Решение некоторых типов задач по общей химии

 

 

 

 

Реакции оксида лития и хлорид диамминсеребра (I)

 

 

 

 

Задача 491. 
№1. С чем не взаимодействует оксид лития? 1. вода, 2. оксид магния, 3. нитрат кальция, 4. соляная кислота, 5 оксид серы (4), 6. фосфорная кислота, 7. гидроксид бария. В ответе укажите номера в порядке возрастания.
№2. Из нитрата бария выпадает осадок при добавлении:

1. CaCO₃, 2. K₂CO₃, 3. KCL, 4. KNO₃.

№3. Атом элемента имеет на 10 электронов меньше, чем ион галлия Ga³⁺. Этот элемент:
1. фосфор, 2. сера, 3. хлор, 4. аргон.
№4. Укажите степень окислителя в химической реакции, схема которой: NaClO + CrCL₃ + NaOH = NaCl + Na₂CrO₄ + H₂O.
№5. Какая масса углекислого газа выделится при термическом разложении 10 г известняка?
№6. Качественной реакцией на ион кальция является...
Решение:
№1.
Оксид лития Li₂O не взаимодействует с оксидом магния (2) и гидроксидом бария (7), потому что MgO основной оксид, а Ва(ОН)₂ - основание. Основные оксиды не взаимодействуют с основаниями и основными оксидами. Li₂O не реагирует с Сa(NO₃)₂ (3), потому что не образуется летучее соединение.

Ответ: 2, 3, 7.

№2
Ba(NO₃)₂  + K₂CO₃ = BaCO₃ + 2KNO₃.
Выпадает осадок малорастворимого соединения карбоната бария.

№3.
Электронная формула иона: Ga³⁺- 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁸ 4p⁰.
Если отнять 10 электронов, то получится - 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, что соответствует аргону -
Ar - 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶.

№4.
В NaClО степень окисления окислителя +1 (Сl⁺¹).

№5
Уравнение реакции имеет вид:

СаСО₃ = СаО + СО₂.

Из уравнения реакции вытекает, что из 1 моль карбоната кальция выделяется 1 моль углекислого газа, т.е. n(СаСО₃) = n(СО₂).

n(СаСО₃) = m(СаСО₃)/MСаСО₃) = 10/100 = 0,1 моль;
n(СО₂) = n(СаСО₃) = 0,1 моль.

Тогда

m(СО₂) = n(СО₂) ^. M(СО₂) = 0,1 ^. 44 = 4,4 г.

№6
Качественная реакция на ион Са²⁺:

CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → CaCO₃ + 2NH₄Cl.
 

---

Задача 492.
Что образуется при взаимодействии [Ag(NH₃)₂]Cl с NaOH?  Будет образовываться AgOH, NaCl, NH₃ или другие вещества? Какой цвет имеет [Ag(NH₃)₂]Cl?
Решение:
K_нест.[Ag(NH₃)₂]⁽⁺⁾ = 9,3 ⋅ 10^-8.
Комплексная соль [Ag(NH₃)₂]Cl диссоциирует в две ступени:

I ступень. Диссоциация на комплексный ион и ион внешней сферы:

[Ag(NH₃)₂]Cl ⇔ [Ag(NH₃)₂]⁽⁺⁾ + Cl^(-).

II ступень. Диссоциация (распад) компл. иона: 

[Ag(NH₃)₂]⁽⁺⁾ ⇔ Ag⁽⁺⁾ + 2NH₃.

В водном растворе Комплексная соль [Ag(NH₃)₂]Cl диссоциирует в основном по 1-й ступени.

Гидроксид натрия NaOH в водном растворе диссоциирует практически полностью:

NaOH = Na⁽⁺⁾ + OH^(-).

Таким образом, при смешении растворов [Ag(NH₃)₂]Cl и NaOH, в системе будут присутствовать ионы:

[Ag(NH₃)₂]⁽⁺⁾, Cl^(-), Na⁽⁺⁾ и OH^(-),

которые не будут связываться друг с другом. Значит, при смешении растворов [Ag(NH₃)₂]Cl и NaOH реакция не протекает.

Ион серебра Ag⁺ имеет электронную конфигурацию (… 4d10). Все 4d – орбитали заполнены, и переход электронов с  на  на подуровень невозможен.

 

---

Составление элктронных форму элементов

 

 

Задача 493.
По положению атома элемента в Периодической системе (As(мышьяк) и Hf(гафний)): 
а) составьте электронные формулы заполнения электронами валентных орбиталей атомов элементов в нормальном и возбуждённом состояниях;
б) определите, к каким электронным свойствам они относятся, какие свойства проявляют.
Решение:
1. Электронные формулы элементов
а) As(мышьяк)
Элемент № 33 - мышьяк (As – порядковый № 33) электронная формула имеет вид: 

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4р³ - (нормальное состояние);
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹ 3d¹⁰ 4р³ 4d¹ - (возбужденное состояние).

Валентные электроны мышьяка (4s² 3d¹⁰ 4р³) - находятся на 4s-, 3d- и 4р-подуровнях. На валентных орбиталях атома As находится 15 электронов. Поэтому элемент помещают в пятнадцатую группу периодической системы Д. И. Менделеева. Мышьяк относится к d-элементам.

Наличие трех неспаренных электронов свидетельствует о том, что мышьяк способен проявлять валентность III (низшая валентность) в своих соединениях (As₂O₃, AsH₃, HAsO₂, H₃AsO₃).

Для атома мышьяка характерно наличие возбужденного состояния из-за того, что орбитали 4d-подуровня являются вакантными (на четвертом энергетическом слое помимо 4s- и 4p-подуровней есть еще и 4d-подуровень). Электроны 4s-подуровня распариваются и занимают свободную орбиталь 4d -подуровня. Наличие пяти неспаренных электронов в возбужденном состоянии свидетельствует о том, что мышьяк также проявляет в своих соединениях валентность V (H₃AsO₄, As₂O₅) (высшая валентность).

Мышьяк имеет степени окисления +5, +3, 0 и -3, т. е. может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

б) Hf(гафний)
Для элемента № 72 - гафний (Hf – порядковый № 72) электронная формула имеет вид: 

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4р⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d² - (нормальное состояние);
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4р⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s¹ 4f¹⁴ 5d² 6р¹ - (возбужденное состояние).

Валентные электроны гафния (6s² 5d²) - находятся на 6s- и 5d-подуровнях. На валентных орбиталях атома Hf находится 4 электрона. Поэтому элемент помещают в четвертую группу периодической системы Д.И. Менделеева. Гафний относится к d-элементам.

При возбуждении атома гафния один электрон с 6s- подуровня переходит на 6р-подуровень, то при этом в атоме гафния образуются 4 неспаренных электрона: 2 на 5d-подуровне, 1 электрон на 6s- подуровне и 1 на 6р-подуровене. Гафний проявляет валентность равную 2, 3 и 4.

Степени окисления‎ гафния: ‎0, +2, +3, +4, поэтому гафний - восстановитель. 
 

---

Определение типа гибридизации атома элемента в ионе

 

 

Задача 494.
По какому типу проходит гибридизация атома серы в сульфат-ионе?
Решение:
В серной кислоте атом серы проявляет степень  окисленности +6, т.е. в образовании химических связей будут участвовать все 6 электронов атома серы. Но это возможно только, если атом серы находится в возбужденном состоянии - когда все 6 электронов находятся по одному в ячейках орбиталей (у серы (3s23p43d0) осуществляется переход двух электронов на 3d-подуровень). Электронная формула возбужденного атома серы в серной кислоте будет иметь вид: 1s²2s²2p⁶3s¹p³3d², т.е. валентные электроны - 3s¹p³3d².

Нужно исходить из того сколько и какие электроны участвуют в образовании связей в молекуле (ионе).

В группе SO₄^2- атом серы соединяется с четырьмя атомами кислорода, где сера проявляет ковалентность равную 6.

Строим структурную формулу SO₄^2-, соблюдаем валентности атомов серы и кислорода:       

     O-Н       
     |
 O=S=O
     |
     O-Н

Из структурной формулы вытекает, что в сульфат-ионе атом серы соединен с 4-мя атомами кислорода, из которых два атома кислорода соединены с атомом водорода, а два атома кислорода - соединены только с атомом серы. Между двумя атомами возможна только одна сигма-связь.

Теперь, просто посчитаем связи в сульфат-ионе, получим: 4 сигма-связи; 2 пи-связи. Считать нужно только сигма-связи, значит в образовании связей в ионе участвуют четыре атомные орбитали, это одна s- и три р-орбитали, значит гибридизация атома серы проходит по sр³ типу.  

Таким образом в SO₄^2- четыре гибридных электрона расположенных на одной s- и трех p-орбиталях (s¹р³) образуют 4 сигма-связи, эти электроны участвуют в гибридизации,  а два неспаренных электрона в d-орбиталях будут образовывать две пи-связи между двумя атомами кислорода.
 

---

Определение массы проукта реакции

 

Задача 495. 
Определите массу метанола, которую можно получить из 11,2 м³ оксида углерода (II) и 40 м³ водорода (н. у.), если выход продукта реакции равен 75%.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

СО + 2Н₂ → СН₃ОН.

Из уравнения реакции вытекает, что на получение метанола требуется 1 моль СО и 2 мол Н₂, т.е. n(CO) = 2n(H₂).
Определим избыток взятого вещества для реакции:

n(CO) = [V(CO)/Vm] ^. 1000 = (11,2/22,4) ^. 1000 = 500 моль;
n(Н₂) = [V(Н₂)/Vm]  ^. 1000= (40/22,4) ^. 1000 = 1785,7 моль.

Так как 

n(CO) : 2n(H₂) - 1 : 2, а
500 : 1785,7 = 1 : 2,57, то в избытке взят водород, значит расчет продукта реакции метанола будем проиводит по СО.

Отсюда

m(СН₃ОН) = n(СН₃ОН) ^. M(СН₃ОН) = 500 моль ^. 32 г/моль = 16000 г ИЛИ 16 кг.

Определите массу метанола с учетом выхода продукта реакции, получим:

mпрод.(СН₃ОН) = m(СН₃ОН) ^. h = 16 ^. 0,75 = 12 кг.

Ответ: mпрод.(СН₃ОН) = 12 кг.

---

Определение количества молекул вещества

 

 

Задача 496.
Определите количество молекул которое содержится в 1 граме каждого из веществ СО₂, СаО и Н₂О. 
Решение:
Найдем молярные массы:
M(CO₂) = 12 + (16 × 2) = 44 г/моль;
М(СаО) = 40 + 16 = 56 г/моль;
М(Н₂О) = (1 × 2) + 16 = 18 г/моль.
Рассчитаем количество частиц веществ по формуле:

N = m × Na/M, где

m - масса вещества (1 грамм), Na - постоянная Авогадро.

Отсюда

N(CO₂)= 1 × 6 ^. 10²³/44 = 1,36 ^. 10²² молекул;
N(CaO) = 1 × 6 ^. 10²³/56 = 1,07 ^. 10²² молекул;
N(H₂О) = 1× 6 ^. 10²³/56/18 = 3,33 ^. 10²² молекул.

---