1 Приведите формулировки основных стехиометрических законов химии

1. Приведите формулировки основных стехиометрических законов химии. Решите задачи.
Вычислите, в комнате какого объема находится воздух массой 27 кг при температуре 300C и давлении 92,4 кПа (считая M (воздуха) = 29 г/моль).
Решение.
Стехиометрические законы химии — постоянства состава, эквивалентов и кратных отношений — были в свое время сформулированы применительно к молекулам, а потому справедливы для молекулярной формы вещества. Для немолекулярных структур постоянство состава и вытекающие из него следствия не являются уже критерием образования химических соединений. Поэтому в настоящее время стехиометрические законы химии формулируются с учетом единства молекулярной и немолекулярной форм существования вещества.
Закон постоянства состава. Состав молекулярного соединения остается постоянным независимо от способа его получения. В отсутствие молекулярной структуры его состав зависит от условий получения и предыдущей обработки.
Закон эквивалентов. Для молекулярных соединений массовые количества составляющих элементов пропорциональны их химическим эквивалентам; при отсутствии молекулярной структуры массовые количества составляющих элементов могут отклоняться от значений их химических эквивалентов.
3акон кратных отношений. Если два элемента образуют между собой несколько молекулярных соединений, то массовые количества одного элемента, приходящиеся на одно и то же массовое количество другого, относятся между собой как небольшие целые числа. Для соединений не имеющих молекулярной структуры, массовые количества одного из них, приходящиеся на одно и то же количество другого могут относиться между собой как дробные числа.

Задача. Вычислите, в комнате какого объема находится воздух массой 27 кг при температуре 300C и давлении 92,4 кПа (считая M (воздуха) = 29 г/моль).
Используем уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева-Клайперона):
,
где p – давление, Па; V – объем, м3; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31441 Дж/(моль•К); T – температура, К; – масса воздуха, кг; – молярная масса воздуха, г/моль.
= 29 г/моль
Переведем давление в Па и температуру в Кельвины:
92400 Па
T = 273,15 + t = 273,15 + 30 =303,15 (K)
0,0254 м3 или 25,4 л

2. Составьте формулы высших оксидов элементов, являющихся макро- и микроэлементами в живых организмах, укажите их роль. Постройте структурные формулы оксидов, укажите их характер (кислотный, основной, амфотерный).
Решение.
В живых организмах встречается около 80 химических элементов, однако только для 27 из этих элементов установлены их функции в клетке и организме.
Концентрация каждого из макроэлементов в организме превышает 0,01%, а их суммарное содержание — 99%. К макроэлементам относят кислород, углерод, водород, азот, фосфор, серу, калий, кальций, натрий, хлор, магний. Первые четыре из перечисленных элементов (кислород, углерод, водород и азот) называют также органогенными, поскольку они входят в состав основных органических соединений.
Фосфор и сера также являются компонентами ряда органических веществ, например, белков и нуклеиновых кислот. Фосфор необходим для формирования костей и зубов.
Без оставшихся макроэлементов невозможно нормальное функционирование организма. Так, калий, натрий и хлор участвуют в процессах возбуждения клеток. Калий также необходим для работы многих ферментов и удержания воды в клетке. Кальций входит в состав клеточных стенок растений, костей, зубов и раковин моллюсков и требуется для сокращения мышечных клеток, а также для внутриклеточного движения. Магний является компонентом хлорофилла — пигмента, обеспечивающего протекание фотосинтеза. Он также принимает участие в биосинтезе белка.
Высшие оксиды:
CO2 – кислотный оксид;
H2O – амфолит — и кислотa и основание одновременно;
N2O5 – кислотный оксид;
P4O10 – кислотный оксид ;
SO3 – кислотный оксид;
K2O – основной оксид (K+)2O2-;
CaO – основной оксидCa2+O2-;
Na2O – основной оксид(Na+)2O2-;
Cl2O7 – кислотный оксид;
MgO – основной оксидMg2+O2-;

Микроэлементы содержатся в организме в концентрациях менее 0,01%, а их суммарная концентрация в клетке не достигает и 0,1%. К жизненно необходимым микроэлементам относятся железо, цинк, медь, марганец, кобальт, йод, селен, молибден, фтор и др.
Fe2O3 – амфотерный оксид с преобладанием основных свойств(Fe3+)2(O2-)3;
ZnO – амфотерный оксид Zn2+O2-;
CuO – амфотерный оксид Cu2+O2-;
Mn2O7 – кислотный оксид

Co2O3 – амфотерный оксид с преобладанием основных свойств
I2O7 – кислотный оксид

SeO3 – кислотный оксид;

MoO3 – кислотный оксид
CrO3 – кислотный оксид.

Железо, помимо того, что оно входит в состав гемоглобина, переносящего кислород в крови, необходимо для протекания процессов дыхания и фотосинтеза, а также для функционирования многих ферментов.
Цинк входит в состав молекулы гормона поджелудочной железы — инсулина, медь требуется для процессов фотосинтеза и дыхания. Кобальт является компонентом витамина В12, отсутствие которого приводит к анемии. Йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы, обеспечивающих нормальное протекание обмена веществ, а фтор связан с формированием эмали зубов.
Селен в организме взаимодействует с витаминами, ферментами и биологическими мембранами, участвует в регуляции обмена веществ, в обмене жиров, белков и углеводов, а также в окислительно-восстановительных процессах. Селен входит в состав белков мышечной ткани, белков миокарда. Также селен способствует образованию трийодтиронина (гормонов щитовидной железы). Селен является синергистом витамина E и йода.
Молибден промотирует (делает более эффективной) работу антиокислителей, в том числе витамина С. Важный компонент системы тканевого дыхания. Усиливает синтез аминокислот, улучшает накопление азота. Молибден входит в состав ряда ферментов (альдегидоксидаза, сульфитоксидаза, ксантиноксидаза и др.), выполняющих важные физиологические функции, в частности, регуляцию обмена мочевой кислоты. Микроколичества молибдена необходимы для нормального развития организмов, используется в составе микроэлементной подкормки, в частности, под ягодные культуры. Влияет на размножение (у растений).
Марганец оказывает влияние на рост, образование крови и функции половых желёз. Особо богаты марганцем листья свёклы — до 0,03 %, а также большие его количества содержатся в организмах рыжих муравьёв — до 0,05 %. Некоторые бактерии содержат до нескольких процентов марганца.
Хром — один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. У животных хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов. Снижение содержания хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови.
Медь встречается в большом количестве ферментов, например, в цитохром-с-оксидазе, в содержащем медь и цинк ферменте супероксид дисмутазе, и в переносящем молекулярный кислород белке гемоцианине.

3. Напишите уравнения соответствующих реакций в молекулярном и ионно-молекулярном виде, назовите продукты реакций. В заданиях «б» получите все возможные соли, соответствующие кислотам и основаниям (средние, кислые, основные).
а) серная кислота + нитрат бария;
б) гидроксид железа (III) + серная кислота;
в) нитрат кальция + фосфорная кислота;
г) нитрат алюминия + хлорид кальция;
Решение.
а) серная кислота + нитрат бария;
H2SO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4↓+ 2HNO3
Образуются сульфат бария и азотная кислота, соответственно.
2H+ + SO42- + Ba2+ + 2NO3- = BaSO4↓+ 2H+ + 2NO3-
SO42- + Ba2+ = BaSO4↓

б) гидроксид железа (III) + серная кислота;
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
Образуются сульфат железа (III) и вода (слабо диссоциирующее соединение), соответственно.
2Fe(OH)3 +6H+ + 3SO42- = 2Fe3+ + 3SO42-+ 6H2O
Fe(OH)3 +3H+ = Fe3+ + 3H2O

В заданиях «б» получите все возможные соли, соответствующие кислотам и основаниям (средние, кислые, основные).
Средние соли Fe2(SO4)3:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O
Основные соли (Fe(OH)2)2SO4; Fe(OH)SO4:
2Fe(OH)3 + H2SO4 = (Fe(OH)2)2SO4 + 2H2O
Fe(OH)3 + H2SO4 = Fe(OH)SO4 + 2H2O
Кислые соли Fe(HSO4)3:
Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe(HSO4)3 + 3H2O

в) нитрат кальция + фосфорная кислота;
Сa(NO3)2 + H3PO4 = не идет в растворе
Реакция в растворе не идет так как азотная кислота (ее соль – нитрат кальция) более сильнее фосфорной кислоты, а Ca3(PO4)2 растворим в кислотах. При нагревании этих веществ без воды, выделяете более летучая азотная кислота.
г) нитрат алюминия + хлорид кальция;
Аl(NO3)3 + CaCl2 = нет ракции, в растворе смесь ионов.
Реакция не идет, так как нерастворимый, слабо диссоциирующих, и газообразных соединений не образуется.

4. Напишите электронные и электронно-графические формулы атомов элементов с порядковыми номерами 13 и 39, укажите семейства элементов и возможность распаривания электронов.
Решение.
В записи электронных формул (или конфигураций), отражающих последовательное заполнение электронных оболочек атомов, первая цифра равна главному квантовому числу n, буква после нее соответствует орбитальному квантовому числу l, а правый верхний индекс равен числу электронов в этом состоянии.
Алюминий, Al.
1s22s22p63s23p1

Валентные электроны выделены жирным шрифтом.
– алюминий, элемент 3-го периода, III группы, главной подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева. Относится к семейству р-элементов, металл.
У алюминия заполняется внешний энергетический уровень. Алюминий – амфотерный металл, проявляет степень окисления +3.
В возбужденном состоянии 3s электроны атома алюминия распариваются, один электрон переходит на 3p уровень.

Иттрий, Y
1s12s22p43s23p63d104s24p64d15s2
Жирным выделены электроны внешнего уровня.
Электронно-графическая формула :

– иттрий, элемент 5-го периода, III группы, побочной подгруппы периодической системы Д. И. Менделеева. Относится к семейству d-элементов, металл.
У иттрия заполняется предвнешний энергетический уровень.
В возбужденном состоянии 5s электроны атома иттрия распариваются.

5. Электронная формула валентных электронов одного элемента …3d54s2 другого …4s24p5. Напишите полные электронные формулы этих элементов. Укажите валентности элементов и нормальном и возбужденном состояниях.
Решение.
…3d54s2
1s12s22p43s23p63d54s2
У марганца в нормальном состоянии валентность V (пять неспаренных валентных 3d электрона), в возбужденном валентность VII (распаривание двух 4s электронов)

…4s24p5
1s12s22p43s23p63d54s24p54d0
У брома в нормальном состоянии валентность I (один неспаренный валентный 4p-электрон), в возбужденном валентность VII (распаривание 4s и 4р электронов на 4d оболочки)

6. Постройте графическую формулу гидросульфата калия, укажите виды химических связей, наиболее электроотрицательный элемент, смещение молекулярного электронного облака.
Решение.
KHSO4 – гидросульфат калия (кислая соль)

Между ионами калия и кислородом гидросульфат ионов существует ионная связь. Между кислородом и водородом, кислородом и серой – ковалентная полярная σ-связь. Между кислородом и серой в гидросульфат ионе существует так же кратная, полярная ковалентная связь, с поляризацией ( смещение молекулярного электронного облака) в сторону кислорода.
Двойная связь S=O образована σ-связью sp3-гибридизованных орбиталей атомов серы c орбиталями атома кислорода, и π-связью путем бокового перекрывания негибридизованных орбиталей (перпендикулярно плоскости σ-связи).
Наиболее электроотрицательный элемент – кислород (O), и электронные облака (от серы и водорода) смещены в сторону атомов кислорода.

7. Исходные концентрации C0(NO) и C0(Cl2) в гомогенной системе 2NO + Cl2 2NOCl составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% NO.
Решение.
Обратимая реакция, протекающая в любой системе при постоянной температуре, характеризуется наступлением состояния истинного химического равновесия. В общем виде:
νAA(г) + νBB(г) νCС(г), где
ν – коэффициенты.
При постоянной температуре отношение равновесных концентраций (парциальных давлений) конечных продуктов к равновесным концентрациям (парциальным давлениям) исходных реагентов, возведенных соответственно в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам, величина постоянная.
Состояние равновесной химической системы характеризуется по закону действующих масс константой равновесия.

2NO + Cl2 2NOCl
[ ], моль/л x x1x2
ν 2 12
C0(NO) = 0,5 моль/л
C0(Cl2) = 0,2 моль/л

Найдем равновесные концентрации веществ, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% NO.
Прореагировало NO: C0(NO) ∙20/100 = 0,5∙20/100 = 0,1 (моль/л).
По уравнению реакции, если прореагировало 0,1 моль/л NO, значит, прореагировало 0,1*= 0,1*1/2 = 0,05 моль/л Cl2 и образовалось 0,1*= 0,1*2/2 = 0,1 моль/л NOCl.
Равновесные концентрации хлора и нитрозил хлорида вычисляем, учитывая исходные концентрации веществ и сколько прореагировало или образовалось к моменту наступления равновесия.
Равновесные концентрации:
[NO] = C0(NO) – C0(NO) ∙20/100 = 0,4 (моль/л)
[Cl2] = C0(NO) – 0,05 = 0,2-0,05 =0,15 (моль/л)
[NOCl] = C0(NO) + 0,1= 0 + 0,1 =0,1 (моль/л)

Константа равновесия системы 2NO + Cl2 ⇌ 2NOCl2 равна:
= 0,417

8. Один литр азотной кислоты, плотность котором 1,31 г/мл, содержащей 50% HNO3, разбавлен 690 мл H2O. Рассчитайте массовую долю и молярную концентрацию полученного раствора.

На странице представлен фрагмент работы. Его можно использовать, как базу для подготовки.

Заказать полное решение

Часть выполненной работы