ЦУ (ценные указания)

Задачник по общей и неорганической химии

12. Химические свойства p-элементов

12.5. Элементы IIIА-группы

12.187. Для получения бора обрабатывают при нагревании: а) натрием - тетрафтороборат(III) калия; б) магнием - триоксид дибора. Составьте уравнения реакций и расчетом подтвердите термодинамическую возможность их протекания в закрытой системе (T = 298 K). Приведите уравнения реакций для других способов получения бора.

12.188. Возможен ли (да, нет) прямой синтез диборана из бора и диводорода в закрытой системе при 400 K?

12.189.     Определите тепловой эффект сгорания 6,05 л (н.у.) диборана на воздухе (образуются только конденсированные фазы). Установите также, является ли (да, нет) эта реакция обратимой в закрытой системе при 298 K.

12.190.     В некотором боране B_xH_y массовая доля бора равна 81,1%. Плотность пара этого борана по воздуху равна 1,84 (состав воздуха в массовых долях, %: N₂ ─ 78,09; O₂ ─ 20,95; Ar ─ 0,93; CO₂ ─ 0,03). Определите химическую формулу борана.

12.191.     Образец газообразного борана B_xH_y массой 0,553 г создает в сосуде объемом 0,407 л давление 6,67 · 10⁴ Па при 100 °С. Определите химическую формулу борана.

12.192.     Бор образует с хлором три соединения, в которых мольное отношение B : Cl равно 1:1, 1:2 и 1:3. Молярные массы этих соединений равны 185,06, 163,43 и 117,17 г/моль соответственно.Установите химические формулы соединений, назовите их и найдите массовую долю (%) хлора в каждом из них.

12.193.     Проводят полный гидролиз газообразного трихлорида бора (0,204 л, н.у.). Осадок отфильтровывают, промывают холодной водой и полученный раствор (фильтрат) разбавляют водой до 12 л. Определите pH конечного раствора (25 °С). Осадок растворяют в горячей воде и добавляют в пробирки, содержащие: а) фтороводородную кислоту; б) карбонат натрия. Составьте уравнения всех реакций и назовите продукты.

12.194.     Определите pH (25 °С) водного раствора, приготовленного из 0,185 г гидроксида бора в мерной колбе объемом 200 мл.

12.195.     Какой из минералов экономически выгоднее перевозить из карьера на завод: кернит Na₂B₄O₇ · 4H₂O, тинкалконит Na₂B₄O₇ · 5H₂O или тинкал Na₂B₄O₇ · 10H₂O? Ответ подтвердите расчетом.

12.196.     Рассчитайте число валентных электронов, содержащихся в 7,5 см³ твердого алюминия при комнатной температуре.

12.197.     Составьте уравнения следующих реакций:

Al + H₂O =                                         Al + Na₃PO₄(конц.) =

Al + H₃O⁺ =                                       Al + HNO₃(оч. разб.) =

Al + OH^─(конц.) =                             Al + H₂SO₄(конц.) =

Al + Na₂CO₃(конц.) =                       Al + KOH · H₂O + t =

12.198.     При кипячении в воде смеси нитрата калия, гидроксида калия и порошкообразного алюминия выделяется газ, который собирают и открывают в нем присутствие двух веществ (какими способами?). В составе какого соединения алюминий остается в растворе? Как это обнаружить? Напишите уравнения всех реакций.

12.199.     Проводится электролиз расплава смеси гидрида натрия, хлорида магния и фторида алюминия. Составьте уравнения электрохимических реакций на катоде и на аноде.

12.200.     Взаимодействие 21,47 г алюминия с избытком графита при 1500 °С приводит к образованию трикарбида тетраалюминия. Покажите расчетом, что эта реакция термодинамически выгодна в закрытой системе. Определите объем (л, н.у.) газа, выделяющегося при гидролизе указанного продукта, если практический выход газа составляет 80%.

12.201.     Сульфид алюминия получают прямым синтезом из алюминия и серы (условия?), так как из водного раствора он не образуется. Почему? Ответ подтвердите расчетом, который должен показать необратимость реакции между этим веществом и водой.

12.202.     Известно, что при обычных условиях хлорид алюминия существует в виде димера Al₂Cl₆, а при высоких температурах ─ в виде мономера AlCl₃. Сравните геометрическое строение мономера и димера. Составьте развернутую молекулярную формулу димера и его название. Укажите химическую причину, по которой реакция

Al₂Cl_6(г)  2AlCl_3(г)

в закрытой системе протекает в заметной степени только при нагревании и найдите температуру (°С) равновероятности реакции.

12.203.     Опишите все процессы, протекающие при внесении твердого AlCl₃ в воду и последующем доведении pH до 13.

12.204.     Минерал криолит Na₃[AlF₆], природные запасы которого на Земле уже исчерпаны, синтезируют на заводах совместным взаимодействием гидроксида алюминия и карбоната натрия с фтороводородной кислотой (конц.). Составьте уравнение реакции. Укажите цель использования криолита при получении алюминия электролизом из Al₂O₃.

12.205.     Определите число катионов и анионов в кристалле минерала криолит Na₃[AlF₆] объемом 0,0025 см³ при комнатной температуре.

12.206.     Для реакции

Al₂O_3(т) + 3CO_(г) 2Al_(т) + 3CO_2(г)

                 установите расчетом, можно ли (да, нет) использовать ее при 800 К для получения: а) алюминия; б) оксида алюминия. Какое вещество ─ монооксид углерода или алюминий ─ является более сильным восстановителем?

12.207.     При 1870 °С навеска оксида алюминия массой 75,82 г полностью реагирует с избытком графита и диазота, образуя монооксид углерода и мононитрид алюминия. Покажите расчетом, что эта реакция термодинамически выгодна в закрытой системе. Определите объем (л, н.у.) газа и массу (г) осадка, образующихся при необратимой (почему?) реакции мононитрида алюминия с горячей водой.

12.208.     Определите массовую долю (%) оксида алюминия, «содержащегося» в минерале нефелин K_0,22Na_0.78(AlSiO₄), если в последнем имеется 15% примесей.

12.209.     Водный раствор сульфата алюминия имеет pH < 7 (почему?). При одновременном добавлении к нему растворов KIO₃ (pH 7) и KI (pH 7) в мольном отношении KIO₃:KI = 1:5 образуется осадок, после промывания которого раствором тиосульфата натрия (зачем?) получают твердый гидроксид алюминия. Объясните результаты опыта. Необходимо ли указанное промывание осадка, если отношение KIO₃:KI было бы 1:n, где n > 8? Дайте обоснованный ответ.

12.210.     К 100 мл 0,15М раствора сульфата алюминия добавляют 0,15М раствор гидроксида бария до прекращения образования осадка. Определите объем (мл) раствора гидроксида бария, затраченного на реакцию, и массу (г) осадка.

12.211.     К осадку гидроксида алюминия добавляют водный раствор гидроксида натрия. Наблюдают химическое растворение осадка, который выпадает снова при насыщении образовавшегося раствора газообразным диоксидом серы. Объясните результаты опыта.

12.212.     В три пробирки, содержащие раствор сульфата алюминия, добавляют (по каплям) соответственно эквимолярные растворы гидроксида натрия, гидрата аммиака, а также гидрата аммиака с большим избытком хлорида аммония. В какой пробирке осадок гидроксида алюминия появится в первую очередь? Выпадут ли осадки во всех пробирках?

12.213.     Определите при 25 °С значения pH, при которых закончится выпадение осадка гидроксида алюминия: а) при подщелачивании раствора сульфата алюминия; б) при подкислении раствора тетрагидроксодиакваалюмината(III) натрия.

12.214.     Рассчитайте значения наименьшей растворимости (моль/л) гидроксида алюминия в кислотной и щелочной областях pH при 25 °С.

12.215.     Рассчитайте pH, при котором осаждение гидроксида алюминия из раствора нитрата алюминия станет достаточно полным, т.е. растворимость Al(OH)₃ будет меньшей, чем 1 · 10^─5 моль/л (при 25 °С).

12.216.     Для осветления питьевой воды к ней добавляют сульфат алюминия. Образуется гидроксид алюминия, студнеобразные хлопья которого хорошо сорбируют взвешенные в воде частицы. Установите остаточную концентрацию катионов алюминия в воде с pH 6,55 при 25 °С.

12.217.     Составьте уравнения полуреакций восстановления алюминия(III) в кислотной и щелочной средах. Сравните стандартные потенциалы этих процессов. Почему на практике алюминий не взаимодействует с водой, но реагирует с катионами оксония?

12.218.     Проводят перекристаллизацию Al₂(SO₄)₃ · 18H₂O из насыщенного раствора (80 °С / 20 °С). Необходимо получить 25 г очищенного реактива. Рассчитайте объем (мл) воды и массу (г) кристаллогидрата, взятых для перекристаллизации (следовое содержание примесей не учитывать).

12.219.     Рассчитайте мольную долю (%) каждого изотопа в природных элементах Ga, In и Tl, если относительные атомные массы изотопов ⁶⁹Ga, ⁷¹Ga, ¹¹³In, ¹¹⁵In, ²⁰³Tl, ²⁰⁵Tl равны соответственно 68,9257; 70,9249; 112,9041; 114,9039; 202,9723; 204,9744.

12.220.     Рассчитайте стандартную энергию Гиббса (кДж) для реакции при 298 К

MCl_3(т) + 2M_(т) = 3MCl_(т)

Где M ─ In, Tl. Сделайте вывод об относительной устойчивости степеней окисления (+I) и (+III) для обоих элементов.

12.221.     В пробирках находятся 0,01М растворы NaF, NaCl и NaBr. В каждую пробирку добавляют равный объем 0,01М раствора нитрата таллия(I). В каких пробирках выпадут осадки? В какой пробирке количество осадка (моль) будет наибольшим?

12.222.     Определите, не прибегая к расчету, одинаковой или разной будет растворимость (моль/л) солей каждой пары при некоторой температуре, если они имеют одинаковые значения ПР: а) Tl₂SO₄ и TlNCS; б) TlN₃ и TlCl; в) TlBr и Tl₂SO₃S. Ответ поясните.

12.223.     Назовите следующие вещества:

Na₂B₄O₇ · 10H₂O

Na₂[B₄O₅(OH)₄] · 8H₂O

Ba₂[Al₄(OH)₁₆]

[Al(H₂O)₄(OH)₂]Cl

InSO₄(OH) · 2H₂O

[K(H₂O)₆][Ga(H₂O)₆](SO₄)₂

Tl₂O₃ · nH₂O

KTl(SeO₄)₂ · 12H₂O

(MgAl₂)O₄

Na₃[AlF₆]

K[Ga₂Cl₇]