Виды общения

62. Какая ковалентная связь называется s-связью и какая полярной? Что служит количественной мерой полярности ковалентной связи? Составьте электронные схемы строения молекул N₂, H₂O, HJ. Какие из них являются диполями?

63. Какой способ образования  ковалентной связи называется  донорно-акцепторным? Какие химические связи имеются в ионах NН₄⁺ и BF₄^– ? Укажите донор и акцептор.

64. Как метод валентных связей (ВС) объясняет линейное строение  молекулы BeCl₂ и тетраэдрическое – СН₄?

65. Какая ковалентная связь называется s-связью и какая p-связью? Разберите на примере строения молекулы азота.

66. Сколько неспаренных электронов  имеет атом хлора в нормальном  и возбужденном состояниях? Распределите эти электроны по квантовым ячейкам. Чему равна валентность хлора, обусловленная неспаренными электронами?

67. Распределите электроны атома серы по квантовым ячейкам. Сколько неспаренных электронов имеют ее атомы в нормальном и возбужденном состояниях? Чему равна валентность серы, обусловленная неспаренными электронами?

68. Что называется электрическим  моментом диполя? Какая из молекул HCl, HBr, HJ имеет наибольший момент диполя? Почему?

69. Какие кристаллические структуры  называются ионными, атомными, молекулярными и металлическими? Кристаллы каких веществ: алмаз, хлорид натрия, диоксид, углерода, цинк – имеют указанные структуры?

70. Составьте электронные схемы  строения молекул Сl₂, H₂S, ССl₄. В каких молекулах ковалентная связь является полярной? Как метод валентных связей (ВС) объясняет угловое строение молекулы H₂S?

71. Чем отличается структура  кристаллов NаСl от структуры кристаллов натрия? Какой вид связи осуществляется в этих кристаллах? Какие кристаллические решетки имеют натрий и NaCl? Чему равно координационное число натрия в этих решетках?

72. Какая химическая связь называется  водородной? Между молекулами каких веществ она образуется? Почему Н₂O и НF, имея меньшую молекулярную массу, плавятся и кипят при более высоких температурах, чем их аналоги?

73. Какая химическая связь называется  ионной? Каков механизм ее образования? Какие свойства ионной связи отличают ее от ковалентной? Приведите два примера типичных ионных соединений. Напишите уравнения превращения соответствующих ионов в нейтральные атомы.

74. Что следует понимать под  степенью окисления атома? Определите  степень окисления атома углерода и его валентность, обусловленную числом неспаренных электронов в соединениях СН₄, СН₃ОН, НСООН, СО₂.

75. Какие силы молекулярного  взаимодействия называются ориентационными, индукционными и дисперсионными? Когда возникают и какова природа этих сил?

76. Какая химическая связь называется координационной или донорно-акцепторной? Разберите строение комплекса [Zn(NH₃)₄]²⁺. Укажите донор и акцептор. Как метод валентных связей (ВС) объясняет тетраэдрическое строение этого иона?

77. Какие электроны атома бора  участвуют в образовании ковалентных связей? Как метод валентных связей (ВС) объясняет симметричную треугольную форму молекулы BF₃?

78. Как метод молекулярных орбиталей  объясняет парамагнитные свойства молекулы кислорода? Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы O₂ по методу молекулярных орбиталей (МО).

79. Нарисуйте энергетическую схему  образования молекулы F₂ по методу МО. Сколько электронов находится на связывающих и разрыхляющих орбиталях?

80. Как метод молекулярных орбиталей  объясняет большую энергию диссоциации молекулы азота? Нарисуйте энергетическую схему образования молекулы N₂ по методу МО. Сколько электронов находится на связывающих и разрыхляющих орбиталях?

Энергетика  химических процессов 
(термохимические расчеты)

 

Пример 1.

Вычислите энтальпию образования  хлорида меди, если известно, что при образовании 8,10 г этой соли выделилось 13,39 кДж тепла.

Решение.

Раздел химии, в котором изложено количественное изучение тепловых эффектов реакций, называется термохимией. Было установлено, что если при образовании соединения выделяется какое-то количество теплоты, то при разложении этого соединения в тех же условиях то же количество теплоты поглощается. Таким образом, в любом процессе соблюдается закон сохранения энергии:

 

Q = DU + A.

 

Это равенство показывает, что если к системе подвести теплоту Q, то она расходуется на изменение ее внутренней энергии DU = U₂ - U₁ и на совершение работы A. Если давление постоянно, то Q_p = DU + PDV. Сумму DU + PDV обозначили H и назвали энтальпией (теплосодержанием) системы.

Стандартной энтальпией образования DH⁰ называется изменение энтальпии в реакции образования 1 моля химического соединения из простых веществ при стандартных условиях (298 К, 101325 Па). Энтальпия образования простых веществ приравнивается к нулю.

Запишем термохимическое уравнение реакции образования хлорида меди:

 

Cu_(К) + Cl_2(Г) = CuCl_2(К)   DH⁰ - ?

 

Мольная масса хлорида меди - 134,44 г/моль. При образовании 8,10 г этой соли выделилось 13,39 кДж тепла. Чтобы найти стандартную энтальпию, рассчитаем количество теплоты, выделяющееся при образовании 134,44 г (1 моля) хлорида меди:

 

DH⁰ =

= 222,24 кДж.

 

Пример 2.

Вычислите теплоту образования  оксида железа, исходя из уравнения

 

8Al + 3Fe₃O₄ = 4Al₂O₃ + 9Fe,  DH⁰ = -3326 кДж.

 

Энтальпия образования оксида алюминия равна 1669 кДж/моль.

Решение.

В основе термохимических  расчетов лежит закон Гесса: «Тепловой  эффект реакции зависит только от конечного и начального состояния веществ и не зависит от промежуточных стадий процесса». Часто в термохимических расчетах используется следствие из закона Гесса: «Тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом коэффициентов реакции»:

 

DH⁰_х.р. =

n ´ DH⁰_{продуктов} - n ´ DH⁰_{исходных веществ}.

 

Распишем тепловой эффект реакции  восстановления железа, используя следствие  из закона Гесса:

 

DH⁰_х.р. = (9 ´ DH⁰(Fe) + 4 ´ DH⁰(Al₂O₃) - (8 ´ DH⁰(Al) + 3 ´ DH⁰(Fe₃O₄).

 

Поскольку энтальпии образования  простых веществ равны нулю, а  теп-ловой эффект реакции и энтальпия  образования оксида алюминия даны в  условии задачи, то можно рассчитать энтальпию образования оксида железа.

 

-3326 = [9 ´ 0 + 4 ´ (-1669)] - (2 ´ 0 + 3DH⁰(Fe₃O₄),

 

DH⁰(Fe₃O₄) =

= -1116,7 кДж/моль.

 

Пример 3.

Вычислите энтальпию перехода графита в алмаз, если известно, что  энтальпия образования CO₂ из графита равна - 393,5 кДж/моль, а из алмаза - 395,4 кДж/моль.

Решение.

Разность энтальпий реакций, идущих от различных начальных фазовых  состояний к одинаковому конечному состоянию продукта, есть энтальпия фазового перехода. Энтальпию перехода графита в алмаз измерить непосредственно невозможно, но ее можно рассчитать по разности энтальпий сгорания графита и алмаза. Распишем эти термохимические уравнения:

 

1. С_{(графит)} + O_{2 (Г)} = CO_2(Г),  DH₁ = -393,3 кДж/моль,

2. С_(алмаз) + O_2(Г) = CO_2(Г),  DH₂ = -395,4 кДж/моль,

 

DH⁰_{превращ.} = DH⁰_{сгорания С(гр.)} - DH_{сгорания С(алмаза)} = DH₁ - DH₂ =

 

= [(-393,3) - (-395,4)] = 2,1 кДж/моль.

 

Задания

 

81. Вычислите тепловой эффект  реакции восстановления 1 моль Fe₂О₃ металлическим алюминием. Ответ: –847,7 ,кДж.

82. Газообразный этиловый  спирт С₂H₅ОН можно получить при взаимодействии этилена С₂H₄ (г) и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: –45,76 кДж.

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

 

FeO (к) + СО (г) = Fe (к) + СО₂ (г);   DH = –13,18 кДж

СО (г)+ ¹/₂O₂ (г) = СО₂, (г);     DH = –283,0 кДж

Н₂ (г) + ¹/₂О₂ (г) = Н₂0 (г);     DH = –241,83 кДж

 

Ответ: +27,99 кДж.

84. При взаимодействии газообразных  сероводорода и диоксида углерода  образуются пары воды и сероуглерод CS₂ (г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: +65,43 кДж.

85. Напишите термохимическое  уравнение реакции между СО (г)  и водородом, в результате которой образуются СН₄ (г) и H₂O (г). Сколько теплоты выделится при этой реакция? Ответ: 206,16 кДж.

86. При взаимодействии газообразных  метана и сероводорода образуются  сероуглерод CS₂ (г) и водород. Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Ответ: +230,43 кДж.

87. Кристаллический хлорид  аммония образуется при взаимодействии  газообразных аммиака и хлорид водорода Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив ее тепловой эффект. Сколько теплоты выделится, если в реакции было израсходовано 10 л аммиака в пересчете на нормальные условия? Ответ: 78,97 кДж.

88. Вычислите теплоту образования  метана, исходя из следующих термохимических уравнений:

 

H₂ (г) + ¹/₂О₂ (г) = Н₂О (ж)     DH = –285,84 кДж

С (к) + О₂, (г) = СО₂, (г);     DH =.–393,51 кДж

СН₄ (г) + 2О₂, (г) = 2Н₂О (ж) + СО (г);   DH = –890,81 кДж

 

Ответ: –74,88 кДж.

89. Вычислите теплоту образования  гидроксида кальция, исходя из  следующих термохимических уравнений:

 

Са (к) + ¹/₂О₂, (г) = СаО (к);    DH = –635,60 кДж

Н₂, (г) +¹/₂О₂ (г) = Н₂О (ж);    DH = –285,84 Дж

СаО (к) + Н₂О (ж) = Са(ОН)₂ (к);   DH = –65,06 кДж

 

Ответ; –986,50 кДж.

90. Тепловой эффект реакции сгорания  жидкого бензола с образованием  паров воды и диоксида углерода равен –3135,58 кДж. Составьте термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования С₆Н₆ (ж). Ответ: +49,03 кДж.

91. При взаимодействии трех молей  оксида азота N₂O с аммиаком образуются азот и пары воды. Тепловой эффект реакции равен –877,76 кДж. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования N₂O (г). Ответ: +81,55 кДж.

92. При сгорании газообразного  аммиака образуются пары воды  и оксид азота NO (г). Напишите термохимическое уравнение этой реакции, вычислив, ее тепловой эффект в расчете на 1 моль NH₃ (г). Ответ: –226,18 кДж.

93. Реакция горения метилового спирта выражается термохимическим, уравнением:

 

СН₃ОН (ж) + ³/₂О₂ (г) = СО₂, (г} + 2Н₂О (ж);   DH = ?

 

Вычислите тепловой аффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования СН₃ОН (ж) равна +37,4 кДж. Ответ: –726,62 кДж.

94. Напишите термохимическое уравнение  реакции горения 1 моль этилового спирта, в результате которой образуются пары воды и оксид углерода (IV). Вычислите теолоту образования C₂H₅OH (ж), если известно, что при сгорании 11,5 г его выделилось 308,71 кДж теплоты. Ответ: –277,67 кДж.

95. Реакция горения бензола выражается  термохимическим уравнением:

 

С₆Н₆ (ж) + 7¹/₂О₂, (г) = 6CО₂ (г) + ЗН₂О (г);   DH = ?

 

Вычислите тепловой эффект этой реакции, если известно, что мольная теплота парообразования бензола равна +33,9 кДж. Ответ: –3135,58 кДж.

96. Вычислите тепловой эффект  и напишите термохимическое уравнение  реакции горения I моль этана С₂Н₆ (г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м³ этана в пересчете на нормальные условия? Ответ: 63742,86 кДж.

97. Реакция горения аммиака выражается  термохимическим уравнением:

 

4NH₃, (г) + ЗО₂, (г) = 2N₂, (г) + 6Н₂О (ж);  DH = –1530,28 кДж

 

Вычислите теплоту образования  NH₃ (г). Ответ: –46,19 кДж.

98. Теплота растворения безводного хлорида стронция SrCl₂ –47,70 кДж, а теплота растворения кристаллогидрата SrCl₂×6H₂O +30,96 кДж. Вычислите теплоту гидратации SrCl₂. Ответ: –78,66 кДж.

99. Теплоты растворения сульфата  меди CuSO₄ и медного купороса CuSO₄×5H₂O соответственно равны –66,11 кДж и +11.72 кДж. Вычислите теплоту гидратации: CuSO₄. Ответ: –77,83 кДж.

100. При получении молярной массы  эквивалента гидроксида кальция  из СaO (к) и H₂O (ж) выделяется 32,53 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение этой реакции и вычислите теплоту образования оксида кальция. Ответ: –635,6 кДж.

Химическое  сродство

 

Пример 1.

Вычислите изменение энтропии в  реакции горения этана:

 

C₂H_4(Г) + 3O_2(Г) = 2CO_2(Г) + 2H₂O_(Г).

 

Решение.

Термодинамическая функция энтропия (S) характеризует возможные состояния вещества и их непрерывные изменения. Частицы вещества - атомы, молекулы, ионы и. т. д. совершают непрерывные колебательные и другие виды движения, переходя в каждый момент времени из одного микросостояния в другое. Чем больше таких изменений, тем больше беспорядок в системе, количественной характеристикой которого и служит энтропия.