В уроке 5 «Химическая формула » из курса «Химия для чайников » дадим определение химическим формулам и их индексам, а также выясним различия химических формул веществ молекулярного и немолекулярного строения. Напоминаю, что в прошлом уроке « » мы дали определение химическим соединениям, рассмотрели различия органических и неорганических соединений, а также выяснили, что означает качественный и количественный состав.
Состав любого вещества выражается в виде химической формулы .
Химическая формула - это условная запись состава вещества с помощью химических знаков и индексов .
Качественный состав показывается с помощью знаков (символов) химических элементов, а количественный - с помощью индексов, которые записываются справа и чуть ниже знаков химических элементов.
Индекс - число атомов данного химического элемента в формуле вещества.
Например, химическая формула простого вещества водорода записывается так:
и читается «аш-два».
Химические формулы веществ молекулярного строения
Формулы двухатомных молекул: кислорода - О 2 («о-два»), хлора - Сl 2 («хлор-два»), азота - N 2 («эн-два»). Трехатомная молекула озона и восьмиатомная молекула серы обозначаются формулами О 3 («о-три») и S 8 («эс-восемь»).
Формулы молекул сложных веществ также отображают их качественный и количественный состав. Например, формула воды, как вы уже, наверное, хорошо знаете, Н 2 О («аш-два-о»), метана - СН 4 («це-аш-четыре»), а аммиака - NH 3 («эн-аш-три»). Точно так же читаются формулы любых сложных веществ. Например, формула серной кислоты - H 2 SO 4 («аш-два-эс-о-четыре»), а глюкозы - C 6 H 12 O 6 («це-шесть-аш-двенадцать-о-шесть»).
Химические формулы веществ молекулярного строения (их называют молекулярными формулами ) показывают состав элементарных частей, т. е. условных «кирпичиков», из которых состоят эти вещества. Такими элементарными составными частями (элементарными структурными единицами , или просто структурными единицами ) в данном случае являются молекулы .
А если вещество имеет немолекулярное строение? Химические формулы простых веществ такого типа (например, металлов) записывают просто знаками соответствующих элементов без индексов (или, вернее, с индексом, равным единице, которая не записывается). Так, формула простого вещества железа - Fe, меди - Cu, алюминия - Al.
Состав сложных веществ немолекулярного строения выражают с помощью формул, которые показывают простейшее соотношение чисел атомов разных химических элементов в этих веществах. Такие формулы называются простейшими . Например, простейшая формула кварца - главной составной части речного песка - SiO 2 . Она показывает, что в кристалле кварца на один атом кремния приходятся два атома кислорода, т. е. простейшее соотношение чисел атомов кремния и кислорода в этом веществе равно 1:2. Простейшая формула Al 2 O 3 показывает, что в этом соединении простейшее соотношение между числами атомов алюминия и кислорода равно 2:3.
Группа атомов, состав которой соответствует простейшей формуле вещества немолекулярного строения, называется его формульной единицей .
Формульная единица, поваренной соли NaCl («натрий-хлор») - группа из одного атома натрия и одного атома хлора. Формульная единица мела CaCO 3 («кальций-це-о-три») - группа из одного атома кальция, одного атома углерода и трех атомов кислорода.
Формулы более сложных соединений немолекулярного строения читаются аналогично. Дополнительно указывается только число групп атомов, заключенных в круглые скобки: Al 2 (SO 4) 3 («алюминий-два-эс-о-четыре-трижды»), Mg(NO 3) 2 («магний-эн-о-три-дважды») и т. д.
Таким образом, структурными единицами веществ молекулярного строения являются молекулы . Структурными единицами веществ немолекулярного строения являются их формульные единицы .
В таблице ниже показаны формульная запись и схематическое изображение состава веществ различного типа.
Краткие выводы урока:
- Качественный и количественный состав вещества выражается с помощью химических формул.
- Химическая формула вещества молекулярного строения показывает состав его молекулы, которая является элементарной структурной единицей данного вещества.
- Химическая формула вещества немолекулярного строения показывает простейшее соотношение атомов в его формульной единице.
Надеюсь урок 5 «Химическая формула » был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.
Классификация неорганических веществ и их номенклатура основаны на наиболее простой и постоянной во времени характеристике - химическом составе , который показывает атомы элементов, образующих данное вещество, в их числовом отношении. Если вещество из атомов одного , т.е. является формой существования этого элемента в свободном виде, то его называют простым веществом ; если же вещество из атомов двух или большего числа элементов, то его называют сложным веществом . Все простые вещества (кроме одноатомных) и все сложные вещества принято называть химическими соединениями , так как в них атомы одного или разных элементов соединены между собой химическими связями.
Номенклатура неорганических веществ состоит из формул и названий. Химическая формула - изображение состава вещества с помощью символов химических элементов, числовых индексов и некоторых других знаков. Химическое название - изображение состава вещества с помощью слова или группы слов. Построение химических формул и названий определяется системой номенклатурных правил .
Символы и наименования химических элементов приведены в Периодической системе элементов Д.И. Менделеева. Элементы условно делят на металлы и неметаллы . К неметаллам относят все элементы VIIIА-группы (благородные газы) и VIIА-группы (галогены), элементы VIА-группы (кроме полония), элементы азот, фосфор, мышьяк (VА-группа); углерод, кремний (IVА-группа); бор (IIIА-группа), а также водород. Остальные элементы относят к металлам.
При составлении названий веществ обычно применяют русские наименования элементов, например, дикислород, дифторид ксенона, селенат калия. По традиции для некоторых элементов в производные термины вводят корни их латинских наименований:
Например : карбонат, манганат, оксид, сульфид, силикат.
Названия простых веществ состоят из одного слова - наименования химического элемента с числовой приставкой, например:
Используются следующие числовые приставки
:
Неопределенное число указывается числовой приставкой n
- поли.
Для некоторых простых веществ используют также специальные названия, такие, как О 3 - озон, Р 4 - белый фосфор.
Химические формулы сложных веществ составляют из обозначения электроположительной (условных и реальных катионов) и электроотрицательной (условных и реальных анионов) составляющих, например, CuSO 4 (здесь Cu 2+ - реальный катион, SO 4 2- - реальный анион) и PCl 3 (здесь P +III - условный катион, Cl -I - условный анион).
Названия сложных веществ составляют по химическим формулам справа налево. Они складываются из двух слов - названий электроотрицательных составляющих (в именительном падеже) и электроположительных составляющих (в родительном падеже), например:
CuSO 4 - сульфат меди(II)
PCl 3 - трихлорид фосфора
LaCl 3 - хлорид лантана(III)
СО - монооксид углерода
Число электроположительных и электроотрицательных составляющих в названиях указывают числовыми приставками, приведенными выше (универсальный способ), либо степенями окисления (если они могут быть определены по формуле) с помощью римских цифр в круглых скобках (знак плюс опускается). В ряде случаев приводят заряд ионов (для сложных по составу катионов и анионов), используя арабские цифры с соответствующим знаком.
Для распространенных многоэлементных катионов и анионов применяют следующие специальные названия:
Для небольшого числа хорошо известных веществ также используют специальные названия:
1. Кислотные и основные гидроксиды. Соли
Гидроксиды - тип сложных веществ, в состав которых входят атомы некоторого элемента Е (кроме фтора и кислорода) и гидроксогруппы ОН; общая формула гидроксидов Е(ОН) n , где n = 1÷6. Форма гидроксидов Е(ОН) n называется орто -формой; при n > 2 гидроксид может находиться также в мета -форме, включающей кроме атомов Е и групп ОН еще атомы кислорода О, например Е(ОН) 3 и ЕО(ОН), Е(ОН) 4 и Е(ОН) 6 и ЕО 2 (ОН) 2 .
Гидроксиды делят на две противоположные по химическим свойствам группы: кислотные и основные гидроксиды.
^ Кислотные гидроксиды содержат атомы водорода, которые могут замещаться на атомы металла при соблюдении правила стехиометрической валентности. Большинство кислотных гидроксидов находится в мета -форме, причем атомы водорода в формулах кислотных гидроксидов ставят на первое место, например H 2 SO 4 , HNO 3 и H 2 CO 3 , а не SO 2 (OH) 2 , NO 2 (OH) и CO(OH) 2 . Общая формула кислотных гидроксидов - Н х ЕО у , где электроотрицательную составляющую ЕО у х- называют кислотным остатком. Если не все атомы водорода замещены на металл, то они остаются в составе кислотного остатка.
Названия распространенных кислотных гидроксидов состоят из двух слов: собственного названия с окончанием "ая" и группового слова "кислота". Приведем формулы и собственные названия распространенных кислотных гидроксидов и их кислотных остатков (прочерк означает, что гидроксид не известен в свободном виде или в кислом водном растворе):
Менее распространенные кислотные гидроксиды называют по номенклатурным правилам для комплексных соединений, например:
Названия кислотных остатков используют при построении названий солей.
^ Основные гидроксиды содержат гидроксид-ионы, которые могут замещаться на кислотные остатки при соблюдении правила стехиометрической валентности. Все основные гидроксиды находятся в орто -форме; их общая формула М(ОН) n , где n = 1,2 (реже 3,4) и М n +- катион металла. Примеры формул и названий основных гидроксидов:
Важнейшим химическим свойством основных и кислотных гидроксидов является их взаимодействие их между собой с образованием солей (реакция солеобразования
), например:
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2H 2 O
Ca(OH) 2 + 2H 2 SO 4 = Ca(HSO 4) 2 + 2H 2 O
2Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = Ca 2 SO 4 (OH) 2 + 2H 2 O
Соли - тип сложных веществ, в состав которых входят катионы М n + и кислотные остатки*.
Соли с общей формулой М х (ЕО у ) n называют средними солями, а соли с незамещенными атомами водорода, - кислыми солями. Иногда соли содержат в своем составе также гидроксид - или(и) оксид - ионы; такие соли называют основными солями. Приведем примеры и названия солей:
Кислые и основные соли могут быть превращены в средние соли взаимодействием с соответствующим основным и кислотным гидроксидом, например:
Ca(HSO 4) 2 + Ca(OH) = CaSO 4 + 2H 2 O
Ca 2 SO 4 (OH) 2 + H 2 SO 4 = Ca 2 SO 4 + 2H 2 O
Встречаются также соли, содерхащие два разных катиона: их часто называют двойными солями , например:
2. Кислотные и оснόвные оксиды
Оксиды Е х О у - продукты полной дегидратации гидроксидов:
Кислотным гидроксидам (H 2 SO 4 , H 2 CO 3) отвечают кислотные оксиды
(SO 3 , CO 2), а основным гидроксидам (NaOH, Ca(OH) 2) - основные оксиды
(Na 2 O, CaO), причем степень окисления элемента Е не изменяется при переходе от гидроксида к оксиду. Пример формул и названий оксидов:
Кислотные и основные оксиды сохраняют солеобразующие свойства соответствующих гидроксидов при взаимодействии с противоположными по свойствам гидроксидами или между собой:
N 2 O 5 + 2NaOH = 2NaNO 3 + H 2 O
3CaO + 2H 3 PO 4 = Ca 3 (PO 4) 2 + 3H 2 O
La 2 O 3 + 3SO 3 = La 2 (SO 4) 3
^ 3. Амфотерные оксиды и гидроксиды
Амфотерность гидроксидов и оксидов - химическое свойство, заключающееся в образовании ими двух рядов солей, например, для гидроксида и оксида алюминия:
(а) 2Al(OH) 3 + 3SO 3 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
Al 2 O 3 + 3H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + 3H 2 O
(б) 2Al(OH) 3 + Na 2 O = 2NaAlO 2 + 3H 2 O
Al 2 O 3 + 2NaOH = 2NaAlO 2 + H 2 O
Так, гидроксид и оксид алюминия в реакциях (а) проявляют свойства основных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с кислотными гидроксидам и оксидом, образуя соответствующую соль - сульфат алюминия Al 2 (SO 4) 3 , тогда как в реакциях (б) они же проявляют свойства кислотных гидроксидов и оксидов, т.е. реагируют с основными гидроксидом и оксидом, образуя соль - диоксоалюминат (III) натрия NaAlO 2 . В первом случае элемент алюминий проявляет свойство металла и входит в состав электроположительной составляющей (Al 3+), во втором - свойство неметалла и входит в состав электроотрицательной составляющей формулы соли (AlO 2 -).
Если указанные реакции протекают в водном растворе, то состав образующихся солей меняется, но присутствие алюминия в катионе и анионе остаётся:
2Al(OH) 3 + 3H 2 SO 4 = 2 (SO 4) 3
Al(OH) 3 + NaOH = Na
Здесь квадратными скобками выделены комплексные ионы 3+ - катион гексаакваалюминия(III), - - тетрагидроксоалюминат(III)-ион.
Элементы, проявляющие в соединениях металлические и неметаллические свойства, называют амфотерными, к ним относятся элементы А-групп Периодической системы - Be, Al, Ga, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Po и др., а также большинство элементов Б-групп - Cr, Mn, Fe, Zn, Cd, Au и др. Амфотерные оксиды называют так же, как и основные, например:
Амфотерные гидроксиды (если степень окисления элемента превышает + II) могут находиться в орто
- или (и) мета
- форме. Приведем примеры амфотерных гидроксидов:
Амфотерным оксидам не всегда соответствуют амфотерные гидроксиды, поскольку при попытке получения последних образуются гидратированные оксиды, например:
Если амфотерному элементу в соединениях отвечает несколько степеней окисления, то амфотерность соответствующих оксидов и гидроксидов (а следовательно, и амфотерность самого элемента) будет выражена по-разному. Для низких степеней окисления у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание основных свойств, а у самого элемента - металлических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав катионов. Для высоких степеней окисления, напротив, у гидроксидов и оксидов наблюдается преобладание кислотных свойств, а у самого элемента - неметаллических свойств, поэтому он почти всегда входит в состав анионов. Так, у оксида и гидроксида марганца(II) доминируют основные свойства, а сам марганец входит в состав катионов типа 2+ , тогда как у оксида и гидроксида марганца(VII) доминируют кислотные свойства, а сам марганец входит в состав аниона типа MnO 4 - . Амфотерным гидроксидам с большим преобладанием кислотных свойств приписывают формулы и названия по образцу кислотных гидроксидов, например НMn VII O 4 - марганцовая кислота.
Таким образом, деление элементов на металлы и неметаллы - условное; между элементами (Na, K, Ca, Ba и др.) с чисто металлическими и элементами (F, O, N, Cl, S, C и др.) с чисто неметаллическими свойствами существует большая группа элементов с амфотерными свойствами.
4. Бинарные соединения
Обширный тип неорганических сложных веществ - бинарные соединения. К ним относятся, в первую очередь все двухэлементные соединения (кроме основных, кислотных и амфотерных оксидов), например H 2 O, KBr, H 2 S, Cs 2 (S 2), N 2 O, NH 3 , HN 3 , CaC 2 , SiH 4 . Электроположительная и электроотрицательная составляющие формул этих соединений включают отдельные атомы или связанные группы атомов одного элемента.
Многоэлементные вещества, в формулах которых одна из составляющих содержит не связанные между собой атомы нескольких элементов, а также одноэлементные или многоэлементные группы атомов (кроме гидроксидов и солей), рассматривают как бинарные соединения, например CSO, IO 2 F 3 , SBrO 2 F, CrO(O 2) 2 , PSI 3 , (CaTi)O 3 , (FeCu)S 2 , Hg(CN) 2 , (PF 3) 2 O, VCl 2 (NH 2). Так, CSO можно представить как соединение CS 2 , в котором один атом серы заменен на атом кислорода.
Названия бинарных соединений строятся по обычным номенклатурным правилам, например:
Для некоторых бинарных соединений используют специальные названия, список которых был приведен ранее.
Химические свойства бинарных соединений довольно разнообразны, поэтому их часто разделяют на группы по названию анионов, т.е. отдельно рассматривают галогениды, халькогениды, нитриды, карбиды, гидриды и т. д. Среди бинарных соединений встречаются и такие, которые имеют некоторые признаки других типов неорганических веществ. Так, соединения CO, NO, NO 2 , и (Fe II Fe 2 III)O 4 , названия которых строятся с применением слова оксид, к типу оксидов (кислотных, основных, амфотерных) отнесены быть не могут. Монооксид углерода СО, монооксид азота NO и диоксид азота NO 2 не имеют соответствующих кислотных гидроксидов (хотя эти оксиды образованы неметаллами С и N), не образуют они и солей, в состав анионов которых входили бы атомы С II , N II и N IV . Двойной оксид (Fe II Fe 2 III)O 4 - оксид дижелеза(III)-железа(II) хотя и содержит в составе электроположительной составляющей атомы амфотерного элемента - железа, но в двух разных степенях окисления, вследствие чего при взаимодействии с кислотными гидроксидами образует не одну, а две разные соли.
Такие бинарные соединения, как AgF, KBr, Na 2 S, Ba(HS) 2 , NaCN, NH 4 Cl, и Pb(N 3) 2 , построены, подобно солям, из реальных катионов и анионов, поэтому их называют солеобразными бинарными соединениями (или просто солями). Их можно рассматривать как продукты замещения атомов водорода в соединениях НF, НCl, НBr, Н 2 S, НCN и НN 3 . Последние в водном растворе обладают кислотной функцией, и поэтому их растворы называют кислотами, например НF(aqua) - фтороводородная кислота, Н 2 S(aqua) - сероводородная кислота. Однако они не принадлежат к типу кислотных гидроксидов, а их производные - к солям в рамках классификации неорганических веществ.
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ХИМИИ
14. В каком количестве Сг(ОН) з содержится столько же эквивалентов, сколько в 174,96 г Мg(ОН) 2 ?
Молярная масса гидроксида магния составляет 58,32 г/моль, а эквивалентная масса - 29,16 г/моль. Следовательно, в массе гидроксида магния 174,96 г содержится 174,96 г: 29,16 г/моль = 6 моль-экв.
Молярная масса эквивалента гидроксида хрома (Ш) составляет 1/3 М Сг(ОН)з или 34,34 г/моль, а 6 моль-экв этого вещества составят 34,33г/моль х 6 моль = 205,98 г.
Таким образом, в 205,98 г Сг(ОН)з содержится столько же эквивалентов, сколько в 174,96 г Мg(ОН)2.
34. Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m l при орбитальном квантовом числе l=0,1,2,3? Какие элементы в периодической системе называются s-,р-, d-, f- элементами? Приведите примеры
Число значений магнитного квантового числа зависит от орбитального квантового числа и равно
(21 + 1), где 1 - орбитальное квантовое число. Поэтому при l=0 m l =0,
при l=1 m l принимает значения -1,0, +1;
при 1=2 m l принимает значения -2,-1, 0,+1,+2;
при =3 m l может принимать значения -3,-2,-1, 0, +1,+2,+3.
Химические элементы, в атомах которых происходит заполнение электронами s-,р-, d-, f- орбиталей соответственно, называются s-,р-,d-,f-элементами.
Например, к s-элементам относятся Н, Не, а также щелочные и щелочно-земельные металлы (металлы 1А и 11А -групп- Na, К, RЬ, Ве. Са, Мg, Sг и др.)
К р- элементам относятся например, элементы которыми завершаются периоды в периодической системе элементов (кроме первого периода) - В, С, N, Nе, J, Сl, Вг, Р, S, F, Аs, Sе, Аг, Rn, Те и др.
К d-элементам относятся элементы расположенные в больших периодах между s-элементами и р- элементами, например, Fе, Мn, Сг, Тi, Мо, Рt,Со,Ru, Rh и др.
К f-элементам относятся лантаноиды например, Се, Nd, Рm, Sm, Еu, Gd, и актиноиды, например, Тh, U, Nр, Рu, Аm и др.
54. Какую низшую степень окисления проявляет водород, фтор, сера и азот? Почему? Составьте формулы соединений кальция с данными элементами в этой степени окисления. Как называются соответствующие соединения?
Атом водорода имеет единственный валентный электрон. Поэтому низшая степень окисления водорода будет равна -1 (атом водорода принимает 1 электрон от другого элемента). Эту низшую степень окисления +2 -1 водород проявляет в соединении СаН2. Это соединение называется гидрид кальция.
Атом фтора имеет семь валентных электронов, до завершения энергетического уровня недостает одного электрона. Поэтому низшая (и единственная) степень окисления фтора -1. Соединения фтора в этой +2 -1 степени окисления называются фторидами. Например, СаF 2 - фторид кальция.
Атом серы имеет шесть валентных электронов, до завершения энергетического уровня не достает двух электронов. Поэтому низшая степень окисления серы равна -2. Соединения серы в этой степени окисления +2 -2 называются сульфидами. Например, СаS - сульфид кальция.
Атом азота имеет пять валентных электронов, до завершения энергетического уроня не достает трех электронов. Поэтому низшая степень окисления азота равна -3. Соединения азота в этой степени окисления +2 -3 называются нитридами. Са з N 2 -нитрид кальция.
74. Что следует понимать под степенью окисления атома? Определите степень окисления атома углерода и его валентность в соединениях: СН 4 ; СН 3 ОН; НСООН; СО 2
Под степенью окисления понимается условный заряд атома в соединении, вычисленный из предположения что оно состоит только из ионов. Степень окисления может принимать отрицательное, положительное и нулевое значение, представлять целое или дробное число. Алгебраическая сумма степеней окисления атомов в соединении всегда равна нулю, а в сложном ионе - заряду иона.
В приведенных соединения углерода атом углерода четырехвалентен. А вот степень окисления атома углерода в данных соединениях различна.
В метане - СН 4 - степень окисления углерода - 4.
В метаноле - СНзОН - степень окиления углерода - 2 в муравьиной кислоте НСООН - степень окисления углерода +2, в диоксиде углерода - СО 2 - степень окисления углерода +4.
94. При сгорании 11,5 г жидкого этилового спирта выделилось 308,71 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите теплоту образования С 2 Н 5 ОН (ж). Ответ: -277,67 кДж
С 2 Н 5 ОН (ж) + 3 О 2 (г) = 2 СО 2 (г) + 3 Н 2 О (п)
1 моль жидкого этилового спирата имеет массу 46 г.
Для составления термохимического уравнения составим пропорцию:
11,5 г этанола ----------- 308,71 кДж
46 г этанола ------------ х кДж
Тогда термохимическое уравнение метана примет вид:
С 2 Н 5 ОН (ж) + 3 0 2 (г) = 2 С0 2 (г) + 3 Н 2 О (п); ∆Н° = -1234,84
Тепловой эффект реакции записываем со знаком «минус», так как теплота в ходе реакции выделяется.
По закону Гесса тепловой эффект реакции не зависит от пути перехода, а зависит только от конечного и начального состояния системы.
∆Н° реакции = ∑∆Н° обр конеч. - ∑∆Н° обр нач
Стандартные энтальпии образования исходных веществ и продуктов реакции берем из справочника:
∆Н° обр СО 2 (г) = -393,51 кДж/моль,
∆Н° обр Н 2 О(пар) = -241,83 кДж/моль
∆Н° обр О 2 (г) = 0 кДж/моль.
∆Н° обр (С 2 Н 5 ОН (ж))= [∆Н° обр (Н 2 О) *3 + ∆Н° обр (СО 2) *2] - ∆Н° реакции = [(-241,83)*3 + (- 393,51)*2 - (-1234, 84) = - 277,68 кДж/моль
114. Какие из карбонатов: ВеСОз, СаСОз или ВаСОз - можно получить при действии соответствующих оксидов с СО 2 ? Какая реакции идет наиболее энергично? Вывод сделайте вычислив ∆G° 298 реакций
Возьмем по справочнику стандартные значения энергии Гиббса ∆G° 298 для исходных веществ и конечных продуктов реакций: ∆G° 298 ВеО = -569,54 кДж/моль, ∆G° 298 ВеСОз = -944,75, ∆G° 298 ВаО = -525,84 кДж/моль, ∆G° 298 ВаСО 3 = -1132,77 кДж/моль; ∆G° 298 СаО = -603,46 кДж/моль,
∆G° 298 СаСО 3 = -1128,35 кДж/моль; ∆G° 298 СО 2 = -394,37 кДж/моль;
Тогда для реакции ВеО(к) + СО 2 (г) = ВеСОз(к) стандартное значение энергии Гиббса составит:
944,75-[(-569,54)+(-394,37)]=+19,16кДж/моль.
Положительное значение энергии Гиббса для данной реакции указывает, что в стандартных условиях данная реакция протекает преимущественно справа налево и кабонат бериллия из ВеО и СО 2 получить нельзя.
Для реакции ВаО(к) + СО 2 (г) = ВаСОз(к) стандартное значение энергии Гиббса составит:
1132,77-[(-525,84)+(-394,37)]=-212,56кДж/моль/
Для реакции СаО(к) + СО 2 (г) = СаСОз(к) стандартное значение энергии Гиббса составит:
1128,35-[(-603,46)+(-394,37)]=-130,52 кДж/моль.
Значение энергии Гиббса для данных реакций отрицательное и данные процессы протекают в прямом направлений, то есть получить карбонаты кальция и бария таким путем можно. Наиболее энергично будет протекать реакция между оксидом бария и углекислым газом, поскольку значение энергии Гиббса для этой реакции будет иметь наиболее отрицательное значение.
134. Равновесие гомогенной системы 4 НСl(г)+О 2 (г) ↔ 2Н 2 0(г)+2Сl 2 (г) установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ моль/л: [Н 2 О] р =0,14; [Сl 2 ] р =0,14; [НСl] Р = 0,20; [О 2 ] р = 0,32. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода
[Н 2 0] р = 0,14 моль/л
[Сl 2 ] р =0,14 моль/л
[НСl] Р = 0,20 моль/л
[О 2 ] р = 0,32 моль/л
Исх =? исх =?
Исходя из уравнения реакции весь хлор (2моль) образуется из хлороводорода (4моль), а вся вода - из исходного хлороводорода и кислорода.
Следовательно, чтобы образовалось 0,14 моль хлора должно вступить в реакцию 0,28 моль хлороводорода, а чтобы получить 0,14 моль воды нужно, чтобы в реакцию вступило 0,07 моль кислорода.
Таким образом, исходная концентрация НСl составляла 0,20+0,28=0,48 моль/л, а исходная концентрация О 2 была равна 0,32+0,07=0,39 моль/л.
Ответ: Исходные концентрации хлороводорода и кислорода составляют соответственно 0,48 моль/л и 0,39 моль/л.
154. На нейтрализацию 1 л раствора, содержащего 1,4 г КОН, требуется 50см 3 раствора кислоты. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора кислоты
Найдем титр раствора КОН:
Теперь вычислим молярную концентрацию эквивалента раствора КОН:
Зная величину молярной концентрации эквивалента, раствора КОН вычислим молярную концентрацию эквивалента кислоты:
0,5 моль/дм 3.
174. Сколько граммов мочевины СО(NН 2) 2 следует растворить в 75г воды, чтобы температура кристаллизации раствора понизилась на 0,465°? Криоскопическая константа воды равна 1,86
Молярная масса мочевины равна 60 г/моль. Понижение температуры замерзания раствора ∆Т К = 0,465 °С.
По закону Рауля понижение температуры кристаллизации раствора по сравнению с температурой кристаллизации чистого растворителя зависит от криоскопической константы растворителя и моляльной концентрации растворенного вещества. Отсюда можно вычислить массу растворенного вещества - мочевины в растворе.
194. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, которые выражаются ионно-молекулярными уравнениями
Fе(ОН)з + 3 Н + = Ре 3+ + 3 Н 2 О
Сd 2+ + 2 ОН - = Сd(ОН) 2
Н + + NO 2 - =HNO 2
Fе(ОН) 3 (т)+ 3 НСl = FеС1 3 + 3 Н 2 О
Fе(ОН) 3 (т) + 3 Н + + 3 Сl - = Fе 3+ + ЗСl - + 3 Н 2 О
Fе(ОН) 3 (т) + 3 Н + = Fе 3+ + 3 Н 2 О
Сd(NO з) 2 + 2 КОН = Сd(ОН) 2 (т)+ 2 КNО 3
Cd 2+ + 2NO 3 +2К + +2OH - = Сd(ОН) 2 (т)+ 2 К + + 2 NО 3 -
Сd 2 + 2 ОН - = Сd(ОН) 2 (т)
НС1 + NaNО 2 = НNО 2 + NaС1
Н + + Сl - + Nа + + NO 2 - = НNО 2 + Nа + + Сl -
H + +NО 2 - =HNO 2
214. При смешивании А1 2 (SО 4) з и Nа 2 СО з каждая из взятых солей гидролизуется необратимо с образованием соответствующих основания и кислоты. Выразите этот совместный гидролиз ионно-молекулярным и молекулярным уравнениями
А1 2 (SО 4) з + 3 Nа 2 СО 3 + 3 Н 2 О → 2 А1(ОН) 3 (т) + 3 Nа 2 SО 4 + ЗСО 2 (г)
2 А1 3+ + 3 SО 4 2- + 6 Nа + + ЗСО 3 2- + 3 Н 2 О → 2 Fе(ОН) 3 (т) + 6 Nа + + 3 SО 4 2- + ЗСО 2 (г)
2 А1 3+ + ЗСО 3 2- + 3 Н 2 О → 2 А1(ОН) 3 (т) + ЗСО 2 (г)
254. Железная и серебряная пластины соединены внешним проводником и погружены в раствор серной кислоты. Составьте схему данного гальванического элемента и напишите электронные уравнения процессов на аноде и катоде.
(-)Fе |Н 2 S0 4 | |Н 2 S0 4 |Аg(+)
На аноде (железо) протекает процесс Fе-2 ё = Fе 2+ , электроны по проводнику переходят на серебряную пластину и на поверхности серебра катоде протекает процесс
2 Н + + 2 ё = Н 2 Т .
Железная пластина будет растворяться, а на серебряной пластине будет наблюдаться выделение водорода.
274. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на графитовых электродах при электролизе раствора КВr. Какая масса вещества выделяется на катоде и аноде, если электролиз проводить в течение 1 ч 35 мин при силе тока 15 А? Ответ: 0,886г; 70,79г
При электролизе водного раствора бромида калия с инертными (графитовыми) электродами на катоде протекает процесс восстановления молекул воды и выделяется водород:
2Н 2 О+2ё =Н 2 +2О1H -
На аноде протекает процесс окисления бромид-ионов и выделяется бром: 2Вг - - 2ё =Вг 2 Молярная масса эквивалента водорода равна 1 г/моль, а молярная масса эквивалента брома равна 79,904 г/моль.
Тогда по законам Фарадея можно найти массу водорода и брома, которые выделяются соответственно на катоде и на аноде.
294. Какой металл целесообразнее выбрать для протекторной защиты от коррозии свинцовой оболочки кабеля: цинк, магний или хром? Почему? Составьте электронные уравнения анодного и катодного процессов атмосферной коррозии. Каков состав продуктов коррозии?
При протекторной защите протектор - более активный металл, чем металл защищаемой конструкции служит анодом и разрушается тем самым предохраняет от разрушения конструкцию. Поэтому, чем более отрицательный будет потенциал металла-протектора, тем эффективнее будет протекторная защита. Наиболее низкий потенциал будет у магния -2,37В, (у цинка - 0,763 В; у хрома - 0,74 В)
Так как оболочка кабеля сделана из свинца, то гальваническая пара магний - свинец будет иметь наибольшую разность потенциалов. И магний будет служить наилучшей протекторной защитой.
При атмосферной коррозии на поверхности магниевого протектора протекает процесс:
2Mg – 4ё = 2Mg 2+
Электроны по проводнику переходят на свинцовый кабель и на поверхности свинца происходит кислородная деполяризация:
О 2 + 2 Н 2 О + 4ё = 4 ОН -
Продуктом атмосферной коррозии будет гидроксид магния
2 Мg 2+ + 4 ОН - = 2 Мg(ОН) 2
314. Напишите выражения для констант нестойкости следующих комплексных ионов: [Аg(СN) 2 ] - ; [Аg(NН 3) 2 ] + ; [Аg(SСМ) 2 ] - . Зная, что они соответственно равны 1,0*10 -21 , 6,8*10 -8 , 2,1*10 -11 , укажите в каком растворе, содержащем эти ионы, при равной молярной концентрации ионов Аg + больше?
Запишем выражения константы нестойкости для данных комплексных ионов:
При данной температуре величина константы нестойкости есть величина постоянная. Чем меньше константа нестойкости, тем устойчивее комплекс, поэтому наибольшая концентрация ионов серебра будет в растворе, содержащем комплексный ион [Аg(NНз) 2 ] + .
Литература
1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. М, 2002.
2. Карапетьянц М.Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. М. 1994.
3. Глинка Л. И. Общая химия. М. 1984.