II Физическая и коллоидная химия

КонтрольнЫЕ Задачи для ПОДГОТОВКИ

К ГОСУДАРСТВЕННОМУ ЭКЗАМЕНУ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ химиЯ

Год

I неорганическая и аналитическая химия

1 Будет ли выпадать осадок при смешении равных объемов раствора щелочи с молярной концентрацией 0,2 моль/дм³и водного раствора [Ni(NH₃)₆]Cl₂ с молярной концентрацией 0,2 моль/дм³?

(Общая константа нестойкости [Ni(NH₃)₆] ²⁺ рК = 8,31 и ПР (Ni(OH)₂) = 1,2·10^–16).

2 Для комплексных ионов никеля [NiCl₆]^4– и [Ni(CN)₄]^2– укажите электронную конфигурацию комплексообразователя, тип гибридизации его валентных орбиталей, пространственное строение комплексных ионов, магнитные свойства. Изобразите диаграмму расщепления энергетических уровней комплексообразователя в кристаллическом поле лигандов для первого соединения, определите энергию стабилизации кристаллическим полем, спиновый магнитный момент. Объясните, может здесь проявляться эффект Яна-Теллера?

3 Кобальт(II) образует с органическим лигандом L единственный комплекс CoL₃²⁺, который имеет максимум поглощения при 560 нм. Излучение этой длины волны ни Co(II), ни лиганд L не поглощают. Были приготовлены два раствора следующего состава:

Раствор 1 : с(Co(II)) = 8∙10^–5 моль/дм³ и с(L) = 2∙10^–5 моль/дм³;

Раствор 2 : с(Co(II)) = 3∙10^–5 моль/дм³ и с(L) = 7∙10^–5 моль/дм³.

Оптические плотности растворов 1 и 2 при 560 нм, измеренные в кювете с толщиной поглощающего слоя 1,0 см, составили 0,203 и 0,680 соответственно. Можно считать, что в растворе 1 весь лиганд участвует в образовании комплекса. Используя эти данные, рассчитайте:

а) молярный коэффициент погашения комплекса CoL₃²⁺;

б) константу устойчивости комплекса CoL₃²⁺.

4 Рассчитать и сравнить изменение рН в двух случаях при добавлении 1,0 см³ раствора серной кислоты с молярной концентрацией кислоты 0,5 моль/ дм³

а) к 100 см³ дистиллированной воды и

б) к 100 см³ буферного раствора, полученного растворением 0,84 г гидроксида калия в 100 см³ раствора муравьиной кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/дм³

( для муравьиной кислоты рК = 3,752).

5 При определении железа в пробе сточной воды 200,0 см³ его окислили до Fe(III), осадили аммиаком, отделили осадок от раствора и после растворения осадка в хлороводородной кислоте оттитровали железо (III), израсходовав 5,14 см³ раствора ЭДТА с молярной концентрацией с(ЭДТА) = 0,0050 моль/дм³. Рассчитайте массовую концентрацию железа в воде (мг/дм³), М(Fe)= 55,85 г/моль.

6 Молярный коэффициент погашения водорастворимого комплексного соединения никеля (II) с диметилглиоксимом при 470 нм равен 1,30·10⁴ дм³/см·моль.

Рассчитайте: а) оптическую плотность раствора комплексного соединения, в 1 см³ которого содержится 1 мкг никеля (II), при толщине поглощающего слоя 1,00 см;

б) массовую концентрацию никеля (II) в растворе (мкг/см³), если оптическая плотность раствора, содержащего диметилглиоксимат никеля и помещенного в кювету с толщиной поглощающего слоя 3,00 см, равна 0,190 при 470 нм. М(Ni) =58,69 г/моль.

7 На растворимость некоторых малорастворимых солей влияют два фактора: рН среды и присутствие в ней комплексообразователя. Одна из таких солей – оксалат серебра (растворимость в воде 2,06∙10^–4 моль/дм³ при рН = 7,0).

а) Рассчитайте растворимость оксалата серебра в подкисленной воде при рН = 5,0. Первая и вторая константы диссоциации для щавелевой кислоты равны 6,5·10^–2 и 5,18·10^–5.

б) В водных растворах аммиака ион серебра образует два комплекса: Ag(NH₃)⁺ и Ag(NH₃)₂⁺. Ступенчатые константы устойчивости этих комплексов равны 2,34·10³ и 6,92·10³. Рассчитайте растворимость оксалата серебра в водном растворе аммиака с молярной концентрацией с(NH₃) = 0,02 моль/ дм³ , имеющим рН = 10,8.

II Физическая и коллоидная химия

1 Энтальпия растворения безводного сульфата лития равна (– 26,71 кДж/моль), а моногидрата этой соли (– 14,31 кДж/моль). Рассчитайте тепловой эффект образования кристаллогидрата из безводной соли и воды. Определите массовую долю воды в частично выветренном кристаллогидрате, если энтальпия растворения 1 кг его равна (–146,0 кДж).

2 При сжигании 1,0 л бутана (н.у.) в избытке кислорода выделяется 128,5 кДж теплоты, а при сгорании 1,0 г циклогексана в тех же условиях выделяется 47,1 кДж теплоты. Вычислите средние энергии связей С – С и С – Н в кДж/моль, если известны теплоты образования Δ_fН(Н₂О_(ж)) = – 286 кДж/моль и Δ_fН(СО₂) = – 394 кДж/моль, а энергии атомизации графита и диссоциации молекулы водорода равны 715 и 436 кДж/моль соответственно.

3 Энергия Гельмгольца одного моля некоторого вещества записывается следующим образом:

F = a + T· (b – c – blnT – glnV),

где a, b, c, g – константы. Найдите давление, энтропию и теплоемкость C_V этого тела.

4 Давление пара жидкого нафталина С₁₀Н₈ равно 10 мм рт.ст. при 85,8 ⁰С и 40 мм рт.ст. при 119,3 ⁰С. Определите энтальпию испарения, нормальную точку кипения и энтропию испарения в нормальной точке кипения.

5 Широко применяемый антифриз для радиаторов автомобилей содержит этиленгликоль. В каком объемном соотношении нужно смешать воду и этиленгликоль (плотность этиленгликоля 1,11 г/см³) для получения антифриза, если объем радиатора 7,5 л, а температура воздуха в самый холодный день достигает минус 20 ⁰С.

6 Содержание углекислого газа в воздухе составляет 0,032 об% (мол%). Оцените молярную концентрацию СО₂ в насыщенной этим газом дождевой воде при 25 ⁰С и давлении 1 атм, если константа Генри при этой температуре равна 1,67·10⁸ Па. Каково значение рН дождевой воды, если считать, что растворенный углекислый газ превратился в слабую угольную кислоту?

7 При 1000 ⁰С и общем давлении 30 атм в равновесной смеси

СО_{2 (газ)} + С _{( тв )} ↔ 2 СО_(газ)

объемная доля углекислого газа составляет 17.% – рассчитать из этого условия константу равновесия, считая, что для реакции был взят 1 моль СО_2. Какая объемная доля СО_{2 (газ)} будет в равновесной смеси при общем давлении 20 атм? При каком давлении объемная доля СО_{2 (газ)} в смеси будет 25%?

(В газовых смесях мольные и объемные доли газов равны. К_р =121,57 при 1273 К ;

φ (СО₂) = 12,57 % при 20 атм ; φ (СО₂) = 25 % при 54,03 атм )

8 Метан можно превратить в ацетилен по реакции:

2СН₄ ↔ С₂Н₂ + 3 Н₂

Δ_f Н⁰_298, кДж/моль - 74,85 226,75 0

S⁰₂₉₈, Дж/моль·К 186,27 200,82 130,52

а) Оцените величины ΔG⁰_T в приближении Улиха при трех температурах 1000, 1500, 2000 ⁰С и по их знаку качественно определите положение равновесия при стандартном давлении 1 атм. Нарисуйте график температурной зависимости ΔG⁰_T и рассчитайте температуру Т^*, при которой происходит инверсия знака ΔG⁰_T ( Т^* = 1712 К ).

б) Оцените значения констант равновесия К_р(Т) при указанных температурах,

в) Запишите выражение для константы равновесия через равновесные парциальные давления участников реакции и на основе закона Дальтона выведите уравнение связи между константой равновесия К_р(Т), общим давлением газовой смеси Р_общ [ атм] и степенью превращения метана α, где ν ( прореаг. метана) = α·ν₀ , а ν₀ – количество взятого для реакции метана.

г) Рассчитайте степень превращения метана при трех указанных температурах и Р_общ = 1 атм и полученные результаты соотнесите с принципом Ле Шателье.

д) Рассчитайте степени превращения метана при 1500⁰С и общих давлениях 0,1 ; 1,0 и 10 атм и полученные результаты соотнесите с принципом Ле Шателье.

( α (0,1 атм) = 0,961 ; α ( 1 атм) = 0,740 ; α ( 10 атм ) = 0,3285 )