ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.01.2024
Просмотров: 182
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
3+ расположены лиганды: (SCN)
и (Н2О)0, их число равно 6, а вокруг Fe3+ – лиганды (NH3)0 и (NO2)–, их число также равно 6. Ионами внешней сферы в указанных соединениях являются ионы Na+ и Cl соответственно. Исходя из вышесказанного данные комплексные соединения могут быть представлены следующими схемами (рис. 2.6 а, 2.6 б):
Ион
внешней
сферы
Комплексо-образователь
Лиганды
Ион внутренней
сферы (комплекс-
ный ион)
Лиганды
Рис. 2.6 а. Схема комплексного соединения Na[Co(SCN)4(H2O)2] –
– диаквотетрароданокобальтат (III) натрия
Лиганды
Комплексо-образователь
Ион
внешней сферы
Ион
внешней сферы
Ион внутрен-ней сферы
(комплексный
ион)
Лиганды
Рис. 2.6 б. Схема комплексного соединения [Fe(NH3)5 NO2]Cl2 –
– дихлорид нитритопентаамминожелеза (III)
Так как между ионами внешней и внутренней сферы действует слабая ионная связь, то в растворе под действием молекул воды эта связь разрывается, т.е. происходит диссоциация молекулы комплексного соединения на ионы внешней и внутренней сферы:
Na[Co(SCN)4(H2O)2]
Na+ + [Co(SCN)4(H2O)2]
;
[Fe(NH3)5NO2]Cl2 [Fe(NH3)5NO2]2+ + 2Cl .
Однако комплексный ион при этом сохраняет свою целостность. Комплекс перестает существовать, если разрывается внутренняя связь между комплексообразователем и лигандами.
Используя данную информацию, представим в виде табл. 2.3 характеристики двух комплексных соединений. Следует иметь в виду, что необходимо указывать все степени окисления частиц, составляющих данное соединение.
Заряд комплексообразователя определяют исходя из зарядов ионов внешней сферы, лигандов, их количества и нейтральности молекулы в целом. Определим заряд комплексообразователя для рассматриваемых комплексных соединений.
Na+[Cox(SCN)
(H2O)
] [Fex(NH3)
(NO
)–]Cl
1+ х + 4(-1) + 2·0 = 0 х + 0·5 + (-1) + (-1)·2 = 0
х = +3 х = +3
Следовательно комплексообразователем в 1-ом соединении является Со3+, а во втором – Fe3+.
Таблица 2.3
Таблица II.1.
Таблица II.2
Тема III. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте энтальпию образования оксида.
Пример решения 3.1
Пусть по условию задачи в реакцию вступает 20 г алюминия. При взаимодействии с кислородом выделяется 619,85 кДж тепла (Q).
Энтальпией образования (ΔH0298) сложного соединения называется тепловой эффект образования 1 моля этого соединения из простых веществ, взятых в устойчивом состоянии при стандартных условиях. Единицей измерения является кДж/моль.
Записываем уравнение химической реакции
4 Al (тв) + 3 O2 = 2 Al2O3 (тв).
Определяем количество тепла (Q) для одного моля соединения, для этого проводим сокращение и получаем
2 Al (тв) + 3/2 O2 (г) = Al2O3 (тв) .
По условию задачи:
при соединении 20 г алюминия выделяется 619,85 кДж
при соединении 2-х молей алюминия, т.е. 2×27, выделяется Q кДж
Q =
кДж.
Так как тепло выделяется, то энтальпия системы уменьшается
ΔH
= - 1673,6 кДж/моль.
Следовательно, реакция образования оксида Al2O3 является экзотермической.
Задание 3.2. Вычислите
(кДж), 
(Дж/К), 
(кДж) для следующей реакции:
Возможна ли реакция при Р = 1 атм и Т = 298 К?
Вычислите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 К.
Пример решения 3.2.
В качестве примера рассмотрим возможность протекания следующей
химической реакции:
Запишем под формулами веществ соответствующие значения энтальпии (∆H0298, кДж/моль) и энтропии (S0298, Дж/моль*К). (Приложении 1)
По закону Гесса определяем ∆H0298 х.р.и ∆S0298 х.р..
По закону Гесса тепловой эффект реакции зависит от природы и состояния конечных продуктов и исходных веществ, но не зависит от пути протекания реакции, т.е. от числа и характера промежуточных стадий, т.е., при расчете H0 химической реакции (ΔH
):
ΔH = ∑nΔН0, продуктов реакции − ∑nΔН0 исходных веществ
Значения термодинамических параметров, приведенных в Приложении 1, даны для одного моля вещества. Стандартная энтальпия образования вещества обозначается ΔH0298/
ΔН0298, х.р.= (ΔH
+ ΔH
) − (2 ΔH
+ 2ΔH
),
∆H0298 х.р = (-74,85+ (-396,3)) − (2×(-110,5) + 2×0) = -250,15 кДж.
Так как энтальпия системы уменьшается (ΔН < 0), то тепло выделяется. Следовательно, данная реакция является экзотермической.
Аналогично рассчитаем ΔS0298 химической реакции.
Энтропия вещества определяет меру беспорядка в системе S0298. Единица измерения энтропии: Дж/моль·К.
ΔS =(S + S )−(2S +2S ),
∆S0298 х.р =(186,19+213,6)−(2×197,4 + 2×130,6) = -794,59 Дж/К = -0,795 кДж/К.
Так как энтропия системы уменьшается (ΔS < 0), следовательно, система стала обладать большей степенью упорядоченности.
Переходим к расчету ∆G0298 х.р
и (Н2О)0, их число равно 6, а вокруг Fe3+ – лиганды (NH3)0 и (NO2)–, их число также равно 6. Ионами внешней сферы в указанных соединениях являются ионы Na+ и Cl соответственно. Исходя из вышесказанного данные комплексные соединения могут быть представлены следующими схемами (рис. 2.6 а, 2.6 б):Ион
внешней
сферы
Комплексо-образователь
Лиганды
Ион внутренней
сферы (комплекс-
ный ион)
Лиганды
Рис. 2.6 а. Схема комплексного соединения Na[Co(SCN)4(H2O)2] –
– диаквотетрароданокобальтат (III) натрия
Лиганды
Комплексо-образователь
Ион
внешней сферы
Ион
внешней сферы
Ион внутрен-ней сферы
(комплексный
ион)
Лиганды
Рис. 2.6 б. Схема комплексного соединения [Fe(NH3)5 NO2]Cl2 –
– дихлорид нитритопентаамминожелеза (III)
Так как между ионами внешней и внутренней сферы действует слабая ионная связь, то в растворе под действием молекул воды эта связь разрывается, т.е. происходит диссоциация молекулы комплексного соединения на ионы внешней и внутренней сферы:
Na[Co(SCN)4(H2O)2]
Na+ + [Co(SCN)4(H2O)2] ;[Fe(NH3)5NO2]Cl2
[Fe(NH3)5NO2]2+ + 2Cl .Однако комплексный ион при этом сохраняет свою целостность. Комплекс перестает существовать, если разрывается внутренняя связь между комплексообразователем и лигандами.
Используя данную информацию, представим в виде табл. 2.3 характеристики двух комплексных соединений. Следует иметь в виду, что необходимо указывать все степени окисления частиц, составляющих данное соединение.
Заряд комплексообразователя определяют исходя из зарядов ионов внешней сферы, лигандов, их количества и нейтральности молекулы в целом. Определим заряд комплексообразователя для рассматриваемых комплексных соединений.
Na+[Cox(SCN)
(H2O) ] [Fex(NH3) (NO )–]Cl 1+ х + 4(-1) + 2·0 = 0 х + 0·5 + (-1) + (-1)·2 = 0
х = +3 х = +3
Следовательно комплексообразователем в 1-ом соединении является Со3+, а во втором – Fe3+.
Таблица 2.3
| Характеристики комплексного | Формула комплексного соединения | |
| соединения | Na[Co(SCN)4(H2O)2] | [Fe(NH3)5NO2]Cl2 |
| Комплексное соединение с ука-занием степеней окисления всех частиц | Na+[Cox(SCN) (H2O) ] | [Fex(NH3)  NO –]Cl |
| Комплксообра- зователь | Со3+ | Fe2+ |
| Лиганды | SCN , H2O0 | NH , (NO2)– |
| Координационное число | 4 + 2 = 6 | 5 + 1 = 6 |
| Ионы внутренней сферы | [Co(SCN)4(H2O)2] | [Fe(NH3)5NO2]2+ |
| Ионы внешней сферы | Na+ | Cl |
| Уравнение диссоциации комплексного соединения | Na[Co(SCN)4(H2O)2]  Na+ + [Co(SCN)4(H2O)2] | [Fe(NH3)5(NO2)]Cl2 [Fe(NH3)5(NO2)]2+ + 2Cl |
Таблица II.1.
| № варианта | Молекула |
| 1 | NF3 |
| 2 | PH3 |
| 3 | SbBr3 |
| 4 | AsCl3 |
| 5 | H2S |
| 6 | SCl2 |
| 7 | OF2 |
| 8 | H2Se |
| 9 | H2Te |
| 10 | SF2 |
| 11 | SiH4 |
| 12 | CH3Br |
| 13 | H2S |
| 14 | GeH4 |
| 15 | CH3Cl |
| 16 | SiCl4 |
| 17 | CH2Cl2 |
| 18 | SiF4 |
| 19 | PbBr4 |
| 20 | PBr3 |
| 21 | SbCl3 |
| 22 | AsBr3 |
| 23 | SbF3 |
| 24 | SnCl4 |
| 25 | CF4 |
| 26 | CHCl3 |
| 27 | CCl4 |
| 28 | SnBr4 |
| 29 | H2Te |
| 30 | BCl3 |
Таблица II.2
| Номер варианта | Формулы комплексных соединений | |
| 1 | K 2 [PtCl6] | [Co(NH3)5SO4]NO3 |
| 2 | Na2[Cu(CN)4] | [Co(H2O)2(NH3)4]Cl2 |
| 3 | (NH4)3[RhCl6] | [Cr(H2O)4Cl2]Br |
| 4 | K3[CoF6] | [Pd(NH3)3Cl]Cl |
| 5 | Na[Ag(NO3)2] | [Pt(NH3)3Cl]Br |
| 6 | K2[Cd(CN)4] | [Co(NH3)5Br]SO4 |
| 7 | Na3[V(SCN)6] | [Pd(H2O)(NH3)2Cl]Cl |
| 8 | K[Ag(CN)2] | [Co(NH3)5H2O]Cl3 |
| 9 | K4[Mn(CN)6] | [Ti(H2O)4Br2]Br |
| 10 | K2[NiCl4] | [Cu(H2O)3OH]Cl |
| 11 | (NH4)3[Fe(CN)6] | [Hg2(H2O)OH]Cl |
| 12 | H[AuCl4] | [Co(NH3)5Cl]Cl2 |
| 13 | K3[Al(OH)6] | [Be(H2O)3OH]Cl |
| 14 | K2[Zn(CN)4] | [Ni(H2O)6]SO4 |
| 15 | Na3[Co(NO2)6] | [Pt(NH3)2(H2O)(OH)]NO3 |
| 16 | Ba[Cr(NH3)2(SCN)4]2 | [Cu(NH3)4](NO3)2 |
| 17 | (NH4)2[Pt(OH)2Cl4] | [Al(H2O)6]Cl3 |
| 18 | K2[Co(NH3)2(NO2)4] | [Zn(NH3)4]Cl2 |
| 19 | K2[Pt(OH)5Cl] | [Ag(NH3)2]NO3 |
| 20 | Na2[IrCl6] | [Cr(H2O)5(OH)]Cl2 |
| 21 | K2[Zn(OH)4] | [Fe(H2O)5NO2]SO4 |
| 22 | Na[Al(OH)4(H2O)2] | [Co(NH3)6]Cl3 |
| 23 | K2[HgI4] | [Ti(H2O)4(OH)2]Cl2 |
| 24 | K2[Ni(CN)4] | [Cr(NH3)2(H2O)4](NO3)3 |
| 25 | Na2[Be(OH)4] | [Cr(NH3)4(SCN)Cl](NO3)2 |
| 26 | K4[Cd(OH)6] | [Pt(NH3)2(H2O)2Br2]Cl2 |
| 27 | Na[Cr(H2O)4Cl2] | [Ag(NH3)2]Br |
| 28 | K2[Fe(H2O)Cl5] | [Ni(NH3)6](NO3)2 |
| 29 | Na2[PtBr4] | [Zn(NH3)2Cl]Cl |
| 30 | K[PtNH3Cl3] | [Fe(H2O)6]Cl3 |
Тема III. ХИМИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Задание 3.1. Запишите реакцию взаимодействия указанного по варианту элемента с кислородом. Используя приведенные в табл. III.1 данные, рассчитайте энтальпию образования оксида.
Пример решения 3.1
Пусть по условию задачи в реакцию вступает 20 г алюминия. При взаимодействии с кислородом выделяется 619,85 кДж тепла (Q).
Энтальпией образования (ΔH0298) сложного соединения называется тепловой эффект образования 1 моля этого соединения из простых веществ, взятых в устойчивом состоянии при стандартных условиях. Единицей измерения является кДж/моль.
Записываем уравнение химической реакции
4 Al (тв) + 3 O2 = 2 Al2O3 (тв).
Определяем количество тепла (Q) для одного моля соединения, для этого проводим сокращение и получаем
2 Al (тв) + 3/2 O2 (г) = Al2O3 (тв) .
По условию задачи:
при соединении 20 г алюминия выделяется 619,85 кДж
при соединении 2-х молей алюминия, т.е. 2×27, выделяется Q кДж
Q =
кДж.Так как тепло выделяется, то энтальпия системы уменьшается
ΔH
= - 1673,6 кДж/моль.Следовательно, реакция образования оксида Al2O3 является экзотермической.
Задание 3.2. Вычислите
(кДж), (Дж/К), (кДж) для следующей реакции:Возможна ли реакция при Р = 1 атм и Т = 298 К?
Вычислите температуру равновесия реакции и константы равновесия при 298 К.
Пример решения 3.2.
В качестве примера рассмотрим возможность протекания следующей
химической реакции:
| | 2СО (г) | + | 2Н2 (г) | = | СН4 (г) | + | СО2 (г) |
| ∆H0298, кДж/моль | -110,5 | | 0 | | -74,85 | | -396,3 |
| S0298, Дж/моль*К | 197,4 | | 130,6 | | 186,19 | | 213,6 |
Запишем под формулами веществ соответствующие значения энтальпии (∆H0298, кДж/моль) и энтропии (S0298, Дж/моль*К). (Приложении 1)
По закону Гесса определяем ∆H0298 х.р.и ∆S0298 х.р..
По закону Гесса тепловой эффект реакции зависит от природы и состояния конечных продуктов и исходных веществ, но не зависит от пути протекания реакции, т.е. от числа и характера промежуточных стадий, т.е., при расчете H0 химической реакции (ΔH
): ΔH
= ∑nΔН0, продуктов реакции − ∑nΔН0 исходных веществ Значения термодинамических параметров, приведенных в Приложении 1, даны для одного моля вещества. Стандартная энтальпия образования вещества обозначается ΔH0298/
ΔН0298, х.р.= (ΔH
+ ΔH ) − (2 ΔH + 2ΔH ), ∆H0298 х.р = (-74,85+ (-396,3)) − (2×(-110,5) + 2×0) = -250,15 кДж.
Так как энтальпия системы уменьшается (ΔН < 0), то тепло выделяется. Следовательно, данная реакция является экзотермической.
Аналогично рассчитаем ΔS0298 химической реакции.
Энтропия вещества определяет меру беспорядка в системе S0298. Единица измерения энтропии: Дж/моль·К.
ΔS
=(S + S )−(2S +2S ),∆S0298 х.р =(186,19+213,6)−(2×197,4 + 2×130,6) = -794,59 Дж/К = -0,795 кДж/К.
Так как энтропия системы уменьшается (ΔS < 0), следовательно, система стала обладать большей степенью упорядоченности.
Переходим к расчету ∆G0298 х.р