Врублевский А. И. Тренажер по химии

w(HCl) = 2,1 %. 29. w(HCl) = 7,3 %; w(HN03) = 37,8 %. 30. 30,9 % KBr; 15,2 % NaCl; 53,9 % BaCl2. 31. w(Cu) = 44,4 %; w(CuO) = 55,6 %. 32. «(Mg) :«(MgO) = = 5,7:1. 33. 8,1 r. 34.4,48 дм3. 35. 50 % FeS2 и 50%Fe2O3. 36. 4,76 • 1023. 37. 7,3 % HCl и 25,2 % HNOj. 38.4,48 дм3. 39. Барий; 19 %. 40.16г. 41.23,6 %. 42. a) 0,1 моль NaHC03; 0,1 моль NaCl и 0,04 моль (NH4)2C 03; б) 0,2 моль NaCl. 43.0,1 моль NaHC03; 0,1 моль NaNO, и 0,05 моль Na2S04. 44. 41,75 %. 45. 10,3 % NaBr

и11,7 % NaCl. 46.9,8 % H2SO„h 7,8 % H N 03. 47. 70 %. 48. Си; 70,3 %. 49. Ca; 83,39 г CaS04; 61,32 г CaC03; 100,56 г Ca(N03)r 50. 0,2 моль HCl и 0,1 моль НВг. 51. 70 %; 7,5 г СаС03 и 9,8 г СаО. 52. 0,1 моль Na2C 03; 0,1 моль Na2S04

и0,2 моль N aN 03. 53. 56,4 % Fe; 43,6 % FeO. 54. 81 %. 55. 44,5 %. 56. 59,7 %

Fe2(S04)3; 40,3 % FeS04. 57. 3,0 г. 58. 2,688 дм3. 59. 1,4 r Fe; 5,1 г Fe30 4. 60. 51,5 %. 61.22 % KN03; 37 % AgN03; 41 % Cu(N03)r 62. w(Zn) = 77,6 %; w(Fe)= = 22,4 %; 0,896 дм3. 63.18,2 г. 64.32,2 моль. 65. 3,5 дм3. 66.81 % Fe30 4 и 19 % Fe. 67. 90 %. 68. 20,5 % Ca(N03)2; 21,2 % Na2COs; 14,2 %. 69. 68,85 % CaC03 и 31,14 % MgC03. 70.40,6 % NaCl; 59,4 % CuC12-2H20; 0,896 дм3 HCl. 71.27,69 %. 72. 66,4 % NaHC03; 33,6 % N aN 03. 73. 3,4 r. 74. 3,36 дм3. 75. 8,4 дм3. 76. Mg. 77. 4 г. 78. 12 г. 79. 1,575 г. 80. 20,2 дм3. 81. 62,41 %. 82. 40,3 %. 83. 1: 0,125.

§ 10. Элементы термохимии. Скорость химической реакции и химическое равновесие

Расчеты по термохимическим уравнениям (т. е. уравне­ ниям, в которых указан тепловой эффект химической реак­ ции) основаны на прямо пропорциональной зависимости теплового эффекта от химического количества (массы, объе­ ма). Отметим, что в термохимическом уравнении стехиомет­ рические коэффициенты могут быть и дробными числами.

ПРИМЕР 10-1. Теплота образования 1 моль Fe20 3 равна 821,3 кДж. Какое количество теплоты выделится при сжига­ нии железной проволоки массой 1,4 г (образуется оксид же­ леза (III))?

Решение 1. Записываем термохимическое уравнение реакции об­

разования 1 моль Fe20 3:

2Fe(T) + 3/202(r) = Fe20 3(T) + 821,3 Дж.

2. Находим химическое количество железа и составляем пропорцию:

л0,025-821,3

Ответ: Q = 10,3 кДж.

1. Учитывая термохимическое уравнение:

2H2S(r) + 302(r) = 2Н20 (г) + 2S02(r) + 857 кДж,

найдите: а) сколько теплоты выделится при сгорании 17 г сероводорода; б) какой объем кислорода (дм3, н.у.) нужен для реакции, чтобы получить 600 кДж теплоты?

2. Учитывая термохимическое уравнение:

3Fe(T) + 2 0 2(г) = Fe30 4(T) +1117,7 кДж,

найдите массу магнетита, если выделилось 451,9 кДж теплоты.

3.При взаимодействии 13 г цинка с серой выделилось 40,2 кДж теплоты. Чему равен тепловой эффект реакции об­ разования 1 моль сульфида цинка?

4.При сжигании 3,6 г алюминия в кислороде выделяется 111,3 кДж теплоты. Найдите теплоту образования 1 моль

А120 3 и з простых веществ.

5.Даны термохимические уравнения реакций горения угля

иразложения известняка:

а) С(т)+ 0 2(г) =СОад +412 кДж;

б) СаС03(т) =СаО(т)+СО2(г)-180 кДж.

Какую минимальную массу угля надо сжечь для получе­ ния 112 кг негашеной извести?

Рассмотрим пример решения задачи на определение ско­ рости химической реакции.

ПРИМЕР 10-2. При гидролизе сахарозы в 2,5 дм3 ее вод­ ного раствора за 10 мин образовалась глюкоза массой 54 г. Определите среднюю скорость реакции гидролиза сахарозы

(« моль )

Решение

Скорость химической реакции v находится по формуле _ Дс _ Дл

дм3 -с

6 . Определите среднюю скорость химической реакции (в моль/(дм3-мин)) С 02 + Н2 = СО + Н20, если через 80 с после начала реакции молярная концентрация воды была 0,24 моль/дм3,

ачерез 2 мин 07 с после начала реакции —0,28 моль/дм3.

7.Через 5 с после начала реакции 2NO + 0 2 = 2N 02 мо­ лярная концентрация N 0 снизилась на 0,2 моль/дм3. Опре­

делите среднюю скорость образования N 0 2 (моль/(дм3-с)).

8 . В сосуде объемом 2 дм3протекает реакция: 2СО(г) + 0 2(г) =

=2С02(г). Через 2 с после начала реакции химическое коли­ чество С 0 2 увеличилось на 0,1 моль. Определите среднюю скорость образования С 02.

9.В сосуде объемом 2 дм3 протекает реакция N2 + ЗН2 =

=2NH3. Через 2 с после начала реакции образовалось 1,7 г NH3. Определите среднюю скорость образования аммиака.

10.Средняя скорость образования S02 в реакции между простыми веществами равна 0,01 моль/(дм3-с). Определите

химическое количество образовавшегося S02 в сосуде объе­ мом 2 дм3 через 5 с после начала реакции.

11.Химической реакции отвечает уравнение: А + В = С.

Вначальный момент времени молярные концентрации ве­ ществ А, В и С составляли соответственно (моль/дм3) 0,80; 0,65 и 0. Через 10мин молярная концентрация вещества Летала равной 0,55 моль/дм3. Определите среднюю скорость реакции за это время. Чему стали равны молярные концентрации ве­ ществ В и С к этому моменту времени?

12.Всосуде объемом 2дм3смешали 4,5 моль газаАи 3,0 моль газа В. Через 20 с в системе образовалось 2 моль газа С по уравнению А + В = С. Определите среднюю скорость реак­ ции за этот промежуток времени и молярные концентрации непрореагировавших газов А и В.

13.Реакция протекает по уравнению: 4НС1(г) + 0 2(г) = 2Н20 (г)+ + 2С12(г). Через некоторое время после начала реакции мо­ лярные концентрации веществ (моль/дм3) стали равны 0,25 (НС1); 0,20 (0 2) и 0,10 (С12). Найдите исходные молярные концентрации НС1 и 0 2.

14.Исходные молярные концентрации N2 и Н2 равны со­ ответственно 5 и 6 моль/дм3. Найдите их равновесные моляр­ ные концентрации в реакции синтеза аммиака, если равно­ весная молярная концентрация NH3 равна 3 моль/дм3.

15.При равновесии в системе: 2NO(r) + 0 2(г) <-> 2N02(r) рав­ новесные молярные концентрации (моль/дм 3) равны

0,10 (N0); 0,20 (0 2) и 0,20 (N 02). Найдите исходные моляр­ ные концентрации N 0 и 0 2, считая, что начальная моляр­ ная концентрация N 0 2 равна нулю.

16.Для реакции с участием газов ЗА + В <-> 2С исходные молярные концентрации равны (моль/дм3): 1,00 (А); 2,00 (В) и 0,01 (С). В момент, когда наступило равновесие, моляр­ ная концентрация вещества А уменьшилась на 30 %. Найди­ те равновесные молярные концентрации веществ А, В и С.

17.*Для реакции 2N0 + C12<->2N0C1 исходные молярные концентрации (моль/дм3) N 0, С12 и N0C1 соответственно равны 0,50; 0,20 и 0,05. Найдите равновесные молярные кон­ центрации всех трех веществ, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20 % исходного количества N0.

18.*При некоторой температуре равновесные молярные концентрации в системе: 2S02(r) + 0 2(г) <-> 2S03(r) равны для

S02, 0 2 и S03соответственно (моль/дм3) 0,04; 0,06 и 0,02. Най­ дите исходные молярные концентрации S02и 0 2, если исход­ ная молярная концентрация S03 равна 0,01 моль/дм3.

19.В системе установилось равновесие: N2 + ЗН2<-> 2NH3.

Всостоянии равновесия химическое количество аммиака в системе равно 4 моль. Определите исходную массу водоро­ да, если известно, что к моменту установления равновесия прореагировало 80 % Н2.

20.В системе установилось равновесие: 2S02(r) + 0 2(г) 2S03(r). Равновесная молярная концентрация S03 равна

0,1 моль/дм3. Определите равновесную молярную концент­ рацию 0 2, если известно, что к моменту установления равно­ весия прореагировало 40 % кислорода.

21.В растворе установилось равновесие: ЗА + 2В <-» С. Ис­ ходная молярная концентрация А равна 0,1 моль/дм3. Рав­ новесная молярная концентрация С равна 0,02 моль/дм3. Определите долю вещества А (в %), не прореагировавшего

кмоменту наступления равновесия.

22.Исходные молярные концентрации веществ в реак­

ции 4НС1 + 0 2 <-> 2Н20 +2С12 были равны (моль/дм3): 1 (HCl), 1 (0 2), 0 (Н20), О (С1). Полагая, что реакция велась в замкнутом сосуде, вычислите, какими стали молярные концентрации исходных и полученных веществ, когда мо­ лярная концентрация НС1 стала равной 0,6 моль/дм3.

23. Для реакции РС15 <-> РС13 + С12к моменту наступления равновесия осталось 50 % РС15. Чему равно общее химическое

количество всех веществ в реакционной смеси в состоянии равновесия, если исходное химическое количество РС15 со­ ставляло 2 моль?

24.При некоторой температуре в замкнутом сосуде дос­ тигается равновесие 4НС1(г) + 0 2(г) -о- 2Н20 {г) + 2С12(г). Исход­ ная смесь хлороводорода и кислорода имела относительную плотность по водороду 16,9. При наступлении равновесия концентрация хлора составляет 50 % от той концентрации хлора, которая получилась бы при условии необратимости реакции. Найдите объемное соотношение между газами при равновесии.

25.Некоторые химические количества N2 и Н2 смешали в сосуде в присутствии катализатора и нагрели до установления равновесия. Определите исходные химические количества N2

иН2, если равновесная смесь содержала 0,6 моль N2; 1,8 моль Н2 и 0,8 моль NH}.

26.Оксид азота (IV) нагревали при некоторой температу­ ре, при этом часть его разложилась на N 0 и 0 2 и установи­ лось химическое равновесие. Определите объемные доли ве­ ществ в равновесной смеси, если ее относительная плотность по воздуху 1,269.

27. В системе установилось равновесие 2СО + 0 2<-> 2С02. Химические количества СО, 0 2 и С 0 2 в системе равны 1, 2 и 3 моль соответственно. Определите исходные химические количества СО и 0 2.

28. В сосуде смешали 4,4 г С 0 2и 0,4 г Н2. Смесь нагрели, в системе установилось равновесие С 0 2 + Н2 <-> СО + Н20. К моменту наступления равновесия прореагировало 25 % во­ дорода. Определите выход СО.

29. В сосуде смешали 25,4 г иода и 0,4 г водорода. В систе­ ме установилось равновесие Н2 + 12 <-> 2HI. К моменту на­ ступления равновесия прореагировало 40 % водорода. Опре­ делите выход HI.

$ 10. Элементы термохимии___________________________________ 1 4 7

30.В замкнутый сосуд поместили 2 моль иода и 4 моль водорода. Определите массовую долю HI в смеси, когда в ре­ акцию вступит 25 % водорода.

31.В замкнутый сосуд поместили 3 моль водорода и 2 моль азота. Определите массовую долю аммиака в смеси, когда в реакцию вступило 15 % азота.

ПРИМЕР 10-3. Скорость некоторой реакции увеличива­ ется в три раза при повышении температуры на 10 °С. Во сколько раз увеличится скорость реакции при повышении температуры от 10 °С до 40 °С?

Решение

Отношение скоростей реакций при двух температурах на­ ходится по формуле:

ЧТ,)

где у —температурный коэффициент реакции, равный вдан­ ном случае 3.

Находим:

и(40,»С) «git

и(10°С)

Ответ: увеличится в 27 раз.

32.При повышении температуры на 10 °С скорость реак­ ции возрастает в 2 раза. Как увеличится скорость при повы­ шении температуры с 25 °С до 75 °С?

33.Для реакции у = 4. Как изменится ее скорость при по­ нижении температуры на 40 °С?

34.Для некоторой реакции у = 3. На сколько градусов надо по­ высить температуру, чтобы увеличить скорость реакции в 81 раз?

35.Температурный коэффициент реакции равен 2. При 20 °С реакция протекает за две минуты. Определите время проте­ кания реакции для: а) 50 °С; б) 0 °С.

36.Скорость некоторой реакции увеличивается в 2,5 раза при повышении температуры на 10°. Во сколько раз увеличится скорость при повышении температуры от 10 °С до 50 °С?

37.При 30 °С реакция протекает за 24 мин, а при 50 °С — за 4 мин. Найдите значение у для этой реакции.

38.* Константа скорости некоторой реакции при 273 К и 298 К соответственно равна 1,17 и 6,56 (дм3Д моль-с)). Найдите тем­ пературный коэффициент этой реакции.

39.При понижении температуры на 40 °С скорость реакции уменьшилась в 16 раз. Вычислите значение у для этой реакции.

40.Две реакции при 290 К протекают с одной скоростью. Значения у для этих реакций равны 2,0 и 3,0. Как будут отно­ ситься скорости этих реакций, если первую из них провести при 350 К, а вторую (у = 3,0) при 330 К?

41.Как изменится скорость реакции СО (г) + CL, (г) = СОС^ (г) при одновременном понижении давления в 4 раза и повы­ шении температуры с 25 до 75 °С (у = 2)?

42.Растворение образца цинка в соляной кислоте при 20 °С заканчивается через 27 мин, а при 40 °С такой же по массе образец цинка растворяется за 3 мин. За какое время (с) дан­ ный образец цинка растворится в соляной кислоте при 60 °С?

43.* Во сколько раз увеличится объем выделяющегося в единицу времени Н2в реакции между Fe и H2S04(pa36.), если железо массой 1 г измельчить на 125 одинаковых кубиков?

44.Образец железа при 20 °С растворяется в серной кис­ лоте за 15 мин, а при 30 °С —за 6 мин. За какое время данный образец железа растворится в серной кислоте при 40 °С?

45.При температуре 100 °С скорость некоторой реакции равна 3,6 -10-2 мольДдм3- с). При какой температуре следует проводить эту реакцию, чтобы ее скорость стала равной 9- 10_3 мольДдм3- с)? Температурный коэффициент реакции равен 2.

46. За счет тепла, полученного при сгорании 20 г магния в кислороде, можно нагреть 1 дм3воды от О °С до 100 °С. Составь­ те термохимическое уравнение реакции горения магния, если известно, что при нагревании теряется 16,7 %теплоты, а удель­ ная теплоемкость воды равна 4,2 кДжДкгград).

47.* Смесь водорода и кислорода массой 10 г и плотнос­ тью 0,357 г/дм3 взорвали. Найдите тепловой эффект взрыва, если теплота образования 1 моль воды при этих условиях рав­ на 242,8 кДж/моль.

48.Найдите тепловой эффект реакции ЗН2(г) + N2(r) =

=2NH3(r), если энергии связей Н—Н, N =N и N—Н соответ­

ственно равны (кДж/моль) 435, 945 и 390.

49. Даны два термохимических уравнения реакций:

Н2(г) + 1 /2 0 2(г) = Н20(г) + 242 кДж;

СН4(г) + 2 0 2(г) = С 0 2(г) + 2Н 20 ( г) + 1039 кДж.

Найдите тепловой эффект реакции сжигания 33,6 дм3 (н.у.) смеси водорода и метана, если молярная масса смеси равна 9?

50.При сжигании 1 моль углерода выделяется 402 кДж теплоты. Какую массу угля, содержащего 0,80 массовой доли углерода, нужно сжечь для получения энергии, за счет кото­ рой можно разложить 1 т известняка, содержащего 20 % при­ месей по массе, если для разложения 1 моль карбоната каль­ ция требуется 180 кДж?

51.Кислород и водород смешаны в объемном соотноше­ нии 1:2. Какое количество теплоты выделится при взрыве 8,4 дм3 (н.у.) этой смеси, если термохимическое уравнение реакции горения водорода имеет вид:

2Н 2(г) + 0 2(г) = 2Н 20 ( г) + 484,0 кДж?

52. В табл. 1 и 2 даны энергии кристаллических решеток некоторых ионных соединений (табл. 1) и энергии гидрата­ ции ионов (табл. 2).