Основные формулы, используемые в аналитической химии и примеры решения задач

Раздел II. Физическая химия

Тема. Основные понятия и законы термодинамики и термохимии

Зная основные законы термодинамики и термохимии, студенты должны уметь производить термодинамические расчеты.

Задача 1

При хранении муки моносахариды медленно окисляются кислородом воздуха с выделением тепла. Найдите тепловой эффект реакции, если теплоты образования равны: Н_обр.СО₂ = –393,6 кДж/моль,

Н_обр.Н₂О = –285,9 кДж/моль, Н_обр.С₆Н₁₂О₆ = –1272,45 кДж/моль

Дано:

= –285,9 кДж/моль Δ обрCO2 H = –393,6 кДж/моль = –1272,45 кДж/моль

С6Н12О6+6О2  6СО2 + 6Н2О Н = Нобр кон – Нобр нач Н = [(6(–393,6)+6(–285,9)] – – (–1272,45)=2794,56 кДж

Н = ?

Ответ: тепловой эффект реакции окисления муки равен – 2794,56 кДж.

Тема. Агрегатное состояние вещества

Задачи, относящиеся к этой теме решаются с использованием уравнений законов Бойля-Мариотт, Шарля, Гей-Люсака, уравнение Менделеева-Клайнерона, а также с использованием формул, позволяющих определить вязкость и поверхностное натяжение.

Пример:

Вычислите поверхностное натяжение толуола при 50^оС, если при медленном истечении его из сталагмометра масса 38 капель равна 1,4864 г. При истечении из этого же сталагмометра 25 капель, равна 2,6570 г, поверхностное натяжение воды при 50^оС равно 67,9110^-3 н/м.

Дано:

n1 = 38 m1 = 1,4864 г n0 = 25 m0 = 2,6570 t = 50 оС 0= 67,9110-3 н/м

; ; н/м

₁ = ?

Ответ: поверхностное натяжение толуола при 50^оС равно 38,8810^-3 н/м.

Тема. Химическая кинетика

Задачи, относящиеся к теме «Химическая кинетика» можно разделить на следующие группы:

1. Определение скорости реакции в зависимости от температуры.

2. Определение скорости реакции в зависимости от изменения концентрации.

3. Решение задач на расчет констант равновесия, равновесных и исходных концентраций.

Задача 2

Определить во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе при повышении температуры от 20^оС до 60^оС, если температурный коэффициент равен 3.

Дано:

j = 3 to1 = 20oC to2 = 60oC

(раз)

= ?

Ответ: скорость реакции при нагревании до 60^оС увеличивается в 81 раз.

Задача 3

Взаимодействие между оксидом углерода (II) и хлором идет по уравнению СО + Cl₂  COCl₂

Концентрация оксида углерода 0,3 моль/л, а хлора 0,2 моль/л.

Как изменится скорость реакции, если увеличить концентрацию хлора до 0,6 моль/л, а концентрацию оксида углерода (II) до 1,2 моль/л?

Дано:

[CO]1 = 0,3 моль/л [Cl2]1 = 0,2 моль/л [CO]2 = 0,6 моль/л [Cl2]2 = 1,2 моль/л

υ1 = k[CO]1 · [Cl2]1 υ2 = k[CO]2 · [Cl2]2 раза

= ?

Ответ: При увеличении концентрации хлора до 1,2 моль/л и концентрации оксида углерода (II) до 0,6 моль/л скорость реакции увеличивается в 64 раза.

Тема. Растворы

Задачи этой темы решаются с использованием законов Вант-Гоффа, Рауля, уравнений ионного произведения воды и водородного показателя.

Задача с использованием уравнения закона Вант-Гоффа:

Задача 5

Определите молярную массу неэлектролита, если в 5 л раствора содержится 2,5 г его. Осмотическое давление этого раствора при 20 ^оС равно 0,2310⁵ Па.

Дано:	Си	Решение
V = 5 л m = 2,5 г Росм = 0,23· 105 Па t = 20 oC	5 · 10–3 м3 2,5 · 10–3 кг Т = 273о + 20о293К R = 8,31 Дж/моль·к
 = ?

кгДж/молькК кгнмкм² кг

[] = --------------------- = ---------------- = -------

Н/м²м³ нмолькм³ моль

Ответ: молярная масса неэлектролита равна 52,9610^–3 кг/моль.

Задача 6

Решение задач с использованием второго закона Рауля.

Δt_кип. = к_эбл · С

Δt_зам. = к_кр · С

Пример:

Определите температуру кипения и замерзания раствора, состоящего из 1000 г воды и 100 г сахара.

Дано:

кэбл = 0,52о г/моль m = 100 г А = 1000 г ккр = 1,86 о	tокип. р-ра = tокип. р-ля + Δtкип. tокип. р-ра = 100о + tкип.
tкип = ? tзам = ?	tокип. = 100о + 0,15 = 100,15о Δtзам.р-ра = 0о – Δtзам.

t^о_кип. = 0^о – 0,58^о = – 0,58^о

Ответ: температура кипения раствора сахара 100,15^о, а температура замерзания того же раствора –0,58^о.

Задачи с использованием полного произведения воды [H⁺]·[OH^–] = 10^–14 и водородного показателя рН = –lg[H⁺].

Задача 7

Дано:

[OH–] = 1,38·10–6 г·ион/л	рН = –lg[H+]
рН = ?	Находим концентрацию ионов водорода из ионного произведения воды

[H⁺]·[OH^–] = 10^–14

рН = –lg7,25·10^–9 = –(lg7,25 + lg10^–9) = –(0,86 – 9) = 0,86 + 9 = 8,14

Ответ: рН = 8,14, значит среда щелочная.