МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ до самостійної роботи з дисципліни «ХІМІЯ»

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

КРИВОРІЗЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

кафедра хімії

 

 

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до самостійної роботи з дисципліни «ХІМІЯ»  

ЗМІСТ МОДУЛЯ I

1.1. Предмет хімії і основні хімічні поняття. 4 1.2. Основні закони хімічної взаємодії 6 1.3. Запитання для самоконтролю.. 11

Основні хімічні поняття і стехіометричні закони

 

Предмет хімії і основні хімічні поняття

Згідно з атомно-молекулярним вченням об’єктом хімії є молекули й атоми. Молекула – це найменша частинка речовини, що зберігає склад і… Молекула складається із атомів, кількість яких може бути різною. Так, молекули… Однак у всіх випадках частинки, що утворюють речовину, є молекулами. Багато речовин у твердому і рідкому стані,…

Основні закони хімічної взаємодії

З точки зору атомно-молекулярного вчення закон збереження маси речовин пояснюється тим, що під час хімічних реакцій загальна кількість атомів не… Закон збереження маси є основним законом хімії. Всі розрахунки за хімічним… Закон сталості складу (Ж.Л.Пруст, 1801): Співвідношення між масами елементів, що входять до складу даної…

Запитання для самоконтролю

1. Що вивчає наука хімія? В чому суть хімічних перетворень?
2. Що таке атом, молекула, хімічний елемент, проста та складна речовини, алотропія, сталість складу речовин?
3. Що таке атомна і молекулярна маси? Як вони визначаються?
4. Що таке кількість речовини, моль, молярна маса?
5. Що таке валентність? Як вона визначається?
6. Як складають хімічні формули? Які є типи хімічних формул?
7. Які розрахунки слід проводити за хімічними формулами?
8. Як пояснити закон збереження маси речовин з позицій атомно-молекулярного вчення? Яке значення має цей закон?
9. Чому закон Авогадро справедливий тільки для газів? Як використовують цей закон при хімічних розрахунках?

 

Задачі для самоконтролю

1. Які з перелічених речовин слід віднести до простих, а які - до складних: кокс, кварц, рубін, алмаз, гіпс, радон, озон, водяна пара, сажа, олеум, повітря, мельхіор, купорос, чавун?

2. Що таке валентність? Як її визначають? Визначте валентність елементів у сполуках: NH₃, A1₂S₃, Ca₃P₂, CO₂, Mg₂Si, SF₆, SiC, OsO₄.

3. Обчисліть масові частки елементів у сполуках: СаСО₃, Н₂О, КОН.

4. У скількох грамах руди, що складається з 50% Fe₂O₃ і пустої породи, міститься 28 г чистого заліза?

5.У зразку руди міститься 62% магнетиту Fe₃O₄, решта - пуста порода. Визначте вміст заліза в руді, якщо в пустій породі заліза немає.

6.Обчисліть, скільки молекул містить: а) 1 л аміаку за н.у.; б) 1 мл води за 277 К; в) 0,1 моль СО₂; г) 3 г оксиду нітрогену (II).

7. Деякий газ знаходиться в закритій посудиш об'ємом 10 л за температури 273 К і тиску 10⁶ Па. Як зміниться тиск у посудині, якщо: а) підвищити температуру на 50°С; б) зменшити кількість газу в посудині на 2 моль?

8. Стальний балон для зберігання кисню об'ємом 50 л розрахований на тиск до 1 мПа і температуру до 50°С. Скільки г кисню можнамаксимально помістити в балон, якщо зарядка проводиться при 273 К?

9.Які ви знаєте способи визначення молярної маси газоподібних речовин? Складіть власні приклади.

10.Маса 1 л газу за н.у. складає 1,964 г. Визначте молекулярну масу газу і густину його за повітрям.

11. Обчисліть молярну масу газу, 6 г якого за температури 750 К і тиску 83,1 кПа займають об'єм 7 л.

12.1 г деякого газу за нормальних умов займає об'єм 315,5 мл. Визначте молярну масу газу, його густину за воднем та масу однієї молекули в гра­мах. Визначте молекулярну формулу цього газу, якщо відомо, що він є про­стою речовиною.

13. Об'ємна частка вуглекислого газу в повітрі складає 0,03%. Визначте масу, кількість моль та кількість молекул вуглекислого газу в приміщенні об'ємом 150 м³ (н.у).

 

Основні класи неорганічних сполук

Хiмiчнi сполуки рiзного якiсного та кiлькiсного складу подiляють на дві великi групи: неорганiчнi сполуки та органiчнi. Складні неорганiчнi сполуки дiлять на основнi та неосновнi класи. До основних класiв неорганiчних сполук вiдносять: оксиди, основи, кислоти та солi.

Взаємозв'язок між найважливішими класами неорганічних речовин ілюструє класична схема (рис.2.1).

Оксиди

Оксиди – це складні речовини, що складаються з двох елементів один з яких оксиген(кисень) в ступені окиснення -2

У оксидах усі атоми оксигену безпосередньо зв'язані з атомами більш електропозитивних елементів, а співвідношення компонентів відповідає правилам валентності, на відміну від усіх інших сполук елементів з оксигеном (пероксидів, супероксидів, озонідів, субоксидів).

У сполуках оксигену з флуором (фтором) аніоноутворю-вачем є більш електронегативний флуор, тому, наприклад, сполуку OF₂ відносять не до оксидів, а до фторидів, у яких ступінь окиснення оксигену +2.

Трапляються кисневі сполуки, якi можна вважати змішаними оксидами, або ж солями, утвореними металом та кислотою того ж металу у вищому ступені окиснення, наприклад:

Pb₂O₃ = PbO·PbO₂ = PbPbO₃ ; Fe₃O₄ = FeO·Fe₂O₃ = Fe(FeO₂)₂.

При написаннi структурних формул оксидiв необхiдно пам'ятати, що в оксидах, до складу яких входять кiлька атомiв одного і того ж елемента, зв'язок мiж ними здiйснюється через оксиген, наприклад: N₂O₃ - O=N-O-N=O.

За здатністю утворювати солі розрізняють несолетворні (N₂O, NO, CO) та солетворні оксиди. Останні поділяють на кислотні (СО₂, N₂O₅, CrO₃), основні (CaO, Na₂O, CrO) і амфотерні (ZnO, AI₂О₃, Сг₂О₃). В табл.1.1 наведено дані про хімічний характер оксидів залежно від ступеня окиснення елемента, а також формули відповідних гідратів оксидів.

 

 

Рис.2.1. Схема взаємозв`язку між основними класами неорганічних сполук

За сучасною номенклатурою назви оксидів починаються словом "оксид", далі йде назва відповідного елемента в родовому відмінку, а якщо елемент^: утворює кілька оксидів, вказують його ступінь окиснення, наприклад, Al₂O₃ – оксид алюмінію, FeO – оксид феруму(II), Fе₂O₃ – оксид феруму(ІІІ), Р₂О₅ – оксид фосфору(V), С1₂О₇ – оксид хлору (VII) і т.д.

Кислотними називають оксиди, яким відповідають кислоти. Утворюють кислотні оксиди, як правило, неметали, а також метали з високим ступенем окиснення (від +5 до +8).

Таблиця 2.1.

Хімічний характер оксидів та відповідних їм форм гідратів оксидів

Ступінь окис-нення еле- мента	Фор-мула оксиду	Формула кислоти, гідрок-сиду	Хімічний характер оксидів
Основний	Амфотерний	Кислотний
+1	Е2О	Е(ОН)	Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Cu*, Ag*, Au*, Tl, Hg*	—	СІ, Вг
+2	EО	Е(ОН)2	Mg, Ca. Sr, Ba, Ra, Cd, Hg*, Eu, Sm, Yb, V, Cr, Mn, Re, Fe, Co,Ni	Be, Zn, Cu, Ge, Sn, Pb	—
+3	Е2О3	Е(ОН)3 ЕО(ОН)	Y, La, Ac, Tl, Ce. Gd, Yb, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Bi, V, Mn, Re	Au, Al, Ga, In, Sc, Sb, Cr, Fe, Ni, Co, Ir, Rh	В, N, Р, As
+4	EО2	Е(ОН)4 ЕО(ОН)2	Th, U, Pu, Am, Cm, Np	Ce, Ge, Sn, Pb, Ті, Zr, V, Mn	С, Si, S, Se, Те
+5	Е2О5	Е(ОН)5 ЕО(ОН)3 ЕО2(ОН)	Pa, Np, Pu	Nb, Та	N, Р, V, As, Sb
+6	ЕО3	ЕО2(ОН)2	—	U, Np, Pu, Am	S, Se, Те, Сг, Мо, W, Mn*, Re, Fe*, Xe
+7	Е2О7	ЕО3(ОН)	—	—	СІ, І, Mn, Re
+8	EО4	ЕО2(ОН)4	—	—	Os, Ru, Xe

*) елементи, для яких гідрати оксидів у вільному стані не добуто

 

При взаємодії з основами та основними оксидами кислотні оксиди утворюють солі, причому кислотний оксид входить до кислотного залишку:

СО₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + Н₂О; SiO₂ + СаО = СаSiO₃

СгО₃ + 2КОН = К₂СrO₄ + Н₂О ; N₂O₅ + Na₂О = 2NaN0₃

Р₂0₅+ ЗСа(ОН)₂ = Са₃(Р0₄)₂+ ЗН₂О; Mn₂O₇ + ВаО = Ba(MnO₄)₂

Більшість кислотних оксидів реагують з водою, утворюючи кислоти:
SO₃ + H₂O = H₂S0₄; N₂0₅ + Н₂0 = 2HN0₃ ,

але є оксиди, які з водою безпосередньо не взаємодіють (SiO₂, MoO₃). Їм відповідають нерозчинні у воді кислоти (H₂SiO₃, H₂MoO₄), які можна добути з відповідних солей реакціями обміну.

Якщо будь-яким способом від кислоти відняти воду, лишиться кислотний оксид. Тому кислотні оксиди ще називають ангідридами кислот (зневоднена кислота). На практиці, щоб знати, який ангідрид відповідає тій чи іншій кисневій кислоті, треба подумки відняти від кислоти воду до повного вилучення атомів гідрогену. Якщо ж до оксиду додати воду, знайдемо формулу кислоти, яка йому відповідає. Наприклад, кислотам H₂SeO₄, H₃PO₄, НСІО₄, Н₃ВО₃, відповідають ангідриди SeO₃, P₂O₅, C1₂O₇, B₂O₃, a оксидам SO₂, N₂O₃, V₂O₅, C1₂O, CrO₃, Мп,О₇, відповідають кислоти H₂SO₃, HNO₂, HVO₃, HC1O, H₂CrO₄, HMnO₄.

Основним оксидам відповідають основи. Утворюють їх метали з низь­ким ступенем окиснення +1 або +2. Реагуючи з кислотами і кислотними оксидами, основні оксиди утворюють солі:

СuO + 2HNO₃ = Сu(NО₃)₂, Ag₂O + СгО₃ = Ag₂CrO₄

З водою основні оксиди, як правило, не реагують, за винятком оксидів самих активних металів - лужних і лужноземельних:

Li₂O + Н₂О = 2LiOH BaO + H₂O = Ba(OH)₂

Амфотерні оксиди мають властивості як основних, так і кислотних оксидів. Це залежить від того, з чим даний амфотерний оксид реагує - з кислотою (кис­лотним оксидом) чи з лугом (основним оксидом). Амфотерні оксиди утворю­ють теж лише метали, але із ступенем окиснення +3, +4, (іноді +2): BeO, ZnO, АІ₂О₃, SnО₂ та інш.

При вивченні хімічних властивостей амфотерних оксидів інколи труднощі викликають рівняння реакцій взаємодії їх з лугами та основни­ми оксидами. Слід пам'ятати, що обов'зковим продуктом таких реакцій є сіль, а оскільки амфотерний оксид виступає при цьому в ролі кислотного, він входить до кислотного залишку солі. Щоб визначити склад кислотного залишку, треба, як уже говорилося, подумки додати до оксиду воду (на­справді, амфотерні оксиди з водою не реагують) і встановити, яка кислотна форма відповідає даному оксиду. Так, оксиду ZnO відповідає кислотна фор­ма H₂ZnО₂, у оксиду А1₂О₃ є дві кислотні форми: НА1О₂ і Н₃А1О₃, оксиду SnO₂ відповідає кислота Н₂SnO₃ і т. д.

А1₂О₃+ 2NaOH 2NaAlO₂+ Н₂О; ZnO + ВаО BaZnO₂

Al₂O₃ + 6NаОН 2Nа₃АlO_з+ЗН₂О; SnO₂+K₂OK₂SnO₃

З кислотами та кислотними оксидами амфотерні оксиди реагують як основні:

ZnО + 2НСІ = ZnCl₂ + Н₂О; А1₂О₃+3SO₃Al₂(SO₄)₃
Таким чином, аналізуючи рівняння реакцій за участю оксидів приходимо до висновку, що між собою реагують оксиди, наділені протилежними функціями - кислотною і основною. Внаслідок реакції утворюється тільки сіль. При взаємодії оксидів з кислотою чи основою обов'язковими продуктами реакцій є сіль і вода.

Є кілька загальних способів добування оксидів, які широко застосо­вуються на практиці:

1) найпростіше оксид добути при взаємодії двох простих речовин за реакцією сполучення, але так можна одержати далеко не всі оксиди:

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃ 2Mg + O₂ = 2MgO

4P + 5O₂ = 2P₂O₅ S + O₂ SO₂

2) розклад складних кисневмісних речовин при нагріванні: H₂SiO₃SiO₂+H₂O NH₄NO₃N₂0+2Н₂0

2Аu(ОН)₃ Аu₂О₃ + ЗН₂О СаСОз СаО + СО₂

Cu(ОН)₂ СuО + Н₂О 4HNО₂ 2HNО₃ +NO+ Н₂О

3) горіння (окиснення) складних речовин у присутності кисню:

4NH₃+50₂ 4NO+6H₂0; СН₄+20₂С0₂ +2Н₂0

2ZnS+30₂2ZnO+2S0₂ ; 2NO₂ +O₃ N₂О₅ + O₂

г) з інших оксидів:

N0₂ +N0 = N₂O₃ ; Fе₂О₃ + C02FеО+C0₂

 

Гідрати оксидів

Основи

За теорією електролітичної дисоціації Арреніуса дооснов належать сполуки, які складаються з катіонів (металів, амонію) і гідроксогруп ОН^-, здатних заміщуватись на кислотний залишок, для їх назви ще часто використовують загальний термінгідроксиди: NaOH - гідроксид натрію, NH₄OH- гідроксид амонію, Fe(OH)₂ - гідроксид феруму (II), Fe(OH)₃ - гідроксид феруму (III) і т.д. Основи ділять на розчинні у воді або луги (гідроксиди найбільш активних металів - лужних та лужноземельних) і практично нерозчинні - гідроксиди інших металів.

Носієм основних властивостей у водних розчинах є гідроксильні групи ОН^-, які утворюються в процесі розчинення і електролітичної дисоціації вказаних сполук і зумовлюють мильні на дотик властивості розчину, забарвлення індикаторів і характерні хімічні властивості. Завдяки йонному зв'язку розчинні у воді гідроксиди металів (луги) практично повністю дисоціюють на йони і мають високу хімічну активність. Нерозчинні гідроксиди надсилають луже мало ионів ОН^-у розчин і тому в хімічному відношенні досить інертні.

Всі без винятку основи взаємодіють з кислотами (реакція нейтралізації), внаслідок чого утворюються сіль і вода:

2NaOH + Н₂SiОз = Na₂Si0₃ + 2Н₂О

Cu(OH)₂ + 2НNО₃= Cu(N0₃)₂ + 2Н₂О

Крім того, луги взаємодіють з оксидами (кислотними і амфотерними):

Ва(ОН)₂ + СО₂ = ВаСО₃ + Н₂О

2КОН+Сr₂О₃ =2КСrО₂ + Н₂О

солями, витискуючи нерозчинні у воді й газоподібні продукти:

2NaOH+CuS0₄=Na₂SO₄+Cu(OH)₂↓

Ba(OH)₂+Na₂SО₄=2NaOH+BaS0₄↓

Ca(OH)₂+2NH₄Cl =СаС1₂+2Н₂0+2NНз↑

Більшість основ, крім гідроксидів лужних металів, при нагріванні розкладаються на відповідний оксид і воду:

2А1(ОН)₃ АІ₂О₃ + ЗН₂О; Са(ОН)₂СаО + Н₂О

Луги добувають при взаємодії металу або його оксиду з водою, а також з солей шляхом обмінних реакцій з іншими лугами:

2Li +2Н₂О = 2LiOH + Н₂; СаО+Н₂0=Са(ОН)₂

К₂СО₃ +Са(ОН)₂ = 2КОН + СаСО₃

Основи, які мають промислове значення (NaOH, KOH), одержують у великих масштабах електролізом водних розчинів їх солей:

2NaCl+2H₂0 2NaOH + H₂↑ + Cl₂↑

катод анод

Амфотерні гідроксиди

2Cr(OH)3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 6H20, якщо ж до нього додавати луг, проявляється кислотна функція, і метал. що… Сг(ОН)3 + NaOH= Na[Cr(OH)4] - у водному розчині,

Кислоти

Назви безкисневих кислот походять від назв елементів, що їх утворюють, або від міжнародних назв кислотних залишків з закінченням-на: НС1 -… Згідно з правилами IUPAC назви кисневих кислот також походять під міжнародних… - хлорна - сірчана - ванадієва

Солі

Солі визначають або як продукт заміщення атомів гідрогену кислоти на метал, або як продукт нейтралізації кислоти основою. Як правило, це йонні сполуки, які при розчиненні у воді легко дисоціюють на катіони (ме­талу, амонію) і аніони кислотного залишку. Розрізняють солі середні, кислі, основні, комплексні та деякі інші.

Середні солі - це продукт повної нейтралізації кислоти основою:

Н₃РО₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + ЗН₂О

Кислі солі - продукт неповної нейтралізації багатоосновної кислоти основою:

Н₃Р0₄ +2NaOH=Na₂HP0₄ +2Н₂О
H₃P0₄+NaOH=NaH₂P0₄ + H₂0

Основні солі - продукт неповної нейтралізації багатокислотної основи кислотою:

Mg(OH)₂ + HCl = MgOHCl + H₂0

Комплексні солі - численний клас сполук, до складу яких входять комплексні йони, утворені за донорно-акцепторним механізмом зв'язку:

Na[Al(OH)₄]; K₃[Fe(CN)₆]; [Cu(NH₃)₄]SO₄

Номенклатура солей включає назви катіона і кислотного залишку. Спо­чатку називають кислотний залишок, причому слід давати його міжнарод­ну назву, а потім катіон в родовому відмінку із ступенем окиснення в разі потреби:

АІСІ₃ -хлорид алюмінію Са₃(РО₄)₂ - ортофосфат кальцію
Na₂S - сульфід натрію NaPO₃ - метафосфат натрію
Li₂SO₃ - сульфіт літію Ва(АІО₂)₂ - метаалюмінат барію
FeSO₄ -сульфатферуму(ІІ) КMnО₄ - манганат(VІІ) калію
Cr(NO₃)₃-нітрат хрому (III) Ag₂CrO₄ - хромат аргентуму
NH₄NO₂ -нітрит амонію К[АІ(ОН)₄] - тетрагідроксоалюмінат калію

В кислих солях до назви кислотного залишку включають початок най­менування гідрогену - "гідро", а в основних - назву гідроксильної групи "гідроксо":

Mg(HCO₃)₂ - гідрокарбонат магнію КН₂РО₄- дигідрофосфат калію
(СиОН)₂СО₃-гідроксокарбонат міді(II); АІ(ОН)₂СІ–дигідроксохлорид алюмінію

Найважливіші реакції утворення солей були розглянуті при вивченні оксидів, кислот і основ. Перегляньте ще раз цей матеріал і випишіть рівняння відповідних реакцій. Допо­може вам в цьому й схема генетичного зв'язку між класами неорганічних сполук (рис.2.2).

З хімічних властивостей найбільш характерні реакції взаємодії солей з металами і неметалами, кислотами і лугами, з водою та іншими солями, а також розклад солей при нагріванні:

1) Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu

2AgNO₃+Cu=Cu(N0₃)₂ + 2Ag

2) 2KBr + CI₂ = 2KCI + Br₂

2KI + Br₂ = 2KBr + H₂

Рис.2.2. Генетичний зв'язок між класами неорганічних сполук

3) Na₂CO₃ + 2СН₃СООН =2CH₃COONa + H₂O + CO₂

Ca₃(P0₄)₂ + 2H₂S0₄ = 2CaS0₄ + Ca(H_zPO₄)₂

4) K₂CO₃ + Ba(OH)₂ = BaCO₃↓ + 2KOH

FeCl₃ + 3KOH = 3KC1 + Fe(OH)₃

5) Pb(NO₃)₂ + K₂S = 2KNO₃ + PbS↓

AgNO₃ + KI = KNO₃ +AgI↓

6) 2NaHCO₃ Na₂CO₃ + H₂O + CO₂

4KC1O₃ KC1 + 3KC1O₄

7) CuSO₄ + 5H₂O = CuSO₄·5H₂O - утворення кристалогідратів

8) K₂SO₃ + H₂O ↔ KHSO₃ + KOH - гідроліз

ZnCl₂ + H₂O ↔ ZnOHCl + HCl

CH₃COONH₄ + H₂O ↔CH₃COOH + NH₄OH

 

Запитання для самоконтролю

1. Який існує взаємозв'язок між найважливішими класами неорганічних сполук?

2. Як поділяють сполуки з оксигеном за складом і властивостями?

3. Що таке оксиди? Які бувають оксиди? Їх номенклатура.

4. Які хімічні властивості характерні для солетворних оксидів?

5. Які найбільш розповсюджені способи добування оксидів?

6. Що таке гідроксиди? Як їх розрізняють за складом і властивостями?

7. Дати визначення понять основи, кислоти та солі.

8. Що таке луги? З чим взаємодіють луги і як їх добувають?

9. Що характерно для амфотерних гідроксидів?

10. Що таке кислоти? Їх номенклатура і графічні формули.

11. Які загальні властивості і способи добування характерні для кислот?

12. Які бувають солі за складом і властивостями?

13. Які найважливіші реакції солетворення? Які хімічні властивості характерні для солей?

 

Задачі для самоконтролю

1. Дайте назви і вкажіть хімічний характер оксидів: Cs₂O; SiO₂; MnO; MnO₂; Mn₂O₇; N₂O; N₂O₃; N₂O₅; C1₂O; C1₂O₇. Які з цих оксидів реагують з водою? Складіть рівняння відповідних реакцій.

2. 3 якими із вказаних речовин реагують оксиди натрію та силіцію(IV): HNO₃; H₂O; P₂O₅; Ba(OH)₂; CuSO₄; MgO? Наведіть рівняння відповідних реакцій.

3. Які з наведених оксидів попарно реагують один з одним: АІ₂О₃; СаО; SO₃; Li₂O; SiO₂? Складіть рівняння відповідних реакцій.

4. Наведіть назви і графічні формули кислот: НАІО₂; НВО₂; Н₃ВО₃; НМпО₄; НРО₃; Н₃РО₃; Н₃РО₄. Напишіть формули ангідридів цих кислот.

5. Як дисоціює при розчиненні у воді та які має хімічні властивості ортофосфатна (фосфорна) кислота? Наведіть рівняння реакцій.

6. 3 якими із вказаних речовин буде взаємодіяти розведена сірчана (суль­фатна) кислота: Cu; CuO; FeS; FeO; Fe; Fe(OH)₃; SiO₂; SnO₂; BaCl₂; CaCO₃? Складіть рівняння відповідних реакцій.

7. Скільки осаду утвориться при взаємодії 4,9 г сірчаної (сульфатної) кислоти і 10,4 г хлориду барію? (Відповідь: 11,65 г).

8. З якими із зазначених речовин взаємодіє гідроксид калію: FeO, CuSO₄; Al(OH)₃; P₂O₅; H₂SiO₃; FeI₂? Наведіть рівняння реакцій.

9. Напишіть рівняння реакцій термічного розкладу таких сполук: Cu(OH)₂; BaC0₃; LiOH; Ca(HCO₃)₂; H₃BO₃; NH₄Cl; H₂SiO₃; (NH₄)₂CO₃.

10. На прикладі гідроксиду алюмінію продемонструйте способи добування і хімічні властивості амфотерних гідроксидів.

11. Наведіть назви солей та рівняння електролітичної дисоціації при розчиненні їх у воді: FeCl₃; KH₂PO₄; A1₂(SO₄)₃; K₃[A1(OH)₆]; MgOHCl; (NH₄)₂Cr0₄. ,

І2. Запишіть формули солей, виразивши їх через формули оксидів, за допомогою яких вони утворені:

CaCO₃; Mg₃(P0₄)₂; NaC10₄ Ва(С1О)₂; Zn(NO₂)₂; Na₂ZnO₂; KA1O₂; LiHSO₄; K₃A10₃; Са(Н₂РО₄)₂; AlOHSO₄; К₂Сг₂О₇.

13. Складіть рівняння реакцій нейтралізації, внаслідок яких можна одер­жати солі:

CuSO₄; Са₃(Р0₄)₂; Cr(NO₃)₃; К₂СгО₄; ВаНРО₄; КMnО₄; КСІО.

14. Наведіть можливі способи добування і хімічні властивості: а) хло­риду натрію; б) карбонату кальцію; в) сульфату барію.

15. В розчин CuSO₄ занурили залізну пластинку масою 10 г. Скільки міді виділилося з розчину, якщо маса пластинки збільшилась до 10,8 г? (Відповідь: 6,4 г).

16. Користуючись схемою генетичного зв'язку між класами неорган­ічних сполук (рис. 1.2), складіть рівняння реакцій можливих перетворень, взявши за вихідні такі речовини: SO₃; A1(OH)₃; ZnO; KOH; SiO₂; HC1; СаО.

17.Складіть рівняння реакцій для здійснення таких перетворень:

а) Ва → Ва(ОН)₂ → ВаСІ₂ → Ba(NO₃)₂ → BaSO₄ → Ba(HSO₄)₂;

б) Zn → ZnO → Na₂Zn0₂ → ZnCl₂ → Zn(OH)₂ → K₂[Zn(OH)₄];

в) P → P₂0₅ → H₃P0₄ → Ca(H₂P0₄)₂ → CaC0₃ → Ca(HCO₃)₂;

г) Fe → FeCl₂ → Fe(OH)₂ → Fe(OH)₃ → Fe₂O₃.

Назвіть всі речовини.

 

 

 

Будова атома. Періодичний закон Д.І.Менделєєва

 

Загальні уявлення про будову атома, природа електрона і характеристики його стану в атомі

Основна маса атома зосереджена в ядрі і характеризується масовим числом А, яке дорівнює сумі чисел протонів (тобто заряду ядра) Z і ней­тронів N: … A = Z + N Таблиця 3.1.

Квантові числа

Головне квантове число - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7... Енергетичні рівні – K, L, M, N, O, P, Q... Максимальна кількість енергетичних рівнів, яку може мати атом в основному стані, відповідає номеру періоду, в якому…

Розподіл електронів в атомі, електронні й електронно-графічні формули елементів

Згідно з принципом найменшої енергії найстійкішому стану електрона в атомі відповідає найменша енергія. Тому електрони розміщуються в першу чергу на… Послідовність заповнення атомних орбіталей залежно від значення головного та…

S 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d.

Таблиця читається по рядках зверху донизу, кожен рядок читається зліва направо.  

Періодичний закон та періодична система елементів Д.І.Менделєєва

Періодичний закон формулюється так: Властивості елементів, а також форми і властивості сполук елементів перебувають у періодичній залежності від… Графічним зображенням цього закону є періодична система, що поділена на… Перший період вміщує 2 елементи (1s2); другий і третій – по 8 (ns2np6); четвертий і п’ятий – по 18 (ns2np6(n-1)d10);…

Радіуси атомів та йонів елементів

Зміна радіусів атомів елементів у періодичній системі має періодич­ний характер (див. рис. 3.4, а): · у періодах зліва направо |—»| у міру збільшення зарядів ядер (тобто… · у групах зверху донизу |↓| заряди ядер атомів зростають стрибкоподібно, але одночасно збільшується і число…

Закономірності зміни енергетичних характеристик елементів.

Хімічна активність елемента визначається здатністю його атомів відщеплювати чи приєднувати електрони. Кількісно ця здатність атомів елементів оціню­ється за допомогою двох енергетичних характеристик: 1) енергії (потен­ціалу) йонізації; 2) енергії спорідненості до електрона.

Енергія йонізації

Аналізуючи данні рис.3.4,б, можна зробити відповідні висновки. • У групах елементів зверху вниз зі зростанням радіусів атомів змен­шується… • У періодах елементів зліва направо |—»| у міру зменшення радіусів атомів і водночас зростання ступеня заповнення…

Енергія спорідненості до електрона

Характер зміни значень Eсп в групах і періодах системи елементів на­ведено в табл. 3.2. Таблиця 3.2. Енергія спорідненості до електрона атомів деяких елементів. Символ Електронна формула Eсп,…

Електронегативність атомів

Фізичну суть електронегативності æ можна уявити як питому густину валентних електронів, тобто як електронну густину, яка припадає на оди­ницю… Зауважимо, що хімічні елементи за своєю природою двоїсті, тому поділ їх на… Такою характе­ристикою запропоновано вважати енергію, яка є сумою енергії йонізації I1 та енергії спорідненості до…

Запитання для самоконтролю

 

1.Назвіть хоча б одне експериментальне підтвердження хви­льової природи електрона. Хто з учених вперше висловив ідею про двоїсту природу електрона?

2.Стан кожного електрона в атомі характеризується чотирма квантовими числами — назвіть і вкажіть фізичний зміст кожного з них.

3.Відомі чотири стабільні ізотопи Барію з масовими числами 135, 136, 137 і 138. Яке число протонів і нейтронів у ядрах кожного з нуклідів?

4.Назвіть ізотопи елемента, масові числа яких відрізняються у півтора і більше раза.

5.Який атомний номер і приблизна атомна маса елемента, ядро якого складається з 81 протона і 122 нейтронів? Напишіть пов­не позначення цього нукліда, вказавши хімічний символ, атомний номер і масове число.

6.Запишіть значення усіх квантових чисел для двох елек­тронів, що містяться на 4s-орбіталі.

10.Напишіть набори усіх чотирьох квантових чисел для кожного з електронів, що містяться на Зр-орбіталях.

11.Поясніть, чому в періодичній системі елементів Аг, Co Те, Th, U розміщені відповідно перед К, Ni, I, Pa, Np, хоча і мають більшу відносну атомну масу.

12.Беручи до уваги правила квантування, виведіть формулу, що виражає місткість енергетичного електронного шару.

13.Яка максимальна кількість електронів може міститися в атомі на енергетичному рівні з п = 4?

14. Що таке ізотопи, ізобари, ізотони?

15.Чому не можна одночасно точно визначити коорди­нати електрона та його швидкість?

16.Скільки є значень магнітного квантового числа для енергетичного підрівня, що характеризується значенням орбітального квантового числа l= 2?

17.Вкажіть максимальну кількість електронів, які можуть міститись в атомі на енергетичному рівні з п = 3.

18.У якого елемента починається заповнення 5s-підрівня?

19.Яким є максимальне значення головного квантового числа n для елементів періодичної системи? Що характеризує головне квантове число?

20.Якими літерами позначають енергетичні рівні, що мають головне квантове число від 1 до 7?

21.Який фізичний зміст квадрата хвильової функції[Ψ]²?

22. Якими квантовими числами визначається енергія електрона в атомі?

23.Які значення орбітального квантового числа можливі для енергетичного рівня N (n= 4)?

24.Скільки орбіталей міститься на енергетичному підрівні l=3?

25.Яких значень може набувати магнітне квантове число для l = 2?

26.Яке обмеження накладає принцип Паулі на значення квантових чисел електронів у атомі?

27.У чому суть правил Клечковського? Проаналізуйте відносну енергію Зр-, 3d-, 4s- та 4р-орбіталей.

28. Які електронні орбіталі мають однакове значення суми (n + l) = 6? Яка послідовність зростання їх енергії?

29.Скільки неспарених електронів у збудженого атома хлору?

30.Запишіть електронну формулу атома купруму. Підкресліть валентні електрони. До якої родини елементів він належить?

31.Яке число атомних орбіталей міститься на електронних підрівнях атома: s-,p-, d-, f-; яке максимальне число електронів можуть містити: а) кожна АО; б) кожний підрівень?

32.У елементів якого періоду електрони валентного рівня характеризуються значеннями суми квантових чисел n + l = 5?

33.Вкажіть порядкові номери і назви елементів в яких: а) закінчується заповнення електронами орбіталей 4s ; б) починається заповнення підрівня 4p ; Як змінюється значення суми (n + l) для цих елементів?

34.Що таке період у періодичній системі елементів? Які є періоди?

34.Що таке група у періодичній системі елементів? Які є групи?

35.Які родини елементів розрізняють у періодичній системі на підставі уявлень про енергетичні підрівні? Назвіть місткість кожної родини.

 

Задачі для самоконтролю

 

1. Обчисліть довжину хвилі де Бройля, яка відповідає електрону з масою 9,1 • 10^{-31 кг, що рухається зі швидкістю} 6,5 • 10⁶ м/с.

2. Розрахуйте швидкість, з якою повинна рухатися α-частинка масою

6,64 • 10^{-27 кг, якщо їй відповідає довжина хвилі де} Бройля λ = 1,42 • 10^-3 нм (1нм = 10^{-9 м).}

3. Обчисліть середню відносну атомну масу елемента Си­ліцію, знаючи, що у природних сполуках він трапляється з таким ізотопним складом: 92,28% (за масою) ²⁸Si, 4,67% ²⁹Si і 3,05% ³⁰Si.

4.Складіть електронні та електронно-графічні формули валентних рівнів атомів елементів з порядковими номерами 42 і 52. До яких сімейств вони належать?

5.Які атомні орбіталі заповнюються електронами раніше: 4d- чи 5s-; 6s- чи 5p-? Складіть електронну формулу валентного рівня атома з порядковим номером 44.

6.Які з наведених електронних формул, що відтворюють будову незбуджених атомів певних елементів, неправильні: a)1s²2s²2p⁵3s¹; б) Is²2s²2р⁶3s²; в)Is²2s²2р⁶3s²3р⁶3d⁴; r)Is²2s²2р⁶3s²3р⁶4s²; д) Is²2s²2р⁶3s²3d²? Чому? Атомам яких елементів відповідають правильно складені формули?

7.Складіть електронні формули йонів елементів: a) Sn²⁺; б) Sn⁴⁺; в) Mg²⁺; г)Си²⁺; д) Сl^-; е) S^2- .

8.На основі електронних формул валентних рівнів атомів Хрому і Селену визначте їх можливі ступені окиснення в сполуках. Складіть формули їх типових сполук (оксидів, гідроксидів, гідрогенових сполук, солей).

9.Виходячи з положення металу в періодичній системі, дайте мотивовану відповідь на запитання, який з двох гідроксидів є сильнішою основою:

Ca(OH)₂ чи Fe(OH)₂; Cd(OH)₂ чи Sr(OH)₂ ?

10.Які найнижчі ступені окиснення виявляють неметали: Хлор, Сульфур, Нітроген і Карбон? Чому? Як розрахувати ці ступені окиснення? Складіть формули сполук цих елементів з Гідрогеном і Алюмінієм, назвіть їх.

 

 

Хімічний зв’язок. Кристалічний стан речовин

 

Основні типи хімічного зв’язку. Ковалентний зв’язок

Серед індивідуальних хімічних речовин, що поділяються на прості та складні, простих порівняно небагато. Але й серед простих речовин тільки… Молекули хімічних речовин утворюються із атомів за рахунок хімічного зв’язку,… Хімічний зв’язок, утворений спільними електронними парами, називається ковалентним. Ковалентний зв’язок здатний до…

Іонний зв'язок

Характерною ознакою іонного зв’язку є його ненасиченість і ненапрямленість у просторі. Іони можна розглядати як заряджені кульки, силові поля яких… Оцінку типу хімічного зв’язку в сполуках можна зробити на підставі значень…  

Металічний зв'язок

 

Металічний зв’язок характерний для металів, що на зовнішніх оболонках мають вакантні орбіталі. При об’єднанні атомів у кристали ці орбіталі перекриваються таким чином, що між атомами утворюються зони, по яких вільно можуть рухатися електрони. Валентні електрони в кристалі металу вільно рухаються по всьому об’єму кристала. Отже, металічний зв’язок делокалізований. Цим і пояснюється висока електро- і теплопровідність, а також ковкість та інші властивості металів. Металічний зв'язок характерний для металів у твердому і рідкому станах. Однак, у пароподібному стані атоми металів, як і всіх речовин, сполучені між собою ковалентними зв’язками.

 

Водневий зв'язок

    Водневий зв’язок особливо характерний для молекул води. Рідкий стан води обумовлений здатністю її молекул сполучатися…  

Міжмолекулярна взаємодія

Орієнтаційна взаємодія виявляється між полярними молекулами. При зближенні вони орієнтуються таким чином, що різнойменно заряджені кінці їх диполів… Індукційна взаємодія. Якщо зустрічаються полярні й неполярні молекули, то… При взаємодії двох полярних молекул у них під дією власних електричних полів виникають додатково індуковані диполі.…

Тверді тіла. Типи кристалічних граток

Для кристалічного стану характерна анізотропія властивостей кристалу (міцність, електро- і теплопровідність, оптичні властивості тощо) у різних… Типи кристалічних граток. Залежно від природи частинок, що містяться у вузлах… Приклади речовин з різним типом кристалічних граток:

Запитання та задачі для самоконтролю

1. Що таке ковалентний зв'язок і чим зумовлено його утворення?

2. На чому грунтується метод ВЗ?

3. Які механізми утворення ковалентного зв'язку розрізняють у методі ВЗ?

4. Що розуміють під насичуваністю та напрямленістю ковалентного зв'язку?

5. Як виникають σ-, π- і δ-зв'язки і електрони яких орбіталей можуть брати участь у їх утворенні?

6. Сформулювати поняття про σ - і π -зв'язування. Що таке кратні зв'язки? Охарактеризувати причину напрямленості σ -зв'язків і причину відсутності напрямленості у π -зв'язків.

7. Що розуміють під гібридизацією атомних орбіталей і з чим вона пов'язана?

8. Яким геометричним формам відповідають частинки з sp-, sp² -, sp³-гібридизацією орбіталей центрального атома?

9. Накреслити орбітальну діаграму молекули Н₂О, користуючись s- і р-орбіталями; використовуючи гібридні sp -орбіталі.

10. Вказати усі можливі валентності для Нітрогену, Сульфуру, Хлору.

11. Електронна формула має закінчення 3d⁵4s². Визначте порядковий номер цього елементу.

1. Складіть електронні схеми будови молекул N₂, Н₂, НС1.
2. Що називають кратністю зв'язку? Чому вона дорівнює, якщо від двох взаємодіючих атомів в її утворенні брало участь:

а) 2е; б) 4е; в) 6е? Наведіть відповідні приклади.

1. У якій сполуці найбільше виражена полярність зв'язку: H₂S; СН₄; РН₃; НС1; NH₃; H₂O?
2. Наведіть приклади, коли атоми одного й того самого елемента утворюють різні види хімічного зв'язку: йонний, ковалентний полярний і ковалентний неполярний.
3. Чи може довжина зв'язку дорівнювати сумі радіусів двох атомів, які її утворюють? Покажіть і поясніть на прикладі молекули Н₂, знаючи, що г(Н) = 0,053 нм, а d(H - Н)= 0,074 нм.
4. Які типи зв'язків є у таких молекулах: NaF, Li₂O, К₂С0₃, Н₂0, Вг₂.
5. У якій із наведених нижче сполук зв'язок найбільше і найменше полярний: NaJ, NaBr, CsJ?
6. Чому Кальцій не виявляє валентності 3, а Фосфор -6, Нітроген - 5?
7. Чому кут Н-О-Н в молекулі води дорівнює 107°, а не 90?
8. Зобразіть перекривання електронних орбіталей у молекулах: a) F₂; б) HF; в) H₂S; г) РН₃.
9. Кути між зв'язками у молекулах типу СХ₄ і ВХ₃ становлять відповідно 109,5° і 120°. Що можна сказати про геометрію таких молекул?
10. Яким має бути кут між зв'язками у молекулі води, якщо врахувати, що валентні орбіталі центрального атома Оксигену гібридизовані і за яким типом?
11. Який тип гібридизації атомних орбіталей Нітро­гену в молекулі NH₃? Яка структура молекули і кут між зв'язками?
12. В основному чи збудженому стані перебувають атоми Фосфору, Сульфуру і Арсену під час утворення молекул РС1₃ і РС1₅, H₂S і SO₂, AsH₃ і H₃AsO₄?

26. Які умови необхідні для виникнення водневого зв’язку?

27. Які речовини здатні утворювати водневі зв’язки?

28. Як впливає водневий зв'язок на температуру кипіння рідин і на властивості льоду?

29. Які види взаємодії можуть виявлятися між молекулами і від яких факторів вони залежать?

30. Охарактеризувати диполь-дипольну взаємодію.

31. Які особливості дисперсійних сил взаємодії між частинками?

32. Назвати найхарактерніші ознаки твердих тіл.

33. У чому полягає відмінність між кристалічними і аморфними тілами.

34. Дати визначення анізотропності кристала.

35. Назвати типи кристалічних граток і навести приклади речовин до кожного з них.

36. У чому полягає принципова відмінність властивостей іонного та ковалентного зв’язку?

37. Які особливості металічного зв’язку порівняно з іншими типами хімічного зв’язку?

Основи хімічної термодинаміки

 

Основні термодинамічні поняття

Термодинаміка базується на трьох основних законах. Перший закон описує процеси перетворення енергії; другий дозволяє робити висновок про напрямок… У хімічній термодинаміці користуються так званими термодинамічними функціями… Термодинамічна система - це тіло або сукупність тіл, які перебу­вають у взаємодії та відокремлені від навколишнього…

Термохімія.

Усі термохімічні розрахунки базуються на двох законах термохімії. Перший закон термохімії – закон Лавуазьє і Лапласа (1760) формулюється так:… Наприклад, при утворенні 1 моль води із водню і кисню виділяться 241,8 кДж/моль.

Теплота нейтралізації.

При взаємодії 1моль еквівалента сильної кислоти з 1моль еквівалента сильного гідроксиду в розведених водних розчинах виділяється майже одна­кова… = -55,9 кДж/моль (при 298 К). Розглянемо для прикладу реакцію нейтралізації сильної кислоти силь­ною основою (лугом):

Напрям перебігу хімічних процесів.

Згідно з Клаузісом теплота завжди переходить від більш нагрітого тіла до менш нагрітого. Другий закон термодинаміки можна сформулювати ще й так: в ізольованих системах… Ентропія S – це функція стану системи. Вона характеризує міру невпорядкованості стану системи.

Питання для самоконтролю

1. Який зв'язок існує між внутрішньою енергією та ентальпією системи?

2. Яким чином робота газу, що розширюється, пов'язана з тиском, об'ємом і температурою?

3. Чим відрізняються функції стану від інших функцій? У чому полягають зручності користування ними?

4. Чи належать тепло та робота до функцій стану?

5. У чому полягає перший закон термодинаміки, які функції стану згадуються в ньому?

6. Тепловий ефект реакції можна виразити через величини ΔU і ΔН. У чому різниця між ними? Написати рівняння зв'язку ΔU і ΔН.

7. Чим термохімічні рівняння відрізняються від хімічних?

8. Який зміст законів термохімії?

9. Чому закон Гесса є законом збереження енергії стосовно хімічних процесів?

10. Що являє собою стандартна теплота (ентальпія) утворення сполуки?

11. Дати визначення понять: ентальпії розчинення, згоряння, нейтралізації.

12. Чому ентальпія нейтралізації всіх сильних кислот і основ однакова (-55,8 кДж/моль), а слабких кислот і основ — залежить від їхньої природи?

13. Який зміст другого закону термодинаміки.

14. Охарактеризуйте фактори, що впливають на перебіг хімічних реакцій.

Задачі і вправи для самостійної роботи

2.Обчислити стандартну ентальпію утворення бензолу, якщо теплота його згоряння становить 3169 кДж/моль, а ентальпія утворення вуглекислого газу та… 3. За стандартних умов теплота повного бромування білого фосфору дорівнює… 4. Теплота згоряння ромбічної сірки дорівнює -296,8 кДж/моль. Розрахуйте: а) кількість теплоти, яка виділиться в…

Хімічна кінетика і рівновага

Загальні уявлення про швидкість хімічних реакцій

 

Розділ хімії, який вивчає перебіг хімічних процесів за певний час, має назву хімічної кінетики.

характеризується значним зменшенням ізобарного потенціалу, тобто є можливість самовільного перебігу процесу, за звичайних умов водень і кисень між… Розглядаючи питання хімічної кінетики, треба розрізняти гомоген­ні і… Швидкість хімічних реакцій характеризує інтенсивність хімічного процесу, тобто число елементарних актів взаємодії або…

Для гомогенних процесів, що відбуваються без зміни об'єму, швидкість хімічної реакції визначають як зміну концентрацій реагуючих речовин або продуктів реакції за одиницю часу.

Зміна концентрацій дорівнює різниці між концентрацією С₂, що відповідає моменту часу τ₂, і початковою концентрацією С₁ в момент часу τ₁. Тоді середня швидкість реакції дорівнює:

(6.1)

Чим менший проміжок часу ∆τ, тим менша зміна концентрації ∆С і тим ближче відношення ∆С/∆τ до істинної швидкості хімічної ре­акції. Відомо, що концентрації речовин у хімічному процесі змінюються безперервно (рис.6.1), тому правильніше описувати хімічний процес у певний момент часу за допомогою істинної швидкості реакції. Точний математичний вираз істинної швидкості реакції є перша похідна від концентрації за часом: (6.2)

Оскільки швидкість хімічних реакцій завжди додатна і характеризується зміною концентрацій реагуючих речовин (С₂ < С₁), то величина ∆С (dC) буде від'ємна і відношення ∆С/∆τ (dC/dτ) у формулах (6.1), (6.2) треба брати із знаком «мінус». Якщо швидкість реакції визначають за зміною концентрації одного з продуктів реакцій (див. рис.6 1), то величина ∆С (dC)додатна і відношення ∆С/∆τ (dC/dτ) у формулах (6.1), (6.2) треба брати із знаком «плюс». Швидкість хімічних реакцій,

 

реакції (б).

 

 

а б

Рис. 6.1. Зміна концентрацій С реагуючих речовин (а) та продуктів (б)

як правило, вимірюють у моль/(см³∙хв). Істинна швидкість реакцій дорівнює тангенсу кута нахилу дотичної до кривої залежності концен­трації від часу (див. рис. 6.1):

= tg α.

Швидкість хімічних реакцій залежить від природи реагуючих речовин, їх концентрацій, температури, наявності каталізатора і деяких інших зовнішніх факторів.

Закон діючих мас

Отже. швидкість хімічної реакції пропорційна добутку концентра­цій реагуючих речовин у степенях, які дорівнюють коефіцієнтам, що стоять перед… Для взаємодії двох молекул, наприклад водню і йоду за рівнянням Н2+I2=2НI,

Енергія активації

Частина молекул у системі внаслідок перерозподілу енергії завжди має певний надмір енергії порівняно з середньою енергією молекул. Тому вони можуть… Наявність енергетичного бар'єру призводить до того, що багато які реакції,… ∆H = Eпр - Евих

Вплив температури на швидкість реакції

, (6.4) де А — множник Арреніуса, пропорційний числу зіткнень молекул. Якщо концентрації реагуючих речовин дорівнюють 1 моль/л, то рівняння Арреніуса (6.4) дає змогу виразити залежність…

Каталіз

Речовини, які уповільнюють швидкість хімічних процесів, а самі при цьому не змінюються, називаються інгібіторами. З наведеного визначення може здатись, що каталізатор не бере участі в хімічній… Механізм дії каталізаторів різний. Найпоширенішою формою дії каталізатора є утворення проміжних сполук з реагуючими…

Хімічна рівновага

Необоротними хімічними реакціями нази­ваються реакції, які відбуваються лише в одному напрямі. З погляду термодинаміки, відповідно до рівняння для… До необоротних реакцій належать, наприклад, розкладання пер­манганату калію… 2КМп04 = К2МпО4 + МпО2 + 02,

Отже, константа рівноваги не залежить від концентрації речовин, а залежить від природи реагуючих речовин і температури реакції.

Вплив зовнішніх факторів на хімічну рівновагу. Принцип ле Шательє

Характер зміни рівноваги залежно від зовнішніх факторів можна визначити за принципом ле Шательє. Цей принцип, відкритий у 1882 p. французьким вченим А. ле Шательє,… Розглянемо принцип ле Шательє на прикладі рівноважної системи

Збільшення концентрацій реагуючих речовин або зменшення концентрацій продуктів реакції зміщує рівновагу в напрямку прямої реакції.

Принцип ле Шательє має велике практичне значення, особливо для хімічної промисловості. Наприклад, при синтезі аміаку підвищення температури зменшує…

Запитання та задачі для самоконтролю

1. Що таке швидкість хімічної реакції, як її визначити і від яких факторів вона залежить?

2. Який фізичний зміст константи швидкості, як вона виражається? Коли числові значення швидкості та константи швидкості збігаються?

3. У чому полягає відмінність між порядком і молекулярністю хімічної реакції? Коли вони збігаються?

4. Константа швидкості реакції першого порядку дорівнює 4,5•10^-5 с^-1, початкова концентрація реагента становить 1,6 моль/л. Обчислити початкову швидкість реакції.

5. Реагенти А і В з початковою концентрацією кожного 0,2 моль/л беруть участь у реакції другого порядку. Чому дорівнює константа швидкості цієї реакції, якщо її початкова швидкість 1,6•10^-4 моль/л • с?

6. Назвати порядок реакції, обчислити константу швидкості, якщо рівняння швидкості має вигляд v=k•[А]•[В]², a v=0,036 моль/л•год, [А] = 0,37 моль/л і [В] = 1,26 моль/л.

7. У скільки разів зросте константа швидкості хімічної реакції при підвищенні температури на 40 ^оС, якщо температурний коефіцієнт швидкості дорівнює 3,5?

8. Обчислити, як зміниться швидкість реакції 2NO + О₂ ⇄ 2NO₂ внаслідок збільшення тиску втричі?

9. Як збільшиться швидкість реакції при підвищенні температури з 10 до 100 °С, якщо при нагріванні на кожні 10^оС швидкість подвоюється?

10.Записати швидкість реакцій 2Н₂ + О₂ ⇄ 2Н₂О і 2Mg + O₂= 2MgO у вигляді кінетичних рівнянь.

11.Для яких реакцій підвищення температури зумовлює сповільнення їх швидкості?

12.Обчислити енергію активації реакції, швидкість якої при підвищенні температури від 27 до 37°С зростає вдвічі.

13.Що таке активований комплекс і в чому полягає його дія?

14.Який принцип дії каталізатора? Як він впливає на енергію активації?

15.Що таке константа рівноваги, про що вона свідчить і від яких факторів залежить?

16.Що сталося б, якби каталізатор неоднаковою мірою впливав на швидкість прямої та зворотної реакцій?

17.Записати вирази для констант рівноваги ендотермічних оборотних реакцій:а) СО₂ + С⇄2СО; б) Fе₃О₄ + 4Н₂⇄ 3Fe + 4Н₂О. Вказати напрямок зміщення рівноваги при підвищенні температури та тиску.

18.При температурі 2000°С константа рівноваги реакції N₂+O₂⇄2NO дорівнює 6,0 • 10^-4. Обчислити рівноважну концентрацію оксиду Нітрогену, якщо початкові концентрації азоту та кисню становлять відповідно 0,1 і 0,02 моль/л.

19.Обчислити константу рівноваги оборотної реакції А+2В⇄С+D, якщо початкові концентрації речовин дорівнюють: [А] = 6 моль/л, [В] = 5 моль/л і до моменту появи рівноваги прореагувало 80 % речовини В.

20.Рівноважні концентрації речовин у системі 2А + В⇄2С + D дорівнюють: [А] = 2 моль/л, [В] = 1 моль/л, [С] = 1,6 моль/л. Обчислити початкові концентрації.

21.У посудину об'ємом 10л помістили 56 г чадного газу та 54 г водяної пари. Константа рівноваги для реакції CO + Н₂О ⇄ СО₂ + Н₂ за умов реакції дорівнює 1. Якими стали концентрації всіх речовин у момент рівноваги?

Список рекомендованої літератури