Бинарные соединения кислорода

 

351. Опишите строение молекулы воды и механизм образования в ней химических связей, укажите валентный угол и дипольный момент молекулы, эффективные заряды атомов водорода и кислорода. Объясните возможность образования молекулой воды дополнительных донорно-акцепторных связей и приведите примеры соответствующих соединений.

 

352. Приведите физические характеристики воды и укажите, какие из них приняты как эталонные. Вычислите абсолютную массу одной молекулы воды и число молекул, находящихся в одной капле (0,1 г) воды.

 

353. Почему, как показывает рис. 1, вода плавится и кипит при аномально высоких температурах в сравнении со своими однотипными соединениями?

 

354. Водородная связь между молекулами воды слабее, чем между молекулами HF, молекулярная масса H₂O также меньше, чем HF. Но температура плавления (273 К) и кипения (373 К) воды значительно выше, чем фтороводорода (190 К и 292 К). Почему?

 

Рис 1. Зависимость температур плавления и кипения воды и её аналогов от молекулярной массы соединений.

 

 

355. Какое строение имеет лед и жидкая вода? Почему при плавлении льда плотность не уменьшается, а увеличивается? При какой температуре вода характеризуется максимальной плотностью, какое значение имеет эта особенность воды для жизни на Земле? Какую массу имеет1 м³ воды при температуре ее максимальной плотности?

 

356. Какая вода называется тяжелой водой, как ее получают и каково её применение? Какая вода называется баритовой, жавелевой, известковой, хлорной, жесткой, мягкой? К какому типу относится вода, в 10 л которой содержится 6 г растворенного хлорида кальция?

 

357. Какая вода называется дистиллированной, природной, минеральной, водопроводной, сточной, морской? Каковы особенности состава каждой из этих вод? Содержание брома в морской воде в среднем составляет 65 мг/л. Какой объем воды необходимо переработать для получения одной тонны брома при его 100% -ном извлечении?

 

358. Почему вода широко используется как растворитель? Как классифицируются соли, основания и кислоты по их растворимости в воде? Какой объем воды потребуется для растворения в воде при 20 ºC хлорида натрия и хлорида серебра, взяты по одному грамму? Чему равны массовые доли и молярные концентрации насыщенных растворов NaCl и AgCl?

 

359. Почему растворение веществ в воде сопровождается тепловыми эффектами? Почему растворение кислот сопровождается выделением тепла, а растворение большинства солей – поглощением тепла? Сколько тепла выделится при растворении одного моля безводной серной кислоты в одном литре воды и на сколько градусов при этом может повыситься температура при отсутствии теплоотвода в окружающую среду?

 

360. Почему при растворении многих (каких?) веществ в воде происходит их электролитическая диссоциация? Опишите механизм этого процесса на примере HCl и NaCl. Напишите схемы диссоциации H₂SO₄, Na₂SO₄, KHSO₄ и (FeOH)₂SO₄. Определите степень диссоциации гидросульфата калия в одномолярном растворе по первой и второй ступеням.

 

361. Почему при кристаллизации из воды многих солей они выделяются в виде кристаллогидратов? Один из кристаллогидратов называется кристаллической содой. Определить формулу этого соединения, если оно содержит 16,08 % натрия, 4,20 % углерода, 72,72 % кислорода и 7,00 % водорода.

 

362. Почему растворенные соли при выделении из воды образуются в виде кристаллогидратов? Кристаллогидраты сульфата натрия и хлорида бария взяли по одному грамму и прогрели до постоянной массы, которая оказалась равной
0,4410 г для первого вещества и 0,8526 г – для второго. Определите формулы кристаллогидратов.

 

363. Почему вода часто содержится во внутренней сфере комплексных соединений? Как называются эти соединения? Определите формулу такого соединения, в котором массовые доли воды, ионов Cl^– и Fe³⁺ равны 39,97 %, 39,36 %
и 20,67 %, соответственно.

 

364. Почему в чистой дистиллированной воде имеются катионы гидроксония и гидроксид-анионы? Каким показателем выражается их концентрация? Вычислите этот показатель для чистой воды, после растворения в одном литре воды
2,45 г H₂SO₄ и после растворения в одном литре воды одного грамма NaOH.

 

365. При растворении в воде многих веществ происходит их взаимодействие с водой, в результате которого изменяется среда раствора. Как называется это взаимодействие и как оно объясняется? Приведите примеры и классификацию этого взаимодействия. Для 0,1 М раствора NH₄Cl вычислите константу равновесия (как она называется?) этого взаимодействия.

 

366. Приведите примеры химических реакций, в которых вода выступает в роли окислителя, восстановителя, катализатора или только среды. Какая масса алюминия может быть окислена 100 мл H₂O в щелочном растворе? Какой объем водорода (40 ºC; 105 кПа) выделится при этом?

 

367. За счет водорода (+1) вода может быть окислителем. По уравнению Нернста вычислите окислительно-восстановительный потенциал воды при 25 ºC. Исходя из свойств ряда электродных потенциалов, укажите металлы, которые окисляются водой. Какая масса воды окисляет 200 г кальция и какой объем водорода при 60 ºC и 105 кПа выделяется при этом?

 

368. За счет кислорода (-2) вода может быть восстановителем:

 

2H₂O - 4e = O₂ + 4H⁺; jº = 1,23 В

 

2H₂O - 2e = H₂O₂ + 2H⁺; jº = 1,77 В

 

Приведите уравнения реакций воды с окислителями – фтором, гексафторидом платины, пентафторидом золота, озоном. Какой объем выделяющегося кислорода (н.у.) соответствует одному молю израсходованного окислителя в этих реакциях?

 

369. Вода, присутствующая в воздухе и газах, «мешает» проведению некоторых химических реакций, «отравляет» катализаторы, вызывает гидролиз и т.д. Какие вещества используются в качестве осушителей и что является показателем эффективности того или иного осушителя? Почему в качестве осушителя используют концентрированную серную кислоту, хлорид кальция, ангидрон, фосфорный ангидрид, силикагель и цеолиты? Какие из перечисленных осушителей нельзя (почему?) использовать для осушки аммиака и углекислого газа?

 

370. Перед употреблением воды для получения пара на тепловых электростанциях она проходит водоподготовку. Из каких операций состоит процесс водоподготовки, какие реагенты используются в этом процессе?

 

371. Приведите примеры бинарных соединений кислорода (оксидов, пероксидов, надпероксидов, озонидов). Укажите в них степень окисления кислорода; кратко опишите их важнейшие свойства.

 

372. Почему в ряду оксидов, образованных элементами одного периода, эффективный заряд атома кислорода уменьшается, например:

 

Na₂O^–0,81 – MgO^–0,72 – Al₂O₃^–0,31 – SiO₂^–0,23 – P₂O₅^–013 – SO₃^–0,06 – Cl₂O₇^–0,02?

 

Соответствует ли изменение основно-кислотных свойств оксидов изменению эффективного заряда кислорода? Ответ иллюстрируйте уравнениями реакций.

 

373. Какие оксиды относятся к веществам с молекулярной структурой, кристаллического строения, к дальтонидам и бертоллидам? Каковы электрофизические свойства оксидов переменного состава – бертолидов? Ответ иллюстрируйте примерами. Определите точную формулу одного из оксидов марганца, массовая доля кислорода в котором составляет 31,8 %.

 

374. Опишите строение молекулы и свойства пероксида водорода H₂O₂, сравнивая их со свойствами воды. Какой объем пергидроля (30%-й раствор H₂O₂, плотность r = 1,112) можно получить из одного килограмма BaO₂ по его обменной реакции с серной кислотой?

 

375. Чем объясняется неограниченная растворимость H₂O₂ в воде и то, что в безводном виде это вещество само по себе является хорошим ионизирующим растворителем? Какой объем пергидроля (30%-й раствор H₂O₂, плотность r = 1,112) можно получить из одного килограмма пероксомоносерной и пероксодисерной кислот при взаимодействии каждой из них с водой?

 

376. Выпишите из справочной литературы данные, характеризующие окислительно-восстановительные свойства пероксида водорода. В какой среде его целесообразно использовать в качестве окислителя и в какой – восстановителя? Напишите уравнение диспропорционирования H₂O₂ и укажите условия осуществления этой реакции. Вычислите массовую долю пероксида водорода в растворе, если при полном диспропорционировании Н₂О₂ из 100 г этого раствора выделяется 11,2 л (н.у.) кислорода.

 

377. Сравните окислительно-восстановительные потенциалы полуреакций:

 

O₂ + 4H⁺ + 4e = 2H₂O; jº = 1,23 В

 

H₂O₂ + 2H⁺ + 2e = 2H₂O; jº = 1,78 В

 

O₃ + 2H⁺ + 2e = O₂ + H₂O; jº = 2,07 В

 

Почему пероксид водорода является более сильным окислителем, чем кислород, но менее сильным, чем озон? Какая масса Fe(OH)₂ окисляется до Fe(OH)₃ при взаимодействии с 100 мл 8%-го раствора H₂O₂ (r = 1,028)?

 

378. Напишите уравнения реакций, укажите в них функцию пероксида водорода:

1) H2O2 + Ba(OH)2 =	3) H2O2 + KMnO4 = MnO2 +...
2) H2O2 + PbS =	4) H2O2 + KI + H2SO4 =

 

При взаимодействии 100 г раствора пероксида водорода с подкисленным серной кислотой раствором иодида калия образовалось 76,2 г иода. Вычислите массовую долю H₂O₂ в растворе.

 

379. Напишите уравнения реакций, укажите в них функцию пероксида водорода:

 

1) H2O2 + CrCl3 + KOH = K2CrO4 +...	3) H2O2 + KMnO4 + H2SO4 =
2) H2O2 + I2 = HIO3 +...	4) H2O2 =

 

Какой объем кислорода (15 ºC; 110 кПа) выделится при взаимодействии 100 мл 0,05 М раствора перманганата калия c избытком пероксида водорода в сернокислом растворе?

 

380. Напишите уравнения реакций, укажите в них функцию пероксида водорода:

 

1) H2O2 + MnSO4 + H2O = MnO2 +...	3) H2O2 + KCrO2 + KOH = K2CrO4 +...
2) H2O2 + MgI2 + H2SO4 = I2 +...	4) H2O2 + K2Cr2O7 + HCl =

 

Какой объем 22%-го раствора H₂O₂ (r = 1,08) потребуется для восстановления в присутствии серной кислоты всего дихромата калия в 0,5 л децимолярного раствора? Какой объем кислорода, измеренный при нормальных условиях, выделится из раствора?

 

381. Напишите уравнения реакций, укажите в них функцию пероксида водорода:

1) H2O2 + KBr =	3) H2O2 + HClO3 =
2) H2O2 + KNO2 =	4) H2O2 + FeSO4 + H2SO4 =

Какой объем 10%-го раствора H₂O₂ (r = 1,035) потребуется для окисления в присутствии серной кислоты всего FeSO₄ в 0,1 л его 1 М раствора?

 

382. Вычислите и сравните термодинамические параметры двух близких реакций:

1) H₂ + O₂ = H₂O₂; 2) H₂ + ¹/₂O₂ = H₂O.

 

Можно ли получить пероксид водорода при непосредственном взаимодействии водорода с кислородом? Если можно, то при каких условиях следует проводить эту реакцию?

 

383. Пероксид водорода относится к термодинамически устойчивым веществам (DGº_f = -120,4 кДж/моль), но при стандартных условиях он самопроизвольно разлагается. Чем объясняется разложение пероксида водорода? Почему разбавленные растворы H₂O₂ боле устойчивы, чем концентрированные? Какой объем кислорода получается при полном разложении 100 мл 75%-го H₂O₂ (r = 1,29)?

 

384. Какие соединения называются пероксидами? Какие из элементов образуют наиболее стабильные пероксиды? Как получают технически наиболее важные пероксиды натрия и бария? Определите массовую долю кислорода в оксиде и в пероксиде натрия. Какое из этих соединений более «богато» кислородом?

 

385. К какому классу химических соединений относятся Na₂O₂, BaO₂, ZnO₂? Напишите структурную формулу BaO₂, уравнение реакции его получения и разложения при нагревании. Какой объем кислорода (н.у.) выделяется при разложении 1 кг BaO₂?

 

386. Пероксид натрия поглощает аммиак, максимально его окисляя. Напишите уравнение реакции. Какая масса Na₂O₂ расходуется на поглощение 11,2 л NH₃ (н.у.), какие массы NaNO₃, NaOH, Na₂O при этом образуются?

 

387. Пероксид натрия поглощает сероводород, максимально его окисляя. Образующиеся «побочные» продукты NaOH и Na₂O, в свою очередь, взаимодействуют с сероводородом по типу основно-кислотных реакций. Напишите уравнения всех стадий и общее уравнение процесса. Какой объем H₂S (н.у.) поглощается одним килограммом Na₂O₂, сколько литров сероводорода при этом окисляется, а сколько превращается в сульфид натрия?

 

388. Пероксид натрия поглощает углекислый газ с выделением кислорода, что можно использовать для регенерации кислорода в замкнутых помещениях. Напишите уравнение реакции. Вычислите массу Na₂O₂, которая потребовалась бы для поглощения 100 л CO₂? Происходит ли при этом полная регенерация кислорода?

 

389. Смесь пероксида натрия и надпероксида калия (техническое название – ксилит) используется для регенерации воздуха в замкнутых помещениях. Покажите уравнениями реакций, при каком мольном соотношении Na₂O₂: KO₂ происходит полная регенерация воздуха. Вычислите массы Na₂O₂ и KO₂ и общую массу ксилита, которые потребуются для восстановления воздуха в помещении объемом 30 м³ после того, как кислород в нем был израсходован (на дыхание) на 50 %.

390. Чем отличаются от всех соединений кислорода его соединения с фтором и диоксигенильные соединения? Приведите формулы соединений, имеющих названия: а) дифторид кислорода, б) дифторид дикислорода, в) гексафтороплатинат (IV) диоксигенила, г) гексафторостибат(V) диоксигенила, д) тетрафтороборат(III) диоксигенила. Опишите методы их получения. Имеют ли эти соединения практическое значение? Опишите электронное и геометрическое строение дифторида кислорода и дифторида дикислорода.