Продолжение. См. № 11, 12, 13, 14, 16, 17/2007

Ответы на упражнения, задачи
и контрольные вопросы к главе 3 (окончание)

Урок 24

1. Тепловым эффектом химической реакции называют выделение или поглощение теплоты при химическом превращении.

2. Теплоту, которая выделяется или поглощается в химической реакции, обозначают латинской буквой Q и измеряют в джоулях (Дж) и килоджоулях (кДж).

3. Знак и величина теплового эффекта реакции зависят от энергии (), затрачиваемой на разрыв химических связей в исходных веществах, и энергии (), выделяющейся при образовании новых химических связей в продуктах реакции. Если – > 0, то тепло в реакции выделяется, Q > 0. Численные значения теплового эффекта зависят от следующих факторов: 1) природы реагирующих веществ; 2) массы реагирующих веществ; 3) температуры; 4) агрегатного состояния; 5) аллотропных модификаций реагирующих веществ.

4. В термохимических уравнениях указывают тепловой эффект:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О (пар) + 392 кДж.

Тепловые эффекты обычно указывают относительно 1 моль какого-либо исходного вещества или продукта реакции. Стандартной называется температура исходных веществ и продуктов реакции, равная 25 °С.

5. Удельная теплота сгорания топлива – это количество теплоты, выделяющееся при сжигании 1 г топлива.

6.

Q_мол = 56•36,54/21 = 97,44 кДж/моль.

7.

Гремучий газ объемом 25,2 л получится при смешивании 16,8 л Н₂ и 8,4 л О₂.

16,8 л Н₂ дает х кДж теплоты,

22,4 л Н₂ » » 242 кДж теплоты.

Отсюда х = 16,8•242/22,4 = 181,5 кДж.

Урок 25

1. Изотопы водорода – протий ¹Н, дейтерий ²Н (D) и тритий ³Н (Т). Они различаются числом нейтронов в ядре: ¹Н не содержит нейтронов (n), ²Н имеет 1n, ³Н – 2n. Общее у этих изотопов – одинаковое число (по одному) протонов и электронов.

Схема строения ядер изотопов водорода

2. Водород встречается в природе в виде молекул Н₂. Другие простые вещества, имеющие молекулы из двух атомов, – это N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂ и I₂.

3. Баланс водорода на нашей планете устанавливается следующим образом. Сколько водорода от вулканических газов и химических производств покидает пределы атмосферы и теряется в космосе, столько же и нагнетается с солнечным ветром.

4. Распространенность элемента водорода в земной коре (в составе соединений) по массе – 0,88%, по числу атомов – около 10%.

5. Сложные вещества, содержащие в составе водород: метан СН₄, вода Н₂О, серная кислота H₂SO₄, этиловый спирт С₂Н₅ОН, хлороводород НСl.

6. В молекуле Н₂ ковалентная неполярная связь.

7. Для С₄Н₁₀ (Н) = 17,24%, ответ – б.

8. Один из способов расчета относительной плотности:

(Н₂) = (Н₂)/(О₂) = 0,090/1,43 = 0,063.

Другой способ:

(Н₂) = М(Н₂)/М(О₂) = 2/32 = 0,063.

Урок 26

1. Zn + H₂SO₄ (разб.) = ZnSO₄ + H₂ (замещение),

CH₄ + O₂ = 2H₂ + CO₂ (замещение).

2. Газы SO₂ и H₂S можно распознать по запаху: у SO₂ – резкий, напоминающий запах хлорки, у H₂S – неприятный запах тухлых яиц. Сернистый газ обесцвечивает многие органические красители, например фуксин. Пропуская газы в окрашенный раствор, по исчезновению окраски мы можем определить газ SO₂.

3. V(H₂) = 3,4 л.

4. V(H₂S) = 0,86 л.

5.

Отсюда х = 8,00/22,4 = 0,357 г.

Составим пропорцию:

100 г LiH стоит 900 руб.,

0,357 г LiH » » y руб,

у = 0,357•900/100 = 32 руб.

Проведя расчеты по уравнению реакции, найдем: а = 2,86 г Zn, b = 4,3 г H₂SO₄.

Оценим стоимость реагентов в этой реакции:

Ответ. Цена 1 л Н₂ из LiH (по себестоимости исходных веществ) – 32 руб., а из Zn и
H₂SO₄ – 2,5 руб.

6. См. предыдущую задачу. При стоимости водорода из баллона 30 руб. за 1 л примерно в 10 раз выгоднее получать его самим (тогда цена за 1 л Н₂ 3 руб.).

7. m(Zn) = 2,9 г, m(25%-й HCl) = 13 г.

8. Металл – литий Li.

Урок 27

1.

2. Из-за прочности связи Н–Н.

3. Чтобы испытать водород на чистоту, его собирают в пробирку, перевернутую вверх дном (см. рисунок а в № 13/2007). Легкий водород вытесняет воздух и заполняет пробирку. Далее пробирку, не переворачивая и прикрыв ее отверстие большим пальцем, подносят к горящей спиртовке. Убирают палец и, немного наклонив пробирку, вносят ее в пламя (см. рисунок б). Если при этом раздается «лающий» хлопок, водород содержит примесь кислорода, если же при внесении пробирки в пламя будет слышен глухой хлопок, чистота водорода достаточна.

4. Вода. Водород дороже природного газа.

5. Гремучий газ.

6.

Цифрами на схеме прибора обозначены:

1 – пробирка с раствором кислоты и гранулами цинка;

2 – Г-образная стеклянная трубка;

3 – соединительный резиновый шланг;

4 – стеклянная трубка;

5 – фарфоровая лодочка с порошком CuO;

6 – резиновые пробки со вставленными в них стеклянными трубками;

7 – пробирка для сбора водорода с целью проверки его на чистоту;

8 – спиртовка;

9 – штатив.

7.

8. V(Н₂) = 448 л.

9.

Урок 28

1. О содержании в воде примесей можно судить по ее непрозрачности, наличию цвета, вкуса или запаха. Температуры кипения и замерзания, а также плотность воды, содержащей растворенные вещества, отличаются от соответствующих констант чистой воды. После упаривания раствора соли обнаруживается твердый остаток.

2. Дистиллированной называют воду, очищенную переводом в пар с последующей конденсацией паров в жидкость.

Схема получения дистиллированной воды перегонкой: 1 – колба с исходной водой; 2 – прямой холодильник для конденсации паров воды; 3 – колба для сбора дистиллированной воды; 4 – горелка

3. Вещество должно не разлагаться при нагревании.

4. Жидкости – ацетон, спирт, подсолнечное масло, бензин, ртуть, уксусная кислота.

5. Водородные связи – это силы межмолекулярного притяжения. Они возникают между атомами Н, соединенными с атомами N, О или F одной молекулы, и атомами N, О или F другой молекулы. Например:

Водородные связи показаны точками, это межмолекулярные связи.

6. (Н₂О) (в FeSO₄•7Н₂О) = 0,45, ответ – б.

7.

a) CuSO₄ + 5H₂O = CuSO₄•5H₂O;

б) SO₃ + H₂O = H₂SO₄;

в) CaO + H₂O = Ca(OH)₂.

8.

a) 2H₂ + O₂ = 2H₂O;

б) Cu(OH)₂ = CuO + H₂O;

в) CuO + H₂ = Cu + H₂O;

г) Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O.

Урок 29

1. Пресная вода содержит до 5 г соли в 100 г (например, после упаривания). Запасы пресной воды в гидросфере Земли составляют примерно 2%.

Соленая вода содержит от 5 г и более солей в 100 г раствора.

2. Вода – растворитель, в ней растворяются соль и сахар, углекислый газ (газировка) и кислород (им дышат рыбы), акварельные краски, а в мыльной воде – жиры.

Вода – химический реагент: картофель и мясо варят, чтобы они стали съедобными. При варке большие сложные молекулы расщепляются на сравнительно маленькие, удобоваримые.

Вода – разбавитель (сиропов, соков, концентратов).

Вода – терморегулятор: жарким летним днем вода испаряется, при этом она забирает тепло у окружающего воздуха; вечером воздух становится прохладнее, и вода отдает свое тепло воздуху.

Благодаря этому разница дневных и ночных температур невелика.

3. При нагревании растворимость твердых веществ возрастает, а газов – уменьшается.

4.

а) Хорошо растворимые – NaCl, KOH;

б) малорастворимые – CaSO₄, Ca(OH)₂;

в) нерастворимые – AgCl, BaSO₄.

5. Вода – пресная.

6. Области применения воды как:

а) хладагента – в обратных и прямых холодильниках;

б) переносчика теплоты – в батареях парового отопления;

в) моющего средства – при стирке и умывании;

г) растворителя – в напитках, акварельных красках;

д) транспортной артерии – реки, озера, моря и океаны.

Урок 30

1. В печати периодически появляются сообщения о загрязнении воды, возникающем в результате деятельности людей. Например, сброс в реки вод с птицефабрик и свиноферм, прорывы канализации.

Возможные меры по сохранению водных ресурсов – серьезное, бережное отношение к воде как к национальному богатству и достоянию.

2. По причине неудержимого технического прогресса решение проблемы сохранения водных ресурсов весьма затруднительно. Однако это вполне возможно и наглядно проявляется, например, в водоснабжении больших городов.

3. Вода из глубоких артезианских скважин чистая, потому что, проникая на глубину, она проходит через слои естественных почвенных очистителей – песка, глины, гравия. Однако постепенно земные горизонты загрязняются (как фильтры в очистителях воды). В будущем даже глубинные воды могут стать грязными.

4. В дома Москвы вода поступает из водохранилищ на Москва-реке. Из домов использованная вода с канализационными стоками направляется на станции водоочистки. Очищенную воду (она все равно непригодна для питья) опять сливают в реки (ниже по течению от мест водозабора).

5. На производстве используют замкнутые циклы с регенерацией (многократным использованием) воды. Но все равно расход воды в промышленности и в сельском хозяйстве очень велик. Чтобы получить 1 т продукции, расходуются сотни и тысячи тонн воды (на 1 т стали – 150 т воды, 1 т бумаги – 250 т, 1 т химических волокон – до 4000 т воды, 1 т пшеницы – 1500 т).

В химической промышленности воду часто используют как растворитель, например при проведении реакций в растворах. В сельском хозяйстве вода необходима для полива растений, растворения удобрений и средств борьбы с вредителями.

6. Для сохранения водных ресурсов необходима система мер и правил, обязательная как для всего мирового сообщества и государств, так и для районов и каждого человека в отдельности. Надо беречь воду, экономно и умело ею распоряжаться.

Ответы на контрольные вопросы к главе 3

1. Оксид алюминия – Al₂O₃, оксид меди(II) – CuO, сульфат цинка – ZnSO₄, негашеная известь – СаО, гашеная известь – Са(ОН)₂, углекислый газ – СО₂, серная кислота – H₂SO₄,
медный купорос – СuSO₄•5H₂O.

2. Реакцию разложения воды электрическим током можно использовать, если в кабинете есть источник постоянного тока мощностью 20–30 Вт:

Разложение марганцовки – самый неприхотливый (хотя и весьма дорогой) способ получения кислорода:

При разложении азотной кислоты наряду с кислородом получается едкий газ NO₂, такой способ непригоден для получения кислорода:

Бертолетовой соли KСlО₃ из-за ее взрывоопасности, скорее всего, не найдется в лаборатории:

Разложение нитратов – малоэффективный способ, он не дает устойчивого тока кислорода:

Однако уголь и сера сгорают в расплавленной селитре с выделением большого количества тепла:

С + О₂ = СО₂,

S + O₂ = SO₂.

3. ₁(О) (в KMnO₄) = 64/158 = 0,405;

₂(O) (в MnO₂) = 32/87 = 0,368;

₁ > ₂.

4. В 500 л воды при 20 °С растворяется 22,5 г О₂.

5. В 500 л воды Н₂О содержится 444 кг связанного элемента кислорода.

6. С + О₂ = СО₂,

4Fe + 3O₂ = 2Fe₂O₃,

2Cu + O₂ = 2CuO,

CH₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О.

7. Виды химической связи: О₂ и О₃ – ковалентная неполярная, Н₂О и СО₂ – ковалентная полярная, Fe₂O₃ и CuO – ионная.

8. Аллотропия.

9. При сжигании 5,4 г Al выделится 167,5 кДж теплоты.

10.

Реакции а, б – получение водорода; реакции в, г – его превращения.

11. Использование водорода:

а) получение сложных веществ (НСl, H₂S, NH₃);

б) получение металлов (Fe, Cu) из их оксидов (Fe₂O₃, CuO);

в) синтез маргарина из жидких растительных масел; г) топливо.

12. Вода нужна живым клеткам для нормальной жизнедеятельности. Вода растворяет многие вещества и участвует в питании клеток, обмене веществ, выделительных функциях. Вода участвует как исходное вещество в реакциях, происходящих в живых организмах, например при расщеплении белков, жиров и углеводов.

Из воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза получаются углеводы С_хН_уО_z и кислород О₂.

Вода – среда обитания рыб, водорослей и др.

Замерзая, вода превращается в лед. Лед легче воды, он покрывает водоемы сверху и не дает им промерзнуть до дна (жизнь в воде зимой не останавливается).