МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Тихоокеанский государственный университет»
Кафедра «Химия и химические технологии»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Выполнил: студент
Рукодельников Сергей Сергеевич
Хабаровск 2021 г.
Задание 1. Охарактеризуйте соединения по приведенным формулам.
Определите степени окисления атомов элементов в соединениях.
Определите класс соединения. Для оксидов и гидроксидов укажите химический характер (основный, кислотный, амфотерный), для солей - тип соли (средняя, кислая, основная), для кислот - тип кислоты (кислородсодержащая или бескислородная).
Назовите соединения.
Подтвердите химический характер оксидов и гидроксидов (составьте уравнения реакций солеобразования).
Таблица 1
|
Вещество |
Класс соединения |
Название |
Уравнение реакции образования соли |
|
|
Соль, сильное основание и слабая кислота |
сульфид калия |
- |
||
|
2 |
Соль, кислая |
дигидроарсенат кальция |
- |
|
|
2 |
Соль, основная |
Гидроксосульфат железа (II). |
- |
|
|
2 |
Гидроксид, ярко выраженный основный |
гидроксид марганца(II) |
2Mn(OH)2(т) + 2Н2О(ж)+ О2(г)> 2Mn(OH)2(т) |
|
|
Кислота, слабая, гель |
метакремниевая кислота |
H2SiO3 + 2KOH > K2SiO3 + 2H2O |
||
|
2 |
Гидроксид, амфотерный |
гидроксид бериллия |
Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O; Be(OH)2 + 2HF = BeF2 + 2H2O; Be(OH)2 + 4HF = H2[BeF4] +2H2O |
|
|
Оксид, основный, несолеобразующий |
Оксид калия |
K2O + 2HCl = 2KCl + H2O; K2O + CO2 = K2CO3; K2O + 2NO2 = KNO2 + KNO3; K2O + Al2O3 = 2KAlO2 |
||
|
Оксид, кислотный |
Оксид хлора |
NaOH + Cl2O5 = NaClO3 + H2O |
Задание 2. Дайте термодинамическую характеристику реакции на основании количественных расчётов ?, ?, ?.
Выпишите из справочных таблиц (прил. 5, [25]) стандартные термодинамические свойства (? (298), ?(298), ? (298)) всех веществ, участвующих в реакции.
Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтальпии химической реакции ?:
? рассчитайте стандартную энтальпию химической реакции ?;
? определите, является реакция экзо- или эндотермической, выделяется или поглощается теплота в результате протекания реакции.
Охарактеризуйте процесс по величине стандартной энтропии химической реакции ?:
? рассчитайте стандартную энтропию химической реакции ? по абсолютным стандартным энтропиям веществ (298);
? объясните изменение энтропии ? (< 0; > 0; = 0), проведя анализ агрегатного состояния всех участвующих в реакции веществ и сравнив число газообразных молекул исходных веществ и продуктов реакции.
Охарактеризуйте процесс по величине энергии Гиббса химической реакции ?:
? Рассчитайте стандартную энергию Гиббса ?:
а) по стандартным энергиям Гиббса образования веществ ? (298);
б) по уравнению Гиббса.
Сравните полученные величины. Укажите направление протекания реакции при 298 К.
? Определите знаки энергии Гиббса химической реакции ? и направление протекания реакции (прямая или обратная) при низких ( T > 0) и при высоких температурах (T >?). Для этого проведите анализ уравнения Гиббса, допуская, что ? и ? не зависят от температуры.
Сделайте вывод об обратимости процесса. Для обратимой реакции рассчитайте равновесную температуру .
Изобразите схематически график зависимости ? от температуры, используя результаты анализа уравнения Гиббса.
Укажите для обратимой реакции, при каких температурах, больших или меньших равновесной , самопроизвольно протекает прямая реакция, а при каких - обратная.
Таблица 2
|
Реакция aА + вВ = dD + qQ |
?Т, К |
г |
|
|
CO2(г) + 3H2(г) = CH3OH(г) + H2O(г) |
30 |
4,0 |
Таблица 3
|
Термодинамические свойства вещества |
Исходные вещества |
Продукты реакции |
|||
|
CO2(г) |
H2(г) |
CH3OH(г) |
H2O(г) |
||
|
? (298), кДж/моль |
-393,51 |
0 |
-201,00 |
-241,81 |
|
|
Дж/(моль · К) |
213,66 |
130,52 |
239,76 |
188,72 |
|
|
? (298), кДж/моль |
-394,37 |
0 |
-162,38 |
-228,61 |
?=[?(CH3OH)+?(Н2О)]-[?(CO2)+3?(H2)]=[-201+(-214.81)]
? реакция протекает с выделением теплоты, т. е. является экзотермической.
?
? реакция протекает с уменьшением беспорядка в системе.
при стандартных условиях реакция протекает в обратном направлении (<).
> 0; < 0, протекает прямая реакция;
> ?; , протекает обратная реакция.
Так как данная реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении, то является обратимой.
Рис. 1
Следовательно, при Т < 298К самопроизвольно протекает прямая реакция, а при Т > 298К самопроизвольно может протекать (но только теоретически) обратная реакция.
Задание 3. Дайте кинетическую характеристику реакции, используя данные термодинамической характеристики.
Определите тип прямой и обратной реакции по фазовому составу реагирующих веществ (гомогенная или гетерогенная).
Напишите выражения для скорости прямой реакции и обратной, если реакция обратима, в соответствии с законом действующих масс (кинетические уравнения реакций).
Рассчитайте, как изменится (во сколько раз увеличится, уменьшится или не изменится) скорость прямой реакции (или обратной, если реакция необратима и протекает только в обратном направлении) при увеличении:
а - концентрации первого из реагирующих веществ А (или D) в три раза;
б - давления в системе в два раза;
в - температуры на ?Т, К при заданном г.
Таблица 4
|
Реакция aА + вВ = dD + qQ |
?Т, К |
г |
|
|
CO2(г) + 3H2(г) = CH3OH(г) + H2O(г) |
30 |
4,0 |
Решение
Реакция гомогенная.
а - Обозначаем: ; .
Увеличим концентрацию CO2 в 3 раза:
При увеличении концентрации реагирующего вещества А скорость реакции увеличится в 3 раза.
б - Обозначаем:
; .
Увеличим давление в системе в 2 раза:
При увеличении давления в 2 раза, скорость реакции увеличится в 16.
в - Увеличиваем температуру на ?Т, К=30 при заданном г=4.0
При данном увеличении, скорость реакции увеличится в 16 раз.
Задание 4. Для обратимой химической реакции (используйте результаты выполнения задания), охарактеризуйте состояние химического равновесия и возможность его смещения.
Напишите выражение константы химического равновесия.
Укажите, как следует изменить:
- температуру;
- давление;
- концентрацию исходных веществ;
- концентрацию продуктов реакции, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции (повысить выход продуктов реакции).
Решение:
Исходные данные: CO2(г) + 3H2(г) = CH3OH(г) + H2O(г)
- ? реакция протекает с выделением теплоты, т. е. является экзотермической. Чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции, температуру следует понизить.
- число молекул H2(г) (исходного вещества) больше, чем число молекул H2O (г) (продукта реакции) необходимо понизить давление.
- При увеличении концентрации исходных веществ равновесие смещается в направлении прямой реакции (концентрация исходных веществ будет уменьшаться).
- При уменьшении концентрации продуктов реакции равновесие смещается в направлении прямой реакции (концентрация продуктов реакции будет увеличиваться).
Задание 5. Металл поместили в водный раствор каждого из электролитов (задание приведена в табл. 4). Используя величины стандартных электродных потенциалов металлов и стандартного потенциала водородного электрода, определите возможность взаимодействия металла с электролитами.
Напишите молекулярные и электронные уравнения соответствующих реакций.
Таблица 4
|
Металл |
Водные растворы электролитов |
|
|
Cd |
Hg(NO3)2; MnCl2; CuSO |
Таблица 5
|
Раствор электролита |
Уравнения реакций |
|||
|
Cd |
Cd |
- 0,403 |
||
|
Hg(NO3)2 |
Hg |
+ 0,850 |
||
|
MnCl2 |
Mn |
- 1,180 |
MnCl2 реакция в нормальных условиях не происходит, т.к. Mn является более реакционноспособным, чем Cd |
|
|
Cu |
+ 0,158 |
Задание 6. Металлическая конструкция, в которой контактируют два металла, эксплуатируется в коррозионной среде.
Определите тип коррозии по механизму её протекания;
Определите, какой из металлов будет корродировать;
Укажите реакцию коррозионной среды (кислая, нейтральная или щелочная). Для определения реакции среды рассмотрите возможность взаимодействия газа с водой во влажном воздухе, напишите соответствующее уравнение химической реакции;
Определите тип деполяризации (водородная или кислородная) для электрохимической коррозии;
Составьте схему коррозионного гальванического элемента;
Напишите электронные уравнения электродных процессов;
Напишите уравнения токообразующей реакции, протекающей в элементе;
Укажите состав продуктов коррозии.
Таблица 6
|
Металлы |
Коррозионная среда |
|
|
Co - Mn |
Морская вода, содержащая растворённый NаСl |
Решение:
Коррозия электрохимическая с кислородной деполяризацией.
Марганец имеет меньшее значение электродного потенциала, поэтому является анодом, а кобальт - катодом. Следовательно, корродировать будет - марганец.
Анодный процесс А(-): 2 окисление
Катодный процесс :
1 восстановление
Продуктом коррозии является
термодинамический энтальпия коррозия
Список использованной литературы и источников
1. Общая химия в формулах, определениях, схемах: учеб. пособие / под ред. В.Ф. Тикавого. - Минск: Университетское, 1996. - 528 с.
2. Химия. Многовариантные задания и примеры их выполнения: учеб. пособие / Панасюк Т.Б., Яргаева В.А. - Хабаровск: ТОГУ. - 158 с.
3. Википедия
4. Подготовка к ЕГЭ по химии.