Файл: Методические рекомендации по выполнению контрольной работы по дисциплине Химия.docx

d-орбиталей содержится на предвнешнем уровне последнего элемента?

17. Какие значения могут принимать квантовые числа n, l, т, и m_s, характеризующие состояние электронов в атоме? Какие значения они принимают для валентных электронов атома ниобия? Напишите электронную конфигурацию его атома.

18. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 3d или 4s; 5р или 4d? Почему? Запишите электронную конфигурацию атома элемента с порядковым номером 48.

19. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 12 и 28. Сколько свободных Зd-орбиталей в атомах этих элементов?

20. Возможно ли наличие в атоме двух электронов с одинаковыми значениями трех квантовых чисел: n, m_lиm_s? Сколько и какие значения может принимать магнитное квантовое число m_lпри орбитальном числе l = 0, 1, 2 и 3? Приведите примеры. Напишите электронную конфигурацию атома элемента с порядковым номером 33 и укажите его валентные электроны.

21. Внешний энергетический уровень атома выражается конфигурацией 5s²5p². Напишите его полную электронную конфигурацию. Какой это элемент? Сколько свободных р-орбиталей содержится на внешнем энергетическом уровне этого элемента?

22. Напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 25 и 52. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

23. На основании электронных конфигураций атомов серы и брома охарактеризуйте их валентные возможности в основном и возбужденном состояниях.

24. Сколько электронов содержит атом, если следующий электрон должен сделать выбор между 5р и 4d АО? Какую из них и почему он предпочтет? Атом какого элемента при этом образуется? Напишите его электронную конфигурацию в основном и возбужденном состояниях.

25. Составьте электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами 18 и 42, учитывая, что у последнего происходит «провал» одного 5s-электрона на 4d-подуровень. К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?

2. Энергетика и направление химических процессов. Примеры решения задач

---

При решении задач этого раздела следует пользоваться табл. 1 Приложения к КР №№1 и 2.

Пример 2.1. Реакция горения этилового спирта выражается термохимическим уравнением

С₂Н₅ОН(ж) + ЗО₂(г) = 2СО₂(г) + ЗН₂О(ж);  ⁰_х.р. = ?

Вычислите тепловой эффект реакции, если известно, что молярная теплота парообразования С₂Н₅ОН(ж) равна +42,36 кДж, а теплоты образования С₂Н₅ОН(г), СО₂(г), Н₂О(ж) (см. табл. 1 приложения).

Решение.Для определения  ⁰_х.р. реакции необходимо знать теплоту образования С₂Н₅ОН(ж). Последнюю находим из данных:

С₂Н₅ОН(ж) = С₂Н₅ОН(г);  ⁰_х.р. = +42,36 кДж

+42,36 = -235,31- ⁰_х.р.С₂Н₅ОН(ж);

 ⁰_х.р. С₂Н₅ОН(ж) = -235,31 - 42,36 = -277,67 кДж.

Вычисляем  ⁰_х.р. реакции, применяя следствия из закона Гесса:

 ⁰_х.р. = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 277,67 = -1366,87 кДж.

Пример 2.2. Реакция горения этана выражается термохимическим уравнением

С₂Н₆(г) + 3/2О₂ = 2 СО₂(г) + 3 Н₂О(ж);  ⁰_х.р. = -1559,87 кДж.

Вычислите теплоту образования этана, если известны теплоты образования СО₂(г) и Н₂О (ж) (см. табл. 1 Приложения к КР № 1 и 2).

Решение.Определяем тепловой эффект реакции, термохимическое уравнение которой имеет вид

2С (графит) + ЗН₂(г) = С₂Н₆(г);  ⁰_х.р. = ?

исходя из следующих данных:

а) С₂Н₆(г) + 3/2О₂(г) = 2СО₂(г) + ЗН₂О(ж);  _х.р. = -1559,87 кДж;

---

б) С (графит) + О₂(г) = СО₂(г);  _х.р.=-393,51 кДж;

в) Н₂(г) + 7₂О₂ = Н₂О(ж);  _х.р.= -285,84 кДж.

На основании закона Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как и с алгебраическими. Для получения искомого результата следует уравнение (б) умножить на 2, уравнение (в) — на 3, а затем сумму этих уравнений вычислить из уравнения (а):

С₂Н_б + 3/2О₂ - 2С - 2О₂- ЗН₂ -³/₂О₂ = 2СО₂ + ЗН₂О -2СО₂ - ЗН₂О

= -1559,87 - 2(-393,51) - 3(-285,84) = +84,67 кДж;

=-1559,87 + 787,02 + 857,52; С₂Н₆ = 2С + ЗН₂;

= + 84,67 кДж.

Так как теплота образования равна теплоте разложения с обратным знаком, то  ⁰_х.р. = -84,67 кДж. К тому же результату придем, если для решения задачи применить вывод из закона Гесса:

_х._р = 2 _СО2 + З_Н2О –( _С2Нб + 3/2  _О2)

Учитывая, что теплоты образования простых веществ условно приняты равными нулю

_С;Нб = 2_Со₂ + З_Н2о - _х._р

с₂н₆ = 2(-393,51) + 3(-285,84) + 1559,87 = -84,67кДж;
Пример 2.3. Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения ацетилена, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 10 л ацетилена (н.у.)?

Решение. Реакция горения ацетилена протекает по уравнению:

С₂Н₂(г) + 5½О₂ (г) = 2СО₂(г) + Н₂О(г)

Пользуясь следствием из закона Гесса и справочными данными из табл.1, вычисляем тепловой эффект этой реакции:

---

 ⁰_х.р. =(2_f ⁰_СО2 + _f ⁰_Н2О) – (_f ⁰_C2H2 + 5½_f ⁰_O2)

⁰_х.р. = [2(-393,5)+ (-241,8)] – (226,8+ 5½0)= – 1255,6 кДж

Термохимическое уравнение реакции горения ацетилена имеет вид:

С₂Н₂(г) + 5½О₂ (г) = 2СО₂(г) + Н₂О(г), ⁰_х.р. = –1255,6 кДж

Тепловой эффект обычно относят к одному молю вещества. Следовательно, при сжигании 1 моль С₂Н₂ выделяется 1255,6 кДж. Однако, по условию задачи сжигается 10 л ацетилена, что составляет 10 / 22,4 = 0,446 моль С₂Н₂, где 22,4 л/моль – мольный объем любого газа при нормальных условиях. Таким образом, при сгорании 0,446 моль (10 л) С₂Н₂ выделится 0,446(–1255,6) = –560 кДж теплоты.
Пример 2.4. Реакция идет по уравнению Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃.

При восстановлении 48 г Fe₂O₃ выделяется 256,1 кДж теплоты. Вычислите тепловой эффект реакции и стандартную энтальпию образования Fe₂O₃.

Решение.Число молей Fe₂O₃, содержащихся в 48 г Fe₂O₃, составляет:

n = 48 / 160 = 0,3 моль, где 160 г/моль – молярная масса Fe₂O₃. Так как тепловой эффект относят к 1 моль вещества, то тепловой эффект данной реакции равен –256,1 / 0,3 = –853,7 кДж. Запишем термохимическое уравнение этой реакции

Fe₂O₃ + 2Al = 2Fe + Al₂O₃, ⁰_х.р.= –853,8 кДж

Формула для расчета теплового эффекта данной реакции имеет вид:

⁰_х.р.= (2_f ⁰_Fe + _f ⁰_Al2O3) – (_f ⁰_Fe2O3 + 2_f ⁰_Al)), отсюда находим _f ⁰_Fe2O3

_f ⁰ _Fe2O3. = 2_f ⁰_Fe + _f ⁰_Al2O3 – 2_f ⁰_Al –  ⁰_х.р.

---

После подстановки справочных данных из табл.1 приложения получаем

_f ⁰ _Fe2O3. = 20 – 1676 – 20 + 853,8 = –822,2 кДж/моль

Таким образом, тепловой эффект реакции равен –853,8 кДж, а _f ⁰_Fe2O3 составляет –822,2 кДж/моль.
Пример 2.5. Исходя из термохимических уравнений

Н₂(г) + О₂(г) = Н₂О₂(ж),  ⁰₍₁₎= –187 кДж (1)

Н₂О₂(ж) + Н₂(г) = 2Н₂О(г),  ⁰₍₂₎ = –297 кДж (2)

Н₂О(г) = Н₂О(ж),  ⁰₍₃₎= – 44 кДж, (3)

рассчитайте значение стандартной энтальпии реакции образования Н₂О(ж).

Решение.Запишем уравнение реакции, тепловой эффект которой необходимо определить: Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О(ж), ⁰₍₄₎ = ?(4)

В уравнения (1), (2), (3) входят Н₂О₂ (ж) и Н₂О (г), которые не входят в уравнение (4). Чтобы исключить их из уравнений (1), (2), (3), умножим уравнение (3) на 2 и сложим все три уравнения:

Н₂(г) + О₂(г) + Н₂О₂(ж)+ Н₂(г) + 2 Н₂О(г) = Н₂О₂(ж) + 2Н₂О(г) + 2Н₂О(ж) (5)

После преобразования уравнения (5) и деления его на 2 получаем искомое уравнение (4). Аналогичные действия проделаем с тепловыми эффектами: .

В результате получаем: Дж;

т.е. _f⁰ _Н2О(ж) = –286кДж/моль.
Контрольные вопросы.

26. Вычислите, сколько теплоты выделится при сгорании 165 л (н.у.) ацетилена, если продуктами сгорания являются диоксид углерода и пары воды.

27. Вычислите тепловой эффект реакции восстановления 10 т оксида железа (II) водородом, исходя из следующих термохимических уравнений:

FeO(к) + CO(г) = Fe(к) + СO₂ (г), ∆Н⁰₍₁₎ = –19,2 кДж (1)

СO(г) + ½O₂ (г) = СO₂ (г), ∆Н⁰₍₂₎= –283,0 кДж (2)

H₂ (г) + ½O₂ (г) = H₂O(г), ∆Н⁰₍₃₎= –241,83 кДж (3)

FeO(к) + H₂ (г) = Fe(к) + H₂O(г); ∆Н = Х кДж;

28. При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите теплоту образования сульфида железа FeS.

29. Реакция горения этилена выражается уравнением

---