Примеры решения задач

1.Основные понятия и законы химии

1. ПРИВЕДЕНИЕ ОБЪЕМА ГАЗА К НОРМАЛЬНЫМ УСЛОВИЯМ (н.у.)

Какой объем при н.у. займут 0,4 л газа, находящегося при 50⁰С и давлении 95,4 кПа?

РЕШЕНИЕ: для приведения объема газа к н.у. воспользуемся уравнением, объединяющим законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:

= ,

где P₀V₀ / T₀ – нормальные условия.

Из уравнения следует, что V₀ = P₁V₁T₀ / P₀T₁. Переведем размерность параметров в систему Си:

V₁= 0,4л =410^-4м³; Т₁= 50⁰С = 323К; Р₁= 95,4кПа = 9,5410⁴Па.

Подставим значения величин в уравнение:

V₀= 9,54 10⁴Па 410^-4м³ 273К / 1,013 10⁵Па 323К = 3,1810^-4 м³.

2. ВЫЧИСЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ГАЗА ПО ЗАДАННОМУ ОБЪЕМУ

Вычислить молярную массу газа, если при 13⁰С (286К) его масса составляет 1,01 г, находится под давлением 1,0410⁵Па и занимает объем 3,2710^-4 м³ .

РЕШЕНИЕ: расчет проведем по уравнению состояния идеального газа.

М =,

М = = 70,7 г/моль.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРЦИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗА В СМЕСИ

Смешивают (V₀) 3л СО₂ с 4л О₂ и 6л N₂. До смешения давления газов составляли соответственно (P₀) 96, 108 и 90,6 кПа. Общий объем смеси (V₁) 10л. Определить парциальное давление газов (P₁) и общее давление смеси.

РЕШЕНИЕ: Так как температура постоянна, то P₁V₁ =P₀V₀. Рассчитаем парциальные давления газов в смеси:

Р₁(СО₂) = P₀V₀/V₁ = 96 кПа3л/ 10л = 28,8 кПа .

Р₁(О₂) = P₀V₀/V₁ = 108 кПа4л/ 10л = 43,2 кПа .

Р₁(N₂) = P₀V₀/V₁ = 90,6 кПа6л/ 10л = 54,4кПа .

Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений ее компонентов Р_общ= Р₁(СО₂) + Р₁(О₂) + Р₁(N₂) =28,8 + 43,2 + 54,4 = 126,4 кПа.

151

4. РАСЧЕТ АБСОЛЮТНОЙ МАССЫ МОЛЕКУЛЫ ВЕЩЕСТВА

Рассчитать абсолютную массу молекулы газа (m_м), если масса 1,5л газа при н.у. составляет 1,785 г.

РЕШЕНИЕ. Известно, что для газов количество вещества определяется как

 ==

М = mV_M / V = 1,785г ∙ 22,4л/моль / 1,5л = 26,7 г/моль.

Масса молекулы рассчитывается как частное от деления молярной массы вещества на число Авогадро m_м = М / N_a = 26,7 г/моль / 6,0210²³ моль^-1 = 4,4410^-23г.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АТОМНОЙ МАССЫ МЕТАЛЛА ПО ЕГО ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАССЕ.

При термическом разложении 0,542г оксида металла (II) получили 28 мл кислорода (н.у.). Определить металл.

РЕШЕНИЕ: 28 мл = 28∙10^-3л. Чтобы определить металл, мы должны определить его молярную массу М=Э_Ме∙ В, где В–валентность металла.

Из соотношения m/M = V/V_M следует, что

m_o = М_оV_o /V_M = 32 г/моль ∙ 28∙10^-3л / 22,4л/моль = 0,04 г,

в свою очередь, из закона сохранения массы в химических реакциях следует, что масса оксида металла складывается из массы металла и массы кислорода m_MeO = m_Me + m_o, откуда m_Me = m_MeO - m_o = 0,542г – 0,04г = 0,502 г.

Согласно закону эквивалентов m_Me / m_O = Э_Ме / Э_О , откуда

Э_Ме = m_Me∙Э_О / m_O = 0,502г ∙ 8 г/моль / 0,04г = 100,4 г/моль.

Значит, A_r=Э_Ме∙В = 100,4г/моль ∙ 2 = 200,8 г/моль. Это ртуть.

Строение атома

ПРИМЕР I. Напишите электронные формулы элементов №32 и №43. Определите:

1) место элементов в периодической системе (группа, подгруппа, период);

2)распределение валентных электронов по атомным орбиталямв нормальном и возбужденном состоянии, высшую степень окисления;

3) формулу их высших соединений с кислородом и укажите их характер;

4) какой из этих элементов обазует газообразное соединение с водородом и какова формула этого соединения;

5) какие квантовые числа характеризуют их валентные электроны.

РЕШЕНИЕ. Порядковый номер элемента соответствует заряду его атома и, следовательно, количеству электронов в атоме. Зная порядок заполнения атомных орбиталей и максимальную емкость каждого квантового подуровня, можем записать электронную формулу атома.

Элемент №32 :

Электронная формула 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p²

Внешним у этого элемента является четвертый квантовый уровень (n=4), поэтому он расположен в 4-м периоде. Количество электронов на внешнем квантовом

152

уровне равно 4, значит, он находится в 4-й группе, и так как это р-элемент (ℓ=1) – в главной подгруппе. Магнитное квантовое число для электронов, завершающих электронную формулу, может принимать любое из значений: -1, 0, 1. Распределение валентных электронов по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии следующее:

4s 4p 4s 4p

Cуммарный спин в основном cостоянии ∑S=1.

Высшая положительная степень окисления этого элемента равна +4, а высшая отрицательная степень окисления -4. Его высшее соединение с кислородом имеет формулу ЭО₂ (GeO₂) и обладает амфотерными свойствами. С водородом элемент дает газообразное соединение состава GeH₄.

Элемент № 43 имеет электронную формулу:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d⁵5s²

Внешним у него является пятый квантовый уровень (n=5), поэтому он расположен в 5 – м периоде, в 7 – й группе, так как сумма электронов на внешнем 5s подуровне и незавершенном 4d подуровне равна 7, и так как это d элемент в побочной подгруппе (ℓ=2) . Магнитное квантовое число для электронов, завершающих электронную формулу, может принимать значения: -2, -1, 0, 1, 2.

Распределение валентных электронов по атомным орбиталям в основном и возбужденном состоянии следующее:

4d 5s

Cуммарный спин в основном состоянии ∑S=2,5.

4d 5s 5p

Максимальная положительная степень окисления этого элемента +7. Его высшее соединение с кислородом имеет формулу Э₂O₇ (Тс₂О₇).

153