152. Газообразный этиловый спирт с2н5он можно получить при взаимодействии газообразного этилена с2н4 и водяных паров. Напишите термохимическое уравнение реакции.

Решение:

C₂H_4(г) + H₂O_(г) = C₂H₅OH_(г)

По следствию из закона Гесса:

ΔH⁰_х.р. = ΣΔH⁰_прод∙n_i - Σ ΔH⁰_исх∙n_i

ΔH⁰_х.р. = ΔH⁰(C₂H₅OH_(г)) - [ΔH⁰(C₂H_4(г)) + ΔH⁰(H₂O_(г)) = -235,31 – (52,28 – 241,83) = - 46,06 кДж

Ответ: Термохимическое уравнение: C₂H_4(г) + H₂O_(г) = C₂H₅OH_(г); ΔH⁰= - 46,06кДж

160. Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе (запишите закон действующих масс)

2NO(г) + O₂ ↔ 2NO₂?

Ответ поясните, вычислив G⁰ и Кр прямой реакции.

Решение:

2NO(г) + O₂ ↔ 2NO₂

Для ответа на вопрос следует вычислить G⁰₂₉₈ или прямой реакции. Последнее выражение и есть ЗДМ. Зная, что значения G⁰_f для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, а значения G⁰_ƒ (в кДж/моль): для NO (86,6); NO₂ (51,5).

Рассчитываем G⁰_х.р.:

G⁰_х..р. = 2G⁰_ƒ,(NO₂)  2G⁰_ƒ, (NO) = 2∙51,5 - 2∙86,6 = -70,2 кДж = -70,2∙10³ Дж

После этого вычисляем константу равновесия:

∆G_T = -RTlnK.

lnK = 70,2·10³/(8,314∙298) = 27,9

K = 1,33∙10¹²

То, что G < 0, а Kр >> 1, указывает на возможность самопроизвольного протекания прямой реакции при T = 298 К и равенстве давлений взятых газов 1,01310⁵ Па (760 мм рт.ст. или 1 атм.). Самопроизвольно при этих условиях будет протекать прямая реакция, т.к. для нее G = -70,2∙10³ Дж, а К = 1,33∙10¹².

Ответ: -70,2∙10³ Дж, К = 1,33∙10¹²

173. При некоторой температуре равновесие в системе:

2NO₂ ↔ 2NO+O₂ установилось при следующих концентрациях (в моль/л): [NO₂] = 0,006, [NO] = 0,024, [O₂] = 0,012. Найдите константу равновесия реакции и исходную концентрацию NO₂. Как нужно изменить давление и температуру, чтобы сместить равновесие вправо?

Решение:

2NO₂ ↔ 2NO+O₂

[NO₂]_р = 0,006 моль/л

[NO]_р = 0,024 моль/л

[O₂]_р = 0,012 моль/л

К_р = ? [NO₂]_исх = ?

Количество образовавшегося NO равно количеству израсходованного NO₂ = 0,024 моль, тогда исходная концентрация NO₂равна: 0,006 + 0.024 = 0,03 моль/л.

[NO₂]_исх = [NO₂] + 2[O₂] = 0,006 + 2∙0,012 = 0,03 моль/л

Направление смещения равновесия определяется принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет эффект внешнего воздействия:

а) Данная реакция эндотермическая, поэтому повышение температуры смещает равновесие в сторону продуктов реакции, т.е. вправо.

б) В результате реакции происходит увеличение числа молей газообразных веществ, поэтому понижение давления смещает химическое равновесие в сторону увеличения числа частиц, т.е. вправо, а увеличение давления – влево.

Ответ: 0,03 моль/л, 0,192

189. Для реакции в растворе 2Fe³⁺ + Sn²⁺ = 2Fe²⁺ + Sn⁴⁺ получены следующие данные:

[Fe3+], моль/л-1	0,2	0,6	0,8	0,6	0,6
[Sn2+] моль/л-1	0,2	0,2	0,2	0,4	0,6
V, моль л-1 с-1	2	6	8	12	18

Может ли быть эта реакция простой? Выведите кинетическое уравнение скорости; найдите константу скорости, порядки реакции в целом и по компонентам.

Решение:

Из приведенных данных видно, что увеличение [Fe³⁺]₀ в 2 раза при неизменной концентрации [Sn²⁺]₀ приводит к увеличению скорости в 4 раза, следовательно, порядок по железу равен 2. Увеличение обеих концентраций в 2 раза приводит к увеличению скорости в 8 раз. Так как порядок по железу равен 2, такое изменение скорости соответствует первому порядку по олову. Тогда общий порядок равен 3. Кинетическое уравнение реакции:

υ = k[Fe³⁺]²·[Sn²⁺]

Ответ: Порядок по Fe³⁺ – 2, – по Sn²⁺ – 1, общий – 3

198. Разложение озона 2O₃ = 3O₂ характеризуется энергией активации 100 кДж/моль. Чему равна константа скорости этой реакции при 100⁰C, если при 0⁰ C она равна 2∙10^-2? Вычислите температурный коэффициент этой реакции.

Решение:

E_a = 100 кДж/моль

t₁ = 100⁰C

t₂ = 0 ⁰C

k₂ = 2∙10^-2

Записываем уравнение Аррениуса в общем виде для двух констант скоростей:

;

Для того чтобы избавиться от неизвестной величины предэкспоненциального множителя (А), делим большую константу скорости (k₂) на меньшую (k₁):

;

k₁ = 1,5∙10^-7

213. Во сколько раз надо увеличить концентрацию водорода, чтобы скорость реакции H₂(газ) + I₂(газ) = 2HI(газ) возросла в три раза?

Решение:

H_2(газ) + I_2(газ) = 2HI_(газ)

Скорость прямой реакции равна:

υ₁ = k∙[H₂]∙[I₂]

Зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных коэффициентам в уравнении реакций.

Обозначим концентрацию реагирующих веществ:

[H₂] = a, [I₂] = b. Согласно закону действия масс скорость

(ν) реакции до изменения объема будет равна:

υ = ka∙b.

После увеличения концентрации водорода в х раз: [H₂] = aх, [I₂]= b.

При этих концентрациях скорость (ν) реакции примет значение:

υ` = k(aх) (b) = хkab;

Откуда: ; Откуда х = 3.

Ответ: 3

228. Какие объемы 36 %-ного раствора НСl ( = 1,18 г/мл) и воды необходимо взять для приготовления 500 г 0,5 моляльного раствора?

Решение:

М(НСl) = 36,5 г/моль.

Моляльная концентрация – (моляльность) определяется отношением количества вещества, содержащегося в растворе, к массе растворителя.

= (моль/кг),

где m – масса вещества, содержащегося в растворе;

М – его молярная масса;

m₁ – масса растворителя. Отсюда: ;

Масса кислоты равна: 0,5∙36,5∙500/1000 = 9,125 г.

Находим объем 36 % раствора кислоты:

; V(H₃PO₄) = 9,125/1,18∙0,36 = 21,48 мл.

Объем воды равен: 500 – 21,48∙1,18 = 500 – 25,35 = 474,65 г (=474,65 мл, т.к. плотность воды равна 1 г/мл).

(проверка: количество кислоты равно: 9,125/36,5 = 0,25 моль;

C_m (HNO₃) = = 0,5 моль/кг Н₂О.

Ответ: 474,65 мл