Индивидуальные задания по физической химии

Построим графики следующих зависимостей (рис. 1–4):

1)РN2O5 = f(t);

2)ln РN2O5 = f(t);

3)1/ РN2O5 = f(t);

4)1/ РN2 2O5 = f(t).

Используем следующие данные:

Рис. 1. Зависимость РN2O5 = f(t)

41

Рис. 2. Зависимость ln РN2O5 = f(t)

Линейная зависимость получается в координатах ln РN2O5 – t

(см. рис. 2), следовательно, данная реакция является реакцией первого порядка.

Рис. 3. Зависимость 1/ РN2O5 = f(t)

42

Рис. 4. Зависимость 1/ РN2 2O5 = f(t)

Пример 3.3. Рассчитайте энергию активации химической реакции, если константы скорости реакции при 273 и 280 К соответственно равны 4,04 10–5 и 7,72 10–5 с–1.

Решение. Зависимость константы скорости химической реакции от температуры описывается уравнением Аррениуса:

где Еа – энергия активации химической реакции; R – универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/(моль К).

Интегрируя уравнение Аррениуса в пределах от Т1 до Т2, получим:

где kT1 и kT2 – константы скорости химической реакции при температурах Т1 и Т2 соответственно.

43

Предельные эквивалентные электропроводности ионов в водных растворах и константы диссоциации слабых электролитов при 298 К приведены в прил. 2 и 3.

Задание 4.2. Определение ЭДС и других термодинамических характеристик гальванического элемента

Для реакции, протекающей обратимо в гальваническом элементе, дано уравнение зависимости ЭДС от температуры

(табл. 10).

При заданной температуре T вычислите ЭДС E0, изменение энергии Гиббса G0, изменение энтальпии H0, изменение энтропии S0, изменение энергии Гельмгольца А0 и теплоту Q, выделяющуюся или поглощающуюся в этом процессе. Расчет производите на 1 моль реагирующего вещества.

Пример 4.1. Удельное сопротивление 0,01 н. раствора KCl составляет 7,07 Ом м. Вычислите удельную и эквивалентную электрические проводимости.

Решение. Удельную электрическую проводимость æ вычисляем по уравнению

æ = 1/ .

Получим:

æ = 1/ 7,07 = 0,14 Ом–1 м–1.

Эквивалентную электрическую проводимость вычисляем по уравнению

47

49

49

Пример 4.2. Удельная электропроводность 0,135 н. раствора пропионовой кислоты C2H5COOH равна 4,79 10–2 Ом–1 м–1. Рассчитайте эквивалентную электропроводность раствора, константу диссоциации кислоты и pH раствора.

Решение. Запишем уравнение диссоциации пропионовой кислоты:

C2H5COOH ↔ C2H5COO– + H+.

Предельные эквивалентные электропроводности ионов H+ и C2H5COO–равны 349,8 и 35,8 Ом–1 см2 (моль-экв)–1 соответственно (прил. 2).

Определим эквивалентную электропроводность при бесконечном разведении ∞ как сумму предельных эквивалентных электропроводностей катиона и аниона:

∞ = + + – = 349,8 + 35,8 = 385,6 Ом–1 см2 (моль-экв)–1.

Рассчитаем эквивалентную электропроводность данного раствора:

= æ/(c 1000) = 4,79 10 2 Ом 1 м 1 м3 = 0,135моль-экв 1000

=3,55 10–4 Ом–1·(моль-экв)–1·м2 = 3,55 Ом–1·(моль-экв)–1·см2.

Отсюда степень диссоциации

= / ∞ = 3,55/385,6 = 0,0092.

Константу диссоциации кислоты рассчитаем в соответствии с законом разведения Оствальда:

Рассчитаем концентрацию ионов водорода и pH раствора:

[H+] = c = 0,0092·0,135 = 1,24 10–3 моль/л; pH = lg [H+] = 2,91.

50