Примеры решенных задач по химии - 6

7. В газонаполненных лампах содержится смесь газов, имеющая объемный состав: 86 % аргона и 14 % азота. Рассчитайте парциальное давление каждого из газов, если общее давление равно 39 990 Па.

Решение

Парциальное давление компонентов смеси рассчитываем по формуле:

P(Ar)=P*N(Ar), P(N2)=P*N(N2), где N(N2) и N(Ar) – мольные доли компонентов в смеси.

Находим мольные доли: N(N2)=n(N2)/(n(N2)+n(Ar))

N(Ar)=n(Ar)/(n(Ar)+n(Ar))

Количества вещества газов в смеси находим через молярный объем:

n(Ar)=V(Ar)/Vm; n(N2)=V(N2)/Vm

подставим эти выражения в выражения мольных долей газов:

, следовательно, мольные доли газов в смеси равняются объемным долям:

N(Ar)=φ(Ar)=0,86; N(N2)= φ(N2)=0,14

Находим парциальные давления компонентов:

P(Ar)=P*N(Ar)=39990*0,86=34391,4(Па)

P(N2)=P*N(N2)=39990*0,14=5598,6(Па)

32. При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 2,98 · 10-3 кг хлорида некоторого одновалентного металла, образуется 2,2 · 10-3 кг его сульфида. Вычислите молярную массу эквивалента металла.

Решение

Неизвестный металл примем за Ме, тогда уравнение реакции имеет вид:

Молярную массу эквивалента металла принимаем за х г/моль, тогда за уравнением реакции составляем уравнение с одним неизвестным, а массы веществ переводим в граммы:

2,98   2,2

2MeCl + H2S => Me2S + 2HCl

2 моль  1 моль

2*(х+35,5)  2х+32

4,4(х+35,5)=2,98(2х+32)

4,4х – 5,96х=95,36-156,2

1,56х=60,84

Х=39 молярная масса эквивалента металла составляет 39 г/моль – металл К – калий.

 

57.Квантовые числа для  электронов внешнего энергетического уровня атомов некоторого элемента имеют следующие значения: n = 4; l = 0; ml = 0; ms = ±1/2. Напишите электронную формулу атома этого элемента и определите, сколько свободных 3d-орбиталей он содержит.

Решение

Главное квантовое число n=4, следовательно, элемент имеет четыре энергетических уровня.

Орбитальное квантовое число l = 0, следовательно, электроны данного элемента находятся на s-орбитали.

Магнитное квантовое число ml = 0, электронная орбиталь одна – s-орбиталь.

Спиновое число имеет только одно значение ms = ±1/2, следовательно, атом элемента имеет только один электрон.

Электронная формула внешнего энергетического уровня имеет вид: 4s1 – данный элемент Калий. Электронная формула калия:

1s22s22p63s23p63d04s1

У атома калия пять свободных 3d- орбиталей.

 

82. Вычислите относительную электроотрицательность углерода, если первый ионизационный потенциал углерода равен 11,26 В, а его сродство к электрону 1,12 эВ.

Решение

Относительная электроотрицательность рассчитаем, как сумму энергии ионизации и сродства к электрону: ЭО=(I+E).

Находим энергию ионизации атома углерода, пересчитываем электронвольт в кДж/моль:

I=11,26*1,602*10-19*6,02*1023=1085,9(кДж/моль)

Находим сродство к электрону:

E=1,12*1,602*10-19*6,02*1023=108 (кДж/моль)

Электроотрицательность углерода будет:

ЭО=(I+E)=1085,9+108=1193,9(кДж/моль)

За единицу электроотрицательности принята электроотрицательность лития

ЭО(Li)=536 (кДж/моль)

Относительная электроотрицательность углерода будет:

ЭО(С)=ЭО/ ЭО(Li)=1193,9/536=2,22

 

107.    Определите тип гибридизации и геометрическую форму частицы [SbF6]-.

Решение

При образовании комплексного иона [SbF6] – атом Sb в соответствии с МВС должен находиться в возбужденном состоянии:

Sb [KLMN5s25p3d0]  => Sb * [KLMN5s15p3d1],

в котором может образовать по обменному механизму пять связей. Шестая связь должна образоваться по донорно-акцепторному механизму, в соответствии с которым на свободную орбиталь атома Sb поступает электронная пара от атома F. Образование шести равноценных связей возможно при sp3d2 - гибридизации атомных орбиталей сурьмы, что определяет пространственную геометрическую форму иона – октаэдр с валентным углом F-Sb-F, равным 90°.

 

 

Все связи полярны, но их векторная сумма вследствие симметрии частицы равна нулю - комплексный ион [SbF6] – не имеет дипольного момента.

 

 

132.Вычислите молярные массы эквивалентов комплексных солей [Co(NH3)6]I3, [Co(NH3)5I]I2,  [Co(NH3)4I2] в реакции с AgNO3.

Решение

[Co(NH3)6]I3 + 3AgNO3 =>3AgI↓ + [Co(NH3)6](NO3)3

1 моль  3 моль

Молярная масса эквивалента комплексной соли будет:

Mэ([Co(NH3)6]I3)=1/3*M([Co(NH3)6]I3)=180,66(г/моль)

 

[Co(NH3)5I]I2 + 2AgNO3 =>2AgI↓ + [Co(NH3)5I](NO3)2

1 моль  2 моль

Молярная масса эквивалента комплексной соли будет:

Mэ([Co(NH3)5I]I2)=1/2*M([Co(NH3)5I]I2)=271(г/моль)

 

[Co(NH3)4I2] – электронейтральный комплекс с нитратом серебра в обменные реакции не вступает

 

157. Определите изменение внутренней энергии при испарении 50 г толуола при 30 °С, если на испарение 1 г толуола расходуется 348 Дж тепла. Пары толуола считать идеальным газом, а объемом жидкого толуола пренебречь.

Решение

Количество теплоты потраченное на испарение 50 г толуола будет:

Q=m*q=50*348=17400 (Дж)

Согласно уравнению состояния идеального газа работа, затрачена на расширение газа будет:

A=nRT=50*8,314*303/92=1369,1(Дж)

Согласно первому закону термодинамики изменение внутренней энергии будет:

∆U=Q-A=17400-1369,1=16030,9(Дж)

 

182. Изменение энтропии при плавлении 100 г меди равно 1,28 Дж/К. Рассчитайте удельную теплоту плавления меди, если температура плавления меди равна 1083 °С.

Решение

Изменение энтропии согласно второму началу термодинамики будет:

∆S=Q/T, отсюда количество теплоты при плавлении меди будет:

Q=∆S*T=1,28*1356=17356,8(Дж)

Удельная теплота плавления меди будет:

λ=Q/m=17356,8/0,1=173568(Дж/кг)=173,568(кДж/кг)

 

207.                   Вычислите изменение энергии Гиббса и определите возможность протекания этой реакции при стандартных условиях                        СО(г) + Н2О(ж) = СО2(г) + Н2(г).

Решение

СО(г) + Н2О(ж) = СО2(г) + Н2(г)

Вещество	∆Н, кДж/моль	S, Дж/моль*К
CO2	-393,51	213,67
Н2	0	130,5
H2O	-285,83	70,08
СО	-110,5	197,4

По второму следствию из закона Гесса:

ΔHf298 =ΔHf(СО2(г))+ΔHf(Н2(г)) – ∆H(СО(г))-ΔHf(Н2О(ж))=

=(-393,51) +(0) – (-110,5)-(-285,83) = 2,82 (кДж/моль)=2820(Дж/моль)

изменение энтропии при температуре 298К :

ΔSf298 =ΔSf(СО2(г))+ΔSf(Н2(г)) – ∆S(СО(г))-ΔSf(Н2О(ж))=

=(213,67) + (130,5) – (70,08)-(197,4) = 76,69 (Дж/К*моль)

Изменение энергии Гиббса при Т=298К по уравнению Гиббса-Гельмгольца:

∆G0298=∆H0298-T∆S0298= 2820 - 298*(76,69)= -20033,62(Дж/моль) ∆G0298<0 реакция идет в прямом направлении

 

232. Температурный коэффициент скорости реакции разложения йодоводорода по реакции 2HI = H2 + I2 равен 2. Вычислите константу скорости этой реакции при 684 К, если при 629 К константа скорости равна 8,9 · 10-5 л / (моль · с).

Решение

k1=8,9 · 10-5 л / (моль · с); Т1=629 К; γ=2;

По уравнению Вант – Гоффа определяем константу скорости реакции при Т2=684 К

отсюда

 

257. В системе 2NO2 ↔  N2O4 при 60 °С и стандартном давлении установилось равновесие. Во сколько раз следует уменьшить объем, чтобы давление возросло в 2 раза?

Решение

При температуре 60 0С по реакции

2NO2 ↔  N2O4 установилось равновесие между двумя фазами газообразной NO2 и жидкой N2O4. Давление и объем связаны соотношением P0/V0=P1/V1, следовательно, для увеличения давления в 2 раза необходимо, соответственно, уменьшить объем в 2 раза.

 

282.  Водный раствор аммиака массой 2,12 г разбавлен в мерной колбе вместимостью 250 мл. На титрование 10 мл разбавленного раствора затрачено 8,4 мл титранта с концентрацией              с(HCl) = 0,107 моль/л. Рассчитайте массовую долю аммиака в исходном растворе.

Решение

Уравнение титрования:

NH3 + HCl => NH4Cl

По результатам титрования находим молярную концентрацию аммиака в растворе:

C(NH3)*V1=C(HCl)*V(HCl)

C(NH3)= C(HCl)*V(HCl)/V=8,4*0,107/10=0,08988(моль/л)

Находим количество вещества аммиака в растворе обемом 250 мл:

n(NH3)= C(NH3)*V2=0,08988*0,25=0,02247(моль)

масса аммиака в растворе будет:

m(NH3)= n(NH3)*M(NH3)=0,02247*17=0,38199(г)

Массовая доля аммиака в исходном растворе будет:

ω(NH3)=m(NH3)*100%/m(раствора)=0,38199*100%/2,12=18,018%