ТЕМА 3. СТРОЕНИЕ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

Учебное пособие для студентов

юридического факультета

специальности 031003 Судебная экспертиза

Коломна

2014

УДК 546(075.8)                     Рекомендовано к изданию

ББК 24.1я73                          редакционно-издательским

   В24                                  советом МГОСГИ

Рецензенты:

А. Н. Ивашкевич, доктор химических наук, профессор

Веколова В. В.

В24 Основы химических знаний судебного эксперта: Задачи и упражнения: учеб. пособие для студентов юридического факультета специальности 031003 «Судебная экспертиза» / В. В. Веколова; Московский государственный областной социально-гуманитарный институт. – Коломна: МГОСГИ, 2014. – 40 с.

Пособие составлено в соответствии с программой по дисциплине «Основы химических знаний судебного эксперта»; предназначено для самостоятельной подготовки студентов к практическим занятиям; содержит задачи и упражнения по дисциплине и необходимый справочный материал.  

УДК 546(075.8)

ББК 24.1я73

© В. В. Веколова, 2014

© ГАОУ ВПО «Московский государственный областной социально-гуманитарный институт», 2014

ТЕМА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

Теоретический материал:формулировки и (или) формулы: относительная атомная масса A_r; относительная молекулярная масса M_r; моль; молярная масса M; н.у., молярный объем газов при н.у. V_M; закон Авогадро; число Авогадро N_А; средняя М (воздуха); общее и парциальное давления газов смеси; газовые законы: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, объединенный газовый закон, уравнение Менделеева-Клапейрона; относительная плотность первого газа по второму (D_1/2); массовая доля элемента в веществе; массовая доля вещества в смеси (ὼ); объемная доля газа в смеси (ν); эквивалент, закон эквивалентов.

Задачи

1.1.Определите количество вещества, которое содержится в

а) 365 г соляной кислоты

б) 200 г хлорида кальция

в) 19,6 г серной кислоты

г) 17,1 мг сульфата алюминия

д) 0,135 кг гидроксида магния

е) 6,72 л (н.у.) аммиака

ж) 448 мл (н.у.) углекислого газа

з) 36,12*10¹⁵ молекулах аммиака

и) 6,02*10²⁸ молекулах воды

1.2.Рассчитайте массу в граммах

а) 2 моль вещества кислорода

б) 100 моль азотной кислоты

в) 100 л хлора (н.у.)

г) 70 м³ углекислого газа (н.у.)

д) 50 мл СО при 30 ⁰С и 150 кПа

е) 1 м³ вещества азота при 50 ⁰С и 200000 Па

ж) 3,01*10²⁴ молекул аммиака

з) 1,5*10²³ молекул воды

и) атомов Н в 12,04*10²⁶ молекулах аммиака

к) атомов О в 24,08*10³⁰ молекулах SiO₂

л) атома железа

м) молекулы оксида железа (+3)

н) молекулы нитрата калия

о) атомов кислорода в 120 г оксида магния

п) атомов фосфора в 1000 г фосфата кальция

1.3. а) Сколько моль вещества, сколько молекул и сколько атомов содержится в 3,2 кг азота?

б) Сколько моль вещества, сколько молекул и сколько атомов (каждого элемента и общее число) содержится в 89,6 м³ (н.у.) оксида азота (IV)?

1.4.Даны 250 мл газа при н.у. Какой объем в литрах, мл и м³ займет газ при 23⁰С и 96 кПа? 

1.5.Найти отноcительную плотность оксида серы (IV) по водороду, по воздуху, по гелию.

1.6. Найти массовую долю фосфора в оксиде фосфора (V) и фосфорной кислоте; массовую долю кислорода в азотной кислоте и сульфате кальция.

1.7.Газовая смесь содержит 20 л кислорода и 30 л углекислого газа (н.у.). Определите объемные и массовые доли газов в смеси.

1.8. Газовая смесь содержит 50 л СО и 100 л водорода (н.у.). Определите объемные и массовые доли газов в смеси.

1.9. Вычислить молярную массу эквивалента следующих простых веществ: Н₂, О₂, N₂, Cl₂.

1.10. Определить Мэ Cl₂, N₂; S в сероводе, сернистой, серной к-те, Мэ этих же кислот, гидроксида натрия, кальция, алюминия; Мэ фосфата калия, кальция; Мэ сульфата алюминия.

1.11. Рассчитать М_э: Cu в CuSO₄; N в NH₃, HNO₂, HNO₃; Cl₂; селеноводородной кислоты; мышьяковой кислоты H₃AsO₄; гидроксида железа (II); гидроксида железа (III); фосфата натрия, сульфата железа (III).

1.12. Сколько моль вещества, сколько моль-эквивалентов вещества, сколько молекул и сколько атомов (каждого элемента и общее число) содержится в 9,8 кг фосфорной кислоты?

1.13. В каком количестве вещества оксида азота (IV) содержится такое же число атомов кислорода, что и в 12,6 г азотной кислоты?

1.14.Масса газа объемом 2 л равна 4,43 г. Газ находится при темп. 91 0С и давлении 166,2 кПа. Вычислить относительную плотность этого газа по кислороду и азоту.

ТЕМА 2. РАСЧЕТЫ ПО УРАВНЕНИЯМ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Типы задач:

- расчеты по уравнениям реакций, если вещества взяты (получаются) в эквивалентных количествах;

- расчет практического выхода реакции;

- задачи на «избыток-недостаток»;

- расчет содержания примесей в веществе;

- комбинированные задачи.

Задачи

2.1. Сколько г оксида серы (VI) получится при окислении кислородом 256 г оксида серы (IV)? Сколько л кислорода (н.у.) при этом израсходуется?

2.2. Сколько литров водорода (при 12⁰С и 102,6 кПа) выделится при взаимодействии 1 кг цинка с соляной кислотой?                 

2.3. Сколько граммов кальция вступило в реакцию с водой, если объем выделившегося водородапри 25⁰С и 99,3 кПа равен 480 мл?                              

2.4. При каталитическом окислении 112 л оксида серы (IV) кислородом воздуха было получено 384 г оксида серы (V1). Рассчитайте выход продукта реакции (в %) от теоретического.

2.5. Какой объем (н.у.) сернистого газа можно получить при сжигании 0,8 т серы, если выход продукта реакции составляет 85 % от теоретического?

2.6. Определить объем азота, который потребуется для получения 100 кг аммиака, если выход его 60% от теоретически возможного.

2.7. При восстановлении оксидом углерода (II) 32 оксида железа (III) образовалось 20 г железа. Вычислить процент выхода железа.

2.8.Через раствор сульфата меди (II) пропустили сероводород объёмом 2,8 л (объём приведён к нормальным условиям). При этом образовался осадок массой 11,4 г. Рассчитайте массовую долю выхода малорастворимого продукта реакции.

2.9. Сколько моль осадка образуется при сливании раствора, содержащего 2,08 г хлорида бария и раствора, содержащего 2,55 г нитрата серебра?

2.10. На 40 г оксида меди (II) подействовали раствором серной кислоты, содержащим 49 г безводного вещества. Найдите массу образовавшейся соли.

2.11. Слили растворы, содержащие 62,4 г хлорида бария и 32 г сульфата меди (11). Выделенный после фильтрования и просушивания твердый продукт реакции имел массу 40 г. Каков выход реакции в % от теоретического?

2.12. В раствор внесено 15,8 г сульфита калия и 17 г нитрата серебра. Определите массу образовавшегося осадка.

2.13. К раствору, содержащему нитрат серебра массой 25,5 г, прилили раствор, содержащий сульфид натрия массой 7,8 г. Рассчитайте массу образовавшегося осадка.

2.14. Какой объем (н.у.) углекислого газа можно получить при взаимодействии 200 г известняка, содержащего 20 % некарбонатных примесей, с избытком соляной кислоты?

2.15. Серный колчедан, кроме FeS₂ содержит примеси, массовая доля которых равна 10 %. Какую массу серного колчедана следует подвергнуть окислению для получения оксида серы (+4) объемом 112 л (н.у.)?

2.16. Какой объем воздуха (н.у.) требуется для окисления оксида азота (+2) объемом 10 л? Объёмная доля кислорода в воздухе составляет 21%.

2.17. При растворении 0,5 кг известняка в соляной кислоте получено 75 мл СО₂ (23 ⁰С, 104 кПа). Вычислите массовую долю примесей в известняке.

2.18. Какая масса гидроксида железа (+3) получится при окислении 27 г гидроксида железа (+2) воздухом объемом 86 л (н.у.). Объёмная доля кислорода в воздухе составляет 21%.

2.19. При сжигании 2 г смеси серы и угля образовалось 6 г смеси сернистого и углекислого газов. Вычислить массы серы и угля в первоначальной смеси.

2.20. При прокаливании на воздухе 11,8 г смеси алюминия и меди образовалось 18,2 г смеси оксидов алюминия и меди. Вычислить массу алюминия в первоначальной смеси.

2.21. Смесь карбонатов магния и кальция массой 31 г обработали избытком соляной кислоты. Объем выделившегося при этом углекислого газа составил при н.у. 7,84 л. Определить массу карбоната кальция в исходной смеси.

2.22. При обработке кислотой 9,92 г смеси карбидов кальция и алюминия образуется 4,48 л (н.у.) смеси газов. Определить состав смеси карбидов (в % по массе).

ТЕМА 3. СТРОЕНИЕ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ

Теоретический материал:

-модели атома (Томсона, Резерфорда, современная), изотопы;

-строение атома; квантовые числа; принципы заполнения орбиталей электронами;

 - периодический закон и структура периодической системы элементов Д.И. Менделеева; s-, p-, d-элементы,  их валентные электроны, положение в периодической системе; периодичность изменения свойств элементов и их соединений в периоде и подгруппе;

- свойства химической связи; типы химической связи;

- типы кристаллических решеток и свойства веществ с различным типом кристаллической решетки;

- основы метода валентных связей: понятие валентности, механизмы образования ковалентной связи, σ- и π-связи, гибридизация атомных орбиталей и геометрическая форма молекул и ионов.

СТРОЕНИЕ АТОМА

Состояние электрона в атоме описывается набором четырех квантовых чисел.

Главное квантовое число nхарактеризует энергию орбитали; может принимать только целые значения: 1; 2; 3…

Орбитальное квантовое число lхарактеризует форму орбитали и может принимать значения: 0; 1; 2; 3… (n-1). Численным значениям соответствуют буквенные: s, p, d, f и т.д.:

Магнитное квантовое число m_lопределяет число орбиталей с данным значением орбитального квантового числа и может принимать значения: 0; ±1; ±2; ±3…±l.

Спиновое квантовое число m_s характеризует вращение электрона вокруг собственной оси и принимает значения ±1/2.

Правила заполнения электронных орбиталей:

- Принцип Паули:В атоме не может быть двух электронов с одинаковым набором четырех квантовых чисел. Отсюда следует: два электрона, находящиеся на одной орбитали, имеют противоположные спины.

- Принцип минимума энергии:электроны в атоме сначала заполняют уровни с наименьшим значением главного квантового числа, а в пределах уровня сначала заполняются орбитали с наименьшим значением орбитального квантового числа.

- Правило Хунда: Суммарное спиновое число электронов данного подуровня должно быть максимальным. Следствия:

- на орбиталях данного подуровня размещается сначала по одному, а затем по второму электрону;

- электроны, по одиночке занимающие орбитали данного подуровня, имеют одинаковые спины.

Последовательность заполнения электронных орбиталей:1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s…

Правила Клечковского:

1. Уровни и подуровни заполняются электронами в порядке возрастания суммы главного и орбитального квантовых чисел.

2. Если эта сумма одинакова, сначала заполняются орбитали с меньшим значением главного квантового числа.

ПЛАН характеристики элемента по Периодической системе элементов Д.И. Менделеева:

а) № периода; группа; подгруппа; число энергетических уровней

б) масса атома, число протонов, нейтронов, электронов в атоме

в) к каким элементам относится (s, p, d, f)

г) валентные электроны (s, p, d, f), их число

д) высшая степень окисления

е) металл или неметалл