Химия. Сборник задач для студентов инженерно-технических (нехимических) специальностей. – ЧПИ(ф) ГОУ ВПО «МГОУ», Чебоксары, 2009 г. – 35 с.
Автор-составитель: Кузьмина Ольга Вячеславовна, кандидат химических наук, доцент кафедры «Технология конструкционных материалов и литейное производство».
Сборник задач предназначен для организации самостоятельной работы студентов очной формы обучения инженерно-технических (нехимических) специальностей: 140211 «Электроснабжение», 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство», 220201 «Управление и информатика в технических системах», 270102 «Промышленное и гражданское строительство». Сборник задач дополнен всеми необходимыми справочными данными и таблицами. Выбор заданий определяется в соответствии с требованиями ГОС высшего профессионального образования для данной специальности и осуществляется преподавателем в индивидуальном порядке.
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ СТЕХИОМЕТРИИ
№1
Определите двумя различными методами молярную массу эквивалента простого вещества, если 1 г его при Т=320 К, р=740 мм рт. ст. (98 кПа) присоединяет или вытесняет объемы газов, приведенные в таблице: а) с использованием обобщенного закона закона газового состояния и понятия «эквивалентного объема газа»; б) с использованием уравнения Клайперона-Менделеева и закона эквивалентов. Сравните между собой результаты расчета, полученные двумя разными методами.
Рассчитайте, сколько миллилитров крепкого раствора I нужно взять, чтобы путем разбавления его водой приготовить заданный объем раствора II указанной концентрации (плотности растворов смотрите в Приложении 1).
Вариант
Раствор I
Раствор II
Вещество
Концентрация
Объем, мл
Концентрация
H3PO4
ω = 10 %
cэк = 0,1 моль/л
CaCl2
cэк = 0,1 моль/л
Т = 0,001 г/мл
AlCl3
cэк = 0,1 моль/л
с = 0,01 моль/л
KOH
c = 2 моль/л
ω = 4 %
BaCl2
Т = 0,02 г/мл
cэк = 0,1 моль/л
CuSO4
cэк = 0,2 моль/л
c = 0,05 моль/л
H2SO4
ω = 15 %
ω = 8 %
Na2SO4
c = 1 моль/л
Т = 0,001г/мл
Al(NO3)3
cэк = 0,5 моль/л
c = 0,1 моль/л
NaOH
ω = 5 %
cэк = 0,09 моль/л
Ca(NO3)2
Т = 0,2 г/мл
c = 1,1 моль/л
CdCl2
c = 0,1 моль/л
Т = 0,001 г/мл
HCl
ω = 20 %
cэк = 0,1 моль/л
CoCl2
c= 0,5 моль/л
cэк = 0,2 моль/л
CrCl3
Т = 0,01 г/мл
c = 0,01 моль/л
HNO3
ω = 20 %
c = 0,01 моль/л
FeCl3
cэк = 0,5 моль/л
Т = 0,005 г/мл
K2CO3
c = 0,05 моль/л
cэк = 0,03 моль/л
KOH
Т = 0,2 г/мл
ω = 10 %
K2S
cэк = 4 моль/л
c = 0,5 моль/л
Mg(NO3)2
c = 3 моль/л
cэк = 0,5 моль/л
H2SO4
ω = 96 %
Т = 0,01 г/мл
Na2S
cэк = 2,5 моль/л
c = 0,5 моль/л
K2SO4
c = 0,6 моль/л
cэк = 1 моль/л
NaOH
Т = 0,1 г/мл
ω = 5 %
№ 4
Рассчитайте, сколько миллилитров раствора I пойдет на взаимодействие с раствором II. Реакции идут с образованием средних солей (плотности растворов смотрите в Приложении 1).
Вариант
Раствор I
Раствор II
Вещество
Концентрация
Вещество
Масса вещества, г
Концентрация
Объем раст-вора, мл
Na2CO3
1,5 М
HCl
-
4 н.
AgNO3
0,1 н.
AlCl3
-
0,1 М
HCl
4 н.
NaOH
-
-
H2SO4
0,5 М
KOH
-
1 М
H3PO4
0,3 М
NaOH
-
1 М
H2SO4
0,4 н.
NaOH
-
-
Na2CO3
1,5 М
H2SO4
-
6 %
AgNO3
0,01 н.
HCl
-
10 %
Na2CO3
1н.
HNO3
18,9
-
-
AgNO3
5% (ρ=1г/мл)
AlCl3
-
0,2 М
HCl
10 %
AgNO3
-
0,5 н.
KOH
0,5 н.
H3PO4
-
0,1 М
H2SO4
0,25 н.
Ca(OH)2
1,48
-
-
Al2(SO4)3
0,5 М
Ca(NO3)2
-
0,15 н.
KOH
0,2 н.
FeCl3
-
0,5 М
H2SO4
4 н.
K2CO3
-
20%(ρ=1,19г/мл)
H2SO4
10 %
NaOH
-
-
HNO3
0,3 н.
NaOH
-
-
NaOH
0,2 н.
FeCl3
-
0,2 М
HCl
4 %
AgNO3
-
0,02 н.
H2SO4
15 %
Mg(OH)2
11,6
-
-
BaCl2
0,5 М
H2SO4
-
0,1 М
H2SO4
0,1 н.
Na2CO3
4,24
-
-
NaOH
10 %
H2SO4
-
0,1 М
HCl
20 %
Al(OH)3
15,6
-
-
СТРОЕНИЕ АТОМОВ И ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН
Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА
№ 5
Для приведенных в таблице элементов: а) изобразите графически (с помощью квантовых ячеек) электронную структуру атомов в нормальном и возбужденном состоянии; б) составьте электронные формулы для нормального и возбужденного состояния; в) запишите набор квантовых чисел для валентных электронов (в нормальном и возбужденном состоянии); г) с помощью электронной формулы опишите местоположение элемента в периодической системе (период, группа, подгруппа) и предскажите главные химические свойства (металл или неметалл, степени окисления, формулы и характер оксидов и гидроксидов).
Вариант
Элемент
Вариант
Элемент
Вариант
Элемент
I
II
I
II
I
II
Na
P
As
Co
Sn
V
K
N
Se
Ni
Hg
Cl
Mn
B
Br
Ca
F
Sr
Te
Sc
Pb
I
P
Tc
C
Mo
Ga
Be
Zn
S
O
Zn
Al
Mg
Cd
Br
Ti
F
Sb
Cd
Sr
Se
Cr
Si
Bi
Ba
S
Fe
In
Ag
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ И СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВ
№6
Определите характер химической связи между атомами в молекулах, тип гибридизации орбиталей центрального атома, наличие σ- и π-связей. Изобразите схему перекрывания орбиталей и пространственную структуру молекул.
Вариант
Молекула
Вариант
Молекула
Вариант
Молекула
I
II
I
II
I
II
AlCl3
Cl2O
PH3
C2H4Cl2
C2H4
SiH4
CH4
HgI2
ZnCl2
COCl2
H2Te
MgI2
MgCl2
PCl3
CBr4
CdCl2
BI3
CdBr2
AsH3
COCl2
PCl3
H2O
SnCl2
PCl3
CdBr2
H2O2
C2H2Br2
MgCl2
C2H4Cl2
H2S
BCl3
CO
CS2
ZnCl2
BiH3
N2
C2H6
N2
C2H6
COS
SiCl4
BeBr2
CO2
PCl3
NCl3
BBr3
C2H2
BeI2
BeCl2
SiBr4
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
№7
На основании стандартных энтальпий образования Δ Н ° f,298 и абсолютных энтропий S ° f,298 веществ определите: а) тепловой эффект Δ Н °, изменение энтропии Δ S ° и изменение свободной энергии Гиббса Δ G ° химической реакции, сделайте вывод о термодинамической вероятности протекания реакции при стандартных условиях; б) температуру, при которой система находится в состоянии химического равновесия (Δ G= 0). Расчеты провести по уравнениям реакций, приведенным в таблице. Значения Δ Н ° f,298 и S ° f,298 смотрите в Приложении 2.
Вариант
Уравнение реакции
Вариант
Уравнение реакции
CO + H2O(ж)=CO2 + H2
2H2S + 3O2 = 2H2O(г) + 2SO2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
CaO + 3C = CaC2 + CO
2C2H2 + 5O2 = 4CO2 + 2H2O(г)
4NH3 + 3O2 = 6H2O + 2N2
H2 + CO2 = CO + H2O(г)
CS2 + 3O2 = CO2 + 2SO2
CO + 3H2 = CH4 + H2O(г)
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O(г)
2H2S + SO2 = 3S + 2H2O(г)
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O(г)
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O(ж)
NH3 + HCl(ж) = NH4Cl(к)
PbS + PbSO4 = 2Pb + 2SO2
2H2O2 = 2H2O(ж) + O2
2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O(г)
2SO2 + O2 = 2SO3
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O(г)
SO2 + NO2 = SO3 + NO
4HCl(г) + O2 = 2H2O(г)+ 2Cl2
CH4 + 4Cl2 = CCl4 + 4HCl
2PH3 + 4O2 = P2O5 + 3H2O(г)
SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O(г)
№8
Вычислите: константу равновесия обратимой реакции, исходные и равновесные концентрации компонентов в системах (величины, которые нужно вычислить, обозначены в таблице через x).
Вариант
Уравнение реакции
Кр
Равновесные концентрации, моль/л
Исходные концентрации, моль/л
2SO2 + O2 ↔ 2SO3
x
[SO2] = 0,04
[O2] = 0,06
[SO3] = 0,02
c (SO2) = x1c (O2) = x2
N2 + 3H2 ↔ 2NH3
x
[N2] = 0,03
[H2] = 0,1
[NH3] = 0,4
c (N2) = x1c (H2) = x2
2CO + O2 ↔ 2CO2
x
[CO] = 4
[O2] = 1
[CO2] = 2
c (CO) = x1c (O2) = x2
H2 + I2 ↔ 2HI
x
[H2] = x1
[I2] = x2
[HI] = 0,04
c (H2) = 0,03
c (I2) = 0,03
CO + H2O ↔ CO2 + H2
x
[CO] = x1
[H2O] = x2
[CO2] = 0,01
[H2] = x3
c (CO) = 0,03
c (H2O) = 0,03
2N2 + O2 ↔ 2 N2O
x
[N2] = 0,72
[O2] = 1,12
[N2O] = 0,84
c (N2) = x1c (O2) = x2
N2 + 3H2 ↔ 2 NH3
x
[N2] = 3
[H2] = 9
[NH3] = 4
c (N2) = x1c (H2) = x2
CO + Cl2 ↔ COCl2
39,4
[CO] = 0,2
[COCl2] = 0,8
c (Cl2) = x
H2 + I2 ↔ 2 HI
x
[H2] = 0,04
[I2] = 0,025
[HI] = 0,08
c (H2) = x1c (I2) = x2
2 NO + O2 ↔ 2 NO2
x
[NO] = 0,02
[O2] = 0,3
[NO2] = 0,06
c (NO) = x1c (O2) = x2
CO + H2O ↔ CO2 + H2
[CO] = x1
[H2O] = x2
[CO2] = x3
[H2] = x4
c (CO) = 0,02
c (H2O) = 0,02
4HCl + O2 ↔ 2H2O + 2 Cl2
x
[HCl] = 0,2
[O2] = 0,32
[H2O] = 0,14
[Cl2] = 0,14
c (HCl) = x1c (O2) = x2
H2 + I2 ↔ 2 HI
[HI] = x
c (H2) = 2
c (I2) = 1
CO + H2O ↔ CO2 + H2
[CO] = x1
[H2O] = x2
[CO2] = x3
[H2] = x4
c (CO) = 0,01
c (H2O) = 0,03
CO + Cl2 ↔ COCl2
x
[COCl2] = 0,8
c (CO) = 2
c (Cl2) = 2
H2 + I2 ↔ 2 HI
[H2] = x1
[I2] = 0,0114
[HI] = 0,0315
c (H2) = x2c (I2) = x3
PCl5 ↔ PCl3 + Cl2
0,04
[Cl2] = 0,1
c (PCl5) = x
2 HI ↔ H2 + I2
0,02
[H2] = x
c (HI) = 0,05
CO + H2O ↔ CO2 + H2
[CO] = x1
[H2O] = x2
[CO2] = x3
[H2] = x4
c (CO) = 1
c (H2O) = 3
2NO2 ↔ N2O4
7,15
[NO2] = x
c (NO2) = 3
CH2O ↔ H2 + CO
x
[H2] = 0,2
c (CH2O) = 1
CO + H2O ↔ CO2 + H2
[H2] = x
c (CO) = 2
c (H2O) = 2
SO2 + NO2 ↔ SO3 + NO
x
[SO2] = 0,6
[NO2] = 0,2
[SO3] = 0,1
c (SO2) = x1c (NO2) = x2
H2 + I2 ↔ 2 HI
x
[H2] = 0,1
[I2] = 0,2
[HI] = 0,6
c (H2) = x1c (I2) = x2
CO + H2O ↔ CO2 + H2
x
[CO] = x1
[H2O] = x2
[CO2] = 0,05
[H2] = x3
c (CO) = 0,08
c (H2O) = 0,06
РАСТВОРЫ. ИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ.
№9
Определите степень диссоциации α, константу диссоциации Кдисс, концентрацию ионов водорода [Н+] и гидроксид-ионов [ОН¯] (величины, которые нужно определить, обозначены через х (ρ=1г/мл)).
Вариант
Вещество
Концентрация раствора
α
К дисс
[Н+], моль/л
[ОН¯], моль/л
NaOH
5 %
-
-
-
х
CH3COOH
0,5 М
х
1,7 · 10-5
х
-
HNO2
0,1 М
7,1 %
х
х
-
NH4OH
0,1 М
х
1,8 · 10-5
-
х
HCN
1 М
х
4,9 · 10-10
х
-
KOH
1 М
0,77
х
-
х
HNO2
0,01 М
х
5,1 · 10-4
х
-
H3PO4
0,5 М
х
7,2 · 10-3
х
-
NH4OH
0,01%
х
1,8 · 10-5
-
х
CH3COOH
1 н.
0,41%
х
х
-
H2SO3
0,02 М
х
1,6 · 10-2
х
-
NaOH
4 г/л
-
-
-
х
HNO2
х, моль/л
0,2
5,1 · 10-4
х
-
H2S
0,01 М
х
1,0 · 10-7
х
-
HCl
1 н.
0,78
х
х
-
Ca(OH)2
7,4 г/л
-
-
-
х
H2CO3
0,1 н.
0,21%
х
х
-
HCOOH
х, г/л
0.03
1,8 · 10-4
х
-
NaOH
2 г/л
-
-
-
х
H2SO4
6 г/л
-
-
х
-
NH4OH
х, моль/л
х
1,8 · 10-5
-
1,3 · 10-3
H2SO3
х, моль/л
1,26
1,6 · 10-2
х
-
NH4OH
х, г/л
х
1,8 · 10-5
-
2,5 · 10-4
HNO2
х, г/л
0,2
5,1 · 10-4
х
-
KOH
х, г/л
-
-
2,5 · 10-10
-
№10
Рассчитайте рН и рОН раствора электролита заданной концентрации (с учетом диссоциации слабого электролита по первой ступени). Значения ρ и Кдисс слабого электролита смотрите в Приложении1 и 3.
Вариант
Вещество
Концентрация
Вариант
Вещество
Концентрация
HClO
c = 0,05 моль/л
CH3COOH
c = 0,75 моль/л
NH4OH
c = 0,3 моль/л
HBrO
cэк = 0,05 моль/л
HNO2
c = 0,1 моль/л
HF
c = 0,3 моль/л
H3BO3
cэк = 0,05 моль/л
NH4OH
c = 0,1 моль/л
H2SiO3
c = 0,06 моль/л
H2CO3
cэк = 0,08 моль/л
NH4OH
c = 0,4 моль/л
H2SO3
cэк = 0,05 моль/л
H3PO4
cэк = 0,01 моль/л
CH3COOH
c = 0,95 моль/л
NH4OH
cэк = 0,25 моль/л
H2SeO3
cэк = 0,35 моль/л
HNO2
c = 0,02 моль/л
HNO2
c = 0,02 моль/л
HCN
c = 0,8 моль/л
H2Se
cэк = 0,06 моль/л
H2SO3
cэк = 0,15 моль/л
H2S
cэк = 0,01 моль/л
NH4OH
c = 0,07 моль/л
NH4OH
c = 0,08 моль/л
HCN
c = 0,3 моль/л
№11
Напишите уравнения реакций гидролиза в молекулярной и ионно-молекулярной форме. Рассчитайте рН и концентрацию исходной соли (сисх) с учетом гидролиза по первой ступени (величины, которые нужно определить, обозначены через х). Значения Кдисс слабого электролита смотрите в Приложении 3.
Рассчитайте произведение растворимости (ПР) малорастворимого электролита:
Вариант
Вещество
Растворимость, г/л
Вариант
Вещество
Растворимость, г/л
Ag3PO4
6,8 ∙ 10-3
BaCO3
1,65 ∙ 10-2
PbSO4
4,5 ∙ 10-2
MnS
3,25 ∙ 10-6
Mg(OH)2
8,36 ∙ 10-3
CaCO3
6,93 ∙ 10-3
AgCl
1,81 ∙ 10-3
Cu(OH)2
2,36 ∙ 10-5
Рассчитайте концентрацию (моль/л, г/л) малорастворимого электролита в его насыщенном растворе. Значения ПР смотрите в Приложении 4.
Вариант
Осадок
Вариант
Осадок
Вариант
Осадок
BaSO4
Zn(OH)2
CaCO3
Ag2CO3
Fe(OH)2
Ag2SO4
PbCl2
Ag2S
PbI2
На основании расчета определите, выпадет ли осадок соли при смешении равных объемов двух солей I и II.
Вариант
Раствор I
Раствор II
Вещество
Концентрация
Вещество
Концентрация
SrCl2
0,002 М
K2SO4
0,002 н.
AgNO3
0,02 н.
H2SO4
1 н.
Ca(NO3)2
0,0025 М
H2SO4
0,002 н.
Pb(NO3)2
0,1 н.
NaCl
0,4 н.
AgNO3
0,05 н.
Na2CO3
0,05 н.
CaCl2
0,02 М
K2CO3
0,02 М
BaCl2
0,2 н.
Na2SO4
0,02 М
MgSO4
0,02 М
Na2CO3
0,1 н.
№ 13
Определите молекулярную массу неэлектролита, массу растворенного вещества и растворителя, температуры кристаллизации и кипения растворов (величины, которые нужно определить обозначены через x). Криоскопические и эбуллиоскопические константы растворителей представлены в Приложении 5.
Вари-ант
Раство-ренное вещество
Раствори-тель
Молеку-лярная масса М
вещест-ва, г/моль
Масса
вещества m1, г
Масса раство-рителя m2, г
tкр
раст-вори-теля, °С
tкр
раст-вора, °С
tкип раст-вори-теля, °С
tкип раст-вора, °С
-
бензол
x
0,512
5,5
5,29
-
-
сахар
С12Н22О11
вода
х1
х2
-0,93
-
-
мочевина
(NH2)2CO
вода
х1
х2
-
-
камфора
С10Н16О
бензол
х1
3,04
х2
-
-
80,2
80,71
глицерин
С3Н8О3
вода
х1
х2
-
-
100,4
-
вода
x
2,25
-0,28
-
-
нафталин
С10Н8
бензол
х1
-
-
80,2
х2
-
вода
x
25,65
-0,46
-
-
антрацен
С14Н10
уксусная
кислота
х1
4,25
16,65
х2
-
-
сера
S х1
бензол
х2
4,86
-
-
80,2
81,01
-
вода
x
66,3
-0,56
-
-
анилин
C6H7N
диэтило-вый эфир
х1
х2
-
-
35,6
36,13
этанол
С2Н6О
вода
х1
х2
-
-
мочевина
(NH2)2CO
вода
х1
х2
-0,46
-
-
глюкоза
С6Н12О6
вода
х1
-
-
х2
этанол
С2Н6О
вода
х1
-
-
х2
-
вода
x
-1,45
-
-
-
диэтило-вый эфир
x
-
-
35,6
36,05
-
вода
x
5,18
155,2
-1,39
-
-
этилен-гликоль
С2Н6О2
вода
х1
-
-
х2
нитро-бензол
C6H5NO2
бензол
х1
0,92
-
-
80,2
х2
-
диэтило-вый эфир
x
-
-
35,0
35,7
углево-
дород
Н(СН2) х1Н
бромис-тый этил
x
0,81
10,0
9,47
-
-
Дихлор-уксусная кислота
C2H2O2Cl2
тетра-хлорме-тан
х1
1,45
56,87
-
-
76,76
х2
-
тетра-хлорме-тан
x
1,26
-
-
76,76
76,80
ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ
№14
Рассчитайте общую жесткость воды (моль/л), содержащей указанные соли.