Задача. Вычисление количества вещества (или объема) газа, необходимого для реакции с определенным количеством вещества (или объемом) другого газа.

Пример: 2. Сколько литров кислорода необходимо для сгорания 89,6 литров водорода?

Решение:

1. Объем газа пропорционален количеству вещества:
v = 22,4 л/моль • n,
где 22,4 – молярный объем, т.е. объем одного моля любого газа,
n – количество вещества (моль)

2. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением – число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
89,6 л x л
2H₂ + O₂ = 2H₂O
2 моль 1 моль

3. Составляем пропорцию:
89,6 л – x л
2 моль – 1 моль
(или с пояснением:
для сгорания 89,6 л водорода требуется x л кислорода,
а для 2 моль – 1 моль)

4. Находим x:
x = 89,6 л • 1 моль / 2 моль = 44,8 л

Ответ: 44,8 л.

 

Билет № 8

1. Классификация химических реакций по различным признакам: числу и составу исходных и полученных веществ; выделению или поглощению энергии; изменению степени окисления химических элементов. Примеры реакций различных типов. ♦ По числу и составу исходных и полученных веществ химические реакции бывают:

1. Соединения – из двух или нескольких веществ образуется одно сложное вещество:
Fe + S = FeS
(при нагревании порошков железа и серы образуется сульфид железа)

2. Разложения – из одного сложного вещества образуется два или несколько веществ:
2H₂O = 2H₂ + O₂
(вода разлагается на водород и кислород при пропускании электрического тока)

3. Замещения – атомы простого вещества замещают один из элементов в сложном веществе:
Fe + CuCl₂ = Cu↓ + FeCl₂
(железо вытесняет медь из раствора хлорида меди (II))

4. Обмена – 2 сложных вещества обмениваются составными частями:
HCl + NaOH = NaCl + H₂O
(реакция нейтрализации – соляная кислота реагирует с гидроксидом натрия с образованием хлорида натрия и воды)

♦ Реакции, протекающие с выделением энергии (тепла), называются экзотермическими. К ним относятся реакции горения, например серы:

S + O₂ = SO₂ + Q
Образуется оксид серы (IV), выделение энергии обозначают + Q

Реакции, требующие затрат энергии, т.е. протекающие с поглощением энергии, называются эндотермическими. Эндотермической является реакция разложения воды под действием электрического тока:

2H₂O = 2H₂ + O₂ – Q

♦ Реакции, сопровождающиеся изменением степеней окисления элементов, т.е. переходом электронов, называются окислительно-восстановительными:

Fe⁰ + S⁰ = Fe⁺²S^-2

Противоположностью являются электронно-статичные реакции, часто их называют просто реакции, протекающие без изменения степени окисления. К ним относятся все реакции обмена:

H⁺¹Cl^-1 + Na⁺¹O^-2H⁺¹ = Na⁺¹Cl^-1 + H₂⁺¹O^-2

(Напомним, что степень окисления в веществах, состоящих из двух элементов, численно равна валентности, знак ставится перед цифрой) 2. Опыт. Проведение реакций, подтверждающих качественный состав предложенной соли, например сульфата меди(II). Качественный состав соли доказывают с помощью реакций, сопровождающихся выпадением осадка или выделением газа с характерным запахом или цветом. Образование осадка происходит в случае получения нерастворимых веществ (определяем по таблице растворимости). Газы выделяются при образовании слабых кислот (для многих требуется нагревание) или гидроксида аммония.

Наличие иона меди можно доказать добавлением гидроксида натрия, выпадает синий осадок гидроксида меди (II):

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Дополнительно можно провести разложение гидроксида меди (II) при нагревании, образуется черный оксид меди (II):

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Наличие сульфат-иона доказывается выпадением белого кристаллического осадка, нерастворимого в концентрированной азотной кислоте, при добавлении растворимой соли бария:

CuSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + CuCl₂

 

Билет № 9

1. Окислительно-восстановительные реакции. Окислитель и восстановитель (на примере двух реакций). Окислительно-восстановительные реакции протекают с изменением степени окисления. Широко распространенными реакциями этого типа являются реакции горения. Также сюда относятся реакции медленного окисления (коррозия металлов, гниение органических веществ). Степень окисления элемента показывает число смещенных (притянутых или отданных) электронов. В простых веществах она равна нулю. В бинарных соединениях (состоящих из 2-х элементов) равна валентности, перед которой ставится знак (поэтому иногда ее называют «условным зарядом»).

В веществах, состоящих из 3-х и более элементов, степень окисления можно рассчитать с помощью уравнения, взяв неизвестную степень окисления за «икс», а общую сумму приравняв к нулю. Например, в азотной кислоте HNO₃ степень окисления водорода +1, кислорода -2, получаем уравнение: +1 + x -2 • 3 = 0

x = +5

Элемент, присоединяющий электроны, называется окислителем. Элемент, являющийся донором электронов (отдающий электроны), называется восстановителем.

_ 2 e^- _
l ↓
Fe⁰ + S⁰ = Fe⁺²S^-2

При нагревании порошков железа и серы образуется сульфид железа. Железо является восстановителем (окисляется), сера – окислителем (восстанавливается).

S⁰ + O₂⁰ = S⁺⁴O₂^-2

В этой реакции сера является восстановителем, кислород окислителем. Образуется оксид серы (IV)

Можно привести пример с участием сложного вещества:

Zn⁰ + 2H⁺¹Cl = Zn⁺²Cl₂ + H₂⁰↑

цинк – восстановитель, водород соляной кислоты – окислитель.

Можно привести пример с участием сложного вещества и составить электронный баланс:

Cu⁰ + 4HN⁺⁵O₃ = Cu⁺²(NO₃)₂ + 2H₂O + 2N⁺⁴O₂↑

^конц.

Cu0 – 2e– → Cu+2			- восстановитель
N+5 + 1e– → N+4		- окислитель

2. Задача. Вычисление массы продукта реакции, если для его получения взят раствор с определенной массовой долей (%) исходного вещества.

m _{растворенного вещества} = m _{раствора} • ω

где ω – массовая доля

Можно получить ту же формулу, составляя пропорцию:

m _{раствора} – 100%

х – ω %

х = m _{раствора} • ω: 100

Пример: Сколько граммов хлорида цинка получится при растворении избытка цинка в 20 граммах 10%-ного раствора соляной кислоты?

Решение:

1) Находим массу HCl в растворе:

m _HCl = 20г • 10%: 100% = 2 г

2) Находим количество вещества HCl:

M (HCl) = 35,5 + 1 = 36,5 г/моль

n = m/M = 2 г: 36,5 г/моль = 0,055 моль

3) Подписываем данные над уравнением реакции, а число моль согласно уравнению (равно коэффициентам) под ним:
0,055 моль x моль
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
2 моль 1 моль

Составляем пропорцию:
0,055 моль – x моль
2 моль – 1 моль

Находим x:

x = 0,055 моль • 1 моль / 2 моль = 0,028 моль

4) Находим массу соли:

M (ZnCl₂) = 65 + 35,5 • 2 = 136 г/моль

m = M • n = 136 г/моль • 0,028 моль = 3,8 г

Ответ: 3,8 г.

(Если подставлять в уравнение не моли, а граммы, то получится точнее – 3,7 г)

 

Билет № 10 1. Реакции ионного обмена, условия их протекания до конца (на примере двух реакций). Отличие реакций ионного обмена от реакций окислительно-восстановительных. Реакции обмена в растворах электролитов получили название реакций ионного обмена. Эти реакции протекают до конца в 3-х случаях:

1. Если в результате реакции выпадает осадок (образуется нерастворимое или малорастворимое вещество, что можно определить по таблице растворимости):
CuSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄↓ + CuCl₂

2. Если выделяется газ (образуется часто при разложении слабых кислот):
Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

3. Если образуется малодиссоциирующее вещество. Например, вода, уксусная кислота:
HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Это связано со смещением химического равновесия вправо, что вызвано удалением одного из продуктов из зоны реакции.

Реакции ионного обмена не сопровождаются переходом электронов и изменением степени окисления элементов в отличие от окислительно-восстановительных реакций.

Если попросят написать уравнение в ионном виде, можно проверять правильность написания ионов по таблице растворимости. Не забывайте менять индексы на коэффициенты. Нерастворимые вещества, выделяющиеся газы, воду (и другие оксиды) на ионы не раскладываем.

Cu²⁺ + SO₄^2- + Ba²⁺ + 2Cl^- = BaSO₄↓ + Cu²⁺ + 2Cl^-
Вычеркиваем не изменившиеся ионы:

SO₄^2- + Ba²⁺ = BaSO₄↓

2. Задача. Вычисление массовой доли (%) химического элемента в веществе, формула которого приведена.

Формулу для вычисления массовой доли в общем виде можно записать так:

ω = масса компонента / масса целого,

где ω – массовая доля

Для расчета массовой доли элемента в сложном веществе формула будет иметь следующий вид:

ω = Ar • n / Mr,

где Ar – относительная атомная масса,
n – число атомов в молекуле,

Mr – относительная молекулярная масса (численно равна M – молярной массе)

Пример: Рассчитайте массовую долю элементов в оксиде серы (VI) SO₃.

Решение:

Mr (SO₃) = 32 + 16 • 3 = 80

ω (S) = 32: 80 = 0,4 = 40%

ω (O) = 16 • 3: 80 = 0,6 = 60%

проверка: 40% + 60% = 100%

Ответ: 40%; 60%.

Билет № 11

1. Кислоты в свете представлений об электролитической диссоциации. Химические свойства кислот: взаимодействие c металлами, основными оксидами, основаниями, солями (на примере хлороводородной кислоты). С точки зрения теории электролитической диссоциации кислотами называются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием ионов водорода: HCl → H⁺ + Cl^- Более строгая формулировка: отщепляющие в качестве катионов (положительных ионов) только ионы водорода.

Под ионом водорода подразумевают гидратированный протон (т.е. протон, присоединивший воду). Если хотят показать состав иона водорода, его обычно изображают H₃O⁺

Далее ответ совпадает со 2-м вопросом билета №1:

1. Кислоты окрашивают растворы индикаторов лакмуса и метилового оранжевого в красный цвет

2. Взаимодействуют с металлами, находящимися в ряду напряжений левее водорода, например, с цинком, с образованием соли (хлорида цинка) и газообразного водорода:
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

3. Взаимодействуют с основными оксидами с образованием соли и воды:
CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O
(при проведении реакции с оксидом меди (II), пробирку желательно слегка подогреть) получается хлорид меди(II)

4. Взаимодействуют с основаниями с образованием соли и воды:
NaOH + HCl = NaCl + H₂O

5. Вытесняют слабые кислоты из растворов их солей, например, карбоната натрия:
Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂O + CO₂↑

6. Реакция с солями может протекать с образованием осадка:
AgNO₃ + HCl = HNO₃ + AgCl↓ 2. Опыт. Выделение поваренной соли из ее смеси с речным песком.

1. Добавить к смеси немного воды, перемешать. Соль растворится, песок осядет на дно.

2. Профильтровать полученную смесь. Если нет фильтра, дать отстояться и слить верхнюю часть воды с растворенной солью.

(Здесь мы используем различную растворимость соли и песка в воде)

3. Выпарить соль из раствора в фарфоровой чашке.

Прекратить выпаривание при появлении кристаллов соли, иначе чашка может треснуть. С горячей чашкой обращаться осторожно!!! Спиртовку тушить, накрывая колпачком. Спички чиркать «от себя».

 

Билет № 12

1. Амфотерные гидроксиды, их химические свойства: взаимодействие с кислотами, щелочами, разложение при нагревании (на примере гидроксида цинка). Амфотерные гидроксиды – вещества, состоящие из металла (цинка, алюминия и некоторых других) и гидроксогрупп OH.

Могут быть получены действием щелочей на растворы солей цинка:

ZnCl₂ + 2NaOH = Zn(OH)₂↓ + 2NaCl

Способны в зависимости от условий проявлять как основные, так и кислотные свойства. Т.е. реагируют как с кислотами, так и со щелочами.

С кислотами амфотерные гидроксиды реагируют так же, как и основания, с образованием соли и воды. Например, гидроксид цинка, нерастворимый в воде, взаимодействует с соляной кислотой и осадок исчезает:

Zn(OH)₂ + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O

(полученная соль – хлорид цинка)

Чтобы записать реакцию гидроксида цинка со щелочью, его удобно записать, как кислоту – водород в начале.

Осадок растворяется и в избытке щёлочи.

При взаимодействии гидроксида цинка со щелочами образуются соли – цинкаты:

H₂ZnO₂ + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + 2H₂O

Строго говоря, образование цинката натрия в водном растворе происходит при участии гидроксид-ионов, но обычно для простоты записывают это уравнение.

Нерастворимые гидроксиды разлагаются при нагревании, образуется оксид металла и вода:

Zn(OH)₂ = ZnO + H₂O

2. Опыт. Получение и собирание водорода. Доказательство наличия водорода в пробирке. Водород можно получить взаимодействием цинка с соляной кислотой:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Водород легче воздуха, поэтому его собирают в пробирку, перевернутую дном кверху.

Чтобы доказать наличие водорода в пробирке и проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки (пробирку держим держателем для пробирок!). Чистый водород сгорает со звонким хлопком.

Если водород смешан с воздухом, звук будет визгливый, говорят «сгорает со свистом».

Опыт доказательства наличия водорода не всегда получается, особенно без тренировки – нужно накопить довольно много водорода. При этом не забывайте отверстие пробирки направлять в сторону, где никого нет – «от людей».

Для получения водорода на экзамене вряд ли будет использоваться аппарат Киппа. Скорее, предложат пробирку с газоотводной трубкой или колбу, накрытую перевернутой воронкой. Желательно уточнить этот момент на консультации перед экзаменом и обговорить с учителем меры безопасности.

Ни в коем случае не зажигайте спички и спиртовку поблизости от сосуда, в котором получаете водород. Если он собран герметично или закрыт пробкой, при возгорании водорода взрыв разорвет сосуд, осколки могут поранить лицо.

Водород можно получить и взаимодействием натрия, кальция с водой, но этот опыт не вполне безопасен (если взять слишком большой кусочек натрия, может произойти взрыв).

2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂↑

Билет № 13

1. Щелочи в свете представлений об электролитической диссоциации. Химические свойства щелочей: взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами, солями (на примере гидроксида натрия или гидроксида кальция). Щёлочи – это растворимые основания.

С точки зрения теории электролитической диссоциации основаниями являются вещества, диссоциирующие в растворах с образованием гидроксид-ионов, т.е. основные гидроксиды:

NaOH → Na⁺ + OH^-

Более строгая формулировка: отщепляющие в качестве анионов (отрицательных ионов) только гидроксид-ионы.

Растворы щелочей окрашивают индикатор фенолфталеин (сокращенно ф-ф) в малиновый цвет.

Лакмус окрашивают в синий, метилоранж – в желтый, но это в школьной лаборатории видно плохо, не дает возможности отличить от нейтрального раствора.

Щёлочи реагируют с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

NaOH + HCl = NaCl + H₂O

Щёлочи реагируют с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

2NaOH + CO₂ = Na₂CO₃ + H₂O

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O (известковое тесто при неправильном хранении поглощает углекислый газ, образуется карбонат кальция)

Щелочи реагируют с растворами солей, если в результате реакции образуется осадок:

CuSO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + Cu(OH)↓

Например, при сливании с растворимыми солями меди (II) выпадает синий осадок гидроксида меди (II). При нагревании солей аммония со щелочами выделяется газообразный аммиак:

Ca(OH)₂ + 2NH₄Cl = CaCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O

2. Задача. Вычисление массы исходного вещества, если известно количество вещества одного из продуктов реакции. Пример: Сколько граммов соляной кислоты необходимо для получения 4 моль хлорида цинка?

Решение:

1. Записываем уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

2. Записываем над уравнением реакции имеющиеся данные, а под уравнением – число моль согласно уравнению (равно коэффициенту перед веществом):
x моль 4 моль
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑
2 моль 1 моль

3. Составляем пропорцию:
x моль – 4 моль
2 моль – 1 моль

4. Находим x:
x = 4 моль • 2 моль / 1 моль = 8 моль

5. Находим молярную массу соляной кислоты: M (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 (г/моль)
(молярную массу каждого элемента, численно равную относительной атомной массе, смотрим в периодической таблице под знаком элемента и округляем до целых, кроме хлора, который берется 35,5)

6. Находим требуемую массу соляной кислоты: m (HCl) = M • n = 36,5 г/моль • 8 моль = 292 г

Ответ: 292 г.

Билет № 14

1. Водород: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома и молекулы. Физические и химические свойства водорода, получение и применение. Водород находится в 1-м периоде, I группе, главной (А) подгруппе. Химический знак водорода обычно проставляют и в VII группе. Это связано с тем, что ядро атома водорода представляет из себя протон (элементарную частицу), заряд его равен +1. Электронная оболочка имеет один уровень, на котором расположен один электрон. Водород, как и металлы I группы, легко окисляется. Валентность водорода равна I.В то же время водороду недостает только одного электрона, чтобы заполнить внешний электронный уровень (т.к. на I уровне может разместиться только 2 электрона). В этом он сходен с галогенами. Водород-простое вещество, как и галогены, является неметаллом. Поэтому химический знак водорода помещают также в VII группу.

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных ковалентной неполярной связью.

Водород – газ, без цвета и запаха, легче воздуха. Растворимость в воде очень мала.

Химические свойства:

1. Водород горит, образуется вода; смесь водорода с воздухом сгорает со взрывом:
2H₂ + O₂ = 2H₂O

2. Водород продолжает гореть в атмосфере хлора (т.е. реагирует с хлором при нагревании), образуется хлороводород:
H₂ + Cl₂ = 2HCl
Сходным образом протекают реакции со многими неметаллами.

3. Водород восстанавливает металлы из их оксидов:
H₂ + CuO = Cu + H₂O
В этих трех реакциях водород является восстановителем.

Водород может выступать в роли окислителя при нагревании со щелочными металлами:
2Na + H₂ = 2NaH (образуется гидрид натрия)

В лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Водород собирают в сосуд, перевернутый кверху дном.

Чтобы проверить его на чистоту, пробирку с водородом подносят к пламени спиртовки. Чистый водород сгорает со звонким хлопком. Если водород смешан с воздухом, сгорает со взрывом.

Водород можно получить взаимодействием натрия, кальция с водой:

2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂↑

При отсутствии этих реактивов практикуется получение водорода взаимодействием алюминиевой стружки и воды (с добавлением щелочи, чтобы разрушить оксидную пленку).

В промышленности водород получают при разложении природного газа.

Перспективным считается получение водорода при разложении воды электрическим током, но этот метод дорого обходится из-за больших затрат электроэнергии.

Применение водорода:

1. Синтез аммиака NH₃ (производство азотной кислоты и азотных удобрений), соляной кислоты

2. Получение металлов высокой чистоты (например, порошка железа для школьной химической лаборатории)

3. Газовая резка и сварка металлов

Водород считается перспективным экологически чистым топливом для автомобильного и воздушного транспорта. Запасы нефти и газа на Земле исчерпаемы, а водород можно получать из воды.