Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Задача 4 (автор Медведев Ю. Н.).






    1. Малорастворимы сульфат, тиосульфат и сульфит бария, причем сульфит и тиосульфат бария растворяется лишь при значительном подкислении (рН < 2). Тогда осадки сульфата бария могут образоваться при сливании растворов:

    KHSO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4¯ + KNO3 + HNO3

    K2S2O7 + H2O + 2Ba(NO3)2 = 2BaSO4¯ + 2KNO3 + 2HNO3

    K2S2O3 + BaCl2 = BaS2O3↓ + 2KCl

    Т. к. при растворении в воде происходит быстрая реакция гидролиза пиросульфат-иона:

    K2S2O7 + H2O = 2KHSO4

    Сульфит бария будет выпадать из растворов среднего сульфита калия и метабисульфита (кислого сульфита) калия:

    K2SO3 + Ba(NO3)2 = BaSO3¯ + 2KNO3

    K2S2O5 + Ba(NO3)2 + (H2O) = BaSO3¯ + 2KNO3 + SO2­ + (H2O)

    После продолжительного стояния осадки сульфата бария будут образовываться и из раствора персульфата (пероксодисульфата) калия и пероксосульфата (соли кислоты Каро):

    K2S2O8 + 2H2O = 2KHSO4 + H2O2

    K2SO5 + H2O = K2SO4 + H2O2

    При стоянии на воздухе дитионит, сульфит и метабисульфит будут окисляться на воздухе:

    2K2S2O4 + 3O2 + 2H2O → 4KHSO4

    2K2SO3 + O2 → 2K2SO4

    K2S2O5 + O2 +H2O → 2KHSO4

    2. Кислые соли (KHSO4, K2S2O7, K2S2O5) будут иметь кислую среду:

    HSO4 + H2O ⇄ SO42– + H3O+

    При растворении в воде пиросульфат превращается в гидросульфат и дает такую же кислотность раствора:

    S2O72– + H2O ⇄ 2HSO4

    Для оценки рН растворов можно использовать оценочное значение констант диссоциа­ции соответствующих кислот. Напомним, что согласно правилам Полинга, сила кислоты зависит от числа концевых атомов кислорода. При отсутствии концевых атомов кислорода кислота будет слабой и иметь константу примерно равную 10–7, например, хлорноватистая кислота. С увеличением числа концевых атомов кислорода на единицу сила кислоты возрастает на пять порядков:

    Kдисс возрастает, сила кислот возрастает

    Заметим, что в гидросульфат-ионе содержится два концевых атома кислорода, но электронный эффект одного из них компенсирован атомом кислорода, несущим отрицательный заряд.

    Так, константа диссоциации серной кислоты по второй стадии составит 10–2: HSO4 – одноосновная кислота с одним концевым атомом кислорода. Для определения концентрации ионов водорода запишем выражение для константы, где [ H +] = x,
    [ HSO 4] = 0, 1 – x:

    KII = [ H +]2/[ HSO 4] = x 2/(0, 1 – x) = 10–2

    x = 0, 027

    Полученный при растворении гидросульфата раствор будет иметь рН = –lg 0, 027 = 1, 57. Раствор, полученный растворением пиросульфата калия (2 M KHSO4), будет иметь меньшее значение рН: рН = –lg 0, 04 = 1, 4.

    Соли, образованные слабыми кислотами (сернистой кислотой по второй стадии, кислота Каро по второй стадии, тиосерной по второй стадии) будут иметь щелочную среду раствора:

    SO32– + H2O ⇄ HSO3 + OH

    SO52– + H2O ⇄ SO5H + OH

    S2O32– + H2O ⇄ HS2O3 + OH

    В обоих случаях оценочное значение второй константы диссоциации составляет 10–7.

    Kгидр = 10–14/10–7 = [OH]2/[HA] = 10–7; [OH] = 10–4; pOH = 4

    pH = 14 – pOH = 10

    В растворе метабисульфита в равновесии находятся ионы:

    S2O52– + H2O ⇄ 2HSO3

    (по своему составу ион HSO3 – одноосновная кислота без концевых атомов кислорода – слабая кислота с рК» 7). Полученный раствор может иметь слабокислую среду (рН» 3, 85).

    При длительном стоянии водных растворов K2S2O8, K2SO5 протекает полный гидролиз аниона:

    K2S2O8 + 2H2O = 2KHSO4 + H2O2

    (рН такого раствора, как и в случае K2S2O7, будет несколько меньше 2).

    K2SO5 + H2O = K2SO4 + H2O2

    (Получается нейтральный раствор).

    Как было сказано выше, при стоянии на воздухе растворы дитионита, сульфита и метабисульфита калия окисляются кислородом воздуха:

    2K2S2O4 + 3O2 + 2H2O → 4KHSO4 (рН раствора меньше 2)

    2K2SO3 + O2 = 2K2SO4 (нейтральный раствор)

    K2S2O5 + H2O + O2 = 2KHSO4 (рН раствора меньше 2).

    3. Соединения со связью S – S:

    K2S2O3, K2S2O4, K2S2O5, K2S2O6, K2S4O6.

    Соединения со связью O – O:

    K2SO5, K2S2O8.

    4. Окислителями в реакции с иоидид-ионом будут растворы персульфат-иона (до гидролиза и после гидролиза) и соль кислоты Каро:

    S2O82– +2I = 2SO42– + I2 (до гидролиза)

    H2O2 + 2I + 2H+ = I2 + 2H2O (после гидролиза)

    SO52– + 2I+ 2H+ = SO42– + I2 + H2O

    Восстановителями в реакциях с перманганат-ионом будут низшие соединения серы: сульфит, метабисульфит, дитионит, тиосульфат, дитионат, тетратионат и пероксид водорода, образующийся при гидролизе персульфат-иона и соли кислоты Каро:

    5SO32– + 2MnO4 + 6H+ = 5SO42– +2Mn2+ + 3H2O

    5S2O42– + 6MnO4 + 8H+ = 10SO42– + 6Mn2+ + 4H2O

    5S2O52– + 4MnO4 + 2H+ = 10SO42– + 4Mn2+ + H2O

    2MnO4 + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O

    5S2O32– + 8MnO4 + 14H+ = 10SO42– + 8Mn2+ + 7H2O

    5S2O62– + 2MnO4 + 2H2O = 10SO42– + 2Mn2+ + 4H+

    5S4O62–+ 2MnO4 + 2H2O = 10SO42– + 10S + 2Mn2+

     


    Система оценивания.

    1. а) по 0, 5 б. за 5 веществ, всего 2, 5 балла.

    б) по 0, 5 б. за 3 вещества, 1, 5 балла.

    уравнения реакций 2, 5 балла.

    2. По 1 б. за каждую оценку рН, всего 9 баллов

    3. а) по 0, 5 б. за 5 веществ, 2, 5 балла.

    б) по 0, 5 б. за 2 вещества, 1 балл.

    4. а) 2 балла, если указано 2 и более реакции 2 балла

    б) 4 балла, если указано 4 и более реакции 4 балла

    Итого – 25 баллов

     

     

    Задача 5 (автор Антонов А. А.)

    По горизонтали:

    3. Сванте Август Аррениус (швед. Svante August Arrhenius; 19 февраля 1859, имение Вейк, недалеко от Уппсалы — 2 октября 1927, Стокгольм) — выдающийся шведский физико-химик, лауреат Нобелевской премии по химии (1903).

    Дополнительные вопросы:

    а) H3PO2 ⇄ H2PO2 + H+

    NaClO2 = Na+ + ClO2

    б) Сульфат бария является нерастворимой солью, значит, в насыщенном растворе сульфата бария будет мало носителей заряда, и раствор практически не будет проводить электрический ток. Перхлорат натрия в воде растворим, при его диссоциации образуются ионы натрия и перхлорат-ионы, которые являются носителями заряда, следовательно, этот раствор будет проводить электрический ток.

    6. Фриц Габер (нем. Fritz Haber, 9 декабря 1868, Бреслау — 29 января 1934, Базель) — немецкий химик, лауреат Нобелевской премии по химии (В 1919 году за 1918 год).

    Дополнительные вопросы:

    а) N2 + 3H2→ 2NH3

    б) Например, с использованием лития (вместо лития можно использовать магний):

    6Li + N2→ 2Li3N

    Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3

    в) Необходимый водород получают конверсией метана, либо газификацией угля:

    CH4 + H2O CO + 3H2

    C + H2O CO + H2

    CO + H2O CO2 + H2

    г) Габер участвовал в разработке и подготовке к использованию первого химического оружия, примененного во время Первой мировой войны. Жена Фрица Габера была категорически против работ по получению химического оружия, и 15 мая 1915 г. она застрелилась после первого применения хлора 22 апреля 1915 г.

    7. Карл Бош (нем. Carl Bosch, 27 августа 1874, Кельн — 26 апреля 1940, Гейдельберг) — немецкий химик.

    Дополнительные вопросы:

    а) Нитраты (калия, натрия, аммония) являются составной частью взрывчатых веществ и пороха, а т. к. в Германии практически не было селитряных месторождений, то нитраты необходимо было получать искусственно.

    б) Сейчас азот фиксируют для получения удобрений и взрывчатых веществ.

    в) В Германии также нет запасов углеводородов, необходимых для получения топлива для техники. При взрывах реакции идут при высоком давлении и высокой температуре и в результате образуются углеводороды:

    С + H2O → CO + H2

    nCO + (2n+m)/2H2→ CnHm + nH2O

    8. Вильгельм Фридрих Оствальд (нем. Wilhelm Friedrich Ostwald, латыш. Vilhelms Ostvalds; 2 сентября 1853, Рига, Российская империя — 4 апреля 1932, Лейпциг, Германия) — физико-химик и философ-идеалист, лауреат Нобелевской премии по химии 1909 года.

    Дополнительные вопросы:

    а) – закон разбавления Оствальда (где a – степень диссоциации, с – концентрация кислоты). Решая квадратное уравнение при концентрации 0, 1 М, получаем a = 0, 013. При разбавлении в 2 раза (т. е. при концентрации 0, 05 М) получаем a = 0, 019. Т. е. степень диссоциации увеличится в 1, 5 раза.

    б) В идеальном газе предполагается отсутствие сил притяжения и отталкивания между частицами. В идеальном растворе силы межмолекулярного взаимодействия между частицамирастворителя и растворенного вещества равны. Т. е. в идеальном газе межмолекулярные взаимодействия не учитываются, а в идеальном растворе учитываются.

     

    По вертикали:

    1. Сэр Уильям Рамзай (англ. Sir William Ramsay; 2 октября 1852, Глазго — 23 июля 1916, Хай-Уиком) — английский химик, лауреат Нобелевской премии по химии 1904 года.

    Дополнительные вопросы:

    а) KBrO3 + XeF2 + 2KOH → KBrO4 + Xe + 2KF +H2O

    б) Найдем молярную массу газовой смеси:

    (г/моль), далее допустим, что мольная доля криптона равна x, тогда получим уравнение 84 x + 44(1 – x) = 64, решая его, получаем, что мольная доля криптона равна 50 %. Тогда массовая доля криптона в смеси будет равна w = 0, 5∙ 84 / 64=0, 66.

    2. Эрнест Резерфорд (англ. Ernest Rutherford; 30 августа 1871, Спринг Грув — 19 октября 1937, Кембридж) — британский физик новозеландского происхождения. Лауреат Нобелевской премии по химии 1908 г.

    Дополнительные вопросы:

    а) Уменьшение массового числа может происходить только из-за α -распадов. При каждом α -распаде массовое число уменьшается на 4. Тогда количество α -распадов в ряду – (238 – 206)/4 = 8. При каждом α -распаде количество протонов в ядре уменьшается на 2. Если не происходило ни одного b-распада, то в ядре осталось бы 92 – 8∙ 2 = 76 протона. Однако в ядре свинца 82 протона, значит, в ряду произошло 6 β -распадов.

    Определим константу распада для урана-235 и урана-238:

    , тогда k 238=1, 55 ∙ 10–10лет, k 235=9, 85 ∙ 10–10лет.

    Далее имеем:

    Соответственно с 0 – начальная концентрация 238235U, t – время, прошедшее с момента образования Земли.

    Далее имеем:

    Решая эту систему уравнений, получаем

    4. Николай Николаевич Семёнов (3 (15 апреля) 1896, Саратов — 25 сентября 1986, Москва) — советский физико-химик, один из основоположников химической физики, академик АН СССР (1932; член-корреспондент с 1929), единственный советский лауреат Нобелевской премии по химии (получил в 1956 году совместно с Сирилом Хиншелвудом).

    5. Илья Романович Пригожин (фр. Ilya Prigogine; 25 января 1917, Москва, Российская империя — 28 мая 2003 Остин, Техас, США) — бельгийский и американский физик и химик российского происхождения, лауреат Нобелевской премии по химии 1977 года.

     

    Система оценивания:

    1. По 1 б. за каждого ученого – всего 8 баллов

    2. Дополнительные вопросы:

    1а. 1 б. за верную реакцию

    1б. 1 б. за массовую долю криптона.

    2а. по 0, 5 б. за количество a- и β -распадов = 1 б.

    2б. 2 б. за определение возраста Земли

    3а. по 0, 5 б. за каждое вещество = 1 б.

    3б. по 0, 5 б. за каждое вещество = 1 б.

    6а. 1 б. за реакцию

    6б. 1 б. за получение аммиака из неорганических соединений

    6в. 1 б. за получение водорода (0, 5 б. за некрупнотоннажный синтез)

    6г. 1 б. за предположение о химическом оружии

    7а. 1 б. за важность азота для Германии

    7б. 1 б. за связывание азота в наши дни

    7в. 1 б. за получение топлива

    8а. 2 б. за изменение степени диссоциации

    8б. 1 б. за идеальный газ и раствор.

    Итого 25 балов






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.