Составление уравнений реакций химических соединений

Задание 1

Составить уравнения ступенчатой диссоциации соединений в своем варианте задания, приведенного в табл.

.        Составить уравнения реакций кислот и амфотерных гидроксидов с BaО и NaOH.

2.      Составить уравнения реакций основных и амфотерных гидроксидов с SO₃ и HNO₃.

Составим уравнения ступенчатой диссоциации заданных веществ:

Ва (ОН) ₂ ↔ BaOH⁺ + OH^-

BaOH⁺ ↔ Ba²⁺ + OH^-, H₃BO₃ ↔ H⁺ + H₂BO₃^-

H₂BO₃ ^- ↔ H⁺ + HBO₃^2-

HBO₃^{2 -} ↔ H⁺ ₊ BO₃^3-

Sn (OH) ₂ ↔ SnOH ⁺ + OH^-+ ↔ Sn^{2 +} + OH ⁺

2. Напишем уравнения реакций кислоты H₃BO₃ с BaО и NaOH, не забыв уравнять количество атомов до и после реакции:

2H₃BO₃ +3 BaO = Ba₃ (BO₃) ₂ + 3H₂O₃BO₃ + 3NaOH = Na₃BO₃ + 3H₂O

Составим уравнения реакций амфотерного гидроксида Sn (OH) ₂ с BaО и NaOH, записав амфотерный гидроксид  в "кислотной" форме:

H₂SnO₂ + BaО = BaSnO₂ + H₂O₂SnO₂ + 2NaOH = Na₂SnO_{2 +} 2H₂O

3. Составим уравнения реакций основного гидроксида (Ва (ОН) ₂)) с SO₃ и HNO₃

Ва (ОН) _{2 +} SO₃ = BaSO₄ + H₂O

Ва (ОН) ₂ + 2HNO₃ = Ba (NO₃) ₂ + 2H₂O

Составим уравнения реакций амфотерного гидроксида (Sn (ОН) ₂)) с SO₃ и HNO₃

Sn (ОН) ₂ + SO₃ = SnSO₄ + H₂O(ОН) ₂ + 2HNO₃ = Sn (NO₃) ₂ + 2H₂O

Задание 2

1.      Составить уравнения реакций образования всех солей, возможных при реакции кислоты и основания, указанных в задании во втором столбце табл.

Назвать соли. Написать уравнения диссоциации полученных солей.

2.      По названию (столбец 3 табл.) составить формулы солей. Написать реакции получения солей из исходных гидроксида и кислоты.

Таблица

Для написания формул всех возможных солей составим формулы всех возможных катионов и анионов, которые легко получить, выписав уравнения ступенчатой диссоциации для соединений задания:

Sn (ОН) ₂ ↔ SnОН⁺ + ОН^-; SnОН⁺ ↔ Sn²⁺ + ОН^-;

H₂SО₃ = H⁺ + HSО₃^-;

HSO₃ ^- = H⁺ + SО₃^2-.

Таким образом, соли могут быть образованы следующими ионами: SnОН⁺, Sn²⁺, HSO₃ ^- и SО₃^2-. Составим формулы солей, не забывая соблюдать условие электронейтральности:

(SnOH) ₂SO₃ - сульфит гидроксоолова (II) (основная соль)

SnSO₃ - сульфит олова (II) (средняя соль)

Sn (HSO₃) ₂ - гидросульфит олова (II) (кислая соль)

Образование соли из катиона SnОН⁺ и аниона HSO₃ ^- невозможно, так как в этом случае частицы ОН ^- и Н⁺ "встретятся" в формуле соли, что приведет к образованию Н₂О и средней соли SnSO₃.

Sn (ОН) ₂ + 2H₂SO₃ = Sn (HSO₃) ₂ + 2H₂O

                                 гидросульфит

                                       олова (II)

Sn (ОН) ₂ + H₂SO₃ = SnSO₃ + 2H₂O

                                  сульфит

                                  олова (II)

2Sn (ОН) ₂ + H₂SO₃ = (SnOH) ₂SO₃ + 2H₂O

                                        сульфит

                                гидроксоолова (II)

Диссоциация солей происходит полностью. Запишем уравнения диссоциации:

SnSO₃ → Sn²⁺ + SO₃^2-,

(SnOH) ₂SO₃ → 2SnOH⁺ + SO₃^2-,(HSO₃) ₂ → Sn²⁺ + 2HSO₃^-.

Составим формулы соединений:

нитрат гидроксоалюминия

гидросульфат марганца (II).

Нитрат - соль азотной кислоты (HNO₃), формула ее аниона: NO₃^-. Приставка "гидроксо-" означает, что с ионом Al³⁺ остается связана одна группа ОН^-, то есть гидроксид алюминия Al (OH) ₃, являющийся исходным основанием для образования соли, отдает при образовании соли только две группы ОН ^- и остается в виде иона AlOH²⁺. Таким образом, формула соли - AlOH (NO₃) ₂. Реакция образования соли:

Al (OH) ₃ + 2HNO₃ = AlOH (NO₃) ₂+ 2Н₂О.

Сульфат - соль серной кислоты (Н₂SО₄), формула аниона: SО₄^2-. Приставка "гидро-" означает, что один ион водорода остается соединенным с анионом, то есть ион гидросульфата - НSО₄^-. Таким образом, формула соли: Mn (HSO₄) ₂. Исходной кислотой для данной соли будет серная (Н₂SО₄). Исходным основанием - гидроксид марганца (Mn (OH) ₂). Реакция образования соли выглядит следующим образом:

Mn (ОН) ₂ + 2Н₂SО₄ = Mn (НSО₄) ₂ + 2Н₂О.

Задание 3

По исходным данным табл. выразить (рассчитав) следующие виды концентраций (каждый из студентов по своему веществу и по своим конкретным показателям m (H₂O); m (вещества); d (раствора)):)    процентную концентрацию (С_%);

b)      молярную концентрацию (С_M);)    моляльную концентрацию (С_m);)   титр (Т).

Таблица

По условию задачи 19г сульфата никеля (Ni₂ (SO₄) ₃) растворено в 351г воды. Найдем массу раствора:

m (раствор) = m (H₂O) + m (Ni₂ (SO₄) ₃) = 351 + 19 = 370г.

Далее составляем пропорцию:

В 370 г раствора содержится 19 г Ni₂ (SO₄) _3,В 100 г раствора содержится х г Ni₂ (SO₄) ₃.

  = 

х =    = 5,14г (содержится в 100 г раствора).

Таким образом, процентная концентрация данного раствора сульфата никеля C_% (Ni₂ (SO₄) ₃) = 5,14%.

Для расчета молярной концентрации требуется найти, сколько моль содержится в 1л раствора (1000 мл).

Используя плотность раствора, рассчитаем, сколько весят 1000 мл:

m (раствор) = d (раствор) · V (раствор) = 1,14 ∙ 1000 = 1140 г.

Рассчитаем массу сульфата никеля (III) в 1140г раствора. Составляем пропорцию:

В 370 г раствора содержится 19 г сульфата никеля (III),

В 1140 г раствора содержится х г сульфата никеля (III).

/1140=19/х

x = 1140х19/370 = 58,54г

Таким образом, в 1000 мл раствора содержится 58,54г сульфата никеля (III). Используя молярную массу сульфата никеля (III), которую можно определить по таблице элементов, найдем количество вещества, содержащееся в 1000мл г раствора:

М (Ni₂ (SO₄) ₃) = (2 ∙ 59 + 3·32 + 12·16) г/моль = 406 г/моль,

n (Ni₂ (SO₄) ₃) = m (Ni₂ (SO₄) ₃) / M (Ni₂ (SO₄) ₃) = 58,54/406 = = 0,144 моль

Таким образом, молярная концентрация данного раствора сульфата никеля (III) С_{M (}Ni₂ (SO₄) ₃) = моль/л. Найдем моляльную концентрацию данного раствора. Моляльность раствора показывает количество (число моль) растворенного вещества в 1 кг растворителя. Для вычисления моляльности раствора надо знать число килограмм растворителя в растворе.

m (H₂O) = m (раствор) - m (соль)

m (растворитель) = 1,14 - 0,05854 = 1,08 кг.

Рассчитаем моляльную концентрацию

С_m (Ni₂ (SO₄) ₃) =  = 0,144 =0,133моль/кг воды

Титр вещества (T) - показывает, сколько грамм вещества содержится в 1 мл раствора. Составим пропорцию:

В 1000мл раствора содержится 58,54г сульфата никеля (III),

В 1 мл раствора содержится х г сульфата никеля (III).

1000/1=58,54/х

x = 58,54/1000 = 0,0585 г/мл

Следовательно, Т = 0,0585 г/мл

Задание 4

На основании значений стандартных энтальпий образования и абсолютных стандартных энтропий веществ вычислить величину ΔG_{х. р.} и сделать вывод о самопроизвольности протекания заданной реакции в стандартных условиях. Если в задании даны значения ΔGº_обр., то ΔG_{х. р.} рассчитывается непосредственно, не используя формулу Гиббса. Во всех заданиях значения ΔНº_обр. и ΔGº_обр. заданы в кДж/моль, а значения Sº_{абс. -} в Дж/моль·К. Реакции необходимо предварительно уравнять.

СН₃ОН (ж.) +3O₂ (г.) → 4Н₂О (г.) + 2СО₂ (г.)

ΔНº_обр.: - 201,17 - 241,83 - 393,51

Sº_абс.: 126,8 205,03 188,72 213,65

Используем следствие из закона Гесса:

ΔH_{х. р.} = ΔHº_{обр. (}Н₂О (ж.)) ·4 моль + ΔHº_{обр. (}СО₂ (г.)) ·2 моль -  - ΔHº_{обр. (}СН₃ОН (ж.)) ∙2 моль.

ΔH_{х. р.} = - 241,83∙ 4 + (-393,51) ∙ 2 - (-201,17) ∙ 2 =

= - 967,32 - 787,02 + 402,34 = - 1352 кДж.

Изменение энтропии при проведении химической реакции ΔS_{х. р.} равно сумме Sº_абс. продуктов реакции (с учетом коэффициентов реакции) за вычетом суммы энтропий реагентов (с учетом коэффициентов реакции).

ΔS_{х. р.} = Sº_{абс. (. (}Н₂О (ж.)) ·4 моль + Sº_{абс. (}СО₂ (г.)) ·2 моль -

Sº_{абс. (}СН₃ОН (ж.)) ∙2 моль. - Sº_{абс. (}O₂ (г.)) ·3 моль

ΔS_{х. р.} = 188,72 · 4 + 213,65·2 - 126,8∙2 - 205,03 ∙ 3 =

= 754,88 + 427,3 - 253,6 - 615,09 = 313,49 Дж/К. =  0,313 кДж/К

Для определения принципиальной возможности протекания реакции при заданной температуре используем формулу Гиббса, связывающую свободную энергию Гиббса при данной температуре T с энтропией и энтальпией реакции:

ΔG_{х. р.} = ΔHº_{х. р. -} T · ΔSº_{х. р.}

Находим ΔG_{х. р} при Т = 298К

ΔG_{х. р. = -} 1352 - 298 · 0,313 = - 1352 - 93,27 = - 1445,27 кДж.

ΔG_{х. р.} < 0, следовательно, заданная реакция самопроизвольно протекает в стандартных условиях.

Задание 5

Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют следующие ионно-молекулярные уравнения в таблице.

Таблица

H⁺ + OH ^- = H₂O

Для получения воды необходимо взять два растворимых вещества, одно из которых содержит ион водорода H^+, а другое - гидроксид-анион OH^-. Ион водорода образуется при диссоциации, например, соляной кислоты (HCl), а гидроксид-анион - при диссоциации гидроксида калия (KOH). Составим молекулярное уравнение реакции:

HCl + KOH = KCl + H₂O.

Pb²⁺ + S^{2 -} = PbS

Для получения сульфида свинца (PbS) необходимо взять два растворимых вещества, одно из которых содержит ион свинца Pb^2+, а другое - cульфид-анион S^2-. Катион свинца образуется при диссоциации Pb (NO₃) ₂, а cульфид-анион - при диссоциации Na₂S. Составляем молекулярное уравнение реакции между указанными веществами:

Pb (NO₃) ₂ + Na₂S = PbS + 2NaNO₃

уравнение реакция химическое соединение

Задание 6

Составьте ионные и молекулярные уравнения гидролиза солей, приведенных в вашем задании, а также напишите выражения для констант гидролиза: нитрат свинца (II), карбонат калия.

Составляем уравнения гидролиза нитрата свинца (II).

2.      Известно, что катиону Pb²⁺ соответствует слабое основание, а иону NO₃ ^- сильная кислота. Таким образом, гидролиз идет по катиону.

.        Уравнение гидролиза: Pb²⁺ + HOH ↔ (PbOH) ⁺ + H⁺. Закономерно, что положительный катион Pb²⁺ притягивает к себе из молекулы воды отрицательную частицу OH ^- и образуется составной катион с зарядом +1. Связывание катионом Pb²⁺ частиц OH ^- приводит к накоплению в растворе избытка ионов H⁺ и, следовательно, в результате гидролиза в растворе создается кислая среда.

Запишем выражение для константы гидролиза:

K_г =

4.      При составлении уравнения в молекулярной форме, учитываем, что всем положительным ионам соответствуют имеющиеся в растворе в свободном виде отрицательные ионы NO₃^-. С учетом зарядов ионов составляем электронейтральные молекулы:

Pb (NO₃) ₂ + H₂O =Pb (OH) NO₃ + HNO₃

Составляем уравнения гидролиза карбоната калия.

.        Диссоциация соли: K₂CO₃= 2K⁺ + CO₃^2-.

2.      Известно, что катиону K⁺ соответствует сильное основание, а иону CO₃^{2 -} слабая кислота. Таким образом, гидролиз идет по аниону.

.        Уравнение гидролиза: CO₃^{2 -} + HOH ↔ HCO₃ ^- + OH^-. Закономерно, что отрицательный ион CO₃^{2 -} притягивает к себе из молекулы воды положительную частицу H⁺ и образуется составной анион с зарядом - 1. Связывание анионом CO₃^{2 -} частиц H⁺ приводит к накоплению в растворе избытка ионов ОH ^- и, следовательно, в результате гидролиза в растворе создается щелочная среда.

Запишем выражение для константы гидролиза:

К_г =

4.      При составлении уравнения в молекулярной форме, учитываем, что всем отрицательным ионам соответствуют имеющиеся в растворе в свободном виде положительные ионы K⁺. С учетом зарядов ионов составляем электронейтральные молекулы:

K₂CO₃+ HOH ↔ KHCO₃ + KOH.

Задание 7

Составить уравнения ОВР, идущих по схемам, представленным в таблице.

Таблица

Cr + HNO_{3 (конц.)} → Cr (NO₃) ₃ + N O + H₂O (при > t)

1.      Элемент Cr здесь будет восстановителем, а элемент N - окислителем:

Cr → Cr³⁺

N⁵⁺ → N²⁺

2.      Хром отдает три электрона, в то время как азот принимает три электронов:

Cr - 3ē → Cr³⁺

N⁵⁺ + 3ē → N²⁺

3.      Число отданных электронов равно числу принятых

Cr - 3ē → Cr³⁺

N⁵⁺ + 3ē → N²⁺

4.      Складывая полуреакции, получим:

Cr + N⁵⁺ → Cr³⁺ + N²⁺

5.      Перед HNO₃ необходимо поставить 4, т.к. часть молекул HNO₃ не принимает участия в окислении, но необходима для связывания ионов хрома. Для уравнивания атомов водорода и кислорода необходимо поставить коэффициент 2 перед H₂O.

Cr + 4HNO₃ (конц.) → Cr (NO₃) ₃ + NO + 2H₂O

6.      Проверяем коэффициенты, пересчитывая каждый тип атомов слева и справа от знака равенства.

SiO₂ + C + Cl₂ → SiCl₄ + CO (при нагревании)

.        Элемент C здесь будет восстановителем, а элемент Cl - окислителем:

C⁰ → C²⁺

Cl⁰ → Cl^1-

2.      Углерод отдает два электрона, а два атома хлора принимают два электронов:

C - 2ē → C²⁺

Cl + 1ē →Cl^1-

.        Умножим на коэффициенты, учитывающие стехиометрию молекул. Чтобы получить равенство отданных и принятых электронов умножим первое уравнение на 2, а второе - на 1:

2 C - 2ē → C²⁺

2Cl₂ + 4ē →4Cl^1-

4.      Складывая полуреакции, получим:

C + 2Cl₂→ 2C²⁺ + 4Cl^1-

5.      Подставляя полученные коэффициенты в схему ОВР получаем:

SiO₂ + 2C +2Cl₂ → SiCl₄ + 2CO

6.      Проверяем коэффициенты, пересчитывая каждый тип атомов слева и справа от знака равенства.

As + HNO₃ (конц.) + H₂O → H₃AsO₄ + NO

1.      Элемент As здесь будет восстановителем, а элемент N - окислителем:

As → As ⁵⁺

N⁵⁺ → N²⁺

2.      Мышьяк отдает пять электронов, в то время как азот принимает три электронов:

As - 5ē → As ⁵⁺ , N⁵⁺ + 3ē → N²⁺

.        Чтобы получить равенство отданных и принятых электронов умножим первое уравнение на 3, а второе - на 5:

As - 5ē → As ⁵⁺

5 N⁵⁺ + 3ē → N²⁺

.        Складывая полуреакции, получим:

As + 5N⁵⁺ → 3 As ⁵⁺+ 5N²⁺

.        Подставляя полученные коэффициенты в схему ОВР получаем:

3As + 5HNO₃ (конц.) + 2H₂O →3H₃AsO₄ + 5NO

Для уравнивания атомов водорода и кислорода необходимо поставить коэффициент 2 перед H₂O.

.        Проверяем коэффициенты, пересчитывая каждый тип атомов слева и справа от знака равенства.

Задание 8

Для своего варианта в таблице подобрать металл в пару к заданному Me₁. Концентрацию соли выбираемого металла Me₂ принять равной 0,1 моль/л. Подобрав металл, составить схему Г.Э. и выполнить пункты 1-3 предыдущего задания (т.е. заданий 140-150):

.        Написать электронные уравнения анодного и катодного процессов, происходящих при работе гальванического элемента.

2.      Рассчитать ЭДС гальванического элемента.

.        Записать суммарное уравнение ОВР.

Таблица

Ме₁

C_M (Ме₁ⁿ⁺), М

подобрать в пару металл Me₂, являющийся:

154

Hg

 [Hg²⁺] = 0,001

анодом

В задании в качестве катода дана ртуть. Анодом является более активный металл. По отношению к ртути более активным металлом будет, например, железо (оно имеет меньший стандартный электродный потенциал).

Схема (Г. Э.): (анод) Fe|Fe²⁺ || Hg²⁺|Hg (катод).

Уравнения катодного и анодного процессов будут выглядеть следующим образом:

Fe - 2ē → Fe ²⁺ (анод - окисление Fe)

Hg ²⁺ + 2ē → Hg (катод - восстановление Hg ²⁺)

Для расчета ЭДС (ΔЕ) следует иметь в виду, что ЭДС не может быть отрицательной величиной, поэтому:

ΔЕ = Е (кат.) - Е (ан.).

Электродные потенциалы катода и анода рассчитываем по уравнению Нернста:

ΔЕ = Е (кат.) - Е (ан.) = +0,7615В - (-0,4695В) = 1,231В.

Уравнение ОВР, характеризующей работу данного Г.Э., получаем, сложив два электронных уравнения:

Fe + Hg ²⁺ → Fe ²⁺ + Hg

Суммарное уравнение в молекулярном виде может быть таким:

Fe + HgCl₂= Hg + FeCl₂

Задание 9

Составить схему микрогальванического элемента, пометив какой металл является катодом, а какой анодом.

.        В соответствии со средой, указанной в таблице, составить электронные уравнения катодного и анодного процессов.

2.      Составить уравнения образования конечных продуктов коррозии.

Так как магний имеет меньшее значение стандартного электродного потенциала (-2,36 В) по сравнению с хромом ( - 0,74В), то магний является анодом, а хром - катодом.

Схема микрогальванического элемента выглядят следующим образом:

(анод) Mg| H⁺ |Cr (катод)

На аноде проходит следующий процесс:

Mg - 2ē → Mg²⁺ (анод - окисление магния).

На катоде, при pH < 7:

Н⁺ + 2ē → Н₂ (катод - восстановление Н⁺).

Продукты коррозии формируются из соединений, образующихся на катоде и аноде.

В случае кислой среды, продуктом будет соль иона Mg²⁺ и кислотного остатка серной кислоты, которая определяет pH среды.

Mg²⁺ + SO₄ ^{2 -} → MgSO₄

Задание 10

Приведите примеры двух простейших аминокислот. Составьте формулы двух тетрапептидов из этих аминокислот (один - из однородных мономеров; второй - из различных). Назовите полимер из однородных мономеров.