитрат кальция HF Фтороводородная (плавиковая) Фторид AIF3 Фторид алюминия на Хлороводородная (соляная) Хлорид NaCl Хлорид натрия НВг Бромоводородная Бромид AgBr Бромид серебра HI Иодоводородная Иодид РЫ2 Иодид свинца(П) H2S Сероводородная Сульфид CuS Сульфид меди(П) H2S03 Сернистая Сульфит Na2S03 Сульфит натрия H2S04 Серная Сульфат BaS04 Сульфат бария Н2С03 Угольная Карбонат Ы2СОз Карбонат лития H^SiO, Кремниевая Силикат NagSiOs Силикат натрия НЗР04 Ортофосфорная Фосфат (ортофосфат) Саз(Р04)2 Ортофосфат кальция Н2СЮ4 Хромовая Хромат Na2Cr04 Хромат натрия Н2СГ207 Двухромовая Дихромат (бихромат) (NH4)2Cr,0, Дихромат аммония нао4 Хлорная Перхлорат Mg(C104)2 Перхлорат магния НМПО4 Марганцевая Перманганат КМПО4 Перманганат калия HCN Циановодородная Цианид KCN Цианид калия нсоон Муравьиная Формиат HCOONa Формиат натрия 113 Формула кислоты Название кислоты Название аниона кислотного остатка Пример соли данной кислоты Название соли СНзСООН Уксусная Ацетат (СН,СОО)2РЬ Ацетат свинца(П) Н2С204 Щавелевая Оксалат К2С204 Оксалат калия Приложение III Условные обозначения, названия и единицы измерения некоторых физических величин Физическая величина Обозначение Единица измерения Время t с Давление р Па, кПа Количество вещества п моль Масса вещества т кг, г Массовая доля W Безразмерная Молярная масса М кг/моль, г/моль Молярный объем V„ mV моль, л / моль Объем вещества V м , л Объемная доля ф Безразмерная Относительная атомная масса А, Безразмерная Относительная молекулярная масса м. Безразмерная Относительная плотность газа А по газу Б Об(А) Безразмерная Плотность вещества Р кг/м'\ т/си^, г/мл Постоянная Авогадро Na 1 /моль Температура абсолютная т к (Кельвин) Температура по шкале Цельсия t °С (градус Цельсия) Тепловой эффект химической реакции Q кДж/моль 114 Приложение IV Значения относительной электроотрицательности элементов (по Л. Полингу) I II III IV V VI VII VIII 1 Н (H) He 2,20 2 Li Be В c N О F Ne 0,98 1,57 2,04 2,55 3,04 3,44 4,0 3 Na Mg A1 Si P S Cl Ar 0,93 1,31 1,61 1,90 2,19 2,58 3,16 К Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni 0,82 1,00 1,36 1,54 1,63 1,66 1,55 1,83 1,88 1,91 4 Си Zn Ga Ge As Se Br Kr 1,90 1,65 1,81 2,01 2,18 2,55 2,96 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pb 0,82 0,95 1,22 1,4 1,6 2,16 1,9 2,2 2,28 2,20 5 Ag Cd In Sn Sb Те I Xe 1,93 1,69 1,78 1,96 2,05 2,1 2,66 2,6 Cs Ba La Hf Та w Re Os Ir Pt 0,79 0,89 1,10 1,3 1,5 2,36 1,9 2,2 2,20 2,28 6 Au Hg T1 Pb Bi Po At Rn 2,54 2,00 1,62 2,33 2,02 2,0 2,2 приложение V Формулы для расчетов Формула 1. Вычисление массовой доли элемента в соединении. W — массовая доля элемента Э; k — число атомов элемента Э в молекуле. Формула 2. Расчет количества вещества по его массе п — количество вещества; т — масса вещества; М — молярная масса вещества. Формула 3. Расчет количества вещества по числу частиц N— число частиц в данной порции вещества; — постоянная Авогадро. Формула 4. Вычисление массовой доли растворенного вещества в растворе W— массовая доля растворенного вещества в растворе; — масса растворенного вещества; гПр.^.^ — масса раствора; — масса растворителя. Формула 5. Расчет молярной концентрации вещества в растворе ^в-ва с = V •'р-ра ^в-ва “ количество растворенного вещества; VL.pa — объем раствора. 116 Формула 6. Вычисление количества вещества в газообразном состоянии по его >бъему п — количество вещества; V— объем газа; — молярный объем газа (22,4 л/моль). Ответы Глава 1 1-7. 1,08 г; 24,125 г; 10,01 г. 1-8. а) 20 см^' б) 5 см; в) 50 см^. 1-19. Н2, N2, 02, F2, CI2, Вг2, 12. 1-33. а) 16; 6)44; в) 44; г) 142. 1-34. а) 64; б) 80; в) 103; г) 146. 1-35. а) 88; б) 160; в) 232; г) 120. 1 -36. а) 1 33,5; б) 102; в) 144; г) 1 22. 1 -37. а) 27; б) 63; в) 100,5; г) 46; д) 88. 1-38. 98; 98; 98. 1-39. а) 242; б) 400; в) 601. 1 -40. а) 52,94%; 47,06%; б) 27,93%; 72,07%; в) 75% ; 25%. 1-41. а) 46,67%; 53,33%; б) 93,10%; 6,90%; в) 47,41%; 52,59%; г) 81,08%; 18,92%. 1-42. а) 40%; 1 2%; 48%; б) 40%; 20%; 40%; в) 84%; 1 6%; г) 60%; 8%; 32%. 1 -43. а) РезОд; б) В2О3. 1-44. а) 3,06%; 31,63%; 65,31%; б) 37,70%; 22,95%; 39,34%; в) 58,80%; 13,73%; 27,47%; г) 31,84%; 28,98%; 39,18%. 1-45. а) 16,22%; 18,92%; 64,86%; б) 15,79%; 28,07%; 56,14%; в) 38,71%; 20%; 41,29%. 1 -46. СГ2О3. 1-47. Р2О5. 1-48. К2СГ2О7. 1-49. H4N2O3, или NH4NO3. 1 -50. C2H3O2CI, или CICH2COOH. 1-74. Примеры: а) МдО, СО2, SO3; б) CI2O, В2О3, Р2О5. 1-75. а) 28 г; б) 22 г; в) 250 г; г) 340 г; д) 29,4 г; е) 3420 г; ж) 106а г; з) 143,5^ г. 1 -76. а) о, 1 моль; б) 10 моль; в) 3 моль; г) 5 моль; д) 5 моль; е) 10 моль; ж) 20 моль. 1 -77. а) = ; б) >; в) =; г) <; д) >; е) <. 1-78. а) = ;б)>;в)<;г)<. 1-79. а) В 1 моль О3; б) одинаково. 1-80. Fe. 117 1-81. 1-82. 1-83. 1-84. 1-85. 1-86. 1-87. 1-88. 1-89. 1-90. 1- 91. 1 -й вариант А1: 3,01 • 10”; 13,5; 27; 0,5; 2,7; 5. Sn: 4,39-10”; 86,87; 119; 0,73; 7,3; 11,9. РЬ: 3,01 • Ю”; 103,5; 207; 0,5; 11,4; 9,08. Ре: 3,76 • Ю”; 349,96; 56; 6,241; 7,9; 44,24. 2- й вариант Си Ад Аи N2. 224 г. 10.8 г. 1.8 г. а) 2,408- 10^^• 6) 3,01 • 10^'; в) 1,505- ю''; г) 3,763а- 10^'. а) 16 г; б) 66 г; в) 192 г; г) 365 г; д) 16 г; е) 0,23 г; ж) 7,973а - 10 г. а) >; 6) =; в) < а) 3 моль; 6) 0,5 моль. о) 0,2 моль; 6) 3 моль; в) 0,0625 моль. а) 10,5 моль; 6) 3 моль; в) 3 моль. 1,81-10 ; 192; 64; 3; 9,0; 21,33. v24 1,505 - 10 ; 270; 108; 2,5; 10,5; 25,71 .24 1,16- 10 ; 380,21; 197; 1,93; 19,3; 19,7. Pt: 1,28 • lO”; 419,25; 195; 2,12; 21,5; 19,5. 3-Й вариант HjO: 3,01 • lO^"; 9; 18; 5; 1,0; 18. С2Н5ОН: 1,2 • 10^''; 92; 46; 2; 0,8; 1 15. QH,: 6,02 • 10”; 7,8; 78; 0,1; 0,8; 9,75. C3H4O: 3,85 • 10”; 37,12; 58; 0,64; 0,8; 46,4. 1-92. Al, Zn, Си, Fe. Глава 2 2-26. 3 моль Fe; 4,5 моль H2O; 1,5 моль р02Оз. 2-27. 1 моль; 1,5 моль; 0,5 моль. 2-28. а) 6; 1 8; 6; 9; б) 0,04; 0,12; 0,04; 0,06; в) 0,36; 1,08; 0,36; 0,54; г) 3,4; 10,2; 3,4; 5,1. 2-29. о) 9; 6; 3; 9; 6) 0,21; 0,14; 0,07; 0,21; в) 6,6; 4,4; 2,2; 6,6; г) 15,9; 10,6; 5,3; 15,9. 2-30. а) 0,8; 4,8; 1,6; 2,4; 6) 3; 18; 6; 9; в) 3,6; 21,6; 7,2; 10,8; г) 0,24; 1,44; 0,48; 0,72. 2-31. 255 г; 120 г. 2-32. 12,8 г; 3,2 г. 2-33. 84 г; 32 г. 2-34. а) 1,8 г; 6) 14,4 г. 2-35. 75 г. 2-36. 2,8 л О2. 2-37. Нет. 118 2-38. 72,795 кДж. 2-39. 184,1 кДж. 2-40. 368,2 кДж. Глава 3 3-8. 15%$п. 3-9. 65% Си. 3-10. 5,1% Си; 3,06% Мп; 1,02% Мд; 90,82% А1. 3-11. 15гСи. 3-12. 4,8кгСг. 3-13. 0,5%. 3-14. 250 г. 3-15. 7,5%. 3-16. 16,7%. 3-17. 10%. 3-18. 12,5%. 3-19. 6,25%. 3-20. 2,88%. 3-21. 9,6% NaOH; 10,4% КОН. 3-22. 5% H2SO4; 7,5% HNO3. 3-23. 60 г. 3-24. 1 о г соли; 190 г Н2О. 3-25. 20 г H2SO4; 30 г Н2О. 3-26. 0,85 г соли; 99,15 г Н2О. 3-27. 90 г уксусной кислоты; 910 г Н2О. 3-28. 76,8 г. 3-29. 16%. 3-30. 6,7%. 3-31. 28,8%. 3-32. 9,1% и 9,5%. 3-33. 6,8%. 3-34. 13,3%. 3-35. 0,2%. 3-36. 17,7%. 3-37. 4,2%. 3-38. 8% МоМОз,- 0,95% АдМОз. 3-39. 1,6%, 1%, 3,9%. 3-40. 5 г. 3-41. 20 г. 3-42. 4500 г. 3-43. 300 г. 3-44. 500 г. 3-45. 100 г. 3-46. 1 о г и 90 г. 119 3-47. 20 г и 30 г. 3-48. 30 г и 1 0 г. 3-49. 1 20 г и 80 г. 3-50. 25 г и 75 г. 3-51. 13,9 г. 3-52. 22,8 г. 3-53. 17,9 г. 3-54. 83,9 г. 3-55. 7,3 г на 100 г воды. 3-56. 7,3 г на 1 00 г воды. 3-57. 358 г; 974 г; 616 г. 3-58. 95,3 г; 5,63 г. 3-59. 132 г; 368 г. 3-60. 9,3%. 3-61. Нет. 3-62. Да. 3-63. 189,5 г. 3-64. 69,7 г. 3-65. 0,4 моль. 3-66. 1,8 моль. 3-67. 37,8 г. 3-68. 14 г. 3-69. 5 г. 3-70. 40,4 г. 3-71. 15,7%. 3-72. 17,8%. 3-73. 3,52 моль/л. 3-74. 5,3 моль/л. 3-75. 68%. 3-76. 1 6 моль/л. 3-77. 16,75%. 3-78. 22,2 г и 177,8 г. 3-79. 22,9 г. 3-80. 278 г и 1 242 мл. 3-81. 281 г и 1 269 мл. 3-82. 100 г. 3-83. 9%. 3-84. 15,8%. 3-85. 1 68,75 г и 31,25 г. 3-86. 357,1 г и 142,9 г. 3-87. 157,9 г. 3-88. 224,1 г. 120 Глава 4 4-1. а) 112 л; б) 112 л; в) 1 12 л; г) 56 л; д) 224 л; е) 22,4а л. 4-2. а) 44,8 м'; б) 89,6 л; в) 179,2 л. 4-3. а) 3 моль; б) 2 моль; в) 0,1 моль; г) 10 моль; д) (а/22,4) моль; е) (х/22,4) моль; ж) 20 кмоль; з) 3 ммоль. 4-4. Нет. 4-5. а) 32 г; 6) 1 4 г; в) 75 г; г) 920 г; д) 6 г; е) 80 кг; ж) 3,65 мг; з) 1,96а г. 4-6. а) 33,6 л; 6) 2,24 л; в) 33,6 л; г) 5,6 м; д) 448 мл; е) 0,224 мл; ж) 44,8 мл; з) 0,28а л. 4-7. а) = ; 6) =; в) > ; г) = ; д) >; е) >. 4-8. CI2. 4-9. Не. 4-10. а) 22,4 л; б) 4,48 л; в) 4,48 л; г) 224 мл; д) 22 400 и ; е] 67,2 л; ж) 8,96 • 10“‘ л; з) 3,72о • 10■^' л. 4-11. а) 3,01 • Ю"'; 6)4,816- 10“ в) 6,02 • ю”; г) 3,72- Ю ''. 4-12. а) 14; 6) 2; в) 29; г) 49,5. 4-13. 1: а) 0,53; 2; 6) 0,61; 2,29; в) 0,59; 2,21. 2: а) 4; 1,375; б) 4,57; 1,57; в) 4,41; 1,52. 3:а) 1,44, 0,625; б) 1,64; 0,71; в) 1,52, 0,69. 4-14. Fj. 4-15. 10,95%. 4-16. 4,05%. 4-17. 25,65%. 4-18. 10,23%. 4-19. 16,7%; 83,3%. 4-20. 13,8%; 17,2%; 70,0%. 4-21. 25% и 75%; 82% и 18%. 4-22. а) 13,51 % и 86,49%; б) 71,43% и 28,57%. 4-23. а) 37,04% и 62,96%; б) 83,33% и 16,67%. 4-24. 11,1% и 8,9%. 4-25. 23,8% и 76,2%. 4-26. 1/3 и 2/3. 4-27. 10,4. 4-28. 0,6. 4-29. 1,254. 4-30. а) 30% и 70%; б) 22,6% и 77,4%. 4-31. а) 21,05% и 78,95%; б) 40% и 60%. 4-32. 14. 4-33. а) 7; 7; 14; б) 5; 5; 10; в) 7,5; 7,5; 15. 4-34. а) 5; 25; 15; 20; б) 1,6; 8; 4,8; 6,4; в) 2,33; 11,65; 7; 55,92; г) 0,75; 3,75; 2,25; 3. 4-35. а) 5; 15; 10; 10; б) 2,67; 8; 5,34; 5,34; в) 3,5; 10,5; 7; 7; г) 1,5; 4,5; 3; 3. 4-36. а) 5; 32,5; 20; 25; б) 1,23; 8; 4,92; 6,15; в) 3,5; 10,5; 7; 8,75; г) 1,67; 10,86; 6,68; 3. 121 4-37. а) 56 л и 1 2 л; б) 1 1,2дл и 22,4а л; в) 22,4 л и 44,8 л; г) 0,62л:л и 1,24л;л. 4-38. а) 16,8 л; 6) 6,72 л. 4-39. а) 67,2 л; 6) 22,4 л. 4-40. а) 28 л; 6) 14 л; в) 140л. 4-41. а) 28 л; 6) 7,1 л; в) 0,07а л. 4-42. а) 134,4 л; 6) 27 л; в) 0,27а л. 4-43. а) 89,6 л; 6) 3,3 л; в) 0,33а л. 4-44. а) 632 г; 6) 790 г; в) 1580 г; г) 14,1 а г. 4-45. а) 245 г; 6) 102 г; в) 61,25 г; г) 3,65а г. 4-46. 1133,3 г. 4-47. 170 г. 4-48. 193,42 г. 4-49. 16 г; 5,6 л. 4-50. 60 г. 4-51. а) 22,4 л, 160 г; 6) 90,72 л, 1296 г. 4-52. а) 896 мл, 4,64 г; 6) 35,4 л, 1 83 г. 4-53. 13,44 л; 12,6 г. 4-54. 15,68 л СО2; 14,4 г Н2О. 4-55. а) 224 л; 6) 23,52 л; в) 33,6 л. 4-56. а) 476 л; 6) 106 л. 4-57. А1. 4-58. Zn. 4-59. As. 4-60. 16,8 л. 4-61. 0,49 моль. 4-62. 88,9% и 11,1%. 4-63. 47,4% и 52,6%. 4-64. 69,2% и 30,8%. 4-65. 60% и 40%. 4- 66. 42,9% и 57,1%. Глава 5 5- 16. а)С0;б)М205. 5-26. 60 г. 5-27. 255 г. 5-28. 192,6 г. 5-29. 1200 г. 5-30. 357,2 г. 5-31. 31 г; 40 г. 5-32. 1 3,5 г; 1 2 г. 5-33. а) Да; 6) да; в) нет; г) да. 5-34. а) Да; 6) да; в) нет; г) нет. 5-35. 2,4 г; 1,6 г. 5-36. 6,4 г; 1,12 л. 122 5-37. 10 г и 80 г; 112 л и 56 л. 5-38. а) 1 о л; 5 л; 1 о л; 6) 20 л; 16 л; 8 л; в) 4,5 л; 3 л; 3 л. 5-39. а) 21 л; 14 л; 14 л; 6) 40 л; 24 л; 32 л; в) 13,5 л; 9 л; 9 л. 5-40. 56,8 г. 5-41. 88 г. 5-42. 160 г. 5-43. 90 г; 16 г. 5-44. Si. 5-60. 10 г; 2,8 л. 5-61. 11,2; 2,24 л. 5-62. 20 г и 1 8 г. 5-63. 13,7 г и 3,6 г. 5-64. а) 15,75 г; 6) 157,5 г; 1 2,6 г. 5-65. а) 44,8 г; 6) 22,4 г; в) 56 г. 5-66. 31,8 г. 5-67. 1 г. 5-68. 32,8 г. 5-69. 394 г. 5-70. 31,8 г. 5-71. 14,5 г. 5-72. 70,7 г; 5,6 г. 5-73. 17 г; 6,3 г. 5-74. 85 г. 5-75. 50,5 г. 5-76. 4%. 5-77. 25%. 5-78. а) 5,85 г; 6) 6,2%; в) 4 г; г) 4,2%. 5-93. 6,72 л; 28,5 г. 5-94. 5,6 л; 31,75 г. 5-95. 19,6 г; 24 г. 5-96. 12,6 г. 5-97. 10,1 г; 5,6 г. 5-98. 21,25 г; 12 г. 5-99. 612,5г. 5-100. 126 г. 5-101. 816,7 г. 5-102. 4,48 л; 23,4 г. 5-103. а) 21,25 г; 6) 4,8%; в) 2,3%. 5-104. а) 1 1,6 г; 6) 7,7%; в) 3,7%. 5-115. а) Са(НСОз)2; 6) (Ре0Н)250д. 5-133. 19,2 г. 5-134. 16,25 г; 40 г. 5-135. 20 г. 5-136. 2,925 г; 7,175 г. 123 5-137. 58,25 г. 5-138. 20%. 5-139. а) 1 15,25 г; 6) 42,5 г; в) 5,2%; г) 82,75 г; д) 10,2%. 5- 140. а) 41,9 г; б) 25,5 г; в) 7,6%; г) 34 г; д) 10,2%. Глава 6 6- 2. 63,62. 6-3. 58,7541. 6-4. 24,32. 6-5. 60% и 40%. 6-6. 20% и 80%. 6-7. 55% и 45%. 6-8. 6 видов. 6-9. 9 молекул. 6-12. о) Li; 6) S; в) Аг; г) Со; д) Ge; е) Sc; ж) Со; з) I. 6-14. о) До; б) нет; в) нет; г) до. 6-15. а) 1 s^2s^2p^; б) 1 s^2s^2p^• в) 1 s^2s^2p‘^3s^3p^• г) 1 s2s2p^ 3s^3p^ 3c/'°4s^4p^ Глава 7 7-29. Примеры: о) А1; б) AI2O3; в) H2SO4; г) H2S; д) МдзМ2. 7-30. Примеры: о) 5е; б) Se02; в) $еОз. 8-5. 8-6. 8-7. 8-8. 8-9. 8-10. 8-11. 8-12. 8-13. 8-14. 8-15. 8-16. 8-17. 8-18. 8-19. 8-20. 8-21. 8-22. 8-23. 8-31. Глава 8 0,6 г; 6,72 л. 162.5 г. 1 60 г; 1 1 2 л. 5 г; 56 л; 80 г. 336 г; 144 г; 464 г. о) 6860 г и 1 26 г; б) 4900 г и 90 г; в) 1 960 г и 36 г. 0,5 г; 5,6 л; 20 г. 7.5 г; 84 л; 200 г. 26,7 мг; 298,7 мл; 773,3 мг. 7 г. 21,6 г. 50 л; 25 л; 50 л. 5 моль; 1,5 моль Н2. 1 о л; 3 л Н2. 90 г и 1 6 г О2. Мд. А1. 1/9 и 8/9; 50% и 50%. До; 108 г; 32 г; 22,4 л. 30 г. 124 00 о 00 CN О с; со о" с 1 '— О ' '• мГ ю 1— СМ ю ю см с; см LT со ю ю 1_" Ю см' Гч К К L'' s о' г—' Ю . ^ , ^ СМ с; |_ |_ см ю 1 |_ см' d ^ (D >— 00 <— (J li. со ю' О (> lJ °° О с; 00 К LJ <Г 00 — со см Mf •- ю ю см - см к ю см -— см ^ ю 00 к о мг ^ см ю CN со см со со со ^ ■ III 00 00 ’^ЮОКООО^ОО'О — СМСО’^»ПЧ>КОООО ^^^^^^'0‘0'0<>4)4)0454>0’0'0к ------IIIIIIIIIIIII 00 00 00 00 00 00 ■ I I ■ I ■ I ■ I I I 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Оглавление Предисловие......................................................3 Глава! Первоначальные химические понятия ...............................5 1.1. Вещества и физические тела. Физические свойства веществ. Физические и химические явления .................................5 1.2. Атомы и молекулы. Химические элементы. Формы существования элементов. Химические формулы .................................. 7 1.3. Относительная атомная масса. Относительная молекулярная масса ................................9 1.4. Вычисление массовой доли элемента. Вывод формулы вещества_ 10 1.5. Знакомство с периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева ..................................... 12 1.6. Валентность химических элементов ......................... 13 1.7. Количество вещества. Моль. Молярная масса ................ 15 Решения ....................................................... 19 Контрольная работа по теме «Первоначальные химические понятия» ........................... 20 Глава 2 Химические реакции .............................................22 2.1. Составление уравнений химических реакций ..................22 2.2. Типы химических реакций....................................24 2.3. Простейшие расчеты по уравнениям химических реакций .......26 Контрольная работа по теме «Химические реакции» ................29 Глава 3 Смеси. Растворы ................................................30 3.1. Смеси. Очистка веществ. Массовая доля вещества в смеси .30 3.2. Растворы. Массовая доля вещества в растворе ...............31 3.3. Растворимость веществ......................................35 3.4. Молярная концентрация .....................................38 3.5. Кристаллогидраты ..........................................39 Контрольная работа по теме «Смеси. Растворы» ...................40 Глава 4 Газы. Кислород. Горение.........................................41 4.1. Молярный объем газов. Относительная плотность газов........41 126 4.2. Смеси газов. Объемная доля газа в смеси .....................44 4.3. Простейшие расчеты по уравнениям реакций с участием газов ... 46 4.4. Получение кислорода. Вычисления по уравнениям реакций разложения .......................................................48 4.5. Кислород. Горение. Расчеты по уравнениям реакций горения .... 48 Решения ..........................................................50 Контрольная работа по теме «Газы. Кислород. Горение» .............50 Глава 5 Основные классы неорганических соединений ........................52 5.1. Классификация неорганических веществ ........................52 5.2. Оксиды.......................................................55 5.3. Основания....................................................58 5.4. Кислоты .....................................................60 5.5. Соли ........................................................63 5.6. Амфотерные гидроксиды .......................................68 Решения ..........................................................69 Контрольная работа по теме «Основные классы неорганических соединений» ......................................................70 Глава 6 Строение атома. Периодический закон и периодическая система Д.И. Менделеева в свете электронной теории .......................72 6.1. Атомное ядро. Изотопы .......................................72 6.2. Электронная конфигурация атомов .............................74 6.3. Свойства химических элементов в свете электронной теории .... 78 Решения ..........................................................80 Глава 7 Строение вещества. Химические реакции в свете электронной теории .81 7.1. Характер связи в химических соединениях .....................81 7.2. Степень окисления ...........................................84 7.3. Окислительно-восстановительные реакции ......................87 7.4. Составление краткой характеристики элемента .................92 Решения ..........................................................93 Контрольная работа по теме «Строение атома. Химическая связь. Окислительно-восстановительные реакции» ..........................95 Глава 8 Водород. Галогены ................................................97 8.1. Водород .....................................................97 8.2. Вода. Пероксид водорода .....................................98 127 8.3. Галогены ................................................99 8.4. Хлороводород. Соляная кислота и ее соли ...............101 Контрольная работа по теме «Водород. Галогены» .............102 Глава 9 Алгоритмы решения типовых задач ..............................104 Алгоритм 1. Вычисление массы вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции .............................104 Алгоритм 2. Вычисление объема вещества по известной массе другого вещества, участвующего в реакции .............................105 Алгоритм 3. Расчет по химическому уравнению объемных отношений газов ..............................................106 Алгоритм 4. Вычисление относительной плотности газа по другому газу ..............................................106 Алгоритм 5. Вычисление массовой доли вещества в растворе ...107 Алгоритм 6. Вычисление массы вещества в растворе по массе раствора и массовой доле растворенного вещества ............108 Алгоритм 7. Расчеты по термохимическим уравнениям. Вычисление количества теплоты по известной массе вещества .............108 Алгоритм 8. Расчеты по термохимическим уравнениям. Вычисление массы вещества по известному количеству теплоты ..............109 Алгоритм 9. Расчеты по химическим уравнениям, если одно из реагирующих веществ дано в избытке ........................110 Приложение I. Физические свойства некоторых веществ (плотность, температура плавления, температура кипения) ......112 Приложение II. Названия некоторых кислот и их солей ........113 Приложение III. Условные обозначения, названия и единицы измерения некоторых физических величин ...........114 Приложение IV. Значения относительной электроотрицательности элементов (по Л. Полингу) .............115 Приложение V. Формулы для расчетов ...........................116 Ответы .......................................................117 128