2550

Т8-4. Увеличение скорости реакции под действием катализатора происходит в результате

а) уменьшения концентрации продуктов; б) увеличения температуры; в) уменьшения энергии активации;

г) увеличения концентрации реагентов.

Т8-5. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3. Скорость реакции при повышении температуры от 300 до 340 ºС увеличивается в ____ раз.

а) 9; б) 81; в) 27; г) 12.

Т8-6. При повышении давления в 2 раза скорость гомогенной элементарной химической реакции 2 NO + Cl2 = 2 NOCl увеличивается в ___ раза.

а) 6; б) 4; в) 2; г) 8.

Т8-7. Количественное влияние температуры на скорость химической реакции выражается уравнением

а) Ленгмюра; б) Клапейрона–Менделеева; в) Нернста; г) Аррениуса.

Т8-8. Для того чтобы скорость гомогенной элементарной реакции 2 NO + O2 = 2 NO2 не изменилась при уменьшении концентрации оксида азота (II) в 2 раза, необходимо концентрацию кислорода

а) оставить без изменения; б) увеличить в 2 раза; в) увеличить в 4 раза; г) уменьшить в 4 раза.

Т8-9. Если температурный коэффициент химической реакции равен 2, то при повышении температуры от 20 до 50 ºС скорость реакции

а) увеличивается в 6 раз; б) уменьшается в 4 раза; в) уменьшается в 2 раза; г) увеличивается в 8 раз.

111

Т8-10. Для реакции X + Y = Z при Cx=2 моль/дм3 и Cy=1 моль/дм3 скорость реакции равна 0,30 моль/дм3·ч. Вычислите константу скорости реакции:

а) 0,15; б) 0,4; в) 0,6; г) 0,4; д) 0,9.

Т8-11. Уравнение константы равновесия для реакции С(к) + СО2(г)  2СО(г) имеет вид

;

;

;

.

Т8-12. Для увеличения выхода метанола в системе СО(г)+ 2 Н2(г)  СН3ОН(г); Н < 0 необходимо

а) повысить температуру;

б) понизить концентрацию оксида углерода (II); в) повысить концентрацию водорода; г) понизить давление.

Т8-13. Если в колонне синтеза оксида серы (VI) при 600 0С установилось равновесие 2SO2(г) + O2(г)  2SO3(г), Н < 0, то при увеличении температуры давление в системе

а) уменьшается; б) не изменяется;

в) становится равным атмосферному; г) увеличивается.

Т8-14. В состоянии химического равновесия скорость прямой реакции _____ скорости обратной реакции.

а) больше; б) меньше;

112

в) не зависит от; г) равна.

Т8-15. Для экзотермического процесса синтеза аммиака одновременное понижение температуры и увеличение давления

_______ выход аммиака. а) увеличивает;

б) сначала увеличивает, а затем уменьшает; в) уменьшает; г) не влияет на.

Т8-16. Уравнения равновесных процессов, в которых изменение давления не вызывает смещения равновесия, имеют вид

а) CaO(т) + CO2(г)  CaCO3(т);

б) 2NO(г) + O2(г)  2NO2(г);

в) Fe3O4(т) + 4CO(г)  3Fe(т) + 4CO2(г); г) CO(г) + H2O(г)  CO2(г) + H2(г).

Т8-17. Константа равновесия ½Cu2S(к) + O2(г)  СuO(к) + ½SO2(г) равна величине К. Вычислите константу равновесия реакции

Cu2S(к) + 2O2(г)  2СuO(к) + SO2(г): а) К;

б) 2К;

в) К1/2;

г) К2; д) 2К2.

Т8-18. В системе установилось равновесие

2СО2  2СО + О2; ΔH = 563 кДж/моль. В какую сторону оно сместится при повышении температуры?

а) не сместится; б) вправо; в) влево; г) нет ответа.

Т8-19. В какую сторону сместится равновесие системы N2(г) + 3H2(г)  2NH3(г) при повышении давления?

а) не сместится;

б) в сторону N2 и H2;

в) в сторону NH3; г) нет ответа.

Т8-20. В какую сторону сместится равновесие реакции

N2(г) + 3H2(г)  2NH3(г) при увеличении концентрации водорода? а) вправо;

113

б) влево; в) не сместится;

г) нет ответа.

Т8-21. Если прямая реакция равновесной конденсированной системы протекает с выделением теплоты, то для смещения равновесия в сторону продуктов реакции, следует

а) повысить давление; б) понизить давление; в) понизить температуру; г) повысить температуру.

9. Общие свойства растворов

Раствор (истинный раствор) – это твёрдая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух и более компонентов. Размеры частиц, образующих растворы, равны размерам молекул или ионов и составляют 10-7 – 10-8 см.

Растворы состоят из растворённого вещества (или нескольких веществ) и растворителя (или нескольких растворителей). Если вещества имеют разное агрегатное состояние, то растворитель – это компонент, сохраняющий в растворе своё агрегатное состояние. Если агрегатное состояние всех веществ одинаково, то растворитель – это компонент, которого больше. Но в случае водных растворов растворитель всегда вода.

Способность веществ растворяться в том или ином растворителе называется растворимостью. Выделяют следующие типы растворов:

I. Растворы неэлектролитов – это растворы веществ, которые не проводят электрический ток.

II. Растворы электролитов – это растворы веществ, проводящих электрический ток.

Идеальный раствор - это раствор, при образовании которого объемный ΔV и тепловой ΔH эффекты равны нулю. Частицы такого раствора находятся на большом расстоянии и их взаимодействием можно пренебречь. К идеальным растворам приближаются

разбавленные растворы неэлектролитов. Они имеют 4 основных свойства: давление насыщенного пара растворителя над раствором; температура кипения и температура замерзания раствора и

114

осмотическое давление над раствором. Изменение этих свойств с составом раствора описывается соответствующими законами.

1. Давление насыщенного пара растворителя над раствором р всегда ниже, чем над чистым растворителем р0: р < р0.

Первый закон Рауля: относительное понижение давления насыщенного пара над раствором равно мольной доле растворённого вещества:

где p – давление насыщенного пара над раствором;

p0 – давление насыщенного пара над чистым растворителем;

N2 – мольная доля растворённого вещества; она равна отношению количества молей растворенного вещества n2 к сумме количества молей растворителя n1 и растворенного вещества n2:

2. Второй закон Рауля: повышение температуры кипения и понижение температуры замерзания растворов пропорциональны их концентрациям.

Температура кипения раствора – температура, при которой давление паров становится равным внешнему давлению – 101 кПа.

Температура кипения растворов Ткип.р-ра всегда выше, чем у чистого растворителя Ткип.р-ля. Изменение температуры кипения равно

Ткип = Ткип.р-ра – Ткип.р-ля .

Температура замерзания раствора – температура, при которой давление пара над раствором становится равным давлению пара над твёрдой фазой.

Температура замерзания растворов Тзам.р-ра всегда выше, чем у чистого растворителя Тзам.р-ля. Изменение температуры кипения равно

Тзам = Тзам.р-ра – Тзам.р-ля .

Согласно второму закону Рауля

115

Ткип = Кэ·Сm ;

Тзам = Ккр·Сm ,

где Сm – моляльная концентрация раствора; Кэ – эбулиоскопическая константа; Ккр – криоскопическая константа.

Для воды Кэ = 0,52 ºС·кг/моль; Ккр = 1,86 ºС·кг/моль.

По закону Рауля понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения раствора Т по сравнению с температурами кристаллизации и кипения растворителя выражается уравнение

Т K mв 1000 ,

M mр ля

где К – криоскопическая Ккр или эбуллиоскопическая Кэ константы; mв и М – соответственно масса растворенного вещества и его

молярная масса; mр-ля – масса растворителя.

3. Осмотическое давление над раствором. Осмос – это процесс самопроизвольного перехода растворителя в раствор через полунепроницаемую мембрану. Давление, которое нужно приложить к раствору, чтобы осмос прекратился, называется осмотическим давлением π..

Осмотическое давление равно тому давлению, которое оказывало бы растворимое вещество, если бы находясь в газообразном состоянии при той же температуре, занимало бы тот же объём, что и раствор (закон Вант-Гоффа):

где π – осмотическое давление, кПа;

R – универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/(моль·К); Т – температура раствора, К;

mв и М – масса и молярная масса растворенного вещества.

Основными свойства растворов электролитов являются удельная и эквивалентная электропроводности. Разбавленные

116

растворы электролитов описываются законами Рауля и Вант-Гоффа при введении в них изотонического коэффициента i:

Ткип = i·Кэ·Сm ; Тзам = i·Ккр·Сm ;

π = i·СМ·R·T .

Диссоциация электролита приводит к тому, что общее число частиц растворенного вещества (молекул и ионов) в растворе возрастает по сравнению с раствором неэлектролита той же концентрации. Изотонический коэффициент i учитывает это возрастание. Уравнения для вычисления свойств растворов электролитов запишутся следующим образом:

где π – осмотическое давление, кПа; V – объем раствора, м3;

i – изотонический коэффициент, связан со степенью диссоциации электролита α соотношением

где n - число ионов, на которые распадается при диссоциации молекула электролита.

Примеры решениятиповых задач

Пример 1. Вычислить температуры кристаллизации и кипения 2%-ного водного раствора глюкозы С6Н12О6.

Решение.

Согласно закону Рауля понижение температуры кристаллизации 2 %-ного раствора находим по формуле

117

Т 1,86 2 1000 0,21 С. 180 98

Вода кристаллизуется при 0 ºС, следовательно, температура кристаллизации раствора 0 – 0,21 = –0,21 ºС.

Согласно закону Рауля повышение температуры кипения 2%-ного раствора С6Н12О6 равно

Т 0,52 2 1000 0,06 С. 180 98

Вода кипит при 100 °С, следовательно, температура кипения этого раствора 100 + 0,06 = 100,06 °С.

Пример 2. Раствор, содержащий 1,22 г бензойной кислоты С6Н5СООН в 100 г сероуглерода, кипит при 46,529 °С. Температура кипения сероуглерода 46,3 °С. Вычислить эбулиоскопическую константу сероуглерода.

Решение. Повышение температуры кипения Т = 46,529 – 46,3 = 0,229 ºС. Молярная масса бензойной кислоты 122 г. Из формулы закона Рауля находим эбулиоскопическую константу:

Пример 3. Раствор, содержащий 11,04 г глицерина в 800 г воды, кристаллизуется при –0,279 °С. Вычислить молярную массу глицерина.

Решение. Температура кристаллизации чистой воды 0 °С следовательно, понижение температуры кристаллизации

Т = 0 – (–0,279) = 0,279 °С.

Масса глицерина, приходящаяся на 1000 г воды,

m 11,04 13,8 13,8 г. 800

118

Из уравнения закона Рауля находим молярную массу вещества по формуле

M Kкр mв

Т .

Тогда молярная масса глицерина равна:

М 1,86 13,8 92 г/моль. 1,279

Молярная масса глицерина 92 г/моль.

Пример 4. Сколько граммов сахара С12Н22О11 растворено в 1600 г воды, если раствор закипает при 100,104 °С?

Решение. Температура кипения воды 100 °С, следовательно, повышение температуры кипения Т = 100,104 – 100 = 0,104 °С. Молярная масса сахара 342 г/моль.

Из формулы закона Рауля находим количество сахара, растворенного в 1600 г воды:

mв 0,104 342 1600 109,44 г. 1000 0,52

Пример 5. Вычислить процентную концентрацию водного раствора мочевины (NH2)2CO, зная, что температура кристаллизации этого раствора равна –0,465 °С.

Решение. Температура кристаллизации чистой воды 0 °С,

следовательно, Т = 0 – (–0,465) = 0,465 °С.

Зная, что молярная масса мочевины 60 г/моль, находим массу растворенного вещества, приходящуюся на 1000 г воды, используя

Общий вес раствора, содержащего 15 г мочевины, составляет 1000 + 15 = 1015 г. Процентное содержание мочевины в данном растворе находим из пропорции

119

х = 1,48 %.

Пример 6. Вычислите температуру кипения раствора NaOH с массовой долей 0,2, если кажущаяся степень диссоциации NaOH в этом растворе равна 0,6.

Решение. NaOH относится к классу электролитов.

NaOH диссоциирует на два иона NaOH ↔ Na+ + ОН-. Следовательно, n = 2

Ткип = Ткип(Н2О) + Ткип = 100 + 5,2 = 105,2 °С.

Задачи для самостоятельного решения

9-1. Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в100 г бензола, кристаллизуется при 5,296 °С. Температура кристаллизации бензола 5,5 °С. Криоскопическая константа 5,1 ºС·кг/моль. Вычислите молярную массу растворенного вещества.

Ответ: 128 г/моль.

9-2. Вычислите процентную концентрацию водного раствора сахара С12Н22О11, зная, что температура кристаллизации раствора равна –0,93°С. Криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

Ответ: 14,6 %.

9-3. Вычислите температуру кристаллизации раствора мочевины (NH2)2CO, содержащего 5 г мочевины в 150 г воды. Криоскопическая константа воды 1,86 ºС·кг/моль.

Ответ: –1,03 ºС.

9-4. Раствор, содержащий 3,04 г камфоры С10Н16О в 100 г бензола, кипит при 80,714 °С. Температура кипения бензола 80,2 °С. Вычислите эбулиоскопическую константу бензола.

Ответ: 2,57.

9-5. Вычислите процентную концентрацию водного pacтвора глицерина С3Н5(ОН)3, зная, что этот раствор кипит при 100,39 ºС. Эбулиоскопическая константа воды 0,52 ºС·кг/моль.

120