Контрольная работа по
химии - 2
Тема: Химическая
связь и строение молекул.
Конденсированное состояние
вещества.
№63.
Какой способ образования
ковалентной связи называют донорно-акцепторным?
Какие химические связи имеются в
ионах NH4¯ и BF4
¯? Укажите донор и акцептор.
Решение.
При наличии незавершенных внешних
энергетических уровней атома он стремится к их заполнению путем химического
взаимодействия и образования химической связи с другими атомами. В образовании
химической связи участвуют валентные электроны, т. е. электроны незавершенного
внешнего уровня. Химические связи могут быть 3-ех типов:
ковалентная, ионная и
металлическая.
Ковалентная связь. Когда два
атома приближаются друг к другу на близкое расстояние, электронные орбитали
внешних незавершенных уровней перекрывают друг друга, притягивают ядра атомов и
образуют общее электронное облако или ковалентную связь.
Если возникает одно общее
электронное облако или ковалентная связь, то связь называется одинарной, если
две пары электронов образуют связь – она называется двойной и т.д.
Итак, ковалентная связь это
химическая связь, осуществляемая электронными парами. Это двухэлектронная и
двухцентровая (удерживает два ядра) связь. Соединения с ковалентной связью
называются гомеополярными или атомными.
Связь может быть неполярной (электронное облако равномерно удалено от центров
ядер атомов, как в двухатомных молекулах О2
N2 H2)
и полярной (смещенной в сторону атома с большей электроотрицательностью как NH3, HCl).
Разновидностью ковалентной связи
является донорно-акцепторная связь. В этом случае химическая связь возникает за
счет двухэлектронного облака одного атома и свободной орбитали другого атома
как в случае образования иона аммония NH4+.
Схема образования связей иона аммония NH4+.
Строение атома N: N7 1s²/2s²2p3
Строение атома Н: 1s¹
В молекуле аммиака каждый из 3-ех
p-электронов азота N участвует в образовании ковалентной связи с
одним электроном атома водорода, образуется тройная связь. При этом у атома
азота N осталась неподеленная
пара s-электронов. У
иона же водорода H+ имеется
свободная 1s-орбиталь.
При образовании иона аммония
связь образуется за счет неподеленной пары s-электронов молекулы аммиака NH3 и свободной s-орбитали иона водорода H+.
Атом, предоставляющий
неподеленную пару электронов (в данном случае N), называется донором, атом,
принимающий ее (в данном случае H)
называется акцептором.
Схема образования связей в ионе BF4¯.
Строение атома B:
B5 1s²/2s²2p¹
Строение атома F:
F9 1s²/2s²2p5
Атом бора имеет на внешнем уровне
один неспаренный p-электрон
и два спаренных s-
электрона
Атом фтора имеет на внешнем уровне два спаренных s-электрона, две пары
спаренных p-электронов
и один неспаренный p-электрон.
В образовании молекулы BF3 участвуют три электрона
внешнего уровня атома бора и остается свободная p-орбиталь (т.к. из возможных 3-ех
орбиталей на 2-ом подуровне занята лишь одна), а также по одному неспаренному p-электрону внешнего уровня
от 3-ех атомов азота). В этом соединении фтор донор, бор акцептор.
Ион фтора F¯ образуется присоединением электрона к атому
фтора, при этом на внешнем уровне атома фтора заполняется 3-ий последний
подуровень 2 –ого уровня, свободной орбитали нет.
Далее в образовании иона фтора BF4¯ участвует пара
электронов атома фтора и свободная орбиталь атома бора.
Связь ковалентная,
донорно-акцепторная, донор – фтор F, акцептор – бор B.
Тема: Энергетика химических процессов (термохимические расчеты)
Задача №99.
При сгорании 1л ацетилена (н.у.) выделяется 56.053 кДж
теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой
образуются пары воды и диоксида углерода. Вычислите теплоту образования С2Н2 (г).
Решение.
Реакция горения ацетилена (н.у.)
выражается термохимическим уравнением6
С2Н2 (г) + 2½О2
= 2 СО2(г) + Н2О
(г)
Теплотой образования (энтальпией)
С2Н2 называют
тепловой эффект реакции образования 1 моль этого соединения из простых веществ,
взятых в их устойчивом состоянии при данных условиях (н.у.).
Обычно теплоту образования
относят к стандартному состоянию, т.е. 25ºС (298ºК) и 1.013-10
Па и обозначают через ∆Н
. Так как тепловой эффект с температурой изменяется
незначительно, то в дальнейшем индексы опускаются, и тепловой эффект
обозначается через ∆Н.
Для определения теплоты
образования ацетилена нужно вычислить тепловой эффект реакции, термохимическое
уравнение которой имеет вид:
2 С (графит) + Н2(г) + = С2Н2 (г);
∆Н = ?
исходя из следующих данных:
а). С2Н2 (г) + 2½О2
= 2 СО2(г) + Н2О
(г); ∆Нх.р.
б). С (графит) + О2(г) = СО2
(г); ∆Н =
-393.51 кДж (см. табл.5)
в). Н2 +½О2 (г) = Н2О
(г); ∆Н = - 241.83 кДж (см. табл.5)
Из закона Авогадро вытекает, что
при одинаковых условиях 1 г/моль любого газа занимает объем 22.4л.
Тепловой эффект реакции сгорания
1 литра ацетилена С2Н2 (г) по условиям задачи составил 56.053 кДж.
Исходя из уравнения а). в реакцию
вступил 1 г/моль ацетилена С2Н2 (г), следовательно тепловой эффект реакции по
уравнению а). составит:
1л - 56.053 кДж
22.4л - Х кДж
Х =
= 1255.587 кДж
Т.е. ∆Нх.р. по уравнению а). = 1255.587 кДж
Термохимические расчеты проводят
на основании закона Гесса
«Тепловой эффект реакции зависит только от
природы и физического состояния исходных веществ и конечных продуктов, но не
зависит от пути перехода»
и следствия из закона Гесса
«Тепловой эффект реакции ∆Нх.р.
равен сумме теплот образования ∆Нобр. Продуктов реакции за вычетом суммы теплот
образования исходных веществ с учетом коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении
реакции»
∆Нх.р.= ∑Нобр.прод.
- ∑Нобр.исх.
На основании следствия из закона
Гесса с термохимическими уравнениями можно оперировать так же, как с
алгебраическими. Для получения искомого результата оперируем с коэффициентами
уравнения, умножая уравнение б) на коэффициент 2, уравнение в) оставляя без
изменения, затем сумму этих уравнений вычесть из уравнения а)
С2Н2 (г) + 2½О2
– 2С - 2О2 - Н2
- ½О2 = 2СО2(г) + Н2О (г) +1255.587 кДж
- 2СО2-2(-393.51 кДж) - Н2О –(-
241.83 кДж);
∆Нх.р.
= 1255.587 кДж +2*(-393.51 кДж) +(- 241.83 кДж);
∆Нх.р = 226.75 кДж
С2Н2 = 2С+Н2 +226.75 кДж
Стандартная теплота образования ацетилена С2Н2
составляет 226.75 кДж.
Тема: Химическое сродство
Задача №113
Вычислите ∆Hº, ∆Sº и ∆Gтºреакции, протекающей по уравнению
Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г)
Возможна ли реакция
восстановления Fe2O3(к)
водородом при 500 и 2000ºК?
Решение.
1. В химической реакции,
протекающей по уравнению:
Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г)
Тепловой эффект реакции (∆Нх.р.), исходя из следствия закона Гесса, равен
сумме теплот образования ∆Нобр. продуктов
реакции за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом
коэффициентов перед формулами этих веществ в уравнении реакции.
∆Нх.р.= ∑Нобр.прод.
- ∑Нобр.исх.
∆Нх.р.=
(2 ∆Н°Fe(к) +3∆Н°Н2О (г)) – (∆Н° Fe2O3(к) + 3 ∆Н°Н2г)
- теплоты образования простых
веществ условно приняты равными нулю;
- теплота образования Н2О (г) равна -241.83 (по табл. №5)
- теплота образования Fe2O3(к) равна -822.10 (см.табл.№5)
Исходя из указанных данных:
∆Нх.р.=
3(-241.83) – (-822.10) = -725.49 – (-822.10) = 96.61 кДж
Ответ: ∆Нх.р.= 96.61 кДж
Примечание: в условии задачи №113
(стр. 51 методических указаний) в праой части уравнения перед молекулой воды
проставлен коэффициент 2, считаю, что коэффициент должен быть 3.
2. Изменение энтропии продуктов
химической реакции, протекающей по
уравнению
Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г),
Рассчитывается по формуле:
∆Sх.р.=
∑Sпрод. - ∑Sисх.
∆Sх.р.=
(2 ∆S°Fe(к) +3∆S°Н2О (г)) – (∆S°
Fe2O3(к) + 3
∆S°Н2г), где:
∆S°Fe(к)=
27.2 Дж/(моль*К)
∆S°Н2О (г))= 188.72 Дж/(моль*К)
∆S° Fe2O3(к) = 89.96 Дж/(моль*К)
∆S° O/H2(г) = 130.59 Дж/(моль*К)
(данные из табл.7)
С учетом этих данных:
∆Sх.р.=
(2*27.2 +3*188.72) – (89.96+3*130.59) = 620.56-481.73 = 138.83 Дж/(моль*К)
Ответ: ∆Sх.р.=
138.83 Дж/(моль*К)
3. Мерой химического сродства (∆G°) является убыль энергии
Гиббса (изменение изобарно- термического потенциала или энергии Гиббса).
Убыль энергии Гиббса ∆G°х.р. в химической реакции
Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г)
вычисляем по формуле:
∆G°х.р
= ∆Н° - Т*∆S°
∆G°х.р =
96.61 – 298*0.13883 = 96.61-41.37 = +55.24кДж
Ответ: ∆G°х.р =
+55.24кДж
Т.к. ∆G°х.р. >
0, то реакция при стандартных условиях невозможна; при этих условиях пойдет
обратная реакция - окисление железа (коррозия).
Определяем температуру, при
которой ∆G°х.р.= 0
∆Н = Т*∆S, отсюда Т = ∆Н/∆S = 96.61/0.13883 = 695.9°К,
отсюда находим убыль энергии при 500°К :
∆G500 =96.61-500*0.13883
кДж = +27.19 кДж
Таким образом, ∆G при температуре 500°К составляет
+27.19 кДж,
т.е. ∆G
> 0 и реакция невозможна.
При температуре 2000°К находим ∆G2000 аналогично:
∆G2000 = 96.61 – 2000*0.13883 = 96.61
-277.66 = - 181.кДж
∆G2000 = - 181.кДж
∆G2000 <0, значит при температуре 2000°К
реакция возможна.
Примечание:
Поскольку изначальная
температура, при которой начинается реакция по уравнению
Fe2O3(к)+3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2О (г),
из вышеприведенных расчетов равна
695.9°К, то путем сравнения температур можно сразу определить, что при
температуре 500°К реакция не пойдет, а при температуре выше 695.9, т.е. при
2000°К пойдет с получением продуктов согласно уравнению.
Скачать весь архив Контрольных работ по химии
| 
