Решение

Тепловой эффект реакции равен разности между суммой теплот образования конечных и суммой теплот образования начальных веществ. Так как стандартные теплоты образования относятся к 1 моль вещества, их умножают на соответствующие стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

Решение задачи начинаем с выписывания справочных данных:

( H₂ ) = 0,

(CO) = –110,53 кДж/моль ,

( CH₃OH_(ж) ) = –238,57 кДж/моль , тогда

= –238,57 – 2 х 0 - (–110,53) = –128,04 кДж.

Пример 2. Вычислите DН^о и DG^о (энергию Гиббса), DF^о (энергию Гельмгольца) для химической реакции:

2H₂+ CO = CH₃OH_(г).

Определите, в каком направлении пойдет реакция при стандартном давлении и 298 К.

Решение

Для расчета энергию Гиббса используем уравнение:

DG⁰₂₉₈ = DH⁰₂₉₈ - ТDS⁰₂₉₈ ,

где DH⁰₂₉₈ - тепловой эффект реакции при стандартных условиях и температуре Т=298 К.

DS⁰₂₉₈ - изменение энтропии реакции при стандартных условиях и температуре Т = 298 К.

где n_i - число молей i-го вещества, соответствующее стехиометрическому коэффициенту перед этим веществом в уравнении реакции.

Энергию Гельмгольца рассчитывают по уравнению:

DF⁰₂₉₈ = DG⁰₂₉₈ - DnRT,

где: Dn - изменение числа молей газообразных веществ в результате реакции.

По справочнику находим

( H₂ ) = 0 ,

(CO) = –110,53 кДж/моль ,

( CH₃OH_{( г)} ) = –201,00 кДж/моль , тогда

= –201,00 – 0 – (–110,53) = –90,47 кДж.

DS⁰₂₉₈ ( H₂ ) =130,52 Дж / моль х К

DS⁰₂₉₈ (CO) = 197,15 Дж / моль х К

DS⁰₂₉₈ ( CH₃OH_{( г)} Дж / моль х К

= 239,76 – 2 ´ 130,52 – 197,15 = –218,43 Дж/К.

DG⁰₂₉₈ = –90470 – 298´ (–218,43) = –25377,86 Дж.

(Dn =1–2–1= –2)

DF⁰₂₉₈ = –25377,86 – (–2) ´298´8,314 = –20422,66 Дж.

DG⁰₂₉₈ < 0 и DF⁰₂₉₈ < 0, следовательно реакция протекает в прямом направлении.

Задание 4 ОБЩИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Общие методические указания.

Домашнее задание. При выполнении заданий необходимо знать:

1) что называется растворами;

2 ) классификацию растворов;

3) способы выражения концентрации растворов;

4) чем отличаются сильные электролиты от слабых?

5) что означает и как называется показатель рН?

6) что такое активность и ионная сила сильных электролитов?

7) что такое произведение растворимости?

Решите следующие задачи:

1. Определить массовую долю (в %) серной кислоты в растворе, приготовленном из 2,5 моль серной кислоты и 14 моль воды.

2. Найти объём (мл) 30%-й хлорводородной кислоты (плотность 1,15 г/ см³), необходимый для приготовления 500 мл раствора с концентрацией разведённого вещества 1 моль/л.

3. После упаривания 2 л 6,2%-го раствора гидроксида калия (плотность 1,055 г/ см³) масса раствора уменьшилась на 650 г. Определить массовую долю (в %) соли в растворе после упаривания.

4. В 1 л воды растворили 54 г глюкозы. Рассчитайте как изменится : а) давление насыщенного пара над раствором ( р0 =100 кПа); б) изменение температуры кипения и температуры замерзания раствора, осмотическое давление раствора при 298 К, учитывая, что 1 Дж/л = 1 кПа.

5. Смешали 0,2 л 18%-го раствора азотной кислоты (плотность 1,1г/мл) и 180 г 45%-го раствора этой же кислоты. Определить массовую долю (в %) азотной кислоты в конечном растворе.

6. Из 280 г 25%-го раствора некоторой соли выделилось при охлаждении 32,9 г осадка. Определить массовую долю (в %) соли в оставшемся растворе.

7. Рассчитайте ионную силу раствора, содержащего 0,01 моль/ дм³ СаCI₂ и 0,01 моль/ дм³ КCI. Определите активность ионов К⁺, Са²⁺ и CI^- в этом растворе.

8. Определите концентрацию ионов ОН^- в 0,01 М NH ₄ ОН . Рассчитайте рН этого раствора при 295 К.

9. К 400 г 15,2%-го раствора соляной кислоты добавили 350 г раствора, содержащего 0,8 моль того же вещества. Определить конечную массовую долю растворенного вещества (в %).

10. Определить объем воды, который надо добавить к 361,1 мл 12%-го раствора нитрата серебра (плотность 1,108 г/ см³), чтобы приготовить 5%-ный раствор.

11. В воде массой 100 г при температуре 10ºС растворяется соль массой 5 г, а при температуре 60ºС — массой 8 г. Рассчитайте массу соли, которая выпадает в осадок, если раствор соли массой 200 г, насыщенный при температуре 60ºС , охладить до 10ºС .(Ответ: 5,56 г)

12. Определите степень гидролиза 0,001 н раствора соли CH₃COOK и pH этого раствора, если константа диссоциации уксусной кислоты равна 1,754∙10^-5. Ответ: β=0,755∙10^-3, pH=7,9

13.Вычислите: а) процентную (С%); б) молярную (С_м); нормальную или эквивалентную (С_н) концентрации раствора H₃PO₄, полученного при растворении 18 г кислоты в 282 мл воды. Если плотность его 1,031г/ см³. Чему равен титр Т этого раствора? Ответ: С%=6%, С_м=0,63 моль/л, С_н=1,89 г-экв/л, Т=0,06186 г/ см³

14. Рассчитайте рН раствора, содержащего 0,01 моль / дм³ HNO₃

и 0,01 моль / дм³ СаCI_{2 .}

15. 14.Вычислите массу SO₃, которую надо добавить к 120 мл 30%-го раствора H₂SO₄ (ρ=1,2 г/ см³ ),чтобы получить 40%-й раствор H₂SO₄ в воде. Ответ: 17,5 г.

16.Вычислите массы 40%-го и 20%-го растворов HCl, которые нобходимы для приготовления 200 г раствора с массовой долей HСl 25%. Ответ: 50 г 40%-го раствора и 150 г 25%-го раствора.

17.Содержание сульфата железа (ІІ) в растворе (ρ=1,122 г/см³) составляет 12 мас. долей,%. Вычислите молярную и нормальную концентрацию сульфата железа (ІІ) в растворе. (Ответ: 0,886 моль/ дм³; 1,772 г-экв/ дм³)

18.Растворимость Ag₃PO₄ в воде при 20ºС равна 0,0065 дм/ см³. Рассчитайте величину произведения растворимости. (Ответ: 1,77·10^-18)

19.Произведение растворимости MgS при t=25ºС равно 2,0·10^-15. Образуется ли осадок сульфида магния при смешивании равных объемов 0,004 н раствора нитрата магния и 0,0006н раствора сульфида натрия. Степени диссоциации этих электролитов приняты за 1.

20. Вычислите число ионов в растворе, содержащем 3,42 г сульфата алюминия. Ответ: 3∙10²²

21. Рассчитать константу гидролиза хлорида аммония NH₄Cl, если константа диссоциации NH₄OH равна 1,77∙10^-5. Ответ: 5,65∙10^-10

22.Определите водородный показатель рН водного раствора гидро-ксида калия, содержащего 4,2∙10^-3 моль/ дм³ КОН. Степень диссоциации равна 1. Ответ: рН=11,62

23. Вычислите нормальность, молярность10%-го раствора CuSO₄, плот-ность которого ρ=1107 кг/м³. (Ответ: С_м=0,693 моль/ дм³, С_н=1,386 г-экв/ )

24.Сколько литров 30%-го раствора HNO₃ ( ρ=1180 кг/м³) требуется для приготовления 20 л 0,5М раствора этой кислоты. (Ответ: 1,78 л 30%-го раствора HNO₃)

25. К 100 г 10%-го раствора хлорида кальция добавили 100 г 10%-го раствора нитрата серебра (I). Определить массу (г) полученного осадка.

Примеры выполнения задания

Пример 1. Сколько граммов 30 % (по массе) раствора NaCl надо добавить к 300 г воды, чтобы получить 10 % раствор соли? (ответ: 150 г).

Дано	Решение
w1(NaCl) = 30 %	Массовая доля (w) – отношение количества граммов растворенного вещества к массе раствора.
w2(NaCl) = 10 %
m¢(H2O) = 300 г
m1(NaCl) =?

m₂(р-ра) = m₁(р-ра) + m¢(H₂O) = m + 300

30m = 10m + 3000

20m = 3000

m = 150.

ответ: чтобы получить 10 % раствор соли, необходимо взять 150 г 30 % раствора NaCl.

Пример 3. Вычислите молярную, нормальную и моляльную концентрации 16 %-го раствора хлорида алюминия плотностью 1,149 г/см³. Объем раствора 4 л.

Дано	Решение
w(AlСl3) = 16 %	Массовая доля (w) AlСl3 – отношение количества граммов растворенного вещества к массе раствора. Поэтому расчет навески AlСl3 можно проводить по следующей формуле:
r(р-ра) = 1,149 г/см3
Cм (AlСl3) =?
Cн (AlСl3) =?
Cm(AlСl3) = ?

, m(р-ра)= V(р-ра) ´ r(р-ра) Þ

.

1. Молярная концентрация – число молей растворенного вещества в 1 л раствора:

.

2. Нормальная концентрация – число эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора

m ( AlCl₃ )

С N = ^{___________________}

1/3 М( AlCl₃ ) х V ( р-ра)

3. Моляльная концентрация – показывает, сколько молей растворенного вещества содержится в 1 килограмме растворителя.

Массу AlСl₃ в 1000 г воды (растворителя) находим из соотношения:

(100 – 16) г Н2О	–	16 г AlСl3
1000 г Н2О	–	m г AlСl3

Þ .

, [моль/1 кг Н₂О]

.

Пример 4. Раствор содержащий 0,512 г неэлектролита в 100 г бензола, кри­сталлизуется при 5,296 °С. Температура кристаллизации бензола 5,5 °С. Криоскопическая константа 5,1°. Вычислите мольную массу рас­творенного вещества.

Дано	Решение
m(X) = 0,512 г	Согласно 2 закону Рауля понижение температуры кристаллизации раствора (Dt) по сравнению с температу­рами кристаллизации выражаются уравнением ,
m(C6H6) = 100 г
t(р-р) = 5,296 °С
t(C6H6) = 5,5 °С
K = 5,1 °
M(X) =?

где K – криоскопическая постоянная.

m и М – соответственно масса растворенного вещества и его мольная масса; m₁ – масса растворителя.

Dt = t(C₆H₆) – t(р-р)

Ответ: мольная масса рас­творенного вещества .

Пример 5. Рассчитайте степень гидролиза и значение рН в 0,1 М растворе ацетата натрия, .

Дано	Решение
	CH3COONa + H2O Û CH3COOH + NaOH CH3COO– + H2O Û CH3COOH + OH– 1. Константа гидролиза соли: .
h = ?
pH = ?

2. Степень гидролиза соли:

или 0,00758 %.

3. Молярная концентрация гидроксид-ионов:

4. Водородный показатель:

pH = 14 + lg[ОН^–] = 14 + lg7,58´10^–6 = 8,88

Ответ: степень гидролиза h = 0,00758 %, pH = 8,88.

Пример 6. Образуется ли осадок хлорида свинца, если смешать равные объемы растворов соляной кислоты с концентрацией 0,02 моль/дм³ и нитрата свинца с молярной концентрацией 0,01 моль/дм³?