by Τα αλκάλια είναι δραστικά μέταλλα που αντιδρούν έντονα με το νερό.
Δείτε το εντυπωσιακό βίντεο και πάμε για την άσκηση μετά:
ΑΣΚΗΣΗ
Μείγμα Α αποτελούμενο από 55Cs και 37Rb ζυγίζει 30,4 g, διαλυόμενο στο νερό αντιδρά πλήρως με αυτό οπότε εκλύονται 59 kJ θερμότητας και δημιουργείται διάλυμα Υ1 όγκου 3 L.
Ισχύει ότι:
2 Cs + 2 H₂O → 2 CsOH + H₂ ΔH = −540 kJ (1)
2 Rb + 2 H₂O → 2 RbOH + H₂ ΔH = −320 kJ (2)
ΔΗf H2O(l) = -286 kJ
- Αφού κάνετε την κατανομή σε υποστιβάδες των ηλεκτρονίων στη θεμελιώδη κατάσταση για τα στοιχεία Rb και Cs, να βρείτε σε ποια ομάδα και σε ποιες περιόδους του Π.Π. ανήκουν.
- Τα υδροξείδια των Rb και Cs, είναι ισχυρές ή ασθενείς βάσεις στο νερό;
- Στην αντίδραση (1) το Cs δρα σαν οξειδωτικό ή αναγωγικό;
- Στην αντίδραση (2) αναφέρετε μια πιθανή τετράδα κβαντικών αριθμών στη θεμελιώδη κατάσταση του ηλεκτρονίου που χάνει το Rb.
- Ποιο στοιχείο έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα, το Rb ή το Cs;
- Ποιο στοιχείο έχει μεγαλύτερη τιμή ενέργειας πρώτου ιοντισμού, το Rb ή το Cs;
- Πόσα mol Cs, Rb έχουμε αρχικά στο μείγμα Α;
- Πόσα λίτρα Η2 (σε S.T.P. συνθήκες) παράγονται συνολικά;
- Από την καύση του παραγόμενου Η2 προς H2O(l) πόσα kJ εκλύονται συνολικά ;
- Ποιο είναι το pH του διαλύματος Υ1;
- Πόσα g Ca πρέπει να προσθέσουμε στο διάλυμα Υ1 για να μεταβληθεί το pH του κατά μια μονάδα (Vτελικό=3 L);
- Πόσα mol αέριου HCl πρέπει να προσθέσουμε στο διάλυμα Υ1 για να μεταβληθεί το pH του κατά 11 μονάδες (Vτελικό=3 L);
Δεδομένα:
- Kw=10-14 M2
- Ar: Cs=133 Rb=85,5 Ca=40
- Όλες οι μετρήσεις θερμότητας αναφέρονται στις ίδιες συνθήκες.
- Το Ca είναι πιο δραστικό από το Η.
Καλή δύναμη !
ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ
1) Ηλεκτρονιακή Δομή και Θέση στον Π.Π.
· Rb (Z=37): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰4s² 4p⁶ 5s¹. (5η Περίοδος, ΙΑ Ομάδα)
· Cs (Z=55): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s² 5p⁶ 6s¹. (6η Περίοδος, ΙΑ Ομάδα)
2) Ισχύς Βάσεων
Τα CsOH και RbOH είναι ισχυρές βάσεις
3) Οξειδοαναγωγικός Ρόλος
Το Cs οξειδώνεται (από 0 σε +1), άρα δρα ως αναγωγικό.
4) Κβαντικοί Αριθμοί (για το 5s¹ ηλεκτρόνιο του Rb)
Μια πιθανή τετράδα είναι: (n=5, l=0, ml=0, ms=+1/2).
5) Ατομική Ακτίνα
Το Cs έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα (περισσότερες στιβάδες στην ίδια ομάδα).
6) Ενέργεια Πρώτου Ιοντισμού
Το Rb έχει μεγαλύτερη ενέργεια πρώτου ιοντισμού (το ηλεκτρόνιο σθένους είναι πιο κοντά στον πυρήνα).
7) mol Cs και Rb στο μείγμα
Έστω x mol Cs και y mol Rb.
133x + 85,5y = 30,4 (μάζα)
270x + 160y = 59 (θερμότητα, καθώς ΔH=-540/2 και -320/2 ανά mol)
Λύση συστήματος: x = 0,1 mol Cs και y = 0,2 mol Rb.
8) Λίτρα H₂ (S.T.P.)
n(H₂) = (x + y) / 2 = 0,15 mol.
V = 0,15 * 22,4 = 3,36 L.
9) Θερμότητα καύσης H₂
Q = n(H₂) * |ΔHf H₂O| = 0,15 * 286 = 42,9 kJ.
10) pH διαλύματος Υ1
n(OH⁻) = 0,1 + 0,2 = 0,3 mol.
[OH⁻] = 0,3 / 3 = 0,1 M.
pOH = -log(0,1) = 1, άρα pH = 13.
11) Μάζα Ca (για pH=14)
Για pH=14, [OH⁻]=1 M, άρα n(OH⁻) = 3 mol.
Απαιτούμενα έξτρα mol OH⁻ = 3 – 0,3 = 2,7 mol.
Από την αντίδραση Ca + 2H₂O –> Ca(OH)₂ + H₂, το 1 mol Ca δίνουν 2 mol OH⁻.
Άρα n(Ca) = 2,7 / 2 = 1,35 mol.
Μάζα Ca = 1,35 * 40 = 54 g.
12) mol HCl (για pH=2)
Μεταβολή 11 μονάδων: pH_τελικό = 13 – 11 = 2.
Για pH=2, [H3O⁺]=0,01 M, άρα n(H3O⁺) περίσσεια = 0,01 * 3 = 0,03 mol.
Το HCl πρέπει να εξουδετερώσει τη βάση (0,3 mol) και να περισσέψει 0,03 mol.
n(HCl) = 0,3 + 0,03 = 0,33 mol.