ЦУ (ценные указания)

12.32.       Исходя из следующих данных об изотопном составе природных элементов, докажите расчетом, что природный иод легче теллура:

Изотоп	Ar, а.е.м.	x, %
127I	126,9045	100
120Te	119,9040	0,096
122Te	121,9031	2,600
123Te	122,9043	0,908
124Te	123,9028	4,816
125Te	124,9044	7,140
126Te	125,9038	18,950
128Te	127,9045	31,690
130Te	129,9062	33,808

Докажите на основании химических свойств правильность расстановки Д.И. Менделеевым иода и теллура в VIIA- и VIA-группах соответственно, несмотря на кажущееся нарушение физического принципа расположения элементов по возрастанию относительной атомной массы.

12.33.       Известны температуры плавления и кипения халькогеноводородов H₂Э:

H2Э	H2O	H2S	H2Se	H2Te
tпл, ºС	0,00	–85,54	–65,72	–51,00
tкип, ºС	100,00	–60,35	–41,50	–1,80

Постройте график зависимости t_пл = f(Z_э) и t_кип = f(Z_э). Объясните аномальный (с точки зрения периодичности) ход графиков. Методом экстраполяции найдите гипотетические значения температур плавления и кипения воды по этим величинам для остальных H₂Э. Предскажите также значения t_пл и t_кип для H₂Po.

12.34.       Рассчитайте стандартную энергию Гиббса образования газообразных халькогеноводородов при 298 K. Сделайте вывод о сравнительной химической активности халькогенов в свободном виде, о термической устойчивости и восстановительной способности халькогеноводородов. Предскажите устойчивость и окислительно-восстановительные свойства H₂Po.

12.35.       Укажите, что означают записи O^─I и O^1─, O^─II, O^2─. Рассмотрите следующие термохимические уравнения:

O_(г) + е^─_∞ = O^─_(г);               ─148 кДж

O^─_(г) + е^─_∞ = O^2─_(г);            +780 кДж

Сделайте вывод о реальности существования ионов O^─ и O^2─. Как по-другому называют величины ΔH° этих реакций? Рассчитайте стандартную энтальпию образования газообразного иона O^2─. Почему ион O^2─ не может существовать в водном растворе?

12.36.       Что означают записи O^+I и O¹⁺, O^+II, O²⁺. Рассмотрите следующие термохимические уравнения:

O_(г) = O⁺_(г) + е^─_∞; + 1314 кДж и

O⁺_(г) = O²⁺_(г) + е^─_∞; + 3388 кДж

Сделайте вывод о реальности существования ионов O⁺ и O²⁺. Как по-другому называют величины ΔH° этих реакций? Какой ион будет более устойчивым – O⁺ или O₂⁺?

12.37.       Рассчитайте при 298 K стандартную энергию Гиббса процесса

O₂ = O₂⁺ + е^─_∞.

Как называют этот процесс? В каких условиях на практике он проводится? Запишите названия частиц O₂⁺, O₂, O₂^─ и O₂^2─. Охарактеризуйте их магнитные свойства, изменение порядка, длины и энергии связей кислород–кислород по методу молекулярных орбиталей.

12.38.       Баллон емкостью 25 л наполнен газообразным кислородом под давлением 150 атм при температуре  20 ºС. Определите формульное количество вещества (моль) в баллоне.

12.39.       Относительная плотность по дикислороду для смеси (O₃ и O₂) равна 1,05. Определите объемную долю (%) озона в смеси.

12.40.       После пропускания 7,7 л дикислорода через озонатор собрано 7,3 л газового раствора озона в дикислороде при p, T = const. Определите объем (л) и объемную долю (%) озона.

12.41.       Элементарные реакции разложения пероксида водорода

H₂O_2(ж) = 2OH_(г),

H₂O_2(ж) = OH_+(г) + OH^─_(г),

H₂O_2(ж) = H_(г)+ HO_2(г)

протекающие в закрытой системе при 298 K, термодинамически невыгодны (докажите это расчетом). Однако пероксид водорода неустойчив и легко разлагается по уравнению

2H₂O_2(ж) = 2 H₂O_(ж) + O_2(г); ΔG°₂₉₈ < 0

Объясните это кажущееся противоречие.

12.42.       Сопоставьте окислительные свойства O₂, O₃ и H₂O₂ в щелочной среде. Докажите, что иодид калия в щелочном растворе реагирует с O₃ и H₂O₂, но не взаимодействует с O₂.

12.43.       Определите объем (л, н.у.) газа, который образуется при взаимодействии избытка пероксида водорода в кислотной среде с перманганат-ионами, содержащимися в 100 мл 0,45М раствора.

12.44.       Рассчитайте массовую долю пероксида водорода, если 25,12 мл его раствора (ρ = 1015 г/л) было израсходовано на реакцию с перманганат-ионами, содержащимися в 100 мл 0,675 н. раствора (среда нейтральная).

12.45.       В природных водах мольная доля дейтерия (изотоп ²H) составляет 0,05% (остальное – изотоп протий ¹H). Рассчитайте, сколько молекул воды состава ¹H₂O приходится на одну молекулу изотопно-смешанной воды ¹H²HO.

12.46.       Обычно перекристаллизацию серы проводят из сероуглерода, так как k_s⁰ = 0,22 и k_s⁴⁰ = 1,00. Рассчитайте массу (г) очищенной серы, если использовано 100 мл растворителя (ρ = 1263,2 г/л).

12.47.       Что означают записи S^─II и S^2─, S^─I и S^1─? Рассмотрите термохимические уравнения

S_(г) + е^─_∞. = S^─_(г); ─200 кДж

S^─_(г) + е^─_∞. = S^2─_(г); +590 кДж

и сделайте вывод о реальном существовании ионов S^─ и S^2─. Как по-другому называют величины ΔH° этих реакций? Почему ион S^2─ (в отличие от иона O^2─) может существовать в водном растворе?

12.48.       При 15 °С один объем воды (ρ = 1 г/мл) растворяет 2,95 объема сероводорода. Рассчитайте молярную концентрацию (моль/л), массовую долю (%) и коэффициент растворимости сероводорода в насыщенном растворе (объем раствора принять равным объему воды).

12.49.       Определите молярную концентрацию (моль/л) гидросульфид- и сульфид-ионов в 0,1М растворе сероводорода при 25 °С в отсутствие и в присутствии хлороводорода с концентрацией 0,1 моль/л.

12.50.       Сравните значения молярной концентрации сульфид-ионов в 0,1М растворах: а) сероводорода; б) гидросульфида натрия при 25 °С.

12.51.       Рассчитайте pH 0,1М раствора сульфида натрия и тем самым докажите, что на склянке с этим раствором вместо надписи «0,1М Na₂S» можно было бы поместить этикетку «…М NaHS + …М NaOH».

12.52.       Рассчитайте pH в 0,1М растворе сероводорода при 25 °С. Как будет изменяться среда этого раствора при введении (порциями) сульфида натрия?

12.53.       В двух стаканах находятся 0,1М растворы сульфатов марганца(II) и меди(II). При добавлении равного объема 0,1М (насыщенного) раствора сероводорода в первом стакане изменений нет, а во втором выпадает осадок. Объясните, почему это происходит. Установите молярность раствора MnSO₄, необходимую для выпадения осадка MnS (значение ПР для свежеосажденного MnS примите равным 2,5 · 10^─10 при комнатной температуре). Возможно ли на практике осуществить получение осадка MnS в этих условиях? При замене 0,1М раствора сероводорода на 0,1М раствор сульфида натрия осадок MnS выпадает. Почему? Дайте обоснованный ответ.

12.54.       Определите при 25 °С pH, при котором достигается достаточно полное осаждение ионов Zn²⁺ (остаточная концентрация 1 · 10^─6 моль/л) в виде сульфида, если осадителем является насыщенный раствор сероводорода, содержащий 2,282 л (н.у.) газа в 1 л раствора.

12.55.       При попытке получения сульфида аммония взаимодействием гидрата аммиака с сероводородом образуется только гидросульфид аммония. Подтвердите это расчетом константы равновесия и степени прохождения гипотетической реакции между сульфидом аммония и водой при 25 °С. При выводе расчетных формул равновесную концентрацию воды включите в константу равновесия.

12.56.       Определите массу (г) осадка, полученного при взаимодействии избытка перманганат-ионов в водном растворе с 4,48 л (н.у.) сероводорода.

12.57.       На образец стали массой 4,00 г, содержащей сульфидную серу, действуют избытком разбавленной серной кислоты. Образующийся сероводород полностью реагирует с 1,6 мл 0,05 н. раствора K[I(I)₂]. Определите массовую долю (%) серы в стали.

12.58.       Промышленное получение сероводорода основано на прямом синтезе из простых веществ:

H₂(г) + S(т) D H₂S(г) (80 ˚С)

или

8H₂(г) + S₈(г) D 8H₂S(г) (750 ˚С)

Установите, являются ли эти реакции экзо- или эндотермическими. Составьте выражения для константы равновесия этих процессов и укажите влияние термодинамических параметров (p, T, c) на состояние равновесия. Почему условия второго синтеза являются термодинамически более выгодными в закрытой системе? Предложите практический способ отделения газообразной серы от сероводорода на выходе из реактора.

12.59.       Определите значение объемной доли (%) сероводорода в техническом газе, если 5 л (н.у.) этого газа затрачено на реакцию с 0,048 моль дихромата калия в кислотной среде (остальные компоненты газа в реакцию не вступают).

12.60.       Предельно допустимая концентрация сероводорода в атмосфере промышленных зданий составляет 10 мг H₂S на 1 м³ воздуха при 20 °C. Какой способ выражения состава газового раствора задан этим значением? Рассчитайте предельно допустимую массовую долю (%) сероводорода в воздухе (M_r = 29,08) при нормальном атмосферном давлении.

12.61.       Сопоставьте уравнения реакций каждого набора:

а) 2Al³⁺ + 3S^2─ = Al₂S₃(т); ΔG°₂₉₈ = 234 кДж

2Al³⁺ + 6H₂O + 3S^2─ = 2Al(OH)₃(т) + 3H₂S(г); ΔG°₂₉₈ = ─268 кДж

б) 2Bi³⁺ + 3S^2─ = Bi₂S₃(т); ΔG°₂₉₈ = ─ 595 кДж

2Bi³⁺ + H₂O + 3S^2─ = 2Bi(OH)₃(т) + 3H₂S(г); ΔG°₂₉₈ = ─ 288 кДж

Что произойдет при смешивании раствора соли алюминия или висмута(III) с раствором сульфида натрия? Объясните результаты опытов.

12.62.       Дисульфид(2-) натрия образуется при стоянии на воздухе водного раствора сульфида натрия. Составьте уравнение реакции. Предскажите геометрическое строение и химические свойства дисульфана (сравните с H₂O₂).

12.63.       Сравните степень протолиза в 0,1М растворах Na₂S, Na₂(S₄) и Na₂(S)₅ при 25 °С. Приведите все возможные доводы, согласно которым образование ионов H(S₄)^─ и H(S₅)^─ протекает в водном растворе легче, чем образование иона HS^─.

12.64.       При высокой температуре (выше какого значения?) равновесие синтеза

H_2(г) + Se_(т) D H₂Se_(г)

cдвигается в сторону образования H₂Se (почему?), а при охлаждении в закрытой системе ─ в сторону распада селеноводорода (откуда это следует?). К ответам на все вопросы дайте термодинамическое обоснование.

12.65.       Рассчитайте молярную концентрацию (моль/л) гидроселенид- и селенид-ионов в 0,01М растворе селеноводорода при 25 °С.

12.66.       Определите, будет ли (да, нет) в закрытой системе при 298 K термодинамически выгодной реакция

H₂S_(г) + SO_2(г) D S_(т) + H₂O_(г)

которую используют в промышленности для получения серы. Найдите значение температуры равновероятности протекания реакции. Следует ли на практике значительно повышать температуру процесса?

12.67.       Определите массу (г) твердого продукта реакции между 9,8 л сероводорода и 17,5 л диоксида серы (н.у.).

12.68.       Проводят реакцию между 0,01 моль SO₂ (экв.) и 0,03 моль I₂ (экв.) в водной среде. Рассчитайте pH в конечном растворе объемом 10 л при 25 °С.

12.69.       Определите массу (г) гептагидрата сульфита натрия, необходимую для приготовления 500 мл 0,04 н. раствора, предназначенного для изучения восстановительных свойств сульфита натрия.

12.70.       При обжиге пирита Fe(S₂) в дикислороде образуется оксид железа(III) и диоксид серы. При некоторой температуре в закрытой системе равновесная концентрация дикислорода составила 1,52 моль/л, а диоксида серы ─ 3,27 моль/л. Рассчитайте значение константы равновесия.

12.71.       Запах диоксида серы в воздухе ощущается при его содержании ³ 0,001 мл (н.у.) в 1 л воздуха. Установите, существует ли (да, нет) опасность экологического загрязнения атмосферы вблизи ТЭЦ, если в пробе воздуха объемом 100 мл (н.у.) обнаружено количество SO₂, эквивалентное сжиганию 1 г природного топлива, содержащего 2,86 · 10^─4 % серы.

12.72.       По методу валентных связей предскажите полярность и реакционную способность молекул SO₂ и SO₃. Является ли (да, нет) получение газообразного SO₃ из SO₂ и O₂ термодинамически выгодным процессом в закрытой системе при: а) 298 K; б) 1500 K? Рассчитайте температуру равновероятности протекания процесса и укажите причины использования катализатора (V₂O₅).

12.73.       При разработке гидратной теории Д. И. Менделеев установил существование при низких температурах трех твердых гидратов серной кислоты H₂SO₄ · nH₂O, массовая доля воды в которых равна 15,52, 26,87 и 42,36% соответственно. Установите формулы этих гидратов.

12.74.       Укажите химические процессы, которые протекают при введении жидкой серной кислоты в избыток воды. Стандартная энтальпия смешивания 1 моль H₂SO₄ и 50 моль H₂O равна ΔH°_см = ─ 73 кДж. Какое отношение имеет ΔH°_см к приготовлению разбавленных растворов серной кислоты из серной кислоты и воды? Рассчитайте массовую долю (%) серной кислоты в растворе по указанным выше данным.

12.75.       Определите значение стандартной энтальпии реакции

S_(т) + 2O_2(г) + H_2(г) = H₂SO_4(ж); ΔH°_х

по следующим термохимическим уравнениям:

I.   S_(т) + O_2(г) = SO_2(г); ─ 297 кДж

II.   2SO_2(г) + O_2(г) = 2SO_3(г); ─ 198 кДж

III.  2H_2(г) + O_2(г) = 2H₂O_(ж); ─ 572 кДж

IV. SO_3(г) + H₂O_(ж) = H₂SO_4(ж); ─ 132 кДж

12.76.       Определите, является ли (да, нет) реакция

SO_3(г) + H₂O_(ж) = H₂SO_4(ж)

термодинамически выгодной в закрытой системе при 298 K. Чем (нагревателем, холодильником) необходимо снабдить реактор для увеличения выхода продукта? Рассчитайте температуру равновероятности протекания реакции и укажите, почему на практике концентрированную серную кислоту получают пропусканием газообразного SO₃ через водный раствор серной кислоты, а не через чистую воду.

12.77.       Составьте уравнения всех стадий получения серной кислоты в промышленности, если источником серы является пирит Fe(S₂). Рассчитайте массу (т) пирита, необходимую для получения 100 т жидкой серной кислоты (потери серы составляют 15%).

12.78.       Составьте электрохимические уравнения процессов на катоде и аноде для разбавленных водных растворов:

а) H₂SO₄                б) K₂SO₄                    в) NaF

г) NaOH                д) KCl             е) CuSO₄

12.79.       Проанализируйте уравнения следующих реакций, протекающих при сплавлении реагентов, и подберите коэффициенты:

K₂S₂O₆(O₂) + KOH + KNO₂ ® K₂SO₄ + KNO₃ + H₂O

K₂S₂O₆(O₂) + KClO₃ ® K₂SO₄ + O₂ + ClO₂

Укажите окислитель и восстановитель в каждой реакции. Поведение какого соединения напоминают указанные свойства пероксодисульфата калия?

12.80.       Определите массу (г) кристаллогидрата состава Na₂SO₃S · 5H₂O, необходимую для приготовления 500 мл 0,25 н. раствора, предназначенного для проведения реакций с: а) Cl₂; б) K[I(I)₂].

12.81.       Сера с некоторым элементом образует пять соединений, для которых известны следующие характеристики:

Соединение	1	2	3	4	5
wS, %	62,79	45,77	29,67	25,24	21,96
d(H2)	50,56	34,68	53,50	125,80	72,30

Установите формулы этих соединений и составьте их названия.

12.82.       Назовите следующие вещества:

(H₃O)HSO₄

H₂SeO₄

(NH₄)₂S₂O₆(O₂)

K₂S₄O₆

Na₂(S₃)

S₂Cl₂

H₆TeO₆

H₂SO₃(O₂) 

(FeCu^I)S₂

CsCr(SO₄)₂ · 12H₂O

Rb₂Zn(SO₄)₂ · 6H₂O