Розділ 3

Будова речовини. Будова атома та його електронних оболонок. Періодичний закон Д.І.Менделеєва та його тлумачення на основі електронної будови атомів. Хімічний зв’язок та будова молекул

 

Еталони розв’язання типових задач

 

Задача 1. Зобразити електронно–графічні формули (орбітальні структури) атома хлору в нормальному та збуджених станах. Визначити можливі валентності та ступені окислення. Написати формули можливих сполук з оксигеном та гідрогеном.

Відповідь:

1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁵

Валентність = І Валентність = ІІІ Валентність = V

Ст. окисл. = 1 Ст. окисл. = +3 Ст. окисл. = +5

_{–1 +1 +3 +5}

HCl; Сl₂O (Сl₂O₃) (Cl₂O₅)

Валентність = VII

Ст. окисл. = +7

₊₇

Cl₂O₇

Завдання 2. Напишіть енергетичну схему заповнення електронами МО в молекулі водню.

Розв’язання:

Завдання 3. Показати водневий зв’язок між молекулами фтороводню.

Розв’язання:

Розділ 4

Вчення про розчини Способи вираження концентрації розчинів. Колігативні властивості розчинів. Осмос.

 

Еталони розв’язання типових задач

 

Таблиця зв’язку вираження різних способів концентрацій

Метод оцінки вмісту розчиненої речовини	w	См, моль/л	Сн, моль/л	Т, г/мл
Масова частка, w	—
Молярна концентрація, См		—
Нормальність, Cн			—
Титр, Тх				—

Задача 1. Скільки грам борної; кислоти та води потрібно для приготування 250г розчину з масовою часткою борної кислоти 3%?

Розв’язання: Формула розрахунку масової частки:

Звідси:

Води потрібно взяти: 250 – 7,5 = 242,5г

 

Задача 2. Скільки грамів хлориду натрію потрібно для приготування 1л розчину з С_М = 2моль/л?

Розв’язання: Формула розрахунку молярної концентрації:

, звідки: m_x = C_М·M_x·V_p = 2·58,5·1 = 117г

 

Задача 3. Скільки грамів КМnО₄ необхідно для приготування 2л розчину з С_н = 0,5 моль/л, якщо аналіз проводиться в кислому середовищі?

Розв’язання:

звідки: m_x = C_н·M_x·f_екв.х·V_p = 0,5·158· = 31,6г.

 

Задача 4. Розрахувати моляльну концентрацію розчину, приготовленого з 2г КОН і 200г води.

Розв’язання: Формула розрахунку моляльної концентрації:

; звідки: моль/кг.

 

Задача 5. Розрахувати титр розчину сірчаної кислоти з w = 50% і r = 1,4г/мл.

Розв’язання: Формула розрахунку титра розчину:

звідки: г/мл.

 

Задача 6. Знайти молярну концентрацію еквівалента розчину сірчаної кислоти з масовою часткою 10% (густина 1,22, f_екв. =1/2).

Розв’язання: Формула переходу від масової частки до молярной концентрації еквівалента:

(моль/л).

Задача 7 Яка масова частка у відсотках сульфату заліза (II) у насиченому при 80 °С розчині, якщо розчинність солі при цій температурі дорівнює 100 г.

Розв’язання:

Коефіцієнт розчинності (розчинність) виражає кількість грамів розчиненої речовини, що міститься у 100 г розчинника (Н₂О).

1. Знаходимо масу розчину:

m(розчину) = m(речовини) + m(розчинника)

m(розчину) = 100 г + 100 г = 200 г

2. Обчислюємо масову частку розчиненої речовини у відсотках:

200 г розчину — 100 г FеSО₄

100 г розчину — X г FеSО₄

X = 50 г

Відповідь: масова частка сульфату заліза (II) дорівнює 50 %.

 

Задача 8. Обчислити об’єм розчину з масовою часткою сірчаної кислоти 56% (r = 1,460 г/мл) та об’єм води, які необхідні для приготування 100мл розчину з масовою часткою сірчаної кислоти 20% (r = 1,143 г/мл).

Розв’язок: При змішуванні розчинів користуються „правилом хреста” або „діагональною схемою”. В середині хреста записують масову частку розчину (w₃), який необхідно приготувати. Зліва записують концентрації w₁ і w₂. Справа записують різницю між w₃ і w₂, w₃ і w₁.

Схема має загальний вигляд:

В наведеному прикладі:

Згідно зі схемою на 20 в.ч. розчину з w = 5б%, необхідно взяти 36 в.ч. води, а маса розчину складає:

г,

що згідно зі схемою складає 20+36=56 в.ч.

Масу сірчаної кислоти, яку потрібно взяти для приготування розчину, можна знайти за пропорцією:

114,3г 20%–го р–ну	складає	56 в.ч.
Хг	—	20 в.ч.

г

а об’єм отриманого розчину: (мл)

Для приготування розчину необхідно води: мл

 

Приготування розчину розведенням більш концентрованого розчину.

Задача 9. Скільки розчину солі з масовою часткою 18% необхідно додати до 46г води, щоб утворився 15% розчин.

Розв’язок:

0,18х =	(46 + х) 0,15
х =

Для приготування 15% розчину з w = 18% необхідно взяти 230г 18%–ного розчину і 46г води.

 

Задача 10. На нейтралізацію 25 мл розчину H₂SO₄ витрачено 22,5 мл 0,152 н розчину NаОН Обчислити нормальність і титр розчину кислоти.

Розв’язання:

Згідно з законом еквівалентів:

; ; моль/л

г/моль

г/мл

Відповідь: нормальність 0,1368 моль/л; титр 0,0067 г/мл.

 

Задача 11. Розрахувати Р_осм. розчину хлориду натрію з масовою часткою 5,85% при 0°С. Ступінь дисоціації хлориду натрію 0,96, а r = 1,04г/мл.

Розв’язок: Переведемо масову частку в молярну концентрацію.

моль/л

Розрахуємо ізотонічний коефіцієнт:

і = 1 + a(n – 1) = 1 + 0,96(2 – 1) = 1,96

Осмотичний тиск розраховуємо за формулою для електролітів:

Р_осм. = iCRT = 1,96 1_моль/л 0,082_{атм/моль*К} 273_К = 4,36_атм

 

Задача 12. Розрахувати Р_осм. розчину глюкози з масовою часткою 5%, якщо t=27^ОС, r=1г/мл.

Розв’язок: Переведемо масову частку в молярну концентрацію.

моль/л.

осмотичний тиск обчислюємо за формулою неелектролітів:

Р_осм. = C R T

P_осм. = 0,28 * 0,082 * (273+27) = 6,8атм

 

Задача 13. Розрахувати осмотичну концентрацію крові. Або: Розрахувати молярну концентрацію водного розчину глюкози, який є ізотонічним крові.

Розв’язок: моль/л

Задача 14. Константа дисоціації бромнуватистої кислоти (НВrО) дорівнює 2,І 10^–9. Обчисліть її ступінь дисоціації в 0,01М розчині.

Розв’язок: З закону розведення Оствальда:

; тоді ; a = 4,58·10^-4, або a = 0,046%.

Задача 15. Добуток розчинності хромату срібла Ag₂CrO₄ дорівнює 1,1·10^–12. Обчисліть розчинність цієї солі в моль/л та г/л.

Розв’язання:

Записують рівняння електролітичної дисоціації хромату срібла:

Ag₂CrO₄ D 2Ag⁺ + CrO

та вираз його добутку розчинності:

Позначають розчинність Ag₂CrO₄ через S моль/л хромат–іонів та 2S моль/л катіонів срібла. Ці значення концентрації іонів підставляють у вираз добутку розчинності Ag₂CrO₄:

Обчислюють розчинність солі в моль/л:

моль/л.

Оскільки рівноважна концентрація хромат–іонів у розчині чисельно дорівнює розчинності хромату срібла, то розчинність Ag₂CrO₄ дорівнює 6,5·10^–5 моль/л. Перемножуючи розчинність солі на її молярну масу, обчислюють розчинність хромату срібла в г/л:

(Ag₂CrO₄) = 6,5·10^–5·331,8 = 2,2·10^–2г/л.

 

— в розчинах сильних електролітів:

— кислот:

pH = –lg[H⁺] = –lgС_{н(к–ти)} = –lgZ·C_{м(к–ти)}

С_{н(к–ти)} = antilg pH = 10^–pH; С_м = .

— лугів:

рОН = –lg[OH^–] = –lgC_н(лугу) = –lgZ·C_м(лугу)

рН = 14 – рОН

С_н(лугу) = antilg pOH = 10^–pOH; С_м = .

— в розчинах слабких електролітів:

— кислот: (дисоціація переважно іде по І ступеню)

pH = –lg[H⁺] = –lga·С_{м(к–ти)} = –lg

C_{м(к–ти)} = = ; С_н = Z·C_м

— основ: (дисоціація іде по І ступеню)

рОН = –lg[OH^–] = –lga·С_{м(основи)} = –lg

C_{м(основи)} = ; С_н = Z·C_м

 

Задача 16. Обчислити рН розчину з концентрацією іонів водню 4,2·10^–5моль/л.

Розв’язання:

[H⁺] = 4,2·10^–5; рН = –lg[H⁺] = –lg4,2·10^–5 = 5–lg4,2 = 4,38

 

Задача 17. Обчислити рН розчину соляної кислоти з С_н = 0,15 моль/л і розчину гідроксиду натрію з С_н = 0,2 моль/л, a = 1.

Розв’язання:

1) рН = –lg[H⁺]; [H⁺] = a·С_к–ти = 1·0,15 = 0,15моль/л; рН = –lg1,5·10^–1 = 1–lg1,5 = 0,824

2) рН + рОН = 14; рН = 14–рОН; [OH^–] = a·C_осн. = 1·0,2 = 0,2моль/л; рОН = –lg[ОH^–] =

= –lg0,2 = 0,7; рН = 14–0,7 = 13,3.

 

Задача 18. Обчислити рН розчину мурашиної кислоти з С_н = 0,1 моль/л, Кg = 1,8·10^–4.

Розв’язання:

рН = –lg[H⁺]; [H⁺] = a·C; Кg = a²·C; a= ; [H⁺] = ·C = ;

pH = –lg = –lg = –lg4,24·10^–3 = 2,37.

 

Задача 19. Як зміниться рН води, якщо 80 мл її долити до 20 мл розчину гідроксиду натрію з С_н = 0,1 моль/л, a = 1.

Розв’язання:

рН_(води) = 7. Після розведення V₂ = 80 + 20 = 100мл

V₁·C₁ = V₂·C₂; C₂ = = = 0,02; pOH = –lg[OH^–];

[OH^–] = a·C = 1·0,2 = 2·10^–2, pOH = –lg2·10^–2 = 1,7;

pH = 14 – 1,7 = 12,3; _DpH = 12,3 – 7 = 5,30.

 

Задача 20. Обчислити [Н⁺] крові, якщо рН = 7,36.

Розв’язання:

Знаходять антилогарифм числа 7,36; [Н⁺] = 4,4·10^–8моль/л.

 

Розрахунки рН в розчинах солей.

— сіль утворена сильною кислотою та слабкою основою (NH₄Cl, Fe(NO₃)₃)

Kb	Kb: Кд1, Кд2, Кд3. Коли основа багатокислотна, то для визначення рН середньої солі береться остання Кд (Кд3)

;

— сіль утворена сильною основою та слабкою кислотою (K₂CO₃, Na₃PO₄)

Ка: Кд1, Кд2

Кд1, Кд2, Кд3. Коли слабка кислота буде багатоосновною, то для розрахунку рОН середньої солі беруть останню Кд (для K2CO3 — Кд2)

pH = 14 – pOH

Задача 21. Обчисліть рН 0,5Н розчину карбонату натрію, якщо = 4,5·10^–7, = 4,7·10^–11.

Розв’язання:

Карбонат натрію — це сіль, утворена слабкою двоосновною кислотою, тому на першій стадії гідролізу утворюється кисла сіль та сильна основа. Подальшому перебігу гідролізу перешкоджає накопичення в розчині гідроксид–іонів. Записують іонні та молекулярні рівняння реакції гідролізу:

CO₃^2– + H₂O D HCO₃^– + OH^–

Na₂CO₃ + H₂O D NaHCO₃ + NaOH Cм = = моль/л

=

рН = 14 – 2,14 = 11,86

 

Задача 22. Обчислити рН буферної системи, яка складається із 100мл розчину оцтової кислоти з С = 0,1моль/л і 200мл розчину ацетату натрію з С = 0,2моль/л, К_д = 1,75 10^–5.

Розв’язання:

рН = –lg К_д + lg = –lg1,75·10^–5+lg = 5,36.

 

Задача 23. Обчислити об’єм розчину ацетату натрію з С = 0,1моль/л і об’єм оцтової кислоти з C = 0,1моль/л, які необхідно змішати, щоб приготувати 3л ацетатного буферу з рН = 5,24 (К_д = 1,75·10^–5).

Розв’язання:

рН = –lg К_д+lg = lg1,75·10^–5+lg ;

lg = 5,24–4,76 = 0,48.

Антилогарифм числа 0,48 дорівнює 3. [V_(солі)] / [V_{(кислоти)}] = 3/1.

Отже, потрібно 3 частини розчину солі і одну частину розчину кислоти для приготування буферної системи з рН = 5,24. Об’єм розчину солі дорівнює: 3000·3/4 = 2250мл, а кислоти 3000·1/4 = 750мл.