Основные газовые и стехиометрические законы.

1. Сопоставить числа молекул, содержащихся в 1 г NH₃ и в 1 г N₂. В каком случае и во сколько раз число молекул больше?

2. Сколько молекул содержится в 1,00 мл водорода при нормальных условиях?

3. Исходя из молярной массы углерода и воды, определить абсолютную массу атома углерода и молекулы воды.

4. Выразить в молях: а) 6,02·10²² молекул С₂Н₆; б) 1,8·10²⁴ атомов азота; в) 3,01·10²³ молекул NH₃. Чему равны молярные массы указанных веществ?

5. Определить массу (в граммах) порции гидроксида бария, в котором содержится 1,806·10²³ атомов водорода.

6. Определить массовую долю кислорода (в процентах) в оксиде азота (IV).

7. Определить количество вещества (моль) в порции аммиака, содержащей 2,408·10²³ молекул.

8. Определить массу 11,2 л (н.у.) хлороводорода.

9. Определить число атомов водорода в 6,72 л (н.у.) метана (СН₄).

10. Определить массовую долю (в процентах) кислорода, входящего в состав хлората калия.

11. Определить массу (в граммах) порции сульфата калия, в котором содержится 6,02·10²³ атомов кислорода.

12. Сколько литров водорода, взятого при н.у., можно получить из 360 г воды?

13. Определить количество вещества (моль) в порции оксида натрия, содержащей 1,806·10²³ атомов натрия.

14. Определить молярную массу хлора, если масса 500 мл (н.у.) его равна 1,585 г.

15. Определить число атомов азота в 52,2 г нитрата бария.

16. Какой объем при н.у. занимает смесь 1,35 моль Н₂ и 0,6 моль О₂?

17. Какой из газов легче воздуха: 1) фтор; 2) оксид азота (II); 3) аммиак; 4) кислород; 5) оксид азота (IV). Ответ подтвердите расчетом.

18. Рассчитайте массовую долю кальция в карбонате кальция (%).

19. Вычислите массовую долю кристаллизационной воды в дигидрате сульфата кальция (в процентах) – CaSO₄·2H₂O.

20. Какова масса водорода, содержащего 1·10²³ молекул?

21. Какой объем займет смесь, состоящая из хлора количеством вещества 0,5 моль и кислорода количеством вещества 1,25 моль?

Гибридизация орбиталей и определение валентностей.

21-30. Выберите исходные данные в таблице и приведите обоснованные ответы на вопросы.

1). Один из изотопов элемента имеет массовое число A. Каков заряд ядра его атома? Сколько электронов находится на всех электронных оболочках атома? Сколько протонов и нейтронов содержит ядро атома этого изотопа?

2). Напишите электронную формулу невозбужденного атома этого элемента, приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям).

3). К какому электронному семейству относится элемент?

4). Сколько имеется в атоме элемента электронов с орбитальным квантовым числом l?

^*Следует учесть «провал» электрона с внешнего уровня.

31-40. Выберите исходные данные в таблице и приведите обоснованные ответы на вопросы.

1). Напишите электронную формулу невозбужденного атома элемента с зарядом ядра z, приведите графическую схему распределения электронов по квантовым ячейкам (орбиталям).

2). Укажите валентные электроны его атома. Для каждого из них приведите значения всех квантовых чисел.

3). Сколько в атоме данного элемента электронов с совокупностью главного и орбитального квантовых чисел n и l?

Периодическая система элементов и изменение свойств элементов

41. Какие высшие степени окисления проявляют элементы третьего периода периодической системы: Na, Mg, Al, P, Cl? Напишите формулы оксидов и гидроксидов этих элементов в высшей степени окисления. Как изменяются в периоде кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов с увеличением заряда ядра атомов этих элементов? Почему?

42. Как изменяются кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов элементов II А подгруппы периодической системы? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения, доказывающие амфотерность бериллия.

43. Какие степени окисления проявляет марганец? Напишите формулы оксидов и гидроксидов. Как и почему изменяются их кислотно-основные свойства с возрастанием степени окисления марганца? С какими степенями окисления марганца вещество может проявлять а) только окислительные свойства; б) только восстановительные свойства; в) как окислительные, так и восстановительные свойства? Приведите примеры соответствующих веществ.

44. Какие высшие и низшие степени окисления проявляют элементы третьего периода периодической системы: Si, P, S, Cl? Приведите примеры – напишите формулы соответствующих веществ. Как изменяются окислительно-восстановительные свойства простых веществ в этом ряду? Почему?

45. Марганец образует соединения, в которых он проявляет степень окисления +2, +3, +4, +6, +7. Составьте формулы его оксидов и гидроксидов, отвечающих этим степеням окисления. Укажите характер оксидов. Напишите уравнения реакций, доказывающие амфотерность гидроксида марганца (IV).

46. Почему марганец проявляет металлические свойства, а хлор – неметаллические? Ответ мотивируйте строением атомов этих элементов. Напишите формулы оксидов и гидроксидов хлора и марганца.

47. Какую низшую и высшую степени окисления проявляет углерод, фосфор, сера, йод? Почему? Составьте формулы соединений данных элементов, отвечающих этим степеням окисления.

48. Что называется энергией ионизации и потенциалом ионизации? Как изменяется первый потенциал ионизации в подгруппе с увеличением порядкового номера элемента? Как изменяются восстановительные свойства элементов II A подгруппы от Be к Ra? Приведите обоснованные ответы.

49. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов второго периода (Li, Be, B, C, N) в их высших степенях окисления. Как изменяется в этом ряду кислотно-основной характер гидроксидов? Приведите обоснованный ответ.

50. Какую низшую и высшую степени окисления проявляют кремний, фосфор, сера и хлор? Почему? Приведите примеры соединений этих элементов в высшей и низшей степенях окисления.

51. Какие степени окисления проявляет хром? Напишите формулы его оксидов и гидроксидов. Как и почему изменяются их кислотно-основные свойства с возрастанием степени окисления хрома? Вещества с какими степенями окисления хрома могут проявлять свойства: а) только окислительные; б) только восстановительные; в) как окислительные, так и восстановительные. Приведите примеры соответствующих веществ.

52. Какие высшие степени окисления проявляют элементы четвертого периода периодической системы: Ca, Ga, Ge, As, Se? Напишите формулы оксидов и гидроксидов этих элементов в высшей степени окисления. Как изменяются в этом ряду кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов? Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения, доказывающие амфотерность гидроксида галлия.

53. Что называется энергией сродства к электрону и электроотрицательностью? Как изменяется электроотрицательность p-элементов в подгруппе с увеличением порядкового номера элемента? Окислительные свойства какого из элементов – фосфора или сурьмы – выражены сильнее? Приведите обоснованный ответ.

54. Какой из двух сравниваемых элементов обладает более выраженными металлическими свойствами: а) ванадий или мышьяк; б) галлий или мышьяк; в) висмут или мышьяк? Почему?

55. Как изменяются в ряду NH₃, PH₃, AsH₃, SbH₃ восстановительная активность и термическая устойчивость соединений? Почему?

56. Какую низшую и высшую степени окисления проявляют водород, хлор, фтор, кислород, сера? Дайте обоснованный ответ. Определите степени окисления атомов этих элементов в соединениях: CaH₂, OF₂, HF, H₂S, SO₃, H₂O, Cl₂O₇.

57. Какой из двух сравниваемых гидроксидов и почему проявляет в большей степени основные свойства: а) CuOH или Cu(OH)₂; б) CuOH или KOH; в) Cu(OH)₂ или Ca(OH)₂?

58. Каковы для s- и p-элементов одного периода тенденции изменения радиуса атомов, энергии ионизации, энергии сродства к электрону, электроотрицательности с увеличением порядкового номера элемента? Как изменяются окислительные и восстановительные свойства элементов третьего периода от натрия к хлору? Почему?

59. Приведите современную формулировку периодического закона. Объясните, почему первопричиной периодичности является заряд атома элемента, а не атомная масса или массовое число.

60. Как изменяется сила кислот в водных растворах галогено-водородов в ряду HF, HCl, HBr, HI? Как изменяются восстановительные свойства анионов в ряду F^–, Cl^–, Br^–, I^–? Могут ли эти анионы проявлять окислительные свойства? Приведите обоснованный ответ

Химическая термодинамика и кинетика

1. Энергетика химических процессов

61. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления одного моля Fe₂O₃ металлическим алюминием.

62. Газообразный этиловый спирт C₂H₅OH можно получить при взаимодействии этилена C₂H₄(г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите ее тепловой эффект.

63. При взаимодействии газообразных сероводорода и диоксида углерода образуются пары воды и сероуглерод CS₂(г). Напишите термохимическое уравнение: этой реакции и вычислите тепловой эффект.

64. Кристаллический хлорид аммония образуется при взаимодействии газообразных аммиака и хлорида водорода. Напишите термохимическое уравнение этой реакции. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия?

65. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этилового спирта, в результате которой образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите энтальпию образования C₂H₅OH(ж), если известно, что при сгорании 11,5 г его выделилось 308,71 кДж теплоты.

66. Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

C₆H₆(ж) + 7½O₂(г) = 6CO₂(г) + 3H₂O(г);

ΔH = ?

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна -33,9 кДж.

67. Напишите термохимическое уравнение реакции горения одного моля этана C₂H₆(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м³ этана в пересчете на нормальные условия?

68. Реакция горения аммиака выражается термохимическим уравнением:

4NH₃(г) + 3O₂(г) = 2N₂(г) + 6H₂O(ж);

ΔH = -1580,28 кДж.

Вычислите энтальпию образования NH₃(г).

69. Теплоты образования ... оксида и диоксида азота соответственно равны +90,37 кДж и +33,85 кДж. Определите ... и ... для реакций получения NO и NO₂ из простых веществ. Можно ли получить эти оксиды при стандартных условиях? Какой из оксидов образуется при высокой температуре? Почему?

70. При какой температуре наступит равновесие системы:

4HCl(г) + O₂(г) = 2H₂O(г) + 2Cl₂(г);

ΔH = -114,42 кДж.

Что является более сильным окислителем: хлор или кислород в этой системе и при каких температурах?

71. Восстановление Fe₃O₄ оксидом углерода идет по уравнению

Fe₃O₄(к) + CO(г) = 3FeO(к) + CO₂(г).

Вычислите ... и сделайте вывод о возможности самопроизвольного протекания этой реакции при стандартных условиях. Чему равно ... в этом процессе?

72. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению ....

Вычислите ... и ..., и объясните уменьшение энтропии в результате этой реакции.

73. Уменьшается или увеличивается энтропия на переходах: а) воды в пар; б) графита в алмаз? Почему? Вычислите ... для каждого превращения. Сделайте вывод о количественном изменении энтропии при фазовых и аллотропических превращениях.

74. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях невозможна экзотермическая реакция, протекающая по уравнению

H₂(г) + CO₂(г) = CO(г) + H₂O(ж); ΔH = -2,85 кДж.

Зная тепловой эффект реакции и абсолютные стандартные энтропии соответствующих веществ, определите ... реакции.

75. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе

2NO(г) + O₂(г) = 2NO₂(г)? Ответ мотивируйте, вычислив ... прямой реакции.

76. Исходя из значений стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ... реакции, протекающей по уравнению NH₃(г) + HCl(г) = NH₄Cl(к). Может ли эта реакция при стандартных условиях идти самопроизвольно?

77. При какой температуре наступит равновесие системы

CO(г) + 2H₂(г) = CH₃OH(ж);

ΔH = -128,05 кДж.

78. Эндотермическая реакция взаимодействия метана с диоксидом углерода протекает по уравнению

CH₄(г) + CO₂ = 2CO(г) + 2H₂(г);

ΔH = +247,37 кДж.

При какой температуре начнется эта реакция?

79. Определите ... реакции, протекающей по уравнению

4NH₃(г) + 5O₂(г) = 4NO(г) + 6H₂O(г).

Вычисления сделайте на основании стандартных теплот и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ. Возможна ли эта реакция при стандартных условиях.

80. На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите ... реакции, протекающей по уравнению

CO₂(г) + 4H₂(г) = CH₄(г) + 2H₂O(ж).

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях?

2. Химическая кинетика. Химическое равновесие.

81-84. В гомогенной газовой системе установилось равно­весие. Напишите выражение для константы равновесия. Дайте обоснованные ответы на вопросы: а) как и во сколько раз изменит­ся скорость прямой реакции при увеличении давления в системе в два раза; б) как увеличение давления отразится на состоянии рав­новесия; в) в каком направлении сместится равновесие при увели­чении температуры?

85-88. В гетерогенной системе установилось равновесие. Напишите выражение для константы равновесия. Дайте обосно­ванные ответы на вопросы: а) как уменьшение давления отразится на состоянии равновесия; б) в каком направлении сместится рав­новесие при уменьшении температуры; в) как и во сколько раз из­менится скорость прямой реакции при уменьшении давления в системе в два раза?

89. Напишите выражения для скоростей прямой и обратной реакций и для константы равновесия:

2CO(г) + O₂(г) ...2CO₂(г);  ΔH⁰ < 0.

Как следует изменить в реакционном сосуде: а) температуру; б) давление, чтобы сместить равновесие в прямом направлении?

90. Напишите выражения для скоростей прямой и обратной реакций и константы равновесия:

MgCO₃(к) ...MgO(к) + CO₂(г);  ΔH⁰ > 0.

В каком направлении сместится равновесие: а) по мере накоп­ления в реакторе MgO; б) при увеличении в реакторе давления; в) при увеличении температуры?

91. Напишите выражения для скоростей прямой и обратной реакций:

2NO₂(г) ...2NO(г) + O₂(г).

Как изменятся эти скорости: а) при увеличении концентрации NO в три раза; б) при увеличении давления в реакционном сосуде в два раза?

Как эти воздействия повлияют на состояние равновесия и ве­личину константы равновесия? Напишите выражение для кон­станты равновесия.     

92. Константа равновесия гомогенной системы

N₂ + 3H₂ = 2NH₃

при температуре 400°С равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 ... и 0,08 .... Вычислите равновесную и начальную концентрации азота.

93. При некоторой температуре равновесие гомогенной системы

2NO + O₂ = 2NO₂

установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [NO] = 0,2 ...; [О₂] = 0,1 ...; [NO₂] = 0,1 .... Вычислите константу равновесия и концентрацию NO и О₂.

94. Почему при изменении давления смещается равновесие системы

N₂ + ЗН₂ = 2NH₃

и не смещается равновесие системы N_­2 + О₂ = 2NO? Напишите выражения для констант равновесия каждой из данных систем.

95.   Исходные концентрации NO и Сl₂, в гомогенной системе

2NO + Cl₂ = 2NOCl

составляют соответственно 0,5 и 0,2 .... Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% NO.

96. Реакция идет по уравнению N₂ + O₂ = 2NO. Концентрации исходных веществ до начала реакции были: [N₂] = 0,049 ...; [О₂] = 0,01 .... Вычислите концентрацию этих веществ в момент, когда [NO] стала равной 0,005 ....

97. Реакция идет по уравнению N₂ + 3H₂ = 2NH₃. Концентрации участвующих в ней веществ были: [N₂] = 0,80 ...; [Н₂] = 1,5 ...;  [NH₃] = 0,10 .... Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [N₂] стала равной 0,50 ....

98. Реакция идет по уравнению Н₂ + I₂ = 2HI. Константа скорости этой реакции при 508°С равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ были: [Н₂] = 0,04 ...; [I₂] = 0,05 .... Вычислите начальную скорость реакции и скорость ее, когда [Н₂] стала равной 0,03 ....

99. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до 80°С. Температурный коэффициент скорости реакции равен трем.

100. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60 град, если температурный коэффициент скорости данной реакции равен двум?

101. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе,  при понижении температуры на 30 град, если температурный коэффициент скорости данной реакции равен трем?

102. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы 2SO₂ + О₂ = 2SО₃. Как изменится скорость прямой реакции – образования серного ангидрида, если увеличить концентрацию SO₂ в три раза?

4. Растворы. Концентрации растворов

103. Вычислите молярную концентрацию раствора хлорида натрия    (ρ = 1,148 ...) с массовой долей NaCl – 20%.

104. Какой объем раствора хлороводородной кислоты  (ρ = 1,100 ...) с массовой долей НСl 20,01% требуется для приготовления 1 л раствора (ρ = 1,050 ...) с массовой долей 10,17%?

105. Смешали 10 мл раствора азотной кислоты (ρ = 1,056 ...) с массовой долей HNO₃ 10% и 100 мл раствора той же кислоты (ρ = 1,184 ...) с массовой долей (%) HNO₃ в полученном растворе.

106-110. Водный раствор содержит массу m вещества А в объе­ме V. Плотность раствора ρ. Вычислите массовую долю (в %), мо­лярную долю, молярную концентрацию, молярную концентра­цию эквивалентов.

111-115. Какой объем раствора вещества A с массовой долей ω₁, (плотность ρ₁) следует взять для приготовления объема V₂ рас­твора с массовой долей ω₂ (плотность ρ₂)? Чему равна молярная концентрация полученного раствора?

116-120. К раствору вещества А объемом V_l с молярной кон­центрацией c₁ добавили воду объемом .... Плотность полученно­го раствора ρ₂. Чему равны молярная концентрация полученного раствора c₂ и массовая доля ω₂?

Электрохимические системы.

1 Окислительно-восстановительные реакции.

121-140. Окислительно-восстановительные реакции протекают по приведенным схемам. Для каждой реакции укажите: а) окислитель и восстановитель; б) какое вещество окисляется, какое вещество вос­станавливается. Составьте электронные уравнения и на основании их расставьте коэффициенты в уравнениях реакций.

2. Химические источники электричества.

Электродные потенциалы. Гальванические элементы

141-150. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, Суммарные ионно-молекулярное и молекулярное уравнения этих процессов, протекающих в гальваническом элементе. Вычислите величину электродвижущей силы (ЭДС) гальванического элемента при указанных молярных концентрациях растворов соответствующих солей.

151-160. Дайте обоснованный ответ, в каком направлении может самопроизвольно протекать заданная реакция? Составьте схему гальванического элемента, в котором протекает эта реакция. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное ионно-молекулярное уравнение. Определите ЭДС при концентрациях потенциалообразующих ионов в анодном и катодном пространстве, равных 1 ююю.

3. Электролиз

161-168. Электролиз водного раствора вещества X проводили с угольными электродами катодного и анодного процессов. Вычислите массы веществ, выделившихся на катоде и на аноде. Определите объем выделившихся газообразных веществ (н.у.).

169-175. Электролиз водного раствора вещества X проводили с анодом из материала Y при силе тока I. Составьте уравнения электродных процессов. Определите, сколько потребуется времени для окисления на аноде массы m_A соответствующего вещества. Составьте уравнения электродных процессов с угольным анодом.

176. При электролизе водных растворов KI и CuSO₄ в двух электролизерах, соединенных последовательно, масса одного из катодов увеличилась на 15,7 г. Какое количество электричества было пропущено через электролизеры? Составьте уравнения катодных и анодных процессов в каждом из электролизеров, если электроды угольные.

177. Через два соединенных последовательно электролизера, содержащих, соответственно, водные растворы Na₂SO₄ и AgNO₃, пропускали ток силой 10,0 А в течение 1 ч 40 мин. На какую величину увеличилась масса одного из электродов? Составьте уравнения всех катодных и анодных процессов, если электроды угольные.

178. Составьте уравнения процессов, протекающих на угольных электродах при электролизе: а) водного раствора MgCl₂; б) расплава MgCl₂. Вычислите массу веществ, выделяющихся на электродах в том и другом случаях, если через раствор и расплав пропустили ток силой 20,0 А в течение 1 ч 20 мин. Определите объем выделяющихся газов (н.у.).

179. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе водного раствора AgNO₃ с нерастворимым анодом; с растворимым серебряным анодом. Вычислите массу серебра и объем кислорода, выделившихся на электродах при электролизе водного раствора AgNO₃ с нерастворимым анодом, если время

180. Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на электродах при электролизе растворов MgSO₄ и ZnCl₂. Вычислите силу тока при электролизе раствора MgSO₄ в течение 1 ч 40 мин, если на катоды выделилось 1,4 л водорода (н.у.).

4. Коррозия и защита металлов

181-192. Какие коррозионные процессы могут протекать при контакте двух металлов? Составьте уравнения анодного и катодного процессов и результирующее (суммарное) уравнение процесса коррозии в заданных условиях. Если коррозия невозможна, то объясните, почему?

193. Приведите пример катодного покрытия для никеля. Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих в аэрируемом водном растворе и в солянокислой среде при частичном нарушении такого покрытия.

194. Приведите пример анодного покрытия для кадмия. Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих в сернокислом растворе и во влажном воздухе, при частичном нарушении такого покрытия.

195. Какие металлы можно использовать для протекторной защиты железа? Для одного из примеров напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии в аэрируемом водном растворе и в сернокислой среде.

196. В чем сущность катодной защиты от коррозии? Какие процессы протекают на электродах при катодной защите стального трубопровода, проложенного во влажном грунте?

197. К какому типу покрытий относится лужение (покрытие оловом) меди? Напишите уравнения анодного, катодного и суммарного процессов коррозии, протекающих во влажном воздухе и в сернокислой среде при частичном нарушении этого покрытия.

198-200. Возможна ли в средах (а) и (б) коррозия сплава, представляющего собой смесь мелкодисперсных кристаллов металлов X и Y?

В случае возможности коррозии составьте схему микрогальванических элементов, возникающих в процессе коррозии. Напишите уравнения анодного и катодного процессов и суммарное уравнение процесса коррозии. Если коррозия невозможна, то объясните, почему?