ТЕМА: Загальна хімія. Хімічна рівновага, принцип Ле Шательє.

Завдання скеровано на перевірку вміння інтерпретувати інформацію, подану в графічній формі, застосовувати принцип Ле Шательє для керування хімічною рівновагою.

Згідно з принципом Ле Шательє система, що перебуває у стані стійкої хімічної рівноваги, під зовнішнім впливом прагне повернутися до стану рівноваги, компенсувавши дію цього впливу.

Проаналізувавши графіки залежності об’ємної частки (%) продукту реакції в рівноважній газуватій суміші від температури за різних значень тиску, можна дійти висновку, що з підвищенням температури вміст продукту реакції зменшується. Тобто йдеться про екзотермічну реакцію. До таких належать реакції синтезу амоніаку (Б) і гідроген хлориду (В).

За графіком також можна визначити, що об’ємна частка продукту реакції зменшується зі зниженням тиску (наприклад, за температури 400 °С вміст продукту реакції в суміші за тиску 1000 атм більший порівняно з його вмістом за 600, 300, 100...1 атм).

Тиск не впливає на рівновагу реакції (В), оскільки за її рівнянням мольні (і, відповідно, об’ємні) частки газів у лівій і правій частинах рівні:

Натомість реакція (Б), перебіг якої супроводжуваний зменшенням загального об’єму, залежить від тиску:

Тобто зі зниженням тиску рівновага цієї реакції зміщується ліворуч й об’ємна частка її продукту (амоніаку) у реакційній суміші зменшується.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Ступінь окиснення. Хімічний зв’язок. Обмінний і донорно-акцепторний механізми утворення ковалентних зв’язків.

Завдання скеровано на перевірку знання формули йона амонію, розуміння відмінності між способами утворення ковалентного зв’язку за обмінним і донорно-акцепторним механізмами, уміння визначати ступені окиснення хімічних елементів за формулою речовини чи йона.

Ступінь окиснення – це умовний цілочисловий заряд на атомі в молекулярній частинці, якого би він набув, якщо відокремити зв’язані з ним електронегативніші атоми разом із парами електронів, що належать зв’язкам. Це ціле число – додатне, від’ємне або нуль.

Алгебрична сума ступенів окиснення всіх атомів у нейтральній молекулі дорівнює нулю, а в йоні – величині його заряду.

Гідроген у сполуках із неметалічними елементами має ступінь окиснення \(+1\). Формула катіона амонію – \(\mathrm{NH_4^+}\). Вочевидь ступінь окиснення Нітрогену в катіоні амонію можна обчислити, склавши алгебричне рівняння $$ \underset{ \begin{array}{c} \text{ступінь}\\ \text{окиснення}\\ \text{Нітрогену} \end{array} }{x}\ +\ \underset{ \begin{array}{c} \text{кількість}\\ \text{атомів}\\ \text{Гідрогену} \end{array} } {4}\ \cdot \ \underset{ \begin{array}{c} \text{ступінь}\\ \text{окиснення}\\ \text{Гідрогену} \end{array} } {(+1)}\ =\ \underset{ \begin{array}{c} \text{заряд}\\ \text{катіона}\\ \text{амонію} \end{array} } {+1} $$ і розв’язавши його: \(x+4\cdot 1=1;\ \ x+4=1;\ \ x=-3\).

Ковалентний зв’язок може утворюватися за обмінним (унаслідок усуспільнення електронів) або за донорно-акцепторним механізмом. Катіон амонію утворюється внаслідок приєднання протона \(\mathrm{H^+}\) до молекули амоніаку. Тож один із чотирьох ковалентних зв’язків у катіоні амонію утворено за донорно-акцепторним механізмом (рис. 1).

Рис. 1. Утворення катіона амонію

Відповідь: Г.

ТЕМА: Загальна хімія. Хімічна рівновага, принцип Ле Шательє.

Завдання скеровано на перевірку вміння застосовувати принцип Ле Шательє для керування хімічною рівновагою.

Система, що перебуває у стані стійкої хімічної рівноваги, під зовнішнім впливом прагне повернутися до стану рівноваги, компенсувавши його дію.

Проаналізувавши наведене в умові завдання рівняння реакції

можна дійти висновку, що перебіг прямої реакції – синтезу сульфур(VI) оксиду – відбувається з виділенням теплової енергії (\(\triangle\ H\lt 0\)).

Тобто підвищення температури має бути компенсоване зміщенням хімічної рівноваги вліво, адже розкладання сульфур(VI) оксиду – ендотермічний процес, під час якого теплота поглинається.

Щодо інших варіантів відповіді:

А з огляду на мольні (а отже й об’ємні) відношення газів підвищення тиску зміщуватиме хімічну рівновагу праворуч. Адже тиск сульфур(IV) оксиду й кисню сумарною кількістю речовини 3 моль вищий за тиск сульфур(VI) оксиду, кількість речовини якого за рівнянням реакції становить 2 моль;

В, Г збільшення концентрації кисню або сульфур(IV) оксиду приведе до зміщення хімічної рівноваги праворуч, адже під час прямої реакції ці гази реагують між собою, тобто їхня концентрація зменшується.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку знання складу атома й розуміння причини його електронейтральності.

Атом є електрично нейтральною частинкою, що складається з позитивно зарядженого ядра, яке практично визначає його масу (понад 99,9 %), й електронів, що оточують ядро й визначають розміри атома.

Протони й електрони – частинки, заряди яких однакові за абсолютною величиною і протилежні за знаком, нейтрони – електронейтральні.

Тому для визначення електронейтральної частинки потрібно вибрати в таблиці рядок, у якому описано склад частинки з однаковою кількістю протонів й електронів.

Цю умову задовольняє частинка, склад якої описано в рядку Б.

Відповідь: Б.

ТЕМА: Загальна хімія. Будова атомів і простих йонів.

Завдання скеровано на перевірку вміння інтерпретувати нуклідні символи атомів і простих йонів.

Нуклід – це різновид атомів або йонів з однаковим масовим числом (кількістю нуклонів) та атомним номером (кількістю протонів).

Нуклідним символом називають символ нукліда елемента, біля якого зазначено атомний номер як лівий підрядковий, а масове число – як лівий надрядковий індекс.

Нуклони – це протони й нейтрони. Кількість нейтронів у ядрі дорівнює різниці між масовим і протонним числами.

Умову завдання задовольняє варіант відповіді Г:
у нукліді  \(\mathrm{^{49}_{22}Ti}\) 22 протони й 27 (49 – 22) нейтронів.

Відповідь: Г.

ТЕМА: Основні хімічні поняття. Речовина.

Завдання скеровано на перевірку вміння розрізняти прості й складні речовини, інтерпретувати інформацію, наведену в графічній формі.

Прості речовини утворено атомами одного хімічного елемента, а складні – атомами різних хімічних елементів.

Проаналізувавши наведені в умові завдання рисунки, можна дійти висновку, що на них зображено молекули складу:

Відповідь: B.

ТЕМА: Органічна хімія. Вуглеводні. Номенклатура.

Завдання скеровано на перевірку знання поняття ізомери та вміння визначати структурні ізомери за назвою речовини відповідно до номенклатури IUPAC.

Для виконання завдання необхідно за назвою зобразити або уявити структурні формули речовин і порівняти їх.

Ізомери – це речовини, які мають однаковий склад, але різну будову, а тому різні властивості.

Проаналізуємо кожну пару речовин.

A  пропан (\(\mathrm{C_3H_8}\)) і циклопропан (\(\mathrm{C_3H_6}\)) – це речовини різних гомологічних рядів із різними загальними формулами, тому вони не можуть бути структурними ізомерами. Структурні формули:

Б  бутан (\(\mathrm{C_4H_{10}}\)) і 2-метилбутан (\(\mathrm{C_5H_{12}}\)). Ці речовини – гомологи, за складом відрізняються на групу (\(\mathrm{CH_2}\)). Гомологи не можуть бути ізомерами. Структурні формули:

B  бут-1-ен (\(\mathrm{C_4H_{8}}\), подвійний зв'язок між 1 і 2 атомами Карбону) і бут-2-ен (\(\mathrm{C_4H_{8}}\), подвійний зв'язок між 2 і 3 атомами Карбону) – речовини одного гомологічного ряду, мають однакову молекулярну формулу, але різну структуру, відрізняються положенням подвійного зв’язку між атомами Карбону, це і є ізомери. Структурні формули:

Г  пропен (\(\mathrm{C_3H_{6}}\)) і пропан (\(\mathrm{C_3H_{8}}\)) – це речовини різних гомологічних рядів із різними загальними формулами, тому вони не можуть бути структурними ізомерами. Структурні формули:

Отже, правильна відповідь – B.

Відповідь: B.

ТЕМА: Обчислення в хімії. Розв’язування задач на виведення формули сполуки.

Завдання скеровано на перевірку вміння встановлювати формулу сполуки.

1)  нехай формула вуглеводню \(\mathrm{C}_x\mathrm{H}_y\). За рівнянням реакції горіння визначаємо кількість речовини атомів Карбону:

2)  за умовою задачі вуглекислий газ, який утворився внаслідок спалювання вуглеводню, і кисень, що не прореагував, пропустили крізь водний розчин лугу, узятого в надлишку. Унаслідок цього об’єм газової суміші зменшився до 30 мл. Це означає, що в суміші був вуглекислий газ об’ємом 20 мл і кисень об’ємом 30 мл. Можна обчислити об’єм кисню, який витратили на реакцію горіння: \begin{gather*} \mathrm{ CO_2+2NaOH\rightarrow Na_2CO_3+H_2O }\\[7pt] V(\mathrm{CO_2})=50\ \text{мл}-30\ \text{мл}=20\ \text{мл} \\[7pt] V(\mathrm{O_2})_{\text{надл.}}=30\ \text{мл} \\[7pt] V(\mathrm{O_2})_{\text{реакц.}}=60\ \text{мл}-30\ \text{мл}=30\ \text{мл} \end{gather*}

3)  записуємо рівняння реакції горіння вуглеводню з урахуванням того, що кількість атомів Карбону – 2, а об’єм кисню, який витратили за реакцію, становить 30 мл:

Формула вуглеводню: \(\mathrm{C_2H_4}\) $$ M_r(\mathrm{C_2H_4})=28 $$

Відповідь: 28.

ТЕМА: Обчислення в хімії. Розв’язування задач за рівняннями реакцій.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв’язувати розрахункові задачі на визначення складу суміші.

1.  За умовою задачі об’єм газуватої суміші становив 50 мл. Нехай \(V(\mathrm{C_2H_6})=x\ \text{мл}\), тоді $$ V(\mathrm{CH_4})=(50-x)\ \text{мл}. $$

2.  Записуємо рівняння реакцій горіння метану й етану. За рівнянням (1) і (2) реакцій відповідно до закону об’ємних відношень газів визначаємо об’єм карбон(ІV) оксиду в кожній реакції. \begin{gather*} \underset{2\ \text{моль}}{\overset{x\ \text{мл}}{\mathrm{2C_2H_6}}}+\mathrm{7O_2}\rightarrow \underset{4\ \text{моль}}{\overset{2x\ \text{мл}}{\mathrm{4CO_2}}}+\mathrm{6H_2O}\ \ \ \ \ \ (1) \\[6pt] \underset{1\ \text{моль}}{\overset{(50-x)\ \text{мл}}{\mathrm{CH_4}}}+\mathrm{2O_2}\rightarrow \underset{1\ \text{моль}}{\overset{(50-x)\ \text{мл}}{\mathrm{CO_2}}}+\mathrm{2H_2O}\ \ \ \ (2) \end{gather*}

3.  Загальний об'єм карбон(ІV) оксиду, що утворився, становить 60 мл.
Складаємо алгебричне рівняння і розв'язуємо його: \begin{gather*} 2x+50-x=60 \\[7pt] x=10 \end{gather*}

Відповідь: 10.

ТЕМА: Обчислення в хімії. Розв’язування задач за рівняннями реакцій.

Завдання скеровано на перевірку вміння здійснювати розрахунки за рівняннями хімічних реакцій.

У водному розчині карбонати перетворюються на гідрогенкарбонати.

1)  обчислюємо об’єм карбон(ІV) оксиду, який прореагував з карбонатами:

2)  записуємо рівняння реакцій, унаслідок яких карбонати перетворюються на гідрогенкарбонати:

Нехай під час повного перетворення у водному розчині карбонатів на гідрогенкарбонати в реакцію (1) вступає карбон(ІV) оксид кількістю речовини х моль , тоді в реакцію (2) – карбон(ІV) оксид кількістю речовини (0,1 – х) моль.

3)  за умовою задачі маса суміші карбонатів становила 9,2 г.

Складаємо алгебричне рівняння й обчислюємо \(\mathrm{x}\): \begin{gather*} 100x+8,4-84x=9,2; \\[7pt] x=0,05; \\[7pt] m(\mathrm{CaCO_3})=0,05\ \text{моль}\cdot 100\ \text{г/моль}=5\ \text{г}. \end{gather*}

Відповідь: 5.

ТЕМА: Обчислення в хімії. Розв'язування задач за рівняннями реакцій.

Завдання скеровано на перевірку вміння обчислювати за рівнянням хімічної реакції відносний вихід продукту реакції.

Для виконання завдання необхідно розуміти, як здійснювати розрахунки за рівняннями оборотних реакцій.

1)  за рівнянням реакції визначаємо мольні співвідношення реагентів: \begin{gather*} \mathrm{ \frac{N_2\ +}{1\ \text{моль}}\ \frac{3H_2\ \rightleftarrows}{3\ \text{моль}}\ \frac{2NH_3}{2\ \text{моль}}; } \end{gather*} азот кількістю речовини 1 моль вступає в реакцію з воднем кількістю речовини 3 моль, тому азот об’ємом 25 л прореагував із воднем об’ємом 75 л. За умовою задачі кількість речовини водню становила 85 л. Отже, водень у надлишку.

З азоту кількістю речовини 1 моль утворюється амоніак кількістю речовини 2 моль, тому з азоту об’ємом 25 л утворився амоніак об’ємом 50 л: \begin{gather*} \mathrm{ \frac{25\ \text{л}}{\frac{N_2\ +}{1\ \text{моль}}}\ \frac{75\ \text{л}}{\frac{3H_2\ \rightleftarrows}{3\ \text{моль}}}\ \frac{50\ \text{л}}{\frac{2NH_3}{2\ \text{моль}}}; } \end{gather*}

2)  за умовою задачі відносний вихід амоніаку становить 20 %, обчислюємо практичний об’єм амоніаку:

3)  за рівнянням хімічної реакції обчислюємо об’єми азоту і водню, які витратили на добування 10 л амоніаку: \begin{gather*} \mathrm{ \frac{5\ \text{л}}{\frac{N_2\ +}{1\ \text{моль}}}\ \frac{15\ \text{л}}{\frac{3H_2\ \rightleftarrows}{3\ \text{моль}}}\ \frac{10\ \text{л}}{\frac{2NH_3}{2\ \text{моль}}}; } \end{gather*}

4)  обчислюємо об’єм азоту, який залишився після реакції, й об’єм суміші після реакції:

5)

Відповідь: 20.

ТЕМА: Обчислення в хімії. Розв'язування задач за рівняннями реакцій.

Завдання скеровано на перевірку вміння проводити розрахунки за рівняннями хімічних реакцій, якщо відома маса продукту реакції й відносний вихід.

Унаслідок каталітичної гідратації етену утворюється етанол. За умовою задачі дано масу етанолу й відносний вихід продукту реакції.

1)  Обчислюємо теоретичну масу і кількість речовини етанолу:

2)  за рівнянням хімічної реакції обчислюємо кількість речовини етену, який вступає в реакцію, унаслідок якої утворюється етанол кількістю речовини 5 моль: \begin{gather*} \underset{1\ \text{моль}}{\overset{5\ \text{моль}}{\mathrm{C_2H_4}}}+\mathrm{H_2O}\rightarrow \underset{1\ \text{моль}}{\overset{5\ \text{моль}}{\mathrm{C_2H_5OH}}} \end{gather*}

3)  Обчислюємо об’ємну частку азоту в газуватій суміші, що утворилася:

Відповідь: 112.

ТЕМА: Вираження кількісного складу розчину (суміші). Розв'язування задач за рівняннями реакцій.

Завдання скеровано на перевірку вміння розв’язувати розрахункові задачі за рівняннями хімічних реакцій і визначати склад суміші.

1)  компоненти суміші реагують із хлоридною кислотою, але газ виділяється лише внаслідок взаємодії магній карбонату з хлоридною кислотою.
Для розрахунку за рівнянням хімічної реакції обчислюємо кількість речовини карбон(ІV) оксиду, а за рівнянням реакції обчислюємо кількість речовини магній карбонату:

2)  обчислюємо масу магній карбонату:

3)  обчислюємо масову частку магній карбонату в суміші:

Відповідь: 42.

ТЕМА: Хімічна реакція. Окисно-відновні реакції.

Завдання скеровано на перевірку вміння використовувати метод електронного балансу для перетворення схеми окисно-відновної реакції на хімічне рівняння.

Визначимо ступені окиснення елементів, що змінюються, складемо електронний баланс і перетворимо схему окисно-відновної реакції на хімічне рівняння:

Обчислюємо суму коефіцієнтів у рівнянні реакції: 22.

Відповідь: 22.