МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

№ 1

(номер работы)

Томск –	2023
(город, год)

Задание 1. Сформулируйте правило Дюлонга-Пти. Запишите его математическое выражение. Почему данное правило называют эмпирическим? С помощью каких физико-химических методов можно определить атомную массу элементов в настоящее время? Определите неизвестный металл, если 20 г его соединяется с 3,426 л кислорода (н. у.). Удельная теплоемкость металла равна 0,39 Дж/(гК).

Решение: 1.1) Правило Дюлонга-Пти: атомные теплоёмкости простых твёрдых веществ примерно одинаковы и составляют приблизительно 25 Дж/(мольК).

---

Атомная теплоемкость вещества определяется количеством колебаний, которое может совершать атом в кристаллической решетке, в трехмерной решетке число таких колебаний равняется трём, а каждому колебанию соответствует энергия, равная R=8,314 Дж/(мольК). Отсюда математическая формула закона:

Дж/(мольК)

где C_V – атомная теплоемкость при постоянном объёме.

Альтернативная формулировка: произведение удельной теплоемкости простого твердого вещества на его атомную массу является величиной приблизительно постоянной и равной 25 Дж/(мольК). Математическая формулировка:

Дж/(мольК)

1.2) Правило Дюлонга и Пти было сформулировано на основе экспериментальных данных, поэтому оно является эмпирическим (эмпирическим называют что-либо, полученное опытным путём).

1.3) В настоящее время атомные массы элементов можно определить с помощью масс-спектроскопии (используется для определения массовых чисел отдельных изотопов) и методов рентгенографии.

1.4.1) Решение задачи. Определим неизвестный металл. Сперва вычислим массу кислорода, с которой соединяется неизвестный металл. Комбинируя формулы (а) и (б), получаем необходимое выражение:

(а)

(б)

г

Примечание: - молярный объём, равный 22,4 л/моль.

1.4.2) Применим закон эквивалентов (в) и определим эквивалентную массу металла:

(в)

Эквивалентная масса кислорода выражается формулой:

,

а фактор эквивалентности простого вещества равен:

,

где - число атомов элемента в молекуле; - валентность элемента. Поэтому для кислорода:

 г/моль

Подставляем численные значения в формулу (в):

---

г/моль

1.4.3) По закону Дюлонга-Пти найдём приблизительную атомную массу металла:

г/моль

1.4.4) Теперь зная приблизительную атомную и эквивалентную массу металла, рассчитываем его валентность, не забывая, что она имеет целочисленные значения:





1.4.5) Уточняем атомную массу, умножая эквивалентную массу на валентность:

г/моль

1.4.6) Данному значению атомной массы, согласно Периодической системе, соответствует цинк Zn – двухвалентный металл побочной подгруппы II группы.

Ответ: неизвестный металл – цинк.

Задание 2. Сформулируйте основные положения атомно-молекулярного учения. Какие учёные внесли вклад в его развитие? Приведите примеры веществ с молекулярной и немолекулярной структурой. Определите эквивалентную и атомную массу металла, если при восстановлении 8 г оксида металла (III) израсходовано 3,36 л водорода (н. у.).

Решение: 2.1) Можно выделить следующие положения атомно-молекулярного учения:

1. 
   каждый элемент состоит из мельчайших частиц – атомов;
   
2. 
   все атомы одного элемента одинаковы;
   
3. 
   атомы различных элементов обладают разными свойствами;
   
4. 
   атомы одного элемента не превращаются в атомы других элементов результате химической реакции;
   
5. 
   химические соединения образуются в результате комбинации атомов двух и более элементов;
   
6. 
   в данном соединении относительные количества атомов различных элементов всегда постоянны.
   

2.2) Свой вклад в развитие атомно-молекулярного учения внесли многие учёные, среди них М. В. Ломоносов, Дж. Дальтон, А. Лавуазье, А. Авогадро, Д. И. Менделеев и др.

2.3) Примерами веществ с молекулярной структурой являются вода, различные газы (кислород, азот, углекислый и угарные газы и др.), большинство органических соединений (уксусная кислота, метан и т. д.).

Вещества с немолекулярным строением состоят из атомов или ионов. Примерами таких веществ выступают графит, кремний, алмаз, металлы (к примеру, серебро, марганец, цинк и т. д.), оксиды, гидроксиды и соли (например, хлорид калия, гидрокарбонат натрия и др.).

---

2.4.1) Решение задачи. В условии задачи сказано, что восстанавливается трехвалентный оксид металла, это можно изобразить в виде следующей схемы:



2.4.2) Начнем расчеты с определения количества молей расходуемого газа – водорода, по уравнению:

моль

2.4.3) Как видно из стехиометрии реакции 1 моль оксида реагирует с 3 моль водорода, следовательно:

моль

2.4.4) Теперь зная количество вещества оксида металла, высчитываем его молекулярную массу:

г/моль

2.4.5) Известно, что молекулярная масса вещества равна сумме атомных масс входящих в него элементов (в соответствии со стехиометрией):



Из этого выражения сможем найти атомную массу металла:

г/моль

2.4.6) Последний шаг – нахождение эквивалентной массы металла. Эквивалентные массы элементов в соединении находят по формуле:

,

где - степень окисления элемента в данном соединении.

В нашем случае металл в оксиде имеет степень окисления +3, поэтому:

г/моль

Ответ: г/моль; г/моль.
Задание 3. Какие соединения называют кислотами? Как кислоты разделяются по их силе? Приведите примеры сильных и слабых кислот. Исходя из положения германия и технеция в периодической системе, составьте формулы их высших кислот. Изобразите их графические формулы. Напишите формулы соответствующих им ангидридов.

Решение: 3.1) Кислоты – химические соединения, состоящие из кислотных остатков и атомов водорода, способных замещаться на атомы металлов с образованием солей.

3.2) Кислоты делят по их силе, иначе говоря, по степени их диссоциации в растворах. Выделяют сильные кислоты, диссоциирующие почти полностью, и слабые кислоты, которые диссоциируют в растворах лишь частично.

---

3.3) Примерами сильных кислот являются соляная ( ), серная ( ), азотная ( ), хлорная ( ) и другие. К слабым кислотам относятся угольная ( ), сероводородная ( ), сернистая ( ), азотистая ( ) и т. д.

3.4.1) Высшие кислоты – это кислородсодержащие кислоты, в которых химический элемент проявляет высшую для него степень окисления, численно равную номеру группы, в которой и находится этот элемент.

Так германий – элемент IV группы Периодической системы, следовательно его высшая СО равна +4. Высшей кислотой германия является ортогерманиевая кислота, графическая формула которой изображена на рисунке 1, а краткая форма записи выглядит следующим образом: .



Рис. 1. Графическая формула ортогерманиевой кислоты

3.4.2) Технеций имеет высшую степень окисления +7, так как расположен в VII группе Периодической системы. Высшая для данного элемента кислота – технециевая кислота ( ), её графическую формулу можно увидеть на рисунке ниже.



Рис. 2. Графическая формула технециевой кислоты.

3.5) Ангидриды – химические соединения элементов с кислородом, которые получают, отнимая воду у соответствующей кислоты. Для ортогерманиевой кислоты ангидридом является оксид германия (IV) - , а технециевой кислоте соответствует оксид технеция (VII) - .
Задание 4: Уравняйте реакции методом электронного баланса, укажите окислитель, восстановитель и тип ОВР. Рассчитайте молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя.

---

Смотрите также файлы

• Политикоконституционный кризис.docx

• Отчет об учебной практике.pdf

• Программа среднего профессионального образования 40. 02. 01 Право и организация социального обеспечения Дисциплина Статистика Практическое задание 2.doc

• Семинар 3. Физическая культура в средние века и эпоху возрождения.docx

• Семинар 5. Физическая культура в современный период развития зарубежной физической культуры.docx