Решение контрольной работы №3 по химии. Вариант 2

Хорошо, давайте решим эту контрольную работу по химии. Контрольная работа № 3 на тему: Химичная связь. Химичная реакция. Вариант № 2. 1. Из перечня выпишите формулы веществ с ковалентной связью: \(O_2\), \(BaCl_2\), \(CuSO_4\), \(HCl\), \(N_2\), \(Al_2O_3\). Какая связь называется ковалентной связью? Решение: Вещества с ковалентной связью: * \(O_2\) (кислород) – ковалентная неполярная связь. * \(HCl\) (хлороводород) – ковалентная полярная связь. * \(N_2\) (азот) – ковалентная неполярная связь. Ковалентная связь – это химическая связь, которая образуется за счет образования общих электронных пар между атомами неметаллов. 2. Охарактеризуйте химическую реакцию по разным классификационным признакам: \(Mg(OH)_2(тв.) = MgO(тв.) + H_2O(газ.) - Q\) Решение: * По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции: это реакция разложения, так как из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ. * По тепловому эффекту: это эндотермическая реакция, так как она протекает с поглощением теплоты (обозначено \(-Q\)). * По изменению степеней окисления: это реакция, протекающая без изменения степеней окисления (окислительно-восстановительная реакция не является). * В \(Mg(OH)_2\): \(Mg^{+2}\), \(O^{-2}\), \(H^{+1}\) * В \(MgO\): \(Mg^{+2}\), \(O^{-2}\) * В \(H_2O\): \(H^{+1}\), \(O^{-2}\) Степени окисления всех элементов не изменились. * По обратимости: это необратимая реакция, так как продукты реакции (оксид магния и вода) не могут легко взаимодействовать друг с другом, чтобы снова образовать гидроксид магния в данных условиях. * По агрегатному состоянию: это гетерогенная реакция, так как реагенты и продукты находятся в разных агрегатных состояниях (твердое и газообразное). 3. Как изменится состояние химического равновесия реакции: \(N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3 + 92\) кДж а) если увеличить молярную концентрацию калия? б) если повысить температуру? в) если понизить давление? Решение: Реакция: \(N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г) + 92\) кДж Это экзотермическая реакция (выделяется теплота, \(\Delta H < 0\)). Сумма молей газов в левой части: \(1 + 3 = 4\) моля. Сумма молей газов в правой части: \(2\) моля. а) Если увеличить молярную концентрацию калия? В данной реакции нет калия. Предполагается, что это опечатка и имелось в виду увеличение концентрации одного из реагентов, например, \(N_2\) или \(H_2\). Если увеличить концентрацию \(N_2\) или \(H_2\), то согласно принципу Ле Шателье, равновесие сместится в сторону образования продуктов, то есть вправо, в сторону образования \(NH_3\), чтобы уменьшить избыток реагентов. б) Если повысить температуру? Поскольку реакция экзотермическая (выделяет тепло), повышение температуры будет способствовать смещению равновесия в сторону поглощения тепла, то есть в сторону обратной реакции. Равновесие сместится влево, в сторону образования \(N_2\) и \(H_2\). в) Если понизить давление? Понижение давления смещает равновесие в сторону увеличения объема (большего числа молей газа). В данной реакции в левой части 4 моля газа, а в правой – 2 моля газа. Следовательно, понижение давления сместит равновесие влево, в сторону образования \(N_2\) и \(H_2\). 4. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель: \(Ag + H_2SO_4 = Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) Решение: 1. Определим степени окисления элементов: \(Ag^0 + H_2S^{+6}O_4^{-2} = Ag_2^{+1}S^{+6}O_4^{-2} + S^{+4}O_2^{-2} + H_2^{+1}O^{-2}\) 2. Найдем элементы, изменившие степень окисления: Серебро: \(Ag^0 \rightarrow Ag^{+1}\) Сера: \(S^{+6} \rightarrow S^{+4}\) 3. Составим электронный баланс: \(Ag^0 - 1e^- \rightarrow Ag^{+1}\) | 2 (восстановитель) \(S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}\) | 1 (окислитель) 4. Наименьшее общее кратное для 1 и 2 равно 2. Умножаем полуреакции на соответствующие коэффициенты. 5. Расставим коэффициенты в уравнении: \(2Ag + H_2SO_4 = Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) По серебру: \(2Ag\) слева, \(Ag_2\) справа – коэффициенты 2 и 1. \(2Ag + H_2SO_4 = Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) По сере: В \(Ag_2SO_4\) одна сера со степенью окисления +6. В \(SO_2\) одна сера со степенью окисления +4. Значит, всего справа 2 атома серы. Слева должна быть 2 атома серы. \(2Ag + 2H_2SO_4 = Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) Но это неверно, так как одна сера из \(H_2SO_4\) восстанавливается до \(SO_2\), а другая остается в составе \(Ag_2SO_4\). Значит, нам нужно 2 молекулы \(H_2SO_4\): одна для окисления серебра (и восстановления серы), другая для образования соли. Давайте пересчитаем: \(2Ag^0 - 2e^- \rightarrow 2Ag^{+1}\) \(S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}\) Значит, 2 атома серебра отдают 2 электрона, и 1 атом серы принимает 2 электрона. \(2Ag + H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) Здесь 1 атом серы из \(H_2SO_4\) превращается в \(SO_2\). Но нам нужна еще одна сера для \(Ag_2SO_4\). Значит, всего \(H_2SO_4\) должно быть 2 + 1 = 3. \(2Ag + 2H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) (неправильно, так как 2 серы слева, 2 серы справа, но одна из них +6, другая +4) Правильно: \(2Ag + 2H_2SO_4 \rightarrow Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) Здесь 2 серы слева. Справа 1 сера в \(Ag_2SO_4\) и 1 сера в \(SO_2\). Но это неверно, так как одна сера из \(H_2SO_4\) восстанавливается до \(SO_2\), а другая остается в составе \(Ag_2SO_4\). Значит, нам нужно 2 молекулы \(H_2SO_4\): одна для окисления серебра (и восстановления серы), другая для образования соли. Давайте пересчитаем: \(2Ag^0 - 2e^- \rightarrow 2Ag^{+1}\) \(S^{+6} + 2e^- \rightarrow S^{+4}\) Значит, 2 атома серебра отдают 2 электрона, и 1 атом серы принимает 2 электрона. \(2Ag + xH_2SO_4 = Ag_2SO_4 + SO_2 + yH_2O\) Мы знаем, что 2 атома \(Ag\) окисляются. Мы знаем, что 1 атом \(S\) восстанавливается. Значит, 1 молекула \(H_2SO_4\) дает \(SO_2\). Еще 1 молекула \(H_2SO_4\) дает \(SO_4^{2-}\) для \(Ag_2SO_4\). Итого, 2 молекулы \(H_2SO_4\) участвуют в реакции. \(2Ag + 2H_2SO_4 = Ag_2SO_4 + SO_2 + H_2O\) Проверим атомы: Ag: 2 слева, 2 справа. S: 2 слева, 1 в \(Ag_2SO_4\) + 1 в \(SO_2\) = 2 справа. H: 4 слева. Справа должно быть 4. Значит, \(2H_2O\). O: 2 * 4 = 8 слева. Справа: 4 в \(Ag_2SO_4\) + 2 в \(SO_2\) + 2 в \(H_2O\) = 8 справа. Окончательное уравнение: \(2Ag + 2H_2SO_4 = Ag_2SO_4 + SO_2 + 2H_2O\) Окислитель: \(H_2SO_4\) (сера в степени окисления +6) Восстановитель: \(Ag\) (серебро в степени окисления 0) 5. На получение озона из объема 1,13 см\(^3\) кислорода затрачена 7,115 кДж энергии. Составьте термохимическое уравнение химической реакции. Решение: Реакция образования озона из кислорода: \(3O_2(г) \rightarrow 2O_3(г)\) Дано: Объем кислорода \(V(O_2) = 1,13\) см\(^3\) Затраченная энергия \(Q = 7,115\) кДж 1. Переведем объем кислорода в литры: \(1,13\) см\(^3\) = \(1,13 \times 10^{-3}\) л 2. Найдем количество молей кислорода. Примем нормальные условия (н.у.): \(T = 273\) К, \(P = 1\) атм. Молярный объем газа при н.у. \(V_m = 22,4\) л/моль. \(n(O_2) = \frac{V(O_2)}{V_m} = \frac{1,13 \times 10^{-3} \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} \approx 5,045 \times 10^{-5}\) моль 3. Согласно уравнению реакции, 3 моля \(O_2\) превращаются в 2 моля \(O_3\). Энергия, затраченная на 3 моля \(O_2\), будет равна энтальпии реакции. Мы знаем, что на \(5,045 \times 10^{-5}\) моль \(O_2\) затрачено \(7,115\) кДж. Найдем энергию, затраченную на 3 моля \(O_2\): \(\Delta H = \frac{7,115 \text{ кДж}}{5,045 \times 10^{-5} \text{ моль}} \times 3 \text{ моль} \approx 423000 \text{ кДж}\) \(\Delta H \approx 423\) кДж 4. Термохимическое уравнение реакции: \(3O_2(г) \rightarrow 2O_3(г) - 423\) кДж или \(3O_2(г) \rightarrow 2O_3(г)\), \(\Delta H = +423\) кДж Примечание: Реакция образования озона из кислорода является эндотермической, то есть требует затрат энергии, поэтому \(\Delta H\) будет положительным.