Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Sbornik zadanii dlya SRS po disc Himiya

.pdf
Скачиваний:
28
Добавлен:
06.03.2016
Размер:
2.22 Mб
Скачать

90

2.25.Вычислить константу гидролиза ортофосфата калия. Каков pH в 3н растворе Na3PO4. Какова степень гидролиза?

2.26.Вычислить константу гидролиза сульфита натрия, степень гидролиза и pH 0,6 М раствора.

2.27.Вычислите pH 0,2 М раствора NaHCOO, если KHCOOH =1,7·10-4.

2.28.Оцените pH раствора, полученного растворением 0,001г NH4CI в 10л

воды. KNH4OH = 1,8·10-5.

2.29.В чем состоит отличие реакций гидролиза AI(CH3COO)3 и AI2S3 ?

2.30.Объясните, почему при введении в раствор FeCI3 раствора соды в осадок выпадает не карбонат железа, а его гидроксид. Напишите уравнение процессов.

2.31.Составьте уравнение реакций, протекающих в водных растворах:

а) AICI3 + H2O→

б) AICI3 + (NH4)2S + H2O→ в) AICI3 + (NH4)2CO3 + H2O→

2.32. Предполагают, что гидролиз буры протекает в 2 стадии:

B4O72- + 3H2O ↔ 2H3BO3 + 2BO2- BO2- + 2H2O ↔ H3BO3 + OH-

Как рассчитать pH раствора буры известной концентрации ?

2.33.Вычислите pH раствора, в 5л которого содержится 20 г NH4CI, если

KNH4OH = 1,8· 10-5.

2.34.У какого раствора pH больше: SnCI2 или SnCI4 (при одинаковых концентрациях)?

2.35.Отличается ли гидролиз AICI3 от AIF3? Ответ обосновать уравнениями.

2.36.Приведите возможные способы смещения равновесия реакций гидролиза вправо и влево.

2.37.Приготовлены растворы солей Na2CO3, FeCI3 и CuSO4. Напишите постадийно уравнения гидролиза. Как осуществить последнюю стадию гидролиза ?

2.38.Расположите соединения Na2CO3, NaHCO3 и NaOH в порядке увеличения pH их растворов одинаковой концентрации.

2.39.Напишите сокращенным молекулярно-ионным способом уравнения реакций гидролиза следующих солей:

1)FeCI3; 2) Fe2(SO4)3; 3) Fe(OH)CI2.

2.40.Напишите сокращённое молекулярно-ионное уравнение реакций гидролиза следующих солей:

1) NaNO3; 2) NH4NO2; 3) NH4NO3.

2.41.Напишите сокращённое молекулярно-ионное уравнение реакций гидролиза следующих солей:

1) Zn(NO3)2; 2) Cu(NO3)2; 3)Ca(NO2)2.

2.42.Напишите сокращённое молекулярно-ионное уравнение реакций гидролиза следующих солей:

1) Cu(CH3COO)2; 2) CuSO4; 3) Cu(OH)NO3.

Укажите реакцию среды.

2.43. Укажите способы смещения равновесия реакций гидролиза вправо:

91

CO32- + H2O ↔ HCO3-

+ OH-

HCO3- + H2O ↔ H2CO3

+ OH-

2.44.Какие соли железа гидролизуются сильнее: FeCI2 или FeCI3 и почему? Ответ обосновать.

2.45.Вычислите pH 0,1 М раствора NH4CI (KNH4OH = 1,8 ·10-5).

2.46.Раствор, содержащий в 1л 3,81 г тетрабората натрия Na2B4O7 · 10H2O (бура), имеет pH = 9,18. Напишите уравнение реакции гидролиза и вычислите константу первой стадии гидролиза, предполагая, что она обусловливает щелочную среду раствора.

2.47.Вычислите константу диссоциации BeOH+

BeOH+ = Be2+ + OH-

исходя из того, что pH 2 · 10-2М раствора BeCI2 составляет 4,2.

2.48.Соли, образованные многоосновными кислотами и многокислотными основаниями, гидролизуются по ступеням. Докажите, что полная константа гидролиза равна произведению константы гидролиза всех ступеней гидролиза.

2.49.Вычислите pH 0,2 М раствора NaHCOO, если KНСООН = 1,8 · 10-4.

2.50.Напишите сокращенное молекулярно-ионное уравнение реакций гидролиза следующих солей (если возможно):

NaCIO4, NH4CIO4, Na2S.

2.51.При каких условиях можно ожидать (теоретически) нейтральную реакцию среды раствора соли ?

2.52.Реакция среды водного раствора MgCI2 нейтральна. О чём это говорит?

2.53.Напишите сокращенное молекулярно-ионное уравнение реакций гидролиза следующих солей:

NaCH3COO, NH4CH3COO, Fe(OH)SO4.

2.54.Водные растворы HCI и FeCI3 показывают кислую среду. Это

объясняется протеканием следующих процессов:

HCI + H2O = H2O+ +CI-

FeCI3 + 2H2O H3O+ + CI- + FeOHCI2

Укажите признаки сходства и различия этих процессов. Назовите процессы.

2.55.Разбавленные растворы LiJ и CsF нейтральны. По мере повышения концентрации раствор LiJ начинает показывать кислую реакцию, а раствор CsF - щёлочную. Как это объяснить ?

2.56.Предскажите реакцию среды (кислая или щёлочная) водных растворов

Na3PO4, Na2HPO4 и NaH2PO4.

2.57.Напишите сокращенное молекулярно-ионное уравнение реакций гидролиза следующих солей:

Fе(NO3)3, Fe(OH)2NO3, Cu(NO3)2.

2.58.Определите pH 0,1 М раствора ортофосфата калия.

2.59.У какого раствора рН больше: FeCl2 или FeCl3 (при одинаковых концентрациях)?

2.60.Определите рН 0,1 М раствора дегидрофосфата калия.

 

 

 

 

92

 

 

 

3.

ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ

 

 

 

 

 

 

 

Вариант

 

 

Номер задачи

 

1

2.1

 

2.16

 

2.31

2.46

2

2.2

 

2.17

 

2.32

2.47

3

2.3

 

2.18

 

2.33

2.48

4

2.4

 

2.19

 

2.34

2.49

5

2.5

 

2.20

 

2.35

2.50

6

2.6

 

2.21

 

2.36

2.51

7

2.7

 

2.22

 

2.37

2.52

8

2.8

 

2.23

 

2.38

2.53

9

2.9

 

2.24

 

2.39

2.54

10

2.10

 

2.25

 

2.40

2.55

11

2.11

 

2.26

 

2.41

2.56

12

2.12

 

2.27

 

2.42

2.57

13

2.13

 

2.28

 

2.43

2.58

14

2.14

 

2.29

 

2.44

2.59

15

2.15

 

2.30

 

2.45

2.60

ПРИЛОЖЕНИЕ

Константы диссоциации некоторых слабых электролитов в водных растворах при 250С

Электролит

 

К

Азотистая кислота

HNO2

 

2,6 ·10-5

Аммония гидроксид

NH4OH

 

4 ·10-4

Борная кислота

H3BO3

K1

5,8 ·10-4

Бромноватистая кислота

HOBr

 

2,1 · 10-9

Водорода пероксид

H2O2

K1

2,6 ·10-12

Кремниевая кислота

H2SiO3

K1

2,2 ·10-10

 

 

K2

1,6 ·10-12

Муравьиная кислота

HCOOH

 

1,8 ·10-4

Сернистая кислота

H2SO3

K1

1,6 · 10-2

 

 

K2

6,3 ·10-8

Сероводород

H2S

K1

6 ·10-8

 

 

K2

1 ·10-14

Угольная кислота

H2CO3

K1

4,5 ·10-7

 

 

K2

4,7 ·10-11

Уксусная кислота

CH3COOH

 

1,8 ·10-5

Фосфорная кислота

H3PO4

K1

7,5 · 10-3

 

 

K2

6,3 ·10-8

 

 

K3

1,3 ·10-12

Циановодород

HCN

 

7,9 ·10-10

Щавелевая кислота

H2C2O4

K1

5,4 ·10-2

 

 

K2

5,4 ·10-5

93

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Карапетьянц М.Х., Дракин С.И.. Общая и неорганическая химия.- М.:

Химия, 2001.- 632 с.

2.Зайцев О.С. Задачи и вопросы по химии.- М.: Химия, 1985.- 301 с.

3.Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии.- Л.: Химия, 2004.-

270 с.

4.Гольбрайх З.Е. Сборник задач и упражнений по химии.- М.: Высшая школа, 2004.- 224 с.

H 2C2O4
2CO2 , а затем

94

ЗАДАНИЕ № 7 по теме «ОКИСЛИТЕЛЬНО–ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ. ЭЛЕКТРОХИМИЯ»

1.ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

1.1.ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЯ 1

Подберите коэффициенты в следующих реакциях ионно-электронным методом. Укажите окислитель и восстановитель, определите направление реакции и вычислите Э.Д.С.

Решение:

Для подбора коэффициентов к уравнениям ОВР этим методом рекомендуется следующая последовательность действий.

1. Представим схему реакции в ионно-молекулярном виде, записывая в виде ионов только сильные и хорошо растворимые электролиты.

КМnО4 2С2О4 +H2SO4 → МnSО4 + СО2 + K2SO4 2О

K++ МnО4-+H2C2O4 +2H++SO42-Мn2++ SO42- +СО2 +2K++SO42- + H2O

2. В ионно-молекулярном уравнении ОВР, выделим молекулы и ионы, в которых происходит изменение степеней окисления элементов:

3

4

 

H 2 C2 O4

C O2 (a)

7

Mn2

 

Mn O

(б)

4

 

 

3. Составим материальный баланс для всех элементов в схемах превращений.

Реакция идет в водном растворе в кислой среде, поэтому атомы кислорода и водорода уравниваются молекулами воды (где имеется недостаток атомов кислорода) и ионами водорода, противоположными стороне реакции.

В схеме (а) сначала уравниваются атомы углерода атома водорода H 2C2O4 2CO2 2H .

Всхеме (б) в левой части имеется 4 атома кислорода, а в левой их нет.

Поэтому в правую часть схемы добавляем 4 молекулы воды, а в левую 8 ионов водорода МпО4- +8H+ →Мп2+ +2О.

4.Составим баланс по зарядам. В схеме (а) подсчитаем суммарные заряды частиц в левой и правой частях схемы и уравняем их путем вычитания определённого числа электронов. В схеме (а) суммарный заряд частиц в левой части равен нулю, в правой - плюс двум. Равенство зарядов будет

наблюдаться в том случае, если из левой части схемы убрать два электрона: Н2С2О4 –2e-→2СО2 +2Н+ (процесс окисления).

восстановитель

Всхеме (б) МпО4- +8H+ → Мп2+ +2О подсчитываем суммарные заряды частиц в левой и правой частях схемы.

Суммарный заряд частиц в левой части равен (+7), а в правой (+2). Равенство зарядов будет соблюдаться в том случае, если к левой части

уравнения прибавить пять электронов:

МпО4- +8H+ +5ē → Mп2+ +4H2O (процесс восстановления). окислитель

95

5.Уравняем число отданных и принятых электронов, найдя наименьшее общее кратное соответствующих чисел и множители к ним. В рассматриваемом примере наименьшее общее кратное для чисел 2 и 5 равно 10. Поэтому для процесса окисления дополнительным множителем будет 5, а для процесса восстановления - дополнительный множитель 2.

6.С учётом этих множителей произведём суммирование левых и правых

частей полученных уравнений:

5 | Н2С2О4-2 ē →2CO2 + +

2 | МпО4- + 8H+ + 5 ē →Мп2+ +4H2O

2С2О4+ 2МпО4- + 16H+ →10CО2 +10Н+ +2Мn2+ +8H2O

После приведения подобных членов получим сокращённое ионно-

молекулярное уравнение рассматриваемой реакции:

2С2О4 +2МпО4- +6Н+ →10CО2 +2Мп2++8H2O

Коэффициенты этого уравнения соответствуют коэффициентам молекулярного уравнения:

5 Н2С2О4 +2KМпО4 +3H2SO4=10СО2 + 2МпSО4 +K2SO4 +8H2O

Проверка правильности подобранных коэффициентов про изводится по равенству числа атомов всех элементов в обеих частях уравнения.

Э.Д.С. = ∆φ = φокс – φвосс = 1,51-(-0,49) = 2 В; ∆φ > 0, следовательно, реакция идёт в прямом направлении.

Если реакция протекает в щелочной среде, то для составления материального баланса используются частицы ОН- и Н2О.

В ту часть схемы, в которой не хватает атомов кислорода, добавляют удвоенное число ОН- - групп. В противоположную часть схемы записывают молекулы воды, число которых равно половине количества ОН- - ионов.

Например CrO2 4OH 3e CrO42 2H 2O (процесс окисления)

восстановитель

1.2. ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЯ 2 Вычислите ЭДС гальванического элемента, составленного из стандартных

цинкового и оловянного электродов. Определите направление тока во внешней цепи указанного гальванического элемента. На каком электроде будет идти растворение металла?

Решение:

Табличное значение стандартного электродного потенциала цинка -0,76 В, а олова -0,13 В.

Электродвижующая сила (ЭДС) равна разности двух электродных потенциалов. ЭДС = ∆φ = φкатода – φанода

ЭДС = ∆φ = φокислитель – φвосстановитель

Т.к. φокислитель > φвосстановитель, то вычитаем из большей алгебраической величины меньшую:

-0,13 - (-0,76) = 0,63 В.

ЭДС цинково-оловянного гальванического элемента равна 0,63 В.

ē

96

Zn|Zn +2||Sn +2|Sn -0,76B -0,13B

Цинковая пластина заряжена более отрицательно, чем оловянная. Между ними возникает разность потенциалов. При замыкании системы в цепь электроны с цинковой пластины за счёт разности потенциалов переходят на оловянную. Растворение металла будет наблюдаться на цинковом электроде

Zn - 2ē → Zn2+ (окисление восстановителя); на оловянном электроде

Sn2+ +2ē → Sn0 (восстановление окислителя)

1.3. ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЯ 3 Хром находится в контакте с медью. Какой из металлов будет окисляться

при коррозии, если эта пара металлов попадет в кислую среду (НCI)? Дайте схему образующегося при этом гальванического элемента.

Решение:

Исходя из положения металлов в ряду напряжений, определяем, что хром

является более активным металлом ( φCr+3/Cr=-0,74 В) и в образующейся гальванической паре будет анодом. Медь является катодом

( Cu2/ Cuo

0,34B ). Хромовый анод растворяется, а на медном катоде

выделяется водород.

 

 

 

 

 

 

ē

 

 

 

 

 

 

Cr/Cu, H+;

 

 

 

 

 

 

 

-0,74 В <

0,34 В

 

на аноде

Cr – 3e →

Сr3+

(p-p)

процесс окисления;

на катоде

2H+ + 2e → H2/Сu

процесс восстановления;

суммарное ионное уравнение электрохимической коррозии

2Cr/Cu + 6Н+ → 2Сrг3+ + 3Н2/Cu,

молекулярное уравнение электрохимической коррозии

2Cr/Cu + 6НCI → 2СrCI3 + 3Н2/Cu.

Схема работающего гальванического элемента

ē

(-) 2Сг/2Сг3+ | НС1 | (Сu) ЗН2/6Н+ (+) -0,74 В < 0,34 В

Следовательно, коррозии подвергается хром.

1.4. ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЯ 4 Какой металл является анодным (катодным) по отношению к покрываемому

металлу? Составьте уравнения реакций, протекающих при атмосферной коррозии (во влажном воздухе).

а) Fe покрыт Zn; б) Fe покрыт Cu

97

Решение:

а) Исходя из положения металлов в ряду напряжений, определяем, что цинк

является более активным металлом ( Zn2/ Zno

0,76B ) и в образующейся

гальванической

паре

будет анодом.

Железо

является катодом

( Fe2 / Feo

0.44B ). Цинк

растворяется, а

на железе

восстанавливается

молекулярный кислород.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ē

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fe|H2O, O2|Zn

 

 

 

 

 

 

 

–0,44 B

>

 

–0,76 B

 

на аноде

2

 

Zn – 2ē → Zn2+(p-p)

окисление;

 

 

 

на катоде 1

 

О2

+ 2Н2О + 4ē → 4ОН

восстановление идет на железе.

Итоговое уравнение реакции будет иметь вид

2Zn/Fe + O2 +2H2O → 2Zn(OH)2

Цинк является анодным покрытием.

б) Исходя из положения металлов в ряду напряжений, определяем, что

железо является более активным металлом (

Fe

2

Fe

0,44B ) и в

 

 

 

образующейся гальванической паре будет анодом. Медь является катодом

( Cu 2 / Cuo

0,34B ). Железо растворяется, а на меди восстанавливается

молекулярный кислород.

 

 

 

 

ē

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fe|H2O, O2|Cu

 

 

 

 

-0,44 B

<

 

+0,34 B

на аноде

2

Fe

– 2 ē → Fe 2+(p-p)

окисление;

на катоде

1

О2

+ 2Н2О + 4 ē → 4ОН

восстановление идет на меди.

Итоговое уравнение реакции будет иметь вид

2Fe/Сu + O2 + 2H2O → 2Fe(OH)2.

Затем идет реакция окисления гидроксида железа (II) в гидроксид

железа (III) кислородом воздуха:

 

 

 

4Fe(OH)2+ O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3

Медь является катодным покрытием.

1.5.ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЯ 5

Вычислите электродный потенциал цинка в растворе ZnCl2, в котором концентрация ионов Zn2+ составляет 7 · 10-2 М.

Решение:

По уравнению Нернста

 

 

 

o

 

 

0,059

lg[ Zn2

]

0,76

0,059

lg 7 10 2 = —0,79 В

Zn

2

/ Zn

Zn

2

/ Zn

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответ: -0,79В.

98

1.6. ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЯ 6

Составьте схемы электролиза водного раствора CuSO4: а) с инертным анодом; б) с использованием анода из меди.

Решение:

а) Электролиз водного раствора сульфата меди (II) с инертным анодом; в растворе происходит диссоциация соли:

CuSO4

 

 

Cu2+ + SO42-

 

 

 

 

Возможные окислители

 

Cu2+ и H2О

Так как

Cu2 / Cu

0,34B

>

H2O / H2

0,41...0B

, более сильным окислителем

 

 

 

 

 

 

является ион Cu2+, и на катоде происходит восстановление металлической меди.

катодная

 

 

Cu2+ + 2ē → Cuo

 

 

 

 

2

реакция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Возможные восстановители

 

 

SO42- и H2O.

 

 

 

 

 

Так как

 

 

0,82...1,23B

<

2

 

2

2,0B

, более сильным

O2

/ H2O

 

S2O8

/ SO4

 

 

 

 

 

 

 

 

восстановителем является вода, и на аноде происходит выделение кислорода из воды

анодная

+ 4Н+

 

2О – 4ē → О2

1

реакция

 

 

 

 

 

Составим суммарное уравнение реакции, объединив уравнения катодной и анодной реакций с учетом коэффициентов электронного баланса.

краткое ионное уравнение

электролиз

 

2Cu2+ + 2H2O

2Cuo(кат.) + O2(ан.) + 4Н+(ан.)

молекулярное уравнение

 

электролиз

 

2CuSO4 + 2H2O

2Cu(кат.) + O2(ан.) + 2H2SO4(ан.)

б) При электролизе водного раствора сульфата меди (II) с медным анодом в качестве восстановителей будем рассматривать SO42-, H2O и сам анод Cu.

Анион

SO42- разряжаться не будет, а при сравнении, O / H

O 0,82...1,23B >

 

2

2

 

Cu2 / Cu

0,34B видно, что более сильным восстановителем является медь Cu.

На электродах идут следующие процессы:

 

 

на катоде: Cu2+ + 2ē → Cu0

 

 

на аноде: Cuo – 2 ē → Cu2+

 

 

краткое ионное уравнение

 

 

99

электролиз

 

 

Cu2+ + Cu0

Cu0

+ Cu2+

молекулярное уравнение

 

 

электролиз

 

CuSO4 + H2O +Cu0

 

Cu0(кат.) + H2O + CuSO4 (анод)

2.ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

2.1.Подберите коэффициенты в следующих реакциях ионно-электронным методом. Укажите окислитель и восстановитель, определите направление протекания реакции и вычислите Э.Д.С.

2.2.Вычислите э.д.с. гальванического элемента, составленного из

стандартных электродов. Определите направление тока во внешней цепи указанного гальванического элемента Me|Me+n||Me+n|Me.

Нa каком электроде будет идти растворение металла?

2.3.Какой металл будет подвергаться коррозии, если заданная пара металлов, находящихся в контакте, попадет в кислую среду? Составьте схему образующегося при этом гальванического элемента.

2.4.Какой металл является анодным (катодным) по отношению к покрываемому металлу? Составьте уравнения реакций, протекающих при атмосферной коррозии (во влажном воздухе).

2.5.Определите электродный потенциал электрода, в котором металлическая пластинка погружена в раствор собственной соли с заданной концентрацией катионов.

2.6.Составьте схемы электролиза водного раствора заданного вещества

а) с инертным анодом; б) с использованием активного анода.

Задания с первого 1-6б выполняются на основании таблицы:

номер

 

 

 

Номера заданий

 

 

 

вари-

1 реак-

2

3

4

5

анта

ции

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

1

1, 4, 89

Cu|Cu+2||F

Na/B

Fe покрыт Ni

Pb|Pb+2

NaOH

Zn

 

 

e+2|Fe

a

Fe покрыт Mn

0,0012 н

 

 

2

2, 6, 87

Fe|Fe+2||Z

Ca/N

Zn покрыт AI

Zn|Zn+2

BaCI2

Ag

 

 

n+2|Zn

i

Zn покрыт Cd

2 М

 

 

3

3, 8, 88

Mg|Mg+2||

Sr/C

Mg покрыт Ca

Ni|Ni+2

HNO3

AI

 

 

Fe+2|Fe

a

Mg покрыт Zn

2 М

 

 

4

5, 12,34

Mg|Mg+2||

Cu/F

Mn покрыт Mg

Zn|Zn+2

KNO3

Ni

 

 

Zn+2|Zn

e

Mn покрыт Fe

2 н

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

7, 16,79

Zn|Zn+2||S

Zn/S

Pb покрыт Cu

Zn|Zn+2

NaBr

Fe

 

 

n+2|Sn

n

Pb покрыт Cо

0,001 М

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]