Сборник контрольных вопросов и задач для защиты лабораторных работ по курсу химии
Сборник задач по химии для студентов МГТУ им. Баумана: Ключ к успешной защите лабораторных работ
Эта книга представляет собой методическое пособие, разработанное для студентов первого курса МГТУ им. Баумана, изучающих химию. Она служит руководством для подготовки к защите лабораторных работ, охватывая ключевые разделы теоретического курса и практикума. Сборник призван унифицировать требования к студентам, обеспечивая единый подход к оценке знаний.
Структура и содержание
Пособие структурировано в соответствии с последовательностью лабораторных работ в учебном плане, что облегчает навигацию и подготовку к конкретным заданиям. Оно включает в себя задачи и вопросы по следующим основным темам:
- Основные классы химических соединений: Задания направлены на идентификацию и классификацию химических веществ, включая кислоты, основания, оксиды и соли. Студентам предлагается выписывать формулы соединений, относящихся к различным классам, а также составлять уравнения реакций получения этих соединений.
- Определение молярной массы эквивалентов металла: Рассматриваются понятия эквивалента и молярной массы эквивалентов, а также закон эквивалентов. Студенты решают задачи на определение молярных масс эквивалентов различных веществ и ионов, а также на расчет молярных масс эквивалентов серы в различных соединениях.
- Определение точной концентрации растворов титриметрическим методом: Включает задачи на расчет молярной, молярной эквивалентной, моляльной и массовой концентраций растворов. Студенты выводят формулы, связывающие различные способы выражения состава растворов, и решают задачи на приготовление растворов заданной концентрации.
- Жесткость воды: Рассматриваются различные виды жесткости воды, методы ее определения и устранения. Студенты решают задачи на расчет жесткости воды, определение карбонатной и некарбонатной жесткости, а также на выбор реагентов для умягчения воды.
- Окислительно-восстановительные реакции: Включает задачи на определение типа окислительно-восстановительных реакций, расстановку коэффициентов методом электронного баланса и методом электронно-ионных схем. Студенты определяют окислитель и восстановитель, рассчитывают молярные массы эквивалентов и решают задачи на применение закона эквивалентов.
- Кинетика гомогенных и гетерогенных реакций: Рассматриваются факторы, влияющие на скорость реакций, включая концентрацию, температуру и катализаторы. Студенты решают задачи на определение порядка реакции, расчет энергии активации и температурного коэффициента скорости, а также на определение времени протекания реакции при различных условиях.
- Каталитические реакции: Изучается влияние катализаторов на скорость реакций. Студенты решают задачи на расчет увеличения скорости реакции в присутствии катализатора, определение энергии активации и времени протекания реакции в присутствии катализатора.
- Химическое равновесие: Рассматриваются факторы, влияющие на положение равновесия, включая температуру, давление и концентрацию реагентов. Студенты решают задачи на расчет стандартной энергии Гиббса, констант равновесия и равновесного состава смеси.
- Растворы электролитов: Изучаются свойства растворов электролитов, включая расчет рН, рОН и степени диссоциации. Студенты решают задачи на расчет рН растворов сильных и слабых электролитов, а также на определение растворимости малорастворимых солей.
- Гальванические элементы и электролиз: Рассматриваются принципы работы гальванических элементов и электролиза. Студенты решают задачи на составление схем гальванических элементов, расчет ЭДС и написание уравнений токообразующих реакций.
- Коррозия и защита металлов от коррозии: Изучаются процессы коррозии металлов и методы защиты от нее. Студенты решают задачи на расчет электродных потенциалов, ЭДС коррозионных элементов, а также на определение массы прокорродировавшего металла и силы коррозионного тока.
- Свойства элементов: Рассматриваются свойства d- и p-элементов, включая электронное строение, степени окисления и свойства оксидов и гидроксидов. Студенты решают задачи на идентификацию элементов, составление уравнений реакций и расчет термодинамических величин.
- Комплексные соединения: Изучаются свойства комплексных соединений, включая состав, структуру, диссоциацию и устойчивость. Студенты решают задачи на написание формул комплексных соединений, составление уравнений диссоциации и расчет констант устойчивости.
Заключение
Этот сборник является ценным инструментом для студентов, позволяющим им систематизировать знания, отработать навыки решения задач и подготовиться к успешной защите лабораторных работ по химии. Он способствует глубокому пониманию теоретических основ и практическому применению химических знаний.
Текст подготовлен языковой моделью и может содержать неточности.
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана Cборник контрольных вопросов и задач для защиты лабораторных работ по курсу химии Методические указания Под редакцией А.М. Голубева Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2009
С23 УДК 541 ББК 24 С23 Рецензент Б.Е. Винтайкин Сборник контрольных вопросов и задач для защиты лабораторных работ по курсу химии : методические указания / С.Л. Березина, А.М. Голубев, Е.Е. Гончаренко и др. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. – 84 с. Приведены типовые задачи и контрольные вопросы по основным разделам теоретического курса и лабораторным работам практикума по химии. Предназначены для студентов I курса всех специальностей МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих химические дисциплины. УДК 541 ББК 24 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009
ВВЕДЕНИЕ Курс химии в техническом университете включает теорию (лекционный материал), практику решения задач (семинарские занятия) и лабораторные работы. При выполнении лабораторного практикума студенты знакомятся с оборудованием, приборами и установками, осваивают основные методы проведения экспериментов, изучают химические свойства веществ, убеждаются в соответствии теории и практики химической науки. Каждая лабораторная работа выполняется практически, студент оформляет индивидуальный отчет по ней и на заключительной стадии защищает работу. Как правило, защита заключается в решении двух-трех типовых задач по теме, изученной в практикуме. Создание сборника является попыткой унификации вопросов и задач для защиты лабораторных работ по курсу химии и имеет целью обеспечение единства требований преподавателей к студентам. В сборник входят типовые вопросы и задачи по основным темам курса химии, отраженным в действующем лабораторном практикуме или планируемым к введению в него. Порядок изложения задач соответствует последовательности лабораторных работ в учебном плане.
ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В задачах 1–20 из приведенного списка выпишите формулы химических соединений, относящихся к сильным кислотам, слабым кислотам, основаниям (без амфотерных), амфотерным гидроксидам, основным, кислотным и амфотерным оксидам, средним, кислым и основным солям. № п/п Список формул химических соединений 1 NaH2PO4, KOH, SO3, HCl, Al(OH)Cl2, MgO, CaCl2, CH3COOH, CaCO3, H2SO4, Al(OH)3 2 Zn(OH)Cl, Li2O, MgCl2, Na2HPO4, NaOH, P2O5, H2SO3, Zn(OH)2, HNO3, H2S, CaCO3 3 HCl, Al(OH)Cl2, KHSO4, Ba(OH)2, CO2, CaO, CH3COOH, MgCO3, H2SO4, Fe(OH)3, BaCl2 4 KOH, HCOOH, LiHSO3, P2O5, HBr, Mg(OH)Cl, CaF2, Ca(HCO3)2, H2S, Cr(OH)3, BaO 5 CH3COOH, Sn(OH)Cl, SrO, Al(OH)3, CH3COONa, FeSO4, H2SO4, CsH2PO4, RbOH, SiO2, HI 6 SO2, HCN, Sn(OH)2, HCl, CH3COOH, CaCO3, Cu(OH)Cl, Na2O, MgCl2, BaHPO4, KOH 7 HCl, NaH2PO4, NaOH, SO3, Cr(OH)Cl2, MgO, Ca(NO3)2, CH3COOH, BaCO3, H2SO4, Al(OH)3 8 P2O5, Zn(OH)Cl, Li2O, MgCl2, Na2HPO4, NaOH, H2SO3, Zn(OH)2, HNO3, H2S, CaCO3 9 CO2, HCl, Al(OH)Cl2, KHSO4, KOH, CaO, CH3COOH, MgCO3, H2SO4, Fe(OH)3, BaCl2 10 HI, Ba(OH)2, HCOOH, LiHSO3, P2O5, Mg(OH)Br, CaF2, Ca(HCO3)2, H2S, NH4OH, K2O 11 CH3COOH, Sn(OH)Cl, SrO, Al(OH)3, CaBr2, FeSO4, H2SO4, CsH2PO4, RbOH, SiO2, HI
Окончание № п/п Список формул химических соединений 12 NO2, HCN, Pb(OH)2, HNO3, CH3COOH, CaCO3, Cu(OH)Cl, Li2O, MgCl2, BaHPO4, KOH 13 NaH2PO4, NaOH, SO3, HCl, Cr(OH)Cl2, MgO, CaCl2, CH3COOH, Na2CO3, H2SO4, Al(OH)3 14 Zn(OH)Cl2, Li2O, Fe2(SO4)3, Na2HPO4, NaOH, P2O5, H2SO3, NH4OH, HNO3, H2S, K2SO4 15 H2SO4, Al(OH)Cl2, KHSO4, KOH, CO2, Na2O, CH3COOH, MgCO3, H2SO4, Fe(OH)3, BaCl2 16 Ca(OH)2, HCOOH, LiHSO3, P2O5, H2SO4, Mg(OH)Br, ZnSO4, Ca(HCO3)2, H2S, Cr(OH)3, Al2O3 17 CH3COOH, Fe(OH)Cl2, SrO, Al(OH)3, AlCl3, FeSO4, HNO3, CsH2PO4, RbOH, SiO2, Cr2O3 18 SO2, HCN, Sn(OH)2, HCl, H2S, CaCO3, Cu(OH)Cl, Li2O, FeCl2, BaHPO4, KOH 19 NaH2PO4, KOH, SO3, Al2O3, Cr(OH)Cl2, MgO, CaCl2, CH3COOH, Cu(NO3)2, H2SO4, Al(OH)3 20 Zn(OH)Cl, Li2O, MgCl2, Na2HPO4, NH4OH, СО2, H2CO3, NaOH, HNO3, H2S, Al2(SO4)3 В задачах 21–40, используя приведенные выше соединения и воду, напишите уравнения реакций получения представителей основных классов химических соединений в молекулярной, ионномолекулярной и краткой ионно-молекулярной формах. № п/п Список продуктов реакций и номер задачи со списком исходных соединений 21 Кислота, амфотерный гидроксид, средняя соль (задача 1) 22 Амфотерный оксид, кислая соль, основание (задача 2) 23 Основная соль, средняя соль, кислота (задача 3) 24 Кислая соль, кислота, основание (задача 4) 25 Кислота, амфотерный гидроксид, средняя соль (задача 5) 26 Амфотерный оксид, кислая соль, основание (задача 6) 27 Основная соль, средняя соль, кислота (задача 7)
Окончание № п/п Список продуктов реакций и номер задачи со списком исходных соединений 28 Основание, кислая соль, кислота (задача 8) 29 Кислота, амфотерный гидроксид, средняя соль (задача 9) 30 Основной оксид, кислая соль, основание (задача 10) 31 Основная соль, средняя соль, основание (задача11) 32 Основная соль, кислота, основание (задача 12) 33 Амфотерный гидроксид, кислота, средняя соль (задача 13) 34 Средняя соль, кислая соль, основание (задача 14) 35 Основная соль, амфотерный гидроксид, кислота (задача 15) 36 Кислая соль, кислота, основание (задача 16) 37 Кислота, амфотерный гидроксид, средняя соль (задача 17) 38 Средняя соль, основной оксид, основание (задача 18) 39 Основная соль, основание, кислота (задача 19) 40 Кислота, кислая соль, основание (задача 20) ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТОВ МЕТАЛЛА В задачах 1–14 определите молярные массы эквивалентов заданных химических соединений и ионов. Дайте определение понятиям эквивалент и молярная масса эквивалентов вещества (ее размерность), закона эквивалентов в современной трактовке, приведите его математическое выражение. № п/п Кислота Гидроксид металла Соль Оксид металла Ион 1 H3AsO4 Zn(OH)2 Fe2(SO4)3 Ag2O 3 4 PO − 2 H2SO4 La(OH)3 Cu(NO3)2 CrO3 + 4 NH 3 CH3COOH Mn(OH)2 (NH4)2SO4 Co2O3 2 4 CrO − 4 H2TeO4 Fe(OH)3 KClO4 Cu2O Fe3+
Окончание № п/п Кислота Гидроксид металла Соль Оксид металла Ион 5 HCN Ni(OH)2 Cr2(SO4)3 CdO 2 3 CO − 6 H3PO4 Mn(OH)2 Ca3(PO4)2 Fe2O3 2 4 MnO − 7 HMnO4 Ti(OH)4 Zn(NO3)2 WO3 3 ClO− 8 H2SiO3 Ba(OH)2 K2Cr2O7 FeO 2 3 SO − 9 H4P2O7 Al(OH)3 LiClO4 Cr2O3 3 3 AsO − 10 H2Cr2O7 Ca(OH)2 Na2SO3 Na2O 2 4 7 B O − 11 HClO3 NaOH NiCl2 ZnO 4 4 SiO − 12 H2MnO4 Fe(OH)2 K2MnO4 Al2O3 2 3 SO − 13 H2SeO3 Co(OH)3 CH3COONa MnO2 2 3 SeO − 14 H4SiO4 Cr(OH)3 MgSO4 MgO 4 2 7 P O − В задачах 15–19 рассчитайте молярные массы эквивалентов серы, если известны химические формулы соединений, полученных в результате взаимодействия ее с другими веществами. № п/п Соединение Продукт реакции 15 с водородом H2S 16 с кислородом SO2 17 с кислородом SO3 18 с цинком ZnS 19 с углеродом CS2 В задачах 20–22 рассчитайте молярные массы эквивалентов (г/моль) в реакциях обмена (а и б), в реакции а гидроксида металла, в реакции б кислоты.
№ п/п Реакция 20 а) 2Zn(OH)2 + H2SO4 = Zn2(OH)2SO4 + 2H2O б) H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O 21 а) Al(OH)3 + 2HCl = Al(OH)Cl2 + 2H2O б) H3PO4 + 2KOH =K2HPO4 + 2H2O 22 а) Al(OH)3 + HCl = Al(OH)2Cl + H2O б) H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O В задачах 23–36 определите числа эквивалентности z, факторы эквивалентности f и молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя (г/моль) в следующих уравнениях окислительновосстановительных реакций, протекающих в водном растворе. (Расчет вести на одну формульную единицу: атом, молекула, ион.) № п/п Ионные уравнения реакций 23 3Cu + 2NO3 – + 8 H+ = 3Cu2+ + 2 NO + 4H2O 24 MnO4 – + 8H+ + 2I– = I2 + Mn2+ + 4H2O 25 MnO4 – + 6H+ + NO2 – = Mn2+ + NO3 – + 3H2O 26 Al + Cr2O7 2– + 14H+ = Al3++ 2Cr3++ 7H2O 27 I– + IO3 – + 6H+ = I2 + 3H2O 28 SnO2 2– + Bi3+ + 2OH– = Bi + SnO3 2– + H2O 29 Cr2O7 2– + 6I– + 14H+ = 3I2 + 2Cr3+ + 7H2O 30 2MnO4 – + 16H+ + 10Fe2+ = 10Fe3+ + 2Mn2+ + 8H2O 31 Cr2O7 2– + 3H2S + 8H+ = 2Cr3+ + 3S + 7H2O 32 Cr2O7 2– + 3SO3 2– + 8H+ = 2Cr3+ + 3SO4 2– + 4H2O 33 Zn + 4H+ + SO4 2– = Zn2+ + SO2 + 2H2O 34 Mn2+ + 6OH– + H2O2 = MnO(OH)2 + O2 + 3H2O 35 Fe + 2H+ = Fe2+ + H2 36 H2S + 2NO3 – + 2H+ = S + 2NO2 + 2H2O В задачах 37–44 рассчитайте массу, молярную массу эквивалентов, количество вещества эквивалентов вступившего в реакцию окислителя по известному количеству вещества эквивалентов вступившего в реакцию восстановителя n (моль). Используйте при решении задач закон эквивалентов.
№ п/п Уравнение реакции n 37 K2Cr2O7 + 7H2SO4 + 2Al = Al2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O 0,05 38 2KMnO4 + 4H2SO4 + 2KI =2K2SO4 + 2MnSO4 + I2 + 4H2O 0,075 39 Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 0,25 40 2KMnO4 + 4KOH + Na2SO3 = Na2SO4 + 2K2MnO4 + H2O 0,04 41 2KI + Cl2 =I2 + 2KCl 0,02 42 K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = 3I2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O 0,025 43 Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O 0,25 44 2KMnO4 + 6HCl + 5KNO2 = 2KCl + 2MnCl2 + 5 KNO3 + 3H2O 5,0 В задачах 45–52 рассчитайте массы вступивших в реакцию металлов с заданными значениями Mэкв (г/моль), если при реакции металлов с кислотой выделяется известный объем водорода V (л), измеренный при н. у. № п/п MЭКВ 2 H V № п/п MЭКВ 2 H V 45 32,70 0,560 49 68,67 0,333 46 12,15 0,280 50 4,51 0,432 47 27,93 0,210 51 56,21 0,230 48 29,35 0,053 52 29,47 0,152 В задачах 53–62 вычислите молярные массы эквивалентов металлов и их оксидов (г/моль), если известно, что при восстановлении водородом данной массы оксида металла m1 образовалась известная масса воды m2, молярная масса эквивалентов которой равна 9 г/моль. Укажите металл. № п/п m1, г m2, г № п/п m1, г m2, г 53 13,57 3,0 58 14,37 3,6 54 7,98 2,0 59 19,89 4,5 55 6,85 1,55 60 25,76 6,0 56 20,35 4,5 61 36,18 8,0 57 33,48 2,7 62 62,00 5,0