Контрольная работа по "Химии"

Примеси, от которых зависит  безопасность ресурсов питьевой воды, подразделяются на три категории:

-  неорганические химические вещества, к числу которых относятся ртуть, кадмий, нитраты, свинец и их соединения, а также соединения хрома, меди;

-  органические химические соединения — нефть и нефтепродукты, пестициды, полихлорбифенилы;

-  болезнетворные микроорганизмы, паразиты.

Огромное количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные  воды со сточными водами предприятий  черной и цветной металлургии, химической, нефтехимической, нефтяной, газовой, угольной, лесной, целлюлозно-бумажной промышленности, предприятий сельского и коммунального хозяйства, а также поверхностным стоком с прилегающих территорий.

Значительное количество биогенных и органических веществ  попадает в воду с сельскохозяйственных угодий, пастбищ и животноводческих ферм.

В настоящее время проблема загрязнения водных объектов (рек, озер, морей, грунтовых вод и т.д.) является наиболее актуальной, т.к. всем известно - выражение "вода - это жизнь". Без воды человек не может прожить более трех суток, но даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами.

Цикл воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, океан получал от рек столько  воды, сколько расходовал при её испарении. Если не менялся климат, то не мелели реки и не снижался уровень  воды в озёрах.

С развитием цивилизации  этот цикл стал нарушаться, в результате полива сельскохозяйственных культур увеличилось испарение с суши. Реки южных районов обмелели, загрязнение океанов и появление на его поверхности нефтяной плёнки уменьшило количество воды, испаряемой океаном. Всё это ухудшает водоснабжение биосферы. Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий.

Кроме того, и сама пресная  вода, которая возвращается в океан  и другие водоёмы с суши, часто  загрязнена, практически не пригодной  для питья стала вода многих рек  России. Следовательно, эту проблему надо решать как можно скорее и радикально пересмотреть проблему очищения промышленных сбросов.

 

Задача 9. Определение понятий: истинный раствор, коллоидный раствор, смесь. Различие и сходство этих систем. Основные способы выражения концентрации растворов. Расчет концентрации раствора: процентной, молярной, мольной доли по данным таблицы. 

Истинный (молекулярный) раствор - это разновидность растворов, в котором размеры частиц растворенного вещества предельно малы и сопоставимы с размером частиц растворителя. 

Коллоидными растворами называются гетерогенные дисперсные системы, в  которых частицы «растворенного» вещества обладают ультрамикроскопической (коллоидной) степенью дробления. Поперечник частиц дисперсной фазы в этих системах лежит в пределах 1 -100 нм.

Смесь это физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений (компонентов).

В смеси исходные вещества включены неизменными. При этом нередко исходные вещества становятся неузнаваемыми, потому что смесь обнаруживает другие физические свойства по сравнению с каждым изолированным исходным веществом. При смешивании не возникает, тем не менее, никакое новое вещество.

Если привести в соприкосновение  два или несколько веществ,  то можно получить новые соединения,  либо неоднородную смесь,  которую можно вновь разделить на исходные составные части с помощью механических или простых физических методов, либо, наконец, однородную систему. 

В первом случае протекает  химическая реакция,  во втором  - механический процесс,  причем образование смеси определяется лишь усилиями, приложенными при перемешивании.  Третий же случай, это  процесс образования раствора. Является промежуточным, между химическим и механический процессами. 

Растворами называют гомогенные однородные системы, состоящие из двух и более компонентов, состав которых можно изменять в определенных пределах без нарушения однородности. Благодаря отсутствию у растворов постоянства состава и из-за неприменимости к ним законов стехиометрии растворы приближаются к механическим смесям.  С химическими соединениями их роднит однородность,  другим общим признаком являются довольно значительные объемные и энергетические эффекты,  сопровождающие процесс растворения многих веществ.

Различают растворы истинные и коллоидные  (точнее коллоидные системы).  При образовании истинных растворов соединения распадаются на частицы размером 10 ^-7 - 10^-8см, т.е.  растворенное вещество находится в растворителе в виде атомов,  молекул или ионов. Коллоидные растворы относятся к дисперсным  системам -  гетерогенным системам,  в которых частицы одного вещества  (дисперсная фаза)  равномерно распределены в другом (дисперсионная среда). Размер частиц в дисперсных системах лежит в пределах от 10^-7см до 10^-3см  (и даже более). 

Коллоидные растворы - это высокодисперсные  ультрамикрогетерогенные системы (радиус частиц 10^-7 - 10^-5см). Большое распространение в природе, технике и быту имеют микрогетерогенные системы (размер частиц 10^-5 - 10^-3см) и грубодисперсные системы  (размер частиц более 10^-3см).  В зависимости от агрегатного состояния дисперсной фазы и дисперсионной среды эти системы существуют в виде суспензий (твердые частицы в жидкостях, например взвесь частиц глины в воде), эмульсий (в жидкости частицы другой нерастворимой жидкости,  например молоко),  аэрозолей (твердые или жидкие частицы,  в газе,  например дым и туман).  Дисперсные системы представляют собой объект изучения коллоидной химии

Наибольшее практическое значение имеют жидкие растворы. В  этих растворах обычно протекает большинство реакций, так как в них создаются весьма благоприятные условия для перемещения молекул и тесного их сближения,  необходимого для химического взаимодействия.

Концентрацию веществ  в растворах можно выразить разными  способами. Наиболее часто используют массовую (процентную) долю растворённого вещества, молярную и нормальную концентрацию.

Массовая доля растворённого  вещества w(B) - это безразмерная величина, равная отношению массы растворённого вещества к общей массе раствора m :

w(B)= m(B) / m 

Массовую долю растворённого  вещества w(B) обычно выражают в долях единицы или в процентах. Например, массовая доля растворённого вещества – CaCl2 в воде равна 0,06 или 6%. Это означает,что в растворе хлорида кальция массой 100 г содержится хлорид кальция массой 6 г и вода массой 94 г.

Молярная концентрация C(B) показывает, сколько моль растворённого вещества содержится в 1 литре раствора.

C(B) = n(B) / V = m(B) / (M(B) · V), 

где М(B)  - молярная масса растворенного вещества г/моль.

Молярная  концентрация измеряется в моль/л  и обозначается "M". Например, 2 M NaOH - двухмолярный раствор гидроксида натрия. Один литр такого раствора содержит 2 моль вещества или 80 г (M(NaOH) = 40 г/моль).

Нормальность раствора обозначает число грамм-эквивалентов данного вещества в одном литре раствора или число миллиграмм-эквивалентов в одном миллилитре раствора. 

Грамм - эквивалентом вещества называется количество граммов вещества, численно равное его эквиваленту. Для сложных веществ - это количество вещества, соответствующее прямо или косвенно при химических превращениях 1 грамму водорода или 8 граммам кислорода. 
Э_{основания} = М_{основания} / число замещаемых в реакции гидроксильных групп 
Э_{кислоты} = М_{кислоты} / число замещаемых в реакции атомов водорода 
Э_соли = М_соли / произведение числа катионов на его заряд

Величины нормальности обозначают буквой "Н". Например, децинормальный раствор серной кислоты обозначают "0,1 Н раствор H₂SO₄". Так как нормальность может быть определена только для данной реакции, то в разных реакциях величина нормальности одного и того же раствора может оказаться неодинаковой. Так, одномолярный раствор H₂SO₄ будет однонормальным, когда он предназначается для реакции со щёлочью с образованием гидросульфата NaHSO₄, и двухнормальным в реакции с образованием Na₂SO₄.

 

Расчет концентрации раствора: процентной, молярной, мольной  доли по данным таблицы.

Вещество растворенное	Объем газа	Масса растворителя (Н2О)	Плотность раствора
СО2	870 мл	1 кг	1,00

 

1. Массовая (процентная) концентрация:

Так как 1 моль газа занимает объем 22,4 л, то 870 мл СО₂ равно

Молярная масса СО₂ = 12+16 ∙ 2 = 44 г/моль, отсюда масса растворенного газа:

 

Подставляя значения в  формулу: w(B)= m(B) / m, получаем

 

2. Молярная концентрация:

Подставляя  значения в формулу: C(B) = n(B) / V, получаем

 

3. Мольная доля:

Мольная (молярная) доля вещества — концентрация, выраженная отношением числа молей вещества к общему числу молей всех веществ, имеющихся в растворе.

, 

где

N — мольная доля вещества B в растворе

 — количество вещества B, содержащееся в растворе (измеряется в молях)

 — сумма количества вещества всех компонентов раствора (измеряется в молях)

Находим количество молей  в 1 кг Н₂О:

1(л)=1000(гр)  масса одного моля воды равна 16+1 ∙ 2 = 18 г.

Отсюда  1000(г)/18(г/моль)=55.5556(моль)

Подставляя  значения в формулу: , 

получаем 

 

 

Задача 11. Формулировка определения кислот и оснований в соответствии с теорией электролитической диссоциации, по Бренстеду и в соответствии с теорией Льюиса.

Как рассчитывают концентрацию ионов Н₃О⁺ и ОН^- и величин рН в водных растворах кислот, оснований и солей? Что такое активная и общая кислотность?

Протолитическая (протонная) теория кислот и оснований была предложена в 1923 году независимо друг от друга датским учёным Й. Брёнстедом и английским учёным Т. Лаури. В ней понятие о кислотах и основаниях было объединено в единое целое, проявляющееся в кислотно-основном взаимодействии: А  В + Н⁺ (А - кислота, В - основание).

Согласно этой теории кислотами являются молекулы или ионы, способные быть в данной реакции донорами протонов, а основаниями являются молекулы или ионы, присоединяющие протоны (акцепторы). Кислоты и основания получили общее название протолитов.

Сущностью кислотно-основного  взаимодействия является передача протона  от кислоты к основанию. При этом кислота, передав протон основанию, сама становится основанием, так как может снова присоединять протон, а основание, образуя протонированную частицу, становится кислотой.

Таким образом, в  любом кислотно-основном взаимодействии участвуют две пары кислот и оснований, названные Бренстедомсопряженными: А1 + В2   А2 + В1.

Одно и то же вещество в зависимости от условий  взаимодействия может быть как кислотой, так и основанием (амфотерность).

Например, вода при  взаимодействии с сильными кислотами  является основанием: H₂O + H⁺   H₃О⁺, а реагируя с аммиаком, становится кислотой: NH₃ + H₂O  NH₄⁺ + OH⁻.

В теории Льюиса (1923 г.) на основе электронных представлений было ещё более расширено понятие кислоты и основания. Кислота Льюиса — молекула или ион, имеющие вакантные электронные орбитали, вследствие чего они способны принимать электронные пары. Это, например, ионы водорода – протоны, ионы металлов (Ag⁺, Fe³⁺), оксиды некоторых неметаллов (например, SO₃, SiO₂), ряд солей (AlCl₃), а также такие вещества как BF₃, Al₂O₃.

Кислоты Льюиса, не содержащие ионов водорода, называются апротонными. Протонные кислоты рассматриваются как частный случай класса кислот.

Основание Льюиса — это молекула или ион, способные быть донором электронных пар: все анионы, аммиак и амины, вода, спирты, галогены.

Примеры химических реакций между кислотами и  основаниями Льюиса:

• AlCl₃ + Cl⁻ → AlCl₄⁻
• BF₃ + F⁻ → BF₄⁻
• PCl₅ + Cl⁻ → PCl₆⁻.

 

Активная кислотность  - концентрация свободных ионов водорода в исследуемой жидкости, выраженная в г - ион/л.

Общая  кислотность  -  концентрация кислоты в исследуемой  жидкости, выраженная в г - экв/л .

Расчет величины рН раствора.

Кислота или основание	Константа диссоциации	Концентрация раствора, моль/л
СН3СООН	1,74 ∙ 10-5	0,01

Решение:

    

 

  ,  

 

Ответ:   рН = 6,759

 

Задача 23. Что такое стандартный окислительно – восстановительный потенциал пары окислитель – восстановитель? Как определяют окислительно – восстановительные условия пресной воды?

Окислитель и  его восстановленная форма, либо восстановитель и его окисленная форма составляет сопряжённую окислительно-восстановительную пару, а их взаимопревращения являются окислительно-восстановительными полуреакциями.