Решение типовОго билета контрольной работы

1. Напишите электронную формулу иона Fe²⁺ в стационарном состоянии. Определите в нем число неспаренных электронов; число s-электронов; число p-электронов; число d-электронов.

Решение

Ион железа Fe²⁺ образуется окислением Fe⁰ в соответствии с уравнением реакции:

₂₆Fe⁰ – 2е → ₂₆Fe²⁺.

Электронная формула атома ₂₆Fe⁰ – [₁₈Ar]3d⁶4s², а иона ₂₆Fe²⁺ – [₁₈Ar]3d⁶ или 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶. Распределение внешних (валентных) электронов на d-подуровне в ионе Fe²⁺ следующее:

↑↓

↑

↑

↑

↑

3d⁶

Таким образом, в ионе Fe²⁺: число неспаренных электронов – 4,

число s электронов – 6,

число p электронов – 12,

число d электронов – 6.

2. Электронная формула внешнего энергетического уровня атома некоторого химического элемента 3s²3p³. Напишите формулу кислоты, образуемой данным химическим элементом в его высшей степени окисления, и определите в ней: общее число электронов, число электронов, участвующих в образовании химических связей, число электронов в однозарядном ионе-остатке данной кислоты.

Решение

Так как электронная формула внешнего энергетического уровня атома данного элемента 3s²3p³, то это р-элемент третьего периода VA-группы – фосфор ₁₅Р.

Фосфор в высшей степени окисления +5 образует две кислоты: ортофосфорную Н₃РО₄ и метафосфорную НРО₃.

Так как общее число электронов в молекуле равно сумме электронов во всех атомах, образующих молекулу, то в молекуле Н₃РО₄ ∑ē_общ = 3+15+4·8 = 50, а в молекуле НРО₃ ∑ē_общ = 1+15+3·8 = 40. В ионе Н₂РО₄^– ∑ē_общ = 2+15+4·8+1 = 50, а в ионе РО₃^– ∑ē_общ = 15+3·8+1 = 40.

Так как каждая ковалентная связь образована парой электронов, а в молекуле Н₃РО₄ число связей равно 8, то ∑ē_{обр.связ} = 8·2 = 16. В молекуле НРО₃ число ковалентных связей равно 6, а ∑ē_{обр.связ} = 6·2 = 12.

3. Рассчитайте ионную силу водного раствора, в 500 мл которого содержится 0,0100 моль Al₂(SO₄)₃, 0,0200 моль ½ H₂SO₄ и 0,60 г CH₃COOH.

Решение

Ионная сила данного раствора определяется ионами сильных электролитов Al₂(SO₄)₃ и H₂SO₄, которые в водном растворе диссоциируют согласно уравнениям:

Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄^2– и H₂SO₄ → H⁺ + НSO₄^–

Присутствие в растворе слабого электролита CH₃COOH на ионную силу раствора не влияет.

Так как ионная сила раствора вычисляется по формуле:

I_с(р-ра) = ½∑C_iZ_i² = ½[C(Al³⁺)·3² + C(H⁺)·1² + C(HSO₄^-)·(-1)² +C(SO₄^2-)·(-2)²],

то для ее нахождения необходимо вычислить молярные концентрации сильных электролитов и их ионов в растворе.

C(Al₂(SO₄)₃) = n(Al₂(SO₄)₃)/V_p-pa = 0,0100/0,500 = 0,0200 моль/л

С(½Н₂SO₄) = n(½Н₂SO₄)/V_p-pa = 0,0200/0,500 = 0,0400 моль/л

С(Н₂SO₄) = ½С(½Н₂SO₄) = ½·0,0400 = 0,0200 моль/л

С(Al³⁺) = 2C(Al₂(SO₄)₃) = 2·0,0200 = 0,0400 моль/л

C(H⁺) = C(HSO₄^-) = C(H₂SO₄) = 0,0200 моль/л

C(SO₄^2–) = 3C(Al₂(SO₄)₃) = 3·0,0200 = 0,0600 моль/л

I_с(р-ра) = ½[0,0400·3² + 0,0200·1² + 0,0200(-1)² + 0,0600(-2)²] = 0,320

Ионную силу раствора можно вычислить также по формуле: I_с(р-ра) = I_с(Al₂(SO₄)₃) + I_с(H₂SO₄) = 15C(Al₂(SO₄)₃) + С(H₂SO₄) = 15·0,0200 + 0,0200 =0,320

4. Рассчитайте рН водного раствора, в 1,00 л которого содержится 0,600 моль HCl и 0,400 моль KCl.