ИДЗ / 0421_ИДЗ_Токарев

3. Основы химической термодинамики и химического равновесия

3.13.

а) Пользуясь справочными данными, рассчитать ∆H⁰_f298 реакции:

2 NH_{3 (г)} + 3 Cl_{2 (г)} = N_{2 (г)} + 6 HCl _(г),

если получено 15 л N₂ при Т = 298 К и стандартном состоянии компонентов

реакции.

б) Определить направление протекания данной реакции при Т = 790 К (при-

нять ∆с_р = const).

Решение:

А)

1)Согласно следствиям из закона Гесса:

∆H⁰_f298 = (6∙∆H⁰_f298HCl + ∆H⁰_f298N2) – (2∙∆H⁰_f298NH3 + 3∙∆H⁰_f298Cl2)

2)В полученное выражение подставим табличные данные стандартных энтальпий из приложения 2 методички:

∆H⁰_f298 = (6∙(-92,3) + 0) – (2∙(-46,2) + 3∙0) = -553,8 + 92,4 = -461,4 кДж

3) Найдем объем 1 моль N₂ при стандартной температуре:

22,4/273 = V₂/298 ; V₂ = (22,4∙298)/273 = 24,45 л

4) Используем пропорцию:

24,45 л N₂ – 461,4 кДж

15 л N₂ – x кДж,

x = (15*461,4)/24,45 = 283 кДж

Б)

1) Направление протекания реакции определяется по величине стандартного изменения свободной энергии Гиббса(∆G⁰₇₉₀):

∆G⁰₇₉₀ = ∆H⁰₇₉₀ - 790∙∆S⁰₇₉₀,

или: ∆G⁰₇₉₀ = ∆H⁰₂₉₈ +∆c⁰_p∙(790-298) - 790∙(∆S⁰₇₉₀ + ∆c⁰_p∙ln(790/298))

2) Используя табличные данные из приложения 2 методички, определим ∆c⁰_p и ∆S⁰₂₉₈:

∆S⁰₂₉₈ = (6∙S⁰_298HCl + S⁰_298N2) – (2∙S⁰_298NH3 + 3∙S⁰_298Cl2) = (6∙186,7 + 191,5) – (2∙192,5 + 3∙223) = 1311,7 – 1054 = 257,7 Дж/К = 0,2577 кДж/К

∆c⁰_p = (6∙с⁰_pHCl + c⁰_pN2) – (2∙c⁰_pNH3 + 3∙c⁰_pCl2) = (6∙29,2 + 29,1) – (2∙35,7 + 3∙38,8) =

204,3 – 187,8 = 16,5 Дж/К = 0,0165 кДж/К

3) Подставим найденные значения ∆H⁰₂₉₈, ∆S⁰₂₉₈ и ∆c⁰_p в выражение для ∆G⁰₇₉₀:

∆G⁰₇₉₀ = -461,4 + 0,0165∙492 - 790∙(0,2577 + 0,0165∙ln(790/298)) = -669,573 кДж

Отрицательное значение ∆G⁰₇₉₀ показывает, что реакция пойдет в прямом направлении.

Ответ: а)-283 кДж; б)Реакция пойдет в прямом направлении.

4. Кинетика химических реакций. Катализ

4.13.

Во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей при 298 К,

если ее энергию активации уменьшить на 4 кДж/моль?

Решение:

1)Из уравнения Аррениуса:

k₁ = A∙e^-Ea/RT

k₂ = A∙e^{(-Ea-4000)/RT}

2)Чтобы узнать, во сколько раз увеличится скорость реакции, разделим одну константу скорости на другую:

k₂/k₁ = e^{Ea/RT – (Ea-4000)/RT} = e^4000/RT

3)Подставим численные значения:

k₂/k₁ = 2,7^{4000/(8,31∙298)} = 4,975 ≈ 5

Ответ: в 5 раз.

5. Основы теории растворов

5.13.

Какой объем 5 М раствора К₂SO₄ надо взять для приготовления 2 л

0,5 н. раствора?

Решение:

1)Молярная масса K₂SO₄ составляет 174,26 г/моль, соответственно, масса 5 моль составит 174,26 ∙ 5 = 871,3 г.

2)Найдем массу эквивалента K₂SO₄:

m_Э(K₂SO₄) = 174,26/2 = 87,13 г/моль, соответственно, масса 0,5 экв. составит 43,57 г/моль.

3)Массу K₂SO₄ в 0,5 н. растворе находим из пропорции:

В 1000 мл 0,5 раствора содержится 43,57 г K₂SO₄

В 2000 мл 0,5 раствора содержится х г K₂SO₄

x = 43,57∙2000/1000 = 87,14 г K₂SO₄

3)Объем 5 М раствора, содержащего то же количество растворенного вещества, находим из пропорции:

в 1000 мл 5 М раствора содержится 871,3 г K₂SO₄

в х мл 5 М раствора содержится 87,14 г K₂SO₄

x = 87,14∙1000/871,3 = 100,01 ≈ 100 мл 5 М раствора.

Ответ: 100 мл.

7. Основы электрохимии. Коррозия металлов и методы защиты от нее

7.13.

а) Уравнять ионно-электронным методом окислительно-

восстановительную реакцию:

H₂S + SO₂ → S + H₂O

б) При электролизе водного раствора Ni(NO₃)₂, проводимом током 3 A, выделилось 35 г металла. В течение того же времени велся электролиз водного раствора ZnCl₂ током 2 A. Найти массу выделившегося цинка. Написать электродные процессы, протекающие при электролизе этих солей. Аноды растворимые.

Решение:

А)

1)Перепишем данное уравнение в ионной форме:

2H⁺ + S^2- + S⁴⁺ + 2O^2- → S⁰ + H₂O

2)Определим для окислителя его восстановленную форму:

S⁴⁺ → S⁰

3)Определим для восстановителя его окисленную форму:

S^2- → S⁰

4) Запишем ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции:

2S^2- - 4e^- → 2S⁰

S⁴⁺ + 4e^- → S⁰

2S^2- + S⁴⁺ → 3S⁰

5)Перенесем коэффициенты из ионного уравнения в молекулярное и уравняем ионы, не участвовавшие в окислительно-восстановительной схеме:

2H₂S + SO_­2 → 3S + 2H₂O

Б)

1) При электролизе водного раствора Ni(NO₃)₂ на электродах протекают следующие процессы:

На катоде: Ni²⁺ + 2e^- → Ni⁰

На аноде: Ni – 2e^- → Ni²⁺

2) При электролизе водного раствора ZnCl₂ на электродах протекают следующие процессы:

На катоде: Zn²⁺ + 2e^- → Zn⁰

На аноде: Zn – 2e^- → Zn²⁺

3)Масса выделившегося на катоде никеля определяется по формуле:

m_расч = (A_r ∙ I ∙ t)/(n ∙ F), где:

I – сила тока, проходящая через раствор, 3 А;

А_r – атомная масса никеля, 58,69 а.е.м;

t – время электролиза;

n – валентность металла, 2;

F – постоянная Фарадея, 26,8 А∙ч;

4) Отсюда время электролиза раствора никеля равно:

t = (m_расч∙ n ∙F)/(A_r ∙ I) = (35 ∙ 2 ∙ 26,8)/(58,69 ∙ 3) = 10,65 часов

5) Учитывая, что время электролиза никеля и цинка равно, найдем массу выделившегося цинка:

m_расч = (A_r ∙ I ∙ t)/(n ∙ F), где:

I – сила тока, проходящая через раствор, 2 А;

А_r – атомная масса никеля, 65,38 а.е.м;

t – время электролиза, 10,65 часов;

n – валентность металла, 2;

F – постоянная Фарадея, 26,8 А∙ч;

Таким образом, m_расч для цинка будет равна:

m_расч = (65,38 ∙ 2 ∙ 10,65)/(2 ∙ 26,8) = 25,98 ≈ 26 г.

Ответ: а) 2H₂S + SO_­2 → 3S + 2H₂O; б) 26 грамм.