Калининградский государственный технический университет 3 страница

2NO (г) + Cl₂ (г) 2NOCl (г),

если увеличить объем реакционного сосуда в 2 раза?

Решение. До изменения объема скорость реакции, определяемая законом действия масс, выражается соотношением:

v = k × [ NO ]² × [ Cl₂ ]

После увеличения объема концентрация каждого из реагирующих веществ уменьшится в 2 раза:

[ NO ]² [ Cl₂ ] k × [ NO ]² × [ Cl₂ ]

v’ = k × ——— × ——— = ————————

2² 2 8

Сравнивая n и n’ находим, что скорость реакции уменьшится в
8 раз.

Задача № 6. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции (g), если при увеличении температуры на 40^о скорость реакции возросла в 81 раз.

Решение. По правилу Вант-Гоффа

v_t + 10

g = ————,

v_t

если Dt = 10^о, или

v_t + Dt

g = ————,

v_t

если температура изменилась на величину Dt.

Отсюда:

v_t + Dt

———— = 81 = g⁴; g = 3.

v_t

Задача № 7. Рассчитать молекулярную концентрацию и
молярность раствора азотной кислоты с массовой долей HNO₃ 40%, плотность которого r = 1,25 г/см³.

Решение. Для вычисления молярности найдем массу азотной кислоты, приходящуюся на 1000 г воды.

40 × 1000

m HNO₃ = ————— = 666,7 г.

Молярная масса HNO₃ равна 63,01 г/моль.

Моляльность

m 666,7

С_m = ——— = ———— = 10,6 моль/кг

M_r 63,01

Рассчитываем молярную концентрацию по формуле:

С% × r × 1000 40 × 1,25 × 10

С_M = ——————— = ——————— = 7,9 моль/л.

M_r × 100 63,01

Задача № 8. Определить температуру кипения водного раствора, содержащего 0,02 моль нелетучего вещества неэлектролита в 200 г воды. Эбуллиоскопическая константа воды К_э = 0,512 град/моль.

Решение. По закону Рауля повышение температуры кипения раствора Dt_кип

Dt_кип = К_э × С_m,

где С_m — моляльная концентрация вещества.

0,02 × 1000

Dt_кип = 0,512 × —————— = 0,051.

Температура кипения раствора

t_кип = t^о + Dt = 100 + 0,051 = 100,051 ^оС.

Задача № 9. Вычислить степень диссоциации раствора CH₃COOH, молярная концентрация которого составляет 0,1 моль/л.

K _CH3COOH = 1,75 × 10 ^–5 .

Решение. По закону разбавления Оствальда

с a²

К_дис = ————,

1 — a

где с — молярная концентрация электролита моль/л, a — степень диссоциации.

Если степень диссоциации меньше 0,05, то для приближенных расчетов можно воспользоваться выражением закона:

К

К» с a², откуда a = ——.

с

Воспользовавшись последним соотношением, вычислим степень диссоциации CH₃COOH

1,75 × 10 ^-5

a = —————— = 1,32 × 10 ^-2

0,1

Задача № 10. Вычислите рН и рОН раствора слабой одноосновной кислоты с молярной концентрацией, равной 0,05 моль/л, если степень диссоциации a = 0,02.

Решение. В растворе электролита слабой одноосновной кислоты НАn концентрации ионов [H⁺] и [An^—] одинаковы и составляют:

[H⁺] = [An^—] = С a = 0,05 × 0,02 = 1 × 10 ^-3 моль/л,

рН = — lg [H⁺] = — lg 1 × 10 ^-3 = 3,

рН + рОН = 14, рОН = 14 — 3 = 11.

Задача № 11. Кажущаяся степень диссоциации раствора хлорида калия с молярной концентрацией 0,1 моль/л равна 0,80. Определить осмотическое давление этого раствора при температуре 27^оС.

Решение. Осмотическое давление Р раствора электролита рассчитывают по формуле:

Р = i × C × R × T,

где С — молярная концентрация раствора, моль/л; R — универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль.К.); Т — абсолютная температура, К.

Изотонический коэффициент i связан со степенью диссоциации соотношением

i =1 + a (k — 1)

где k — число ионов, на которое распадается при диссоциации молекула электролита (для KCl k = 2).

Вычисляем i = 1 + 0,8 (2 - 1) = 1,8; T = 273 + 27 = 300 К.

Находим Р = 1,8 × 0,1 × 8.31 × 300 = 448,7 кПа.

Задача № 12. Закончить уравнение реакции, протекающей по
схеме:

PbS + HNO₃ PbSO₄ + NO₂ + H₂O

Решение. Составляем полуреакции окисления и восстановления с указанием исходных и образующихся веществ в реальных условиях реакции, уравнивая число атомов каждого элемента и суммарное число зарядов в левой и правой частях полуреакций.

1 PbS + 4H₂O — 8e^- PbSO₄ + 8H⁺

8 NO₃^— + 2 H⁺ + e^- NO₂ + H₂O

Подобрав основные коэффициенты (множители) для полуреакций так, чтобы число электронов, отданных при окислении и принятых при восстановлении, были равны, складываем уравнения полуреакций с учетом найденных коэффициентов. Получаем уравнение реакции в ионно-молекулярном виде:

PbS + 8H⁺ + 8NO₃^— PbSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

или в молекулярном виде:

PbS + 8NO₃^— PbSO₄ + 8NO₂ + 4H₂O

Задача № 13. Вычислить э.д.с.. гальванического элемента, составленного из металлического алюминия, погруженного в раствор AlCl₃ с молярной концентрацией 0,1 моль/л, и металлического серебра, погруженного в раствор AgNO₃ с молярной концентрацией 0,01 моль/л. Составить схему элемента.

Решение. Для вычисления э.д.с. надо найти электродные потенциалы указанных пар. Стандартные электродные потенциалы найдем в справочнике.

j^о _Al³⁺ _{/ Al} = — 1,66 В;

j^о _Ag⁺ _{/ Ag} = 0,80 В.

Вычисляем электродные потенциалы по уравнению Нернста:

RT C_ок

j= j^о + —— ln ———

nF C_восст

или для электродного потенциала металла

0,059

j_ME ⁿ⁺ _{/ ME} = j^о + ——— lg C_ME ⁿ⁺

n

В коэффициент 0,059 вошли значения R, F, T = 298 k.

0,059

j^о _Al³⁺ _{/ Al} = — 1,66 + ——— lg 0,1 = — 1,68 В

0,059

j^о _Ag⁺ _{/ Ag} = 0,80 + ——— lg 0,01 = 0,68 В.

Э.Д.С. вычисляется как разность потенциалов катода и анода.

Э.Д.С. = j^о _Ag⁺ _{/ Ag} — j^о _Al³⁺ _{/ Al} = 0,68 — (-1,68) = 2,36 В

Задача № 14. Вычислить растворимость CuCl по величине ПР_СuСl.

Решение. Приняв, что концентрация электролита мала и коэффициенты активности ионов равны единице, исходя из выражения произведения растворимости ПР = [Cu⁺] [Cl^—], найдем концентрацию соли CuCl в насыщенном растворе (растворимость)

[CuCl] = [Cu⁺] = [Cl^—] = Ö ПР,

[CuCl] = Ö 3,2 × 10 ^-7 = 5,65 × 10 ^-4 моль/л.

Задача № 15. Вычислить концентрацию ионов Cd²⁺ в растворе
[Cd(NH₃)₄]Cl₂ с молярной концентрацией 0,1 моль/л. Константа нестойкости комплексного иона К_нест = 7,6 × 10 ^-8.

Решение. Учитывая диссоциацию комплексного иона

[Cd(NH₃)₄]²⁺ Cd²⁺ + 4NH_3,

запишем выражение константы нестойкости:

[Cd²⁺] [NH₃]⁴

К_нест = —————————— = 7,6 × 10 ^–8 .

{[Cd(NH₃)₄]²⁺}

Если обозначить [Cd²⁺] = х, то [NH₃] = 4х.

После подстановки этих обозначений и указанной концентрации комплексного иона:

х × 4х⁴

———— = 7,6 × 10 ^-8_,

0,1

5 7,6 × 10 ^-9

х = ————— = 0,78 × 10 ^–2.

Таким образом, [Cd²⁺] = 0,78 × 10 ^-2 моль/л.

Задача № 16. Сколько граммов Na₂СO₃ надо прибавить к 100 л воды, чтобы устранить ее жесткость, равную 3 мэкв/л?

Решение. Для решения задач, связанных с жесткостью воды, часто используется закон эквивалентов.

В 100 л воды содержится 100 × 3 = 300 мэкв солей.

Ме²⁺ + СО₃^2— ¯МеСО₃

Для устранения жесткости, согласно уравнению реакции, требуется прибавить

300 × 53 = 15900 мг = 15,9 г.

53 — эквивалентная масса Na₂СO₃.

Контрольные задания

1 — 10. Вычислить атомную массу двухвалентного металла и определить, какой это металл, если при нормальных условиях определенная масса металла (m) окисляется указанным объемом кислорода (v).

Номер задания	Масса металла m, г	Объем кислорода v, л
1	2	3
	2,213	0,283
	2,18	1,005
	1,227	0,343
	1,740	0,802
	8,34	0,680
	1,091	0,089
	1,182	0,545
	3,029	0,848
	1,955	0,250
	2,399	1,106

11 — 21. На восстановление m г оксида металла израсходовано v мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить эквивалентные массы оксида и металла.

№№ задания	Масса металла m, г	Объем кислорода v, л
1	2	3
	0,263	0,105
	1,980	0,545
1	2	3
	1,785	0,920
	1,800	0,883
	2,229	0,110
	1,351	0,598
	1,214	0,342
	0,479	0,493
	1,322	0,256
	1,498	0,840
	0,969	0,288

22 — 36. Определить эквиваленты реагирующих веществ в реакциях

22. H₃PO₄ + Ca (OH)₂ = CaHPO₄ + 2H₂O

23. 3Al(OH)₂Cl + 3H₂SO₄ = Al₂(SO4)₃ + AlCl₃ + 6H₂O

24. H₃PO₄ + NaOН = NaH₂PO₄ + H₂O

25. H₃AsO₄ + 2NaOH = Na₂HAsO₄ + 2H₂O

26. Al(OH)₂Cl + HCl = Al(OH)Cl₂ + H₂O

27. CaHPO₄ + H₃PO₄ = Ca(H₂PO₄)₂

28. Cu(OH)Cl + HCl = CuCl₂ + H₂O

29. CaHPO₄ + 3NaOH = Ca₃(PO4)₂ + Na₃PO₄ + H₂O

30. Cu(OH)Cl + H₂S = CuS + HCl + H₂O

31. NaHSO₄ + BaCl₂ = BaSO₄ + NaCl +HCl

32. Fe(OH)₂Cl + NaOН = Fe(OH)₃ + NaCl

33. NaHCO₃ + NaOН = Na₂CO₃ + H₂O

34. Fe(OH)₂Cl + HCl = Fe(OH)Cl₂ + H₂O

35. NaHSO₄ + NaOН = Na₂SO4 + H₂О

36. H₃PO₄ + 2NaOH = Na₂HPO₄ + H₂O

37 — 48. Написать электронные формулы атомов элементов с указанными зарядами ядра. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов, указать, сколько неспаренных электронов содержат атомы в нормальном и возбужденном состояниях.

Номер	Заряды ядра
заданий	1	2	3

49 —60. Структуры валентных электронных слоев атомов элементов выражаются указанными в задании формулами. Определить порядковый номер и название элемента. Составить графические схемы заполнения электронами валентных орбиталей этих атомов, указать, сколько неспаренных электронов содержат атомы в нормальном и возбужденном состояниях.

Номер	Формула валентного электронного слоя
заданий	1	2
	3d^54s^1	5s^1
	5d^44s^2	4p^5
	4d^55s^2	3s^2
	4d^25s^2	5p^4
	3d^14s^2	6p^2
	5s^25p^4	3p^3
	5d^16s^2	4p^1
	4f^26s^2	5p^5
	5d^66s^2	3s^2
	3d^54s^2	5s^2
	5d^26s^2	2p^2
	3d^84s^2	2p^4

61 — 68. Указать тип химической связи в молекулах указанных соединений. Привести схемы строения соответствующих молекул.

Номер заданий	Молекулы
	СH4, AlCl3, O2, PH3
	H2S, AsH3, N2, NH4OK
	N2, HJ, KCl, NH3
	SO2, CS2, F2, MgCl2
	NaCl, H2O, Cl2, CS2
	HCl, H2S, NH3, CaCl2
	F2, HBr, CO2, NaCl
	H2O, NO, Cl2, CsCl

69 — 78. Вычислить длину диполя указанной молекулы по величине дипольного момента (в дебаях).

Номер заданий	Молекула	Дипольный момент, Д
	NH3	1,48
	CHCl3	0,95
	H2O	1,84
	SO2	1,61
	HCN	2,90
	NF3	0,20
	C2H5OH	1,67
	C6H5Cl	1,57
	C6H5Br	1,53
	HCl	1,06

79. Указать тип гибридизации атомных орбиталей (АО) кремния в молекуле SiO₂ и серы в молекуле SO₂.

80. Указать тип гибридизации АО углерода в молекулах СО, СН₄.

81 — 90. Определить стандартные изменения энтальпии DН^о и энтропии DS^о указанных процессов. Необходимые данные найти в справочнике.

Номер заданий	Уравнение реакции
1	2
	C + 2H2(г.) = CH4 (г.)
	2РН3(г.) + 4О2(г.) = Р2О5(к.) + 3Н2О(ж.)
	СН4(г.) + 2О2(г.) = СО2(г.) + 2Н2О(г.)
	С2Н4(г.) + 3О2(г.) = 2СО2(г.) + 2Н2О(г.)
1	2
	FeO(к.) + СО(г.) = Fe(к.) + СО2(г.)
	СН3ОН(ж) + 3/2O2 = CO2(г.) + 2Н2О(ж.)
	2Н2S(г.) + 3О2(г.) = 2Н2О(ж.) + 2SO2(г.)
	2NO(г.) + O2(г.) = 2NO2(г.)
	NH4NO3(к.) = N2O(г.) + 2Н2О(г.)
	NO(г.) + NO2(г.) = N2O3(к.)

91 — 102. При протекании химической реакции в газовой среде установилось равновесие. Написать выражение константы равновесия. Определить, в какую сторону сместится равновесие при повышении давления. Рассчитать, во сколько раз возрастет скорость прямой реакции при увеличении давления в 3 раза.

Номер заданий	Уравнение реакции
91	N2 + O2 2NO
92	2CO + O2 2CO2
93	H2 + Cl2 2HCl
94	CO + Cl2 COCl2
95	2SO2 + O2 2SO3
96	N2 + 2O2 2NO2
97	N2 + 3H2 2NH3
98	N2O4 2NO2
99	N2O3 NO + NO2
100	CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O
101	SO2 + Cl2 SO2Cl2
102	2CO + 2H2 CH4 + CO2

103 — 112. Равновесие указанных химических реакций установилось при одинаковой концентрации всех веществ. Рассчитать константу равновесия и исходные концентрации реагирующих веществ. Все вещества находятся в газообразном состоянии.

Номер заданий	Реакция	Равновесная концентрация вещества, моль/л
	СО + Сl2 COCl2	0,01
104	H2 + Br2 2HBr	0,02
105	H2 + CO2 CO + H2O	0,015
106	A + 2B 2C	0,05
107	N2O4 2NO	0,20
108	2A + B D	0,25
109	H2 + Cl2 2HCl	0,04
110	2NO + O2 2NO2	0,02
111	2CO + O2 2CO2	0,03
112	N2 + 3H2 2NH3	0,15

113 — 122. Две реакции при температуре t₁ протекают с
одинаковой скоростью (v₁ = v₂). Температурный коэффициент первой реакции g₁, второй g₂. Как будут относиться скорости реакций v₁ / v₂, если реакции проводить при температуре t₂ ?

Номер задания	t1, ^оС	t2, ^oС	g1	g2
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5

Дата добавления: 2015-11-04