Дворникова Наталия Борисовна учебно-методический комплекс

Вид материала

Учебно-методический комплекс

Содержание Растворы. Растворимость. Раздел 3. Физическая химия

Подобный материал:

• Шрамкова Наталия Борисовна, доцент учебно-методический комплекс, 525.95kb.
• Плотникова Елена Борисовна учебно-методический комплекс, 484.93kb.
• Ирина Борисовна Бархатова, доцент кафедры вокального искусства института музыки, театра, 252.18kb.
• Швед Наталия Гавриловна, Доцент кафедры связей с общественностью и журналистики ргтэу, 234.14kb.
• Новая система оплаты труда – ключевой механизм модернизации образования горбачева наталия, 76.45kb.
• И. Л. Литвиненко учебно-методический комплекс по дисциплине международный туризм ростов-на-Дону, 398.8kb.
• Учебно-методический комплекс умк учебно-методический комплекс общие основы педагогики, 974.02kb.
• А. Б. Тазаян Учебно-методический комплекс дисциплины "Логика" Ростов-на-Дону 2010 Учебно-методический, 892.49kb.
• А. Б. Тазаян Учебно-методический комплекс дисциплины "Юридическая логика" (для студентов, 1003.39kb.
• И. Д. Алекперов учебно-методический комплекс дисциплины "информатика" Ростов-на-Дону, 952.05kb.

Тема 4. Общие свойства растворов

Растворы. Растворимость.


Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Приведите примеры растворов, различающихся по агрегатному состоянию. Что принято называть растворителем?
   
2. В чем сущность процесса растворения твердых веществ?
   
3. От чего зависит тепловой эффект растворения?
   
4. Какие растворы называются насыщенными, ненасыщенными?
   
5. Что является мерой растворимости вещества при данных условиях?
   
6. Как зависит растворимость твердых веществ от температуры?
   
7. Как зависит растворимость газов от температуры и парциального давления?
   
8. Что такое кристаллогидраты? Каковы условия их устойчивости?
   
9. Какое практическое значение имеют процессы растворения и кристаллизации?
   

Задания для самостоятельной работы:

Вариант 1

1. В растворе массой 100 г содержится хлорид бария массой 20 г. Какова массовая доля хлорида бария в растворе?
   
2. В 200 г воды растворили 67,2 л хлороводорода (н.у). Определить массовую долю хлороводорода в полученном растворе.
   
3. Молярность раствора серной кислоты равна 4,5 моль/л, его плотность 1,26 г/мл. Определить процентную концентрацию раствора.
   

Вариант 2

1. Сахар массой 5 г растворили в воде массой 20 г. Какова массовая доля сахара в растворе?
   
2. К 40 г раствора фосфата натрия Nа₃РО₄ с массовой долей 8% прилили 20 г раствора с массовой долей Na₃РО₄ 5%. Какова массовая доля (%) Nа₃РО₄ в полученном растворе?
   
3. В каком количестве воды нужно растворить 200 г вещества, чтобы получить 15% раствор?
   

Вариант 3

1. Какие массы нитрата калия и воды необходимо взять для приготовления 2 кг раствора с массовой долей нитрата калия, равной 0,05?
   
2. Какие массы кристаллогидрата сульфата натрия Na₂SO₄ · 10H₂O и воды надо взять, чтобы получить раствор массой 71 г с массовой долей сульфата натрия 20%?
   
3. В 200 мл воды растворили 50 л хлороводорода НС1 (н. у.). Какова массовая доля (%) НС1 в этом растворе?
   

Тема 5. Способы выражения концентрации растворов


Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Что показывают различные способы выражения концентрации растворов: нормальная, молярная, моляльная, процентная концентрации?
   
2. Что показывает титр раствора?
   
3. Что такое грамм-эквивалент?
   

Задания для самостоятельной работы:


Вариант 1

1. Сколько нужно вещества для приготовления 50 мл раствора сульфата меди, молярная концентрация которого 0,2 моль/л?
   
2. Сколько серной кислоты требуется для приготовления 2,5 л 0,1 М раствора.
   
3. 30 г вещества растворены в 150 г растворителя. Вычислить массовую долю растворенного вещества.
   

Вариант 2

1. Сколько растворенного вещества следует взять, чтобы приготовить 800 г раствора с массовой долей растворенного вещества, равной 5%?
   
2. В каком количестве 15% раствора содержится 50 кг растворенного вещества?
   
3. Имеется 250 г растворителя. Сколько надо добавить к нему растворенного вещества, чтобы получить 20 % раствор?
   

Вариант 3

1. Требуется приготовить 100 кг 30% раствора хлорида калия из минерала, содержащего 45% примесей. Сколько следует взять этого минерала?
   
2. Сколько сульфата железа содержат 100 мл 12% раствора его, плотность которого равна 1,12 г/моль?
   
3. Плотность 15%-ного (по массе) раствора Н₂SО4 равна 1,105 г/мл. Вычислить: а) нормальность; б) молярность; в) мо­ляльность раствора.
   

Методические рекомендации. Выполняя задание, необходимо, прежде всего, понимать, что состав раствора не зависит от способа его выражения: при переходе от одного способа к другому не меняется ни количество растворенного вещества, ни объем раствора, ни его масса, ни его плотность. Решать задачи можно самыми разнообразными методами. Например, в общем виде, используя лишь формулы с буквенными обозначениями физических величин, заменяя неизвестные величины эквивалентными им выражениями, содержащими известные величины. Метод краток и точен, но требует хорошей математической подготовки. Другой метод заключается в том, что вводится дополнительное условие. Например: масса раствора, равная 100 граммов, или объем раствора, равный 1 литру. Этот метод более длинен и менее точен, но более нагляден и не требует очень хорошей математической подготовки.

Чтобы выполнить задание, необходимо решить одну из двух задач: либо вычислить массу растворяемого вещества по известному объему приготовляемого раствора, либо вычислить объем приготовляемого раствора по известной массе растворяемого вещества.

Чтобы решить эти задачи необходимо понимать следующее:

- массы твердых веществ при растворении не меняются, если эти вещества не взаимодействуют с водой или не содержат воду, как, например, кристаллогидраты;

- масса приготовленного раствора равна сумме масс растворяемого вещества и воды (в случае взаимодействия растворяемого вещества с водой необходимо учитывать, что формула растворенного вещества отличается от формулы растворяемого вещества, а вода расходуется не только на растворение, но и на химическую реакцию);

- объем приготовленного раствора не равен сумме объемов растворяемого вещества и воды.


Тема 6. Молекулярные растворы


Давление пара растворов. Кипение и кристаллизация растворов. Осмос. Осмотическое давление. Растворимость газов в жидкостях. Летучесть и активность.


Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. От каких факторов зависит давление насыщенного пара жидкости?
   
2. Объясните, почему давление насыщенного пара раствора нелетучего вещества меньше давления насыщенного пара растворителя.
   
3. Сформулируйте закон Рауля, напишите его математическое выражение и поясните входящие в него члены.
   
4. Что называется температурой замерзания раствора?
   
5. Объясните, почему растворы затвердевают при другой температуре, чем растворитель.
   
6. Сформулируйте закон Рауля для понижения температуры замерзания растворов.
   
7. Что такое криоскопическая постоянная? В чем заключается ее физический смысл?
   
8. В чем сущность криоскопического метода определения относительной молекулярной массы?
   
9. Чем определяется кипение жидкости? Что называется температурой кипения жидкости?
   
10. Как отличается температура кипения растворов нелетучих веществ по сравнению с температурой кипения растворителя?
    

Задания для самостоятельной работы:

1. Чему равно осмотическое давление 0,5 М раствора глюкозы С₆Н₁₂О₆ при 25°С?

2. Водно-спиртовый раствор, содержащий 15% спирта (ρ = 0,97 г/мл), кристаллизуется при -10,26°С. Найти молекулярную массу спирта и осмотическое давление раствора при 293 К.

3. В 60 г бензола растворено 2,09 г некоторого вещества, элементарный состав [в % (масс.)] которого: С — 50,69, Н — 4,23 и О — 45,08. Раствор кристаллизуется при 4,25°С. Установить молекулярную формулу вещества. Чистый бензол кристаллизуется при 5,5°С.

4. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащего 16 г сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ в 350 г Н₂О при 293 К. Плотность раствора считать равной единице.

5. Вычислить осмотическое давление раствора, содержащего 16 г сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ в 350 г Н₂О при 293 К. Плотность раствора считать равной единице.

6. В 100 г H₂О содержится 4,57 г сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₂. Найти: а) осмотическое давление при 293 К; б) температуру кристаллизации раствора; в) температуру кипения раствора; г) давление насыщенного пара над раствором при 293 К. Давление насыщенного пара над водой при 293 К равно 2,337 кПа (17,53 мм рт. ст.). Плотность раствора считать равной плотности воды.

7. При растворении 3,24 г серы в 40 г бензола температура кипения последнего повысилась на 0,81 К. Из скольких атомов состоит молекула серы в растворе?

8. Чему равно давление насыщенного пара над 10% раствором карбамида СО(NН₂)₂ при 100°С?

9. Сколько граммов глюкозы С₆Н₁₂О₆ должно находиться в 0,5 л раствора, чтобы его осмотическое давление (при той же тем­пературе) было таким же, как раствора, в 1 л которого содержится 9,2 г глицерина С₃Н₅(ОН)₃?

10. Температура кипения водного раствора сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₂ равна 101,4°С. Вычислить молярную концентрацию и массовую долю сахарозы в растворе. При какой температуре замерзает этот раствор?


Методические рекомендации. Выполнение задания предполагает решение одной или двух несложных задач, одна из которых связана с использованием уравнения, являющегося математическим выражением закона Вант-Гоффа. Обратите внимание, R в этом уравнении – это постоянная величина, совпадающая с универсальной газовой постоянной, она может иметь различные значения:

а) 8,314 Дж·моль^-1·К^-1 (при этом объем должен быть взят в м³, а давление – в Па);

б) 8,314 кПа·л·моль^-1·К^-1 (при этом объем должен быть взят в л, а давление – в кПа);

в) 0,0821 атм·л·моль^-1·К^-1 (при этом объем должен быть взят в л, а давление – в атм);

г) 62400 мм.рт.ст.·мл·моль^-1·К^-1 (при этом объем должен быть взят в мл, а давление – в мм.рт.ст.).

Если значение осмотического давления π приведено в условии задачи, то необходимо правильно выбрать соответствующее ему (точнее, его единицам измерения) значение R. Если значение осмотического давления π необходимо найти, то Вы вправе использовать то из значений R, которое посчитаете наиболее удобным для расчетов.


Тема 7. Равновесия в растворах электролитов


Растворы электролитов. Ионные равновесия и их смещения. Теория кислот и оснований.

Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Назовите основные положения теории электролитической диссоциации.
   
2. Что лежит в основе разделения электролитов на сильные и слабые? Приведите примеры.
   
3. Что называется степенью диссоциации электролита?
   
4. Что называется константой электролитической диссоциации?
   
5. Каким образом можно сместить равновесие электролитической диссоциации?
   
6. Измениться ли степень диссоциации азотистой кислоты, если раствор ее разбавить водой?
   
7. В чем заключается отклонение от закона действия масс, наблюдаемые у сильных электролитов?
   
8. В чем заключается сущность теории сильных электролитов?
   
9. Какие электролиты подвергаются ступенчатой диссоциации?
   
10. Как вычислить степень диссоциации слабого электролита, если известна константа диссоциации и концентрация раствора?
    

Задания для самостоятельной работы:

1. Вычислить рН 0,1 н. раствора уксусной кислоты, содержа­щего, кроме того, 0,1 моль/л СН₃СОONа. Коэффициенты актив­ности ионов считать равными единице.
   
2. Вычислить степень диссоциации кремниевой кислоты H₂SiO₃ в 0,4 М растворе равна 1,4 · 10^-2. Найти константу диссоциации кислоты.
   
3. Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в 0,2 н. растворе равна 0,03. Вычислить значения [Н⁺] и [ОН^-] для этого раствора.
   
4. Вычислить рН 0,01 н. раствора уксусной кислоты, в кото­ром степень диссоциации кислоты равна 0,042.
   
5. Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты в 0,3 М растворе равна 7,9 • 10^-10. Найти константу диссоциации кислоты.
   
6. Во сколько раз растворимость (в моль/л) Fе(ОН)₂ в воде больше растворимости Fе(ОН)₃ при 25°С?
   
7. Константа диссоциации угольной кислоты 1,8• 10^-5. Найти степень диссоциации кислоты в 0,05 М растворе.
   
8. Степень диссоциации щавелевой кислоты H₂C₂O₄ 5,4 • 10^-2. Найти степень диссоциации в 0,01 М растворе.
   
9. Степень диссоциации азотистой кислоты HNO₂ в 0,01 М раствора равна 4 • 10^-2. Найти константу диссоциации кислоты.
   
10. Константа диссоциации гидроксида аммония равна 1,8 • 10^-5. Найти степень диссоциации гидроксида аммония в 0,01 М растворе.
    

Произведение растворимости. Диссоциация воды. Водородный показатель.


Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Что называется ионным произведением воды? Как оно определяется?
   
2. Объясните, как зависит величина ионного произведения воды от температуры?
   
3. Как определить водородный показатель? Почему можно ограничиться величиной рН в определение среды?
   
4. Чему равна концентрация ионов водорода и гидроксид – ионов в кислой, нейтральной и щелочной среде?
   
5. Как меняется рН кислого или щелочного раствора при изменении концентрации ионов водорода в 10 раз?
   
6. Что называется произведением растворимости?
   
7. Для растворов каких веществ применимо произведение растворимости?
   
8. Как следует изменять концентрацию ионов в растворе малорастворимого электролита, чтобы увеличить растворимость осадка?
   
9. Что произойдет при добавлении к насыщенному, ненасыщенному, перенасыщенному раствору кристаллов того же электролитов?
   
10. Как надо изменять концентрацию ионов в растворе малорастворимого электролитов, чтобы увеличить выпадение осадка?
    

Задания для самостоятельной работы:

1. Найти молярную концентрацию ионов Н⁺ в водных рас­творах, в которых концентрация гидроксид-ионов (в моль/л) со­ставляет: а) 10^-4; б) 3,2 · 10^-6.
   
2. Определить концентрацию ионов водорода и гидроксид-ионов в растворе, характер его среды, если рН = 11.
   
3. Найти молярную концентрацию ионов ОН^- в водных рас­творах, в которых концентрация ионов водорода (в моль/л) равна: а) 10^-3; б) 6,5 · 10^-8.
   
4. В 500 мл воды при 18°С растворяется 0,0166 г Аg₂СrО₄ . Чему равно произведение растворимости этой соли?
   
5. Вычислить рН растворов, в которых концентрация ионов Н⁺ (в моль/л) равна: а) 2 • 10^-7; б) 8,1 • 10^-3.
   
6. К 50 мл 0,001 н. раствора НС1 добавили 450 мл 0,0001 н. раствора АgNО₃. Выпадет ли осадок хлорида серебра?
   
7. Вычислить рН растворов, в которых концентрация ионов ОН^- (в моль/л) равна: а) 4,6 • 10^-4; б) 5 • 10^-6.
   
8. Вычислить произведение растворимости РbВr₂ при 25°С, если растворимость соли при этой температуре равна 1,32 ·10^-2 моль/л.
   
9. Концентрация ионов водорода Н⁺ в растворе 10^-14 моль/л. Определить концентрацию гидроксид-ионов, рН и харак­тер среды раствора.
   
10. Вычислить рН водного раствора, в котором концентра­ция гидроксид-ионов равна 10^-2 моль/л.
    

Смещение равновесий. Гидролиз солей.


Вопросы для самостоятельной подготовки:

1. Что называется гидролизом?
   
2. Как влияет температура и разбавление на гидролиз солей?
   
3. Почему не все соли могут гидролизоваться?
   
4. Как можно усилить гидролиз солей?
   
5. Как можно ослабить гидролиз солей?
   
6. Что называется степенью гидролиза?
   
7. Что называется константой гидролиза?
   

Задания для самостоятельной работы:

Вариант 1

1. Напишите уравнение гидролиза для СuNO₂, NaCN, HCOONH₄, определить рН среды и составьте выражение К_гидр данных веществ.
   
2. Вычислите степень гидролиза в 0,001 М растворе KCN.
   
3. Определите рН 0,05 М раствора Na₂CO₃.
   

Вариант 2

1. Напишите уравнение гидролиза для NH₄Cl, Fe(NO₂)₂, CH₃COOH, определите рН среды и составьте выражение К_гидр данных веществ.

2. Вычислите степень гидролиза в 0,1 М растворе K₂CO₃.
   
3. Определите рН 0,01 М раствора HCOONa.
   

Вариант 3.

1. Напишите уравнение гидролиза для AlCl₃, NH₄Cl, NaNO₃, определите рН среды и составьте выражение К_гидр данных веществ.
   
2. Вычислите степень гидролиза в 0,1 М растворе K₂CO₃.
   
3. Определите рН 0,01 М раствора K₂SO₃.
   

Методические рекомендации. Для процессов обратимого гидролиза вычисляют константу гидролиза К_Г, степень гидролиза h и равновесные концентрации продуктов гидролиза.

Если гидролизу подвергается однозарядный ион, то в зависимости от соотношения концентрации электролита с константой гидролиза проводят расчеты, либо строго, либо приближенно. Если С_М(АВ)/К_Г < 100, то ведут строгий расчет по формулам:

а) ; или для одностадийного процесса
А⁺ + Н₂O ↔ АОН + Н⁺, константа гидролиза которого К_Г = К_b/К_g(АОН);


б) ; или для одностадийного процесса
В^- + Н₂O ↔ НВ + ОН^-, константа гидролиза которого К_Г = К_b/К_g(НВ).


Если С_М(АВ)/К_Г > 100, то ведут приближенный расчет по формулам:

а) ; или для одностадийного процесса
А⁺ + Н₂O ↔ АОН + Н⁺;

б) ; или для одностадийного процесса
В^- + Н₂O ↔ НВ + ОН^-.

Гидролиз 2-3 зарядных ионов протекает ступенчато, в 2-3 стадии соответственно. Однако, если константы ступенчатой диссоциации резко различаются по величине между собой, т.е. К_g,3 << K_g,2 << K_g,1, и если продукты гидролиза остаются в растворе, то при обычных условиях гидролиз протекает практически только по первой стадии. Второй и третьей стадиями гидролиза можно пренебречь и приближенно рассматривать степень гидролиза и равновесные концентрации продуктов гидролиза аналогично выводам h, [H⁺] или [OH^-], исходя только из первой стадии гидролиза, при этом используются константы последней ступени диссоциации соответствующих электролитов.


Раздел 3. Физическая химия


Введение


Вводное занятие. Повторение пройденных тем.


Задания для самостоятельной работы:

1. Температура азота, находящегося в стальном баллоне под давлением 15,2 МПа, равна 17 ⁰С. Предельное давление для баллона 20,3 МПа. При какой температуре давление азота в баллоне достигнет предельного значения?
   
2. Выразить в граммах массу 1 молекулы аммиака.
   
3. Какой объем займет 2 кг азота при 10 ⁰С и давлении 101,33 кПа?
   
4. Найти простейшую формулу вещества, содержащего 32,39% натрия, 22,54% серы и 45,07% кислорода.
   
5. При давлении 98,7 кПа и температуре 91 ⁰С некоторое количество газа занимает объем 608 мл. Найти объем газа при нормальных условиях.
   
6. Указать Z, A, ē, p, n атома Tl.
   
7. Электронная структура атома 5s²5p⁶5d¹6s². Что это за элемент? К какому семейству он относится?
   
8. Определите число энергетических уровней и напишите электронные формулы атомов элементов с порядковыми номерами: 13, 31, 79.
   
9. Нарисуйте электронную схему образования молекул: а) оксида натрия; б) водорода; в) азота. Какова степень окисления каждого элемента.
   
10. К какому элементу сдвинута общая электронная пара в соединениях, формулы которых HCl, CO₂, NH₃, OF₂.