Химия

при 8500С равна 1. Вычислить равновесные концентрации веществ, если исходные концентрации : СО 0=3 моль/л, Н2О 0=2 моль/л.

Решение Выражение константы равновесия данной реакции

К= СО2 р Н2 р / СО р Н2О р Пусть к моменту равновесия концентрация СО2 р= х моль/л. Согласно

уравнению реакции число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х) СО и Н2О расходуется для образования х молей СО2 и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех веществ:

СО2 р= Н2 р= х моль/л; СО р=(3-х) моль/л; Н2О р=(2-х) моль/л Тогда

1=х2 / (3-х)(2-х); х2=6-2х-3х+х2; 5х=6; х=1,2 моль/л.

Искомые равновесные концентрации: СО2 р=1,2 моль/л

Н2 р=1,2 моль/л

СО р=3-1,2=1,8 моль/л Н2О р=2-1,2=0,8 моль/л

4. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,8. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 20 до 750С ?

Решение

Отношение скоростей реакции при температурах 750(Vt+ t) и 200(Vt) равно

t = 75-20 =550; Vt+ t / Vt = 2,8 5,5 = 287

Скорость реакции увеличится в 287 раз.

Задачи

81. Во сколько раз изменится скорость химической реакции N2 (г)+ 3H2 (г) = 2NH3 (г), если: а) увеличить давление в 2 раза; б) увеличить концетрацию N2 в 3 раза; в) понизить температуру на 40 С ()

82.Во сколько раз надо увеличить концентрацию CO2 ,чтобы скорость реакции CO2 (г)+C(г) = 2CO (г) увеличилась в 4 раза

83.Во сколько раз надо увеличить давление, чтобы скорость реакции CaO

(т) +CO2 (г) = CaCO3 (г) увеличилась в 12 раз

84. При 1300 К константа равновесия реакции FeO (т) + CO (г)= Fe (т) + CO2 (г) равна 0,5. Вычислить равновесные концентрации CO и CO2, если исходные концентрации [CO]исх = 0,05 моль/л и [CO2]исх = 0. В какую сторону сместится равновесие при увеличении концентрации СО

85. При установлении равновесия: ZnO (т) + CO (г) = Zn (т) + CO2 (г) концентрация [СО]=1моль/л, [СО2]=1моль/л. Вычислите исходную концентрацию [СО]исх , если исходная концентрация [CO2]исх равна нулю.

86.При установлении равновесия N2 (г) + 3H2 (г) = 2NH3 (г) концентрация [N2] = 0.02 моль/л, [H2] = 7,2 моль/л и [NH3] = 0,8 моль/л. Вычислите исходную концентрацию азота и водорода, если начальная концентрация аммиака равна нулю. В какую сторону сместится равновесие при увеличении давления.

87.При установлении равновесия 2CO () + O2 () = 2CO2 () + 566,2 кДж концентрация [CO](г) = 2 моль/л, [О2](г) = 0,5 моль/л, и [CO2](г) = 2моль/л. Вычислите исходную концентрацию CO и O2 , если начальная концентрация CO2 равна нулю. В какую сторону сместится равновесие при повышении

температуры

88.При установлении равновесия Fe2O3 (т) + 3CO (г) = 2Fe (т) + 3CO2 (г) концентрация [CO] = 1моль/л и [CO2] = 2моль/л. Вычислите исходную концентрацию [СО]исх, если начальная концентрация CO2 равна нулю.

89.Вычислите исходную концентрацию водорода: ZnO(т) + H2 (г) =

= Zn(т) +H2O (г), если константа равновесия при некоторой температуре равна 0,5, а равновесная концентрация [H2O] = 0,6 моль/л. В какую сторону сместится равновесие при увеличении концентрации H2O

90. В какую сторону сместится равновесие: а) при понижении давления;

TiO2 (т) + 2C (т) + 2Cl2 (г) TiCl4 (г) + 2CO (г) + 32,7 кДж

IX. Растворы. Способы выражения содержания

растворенного вещества в растворе

Растворы - это гомогенные химические системы переменного состава, образованные двумя или несколькими веществами.

Состав раствора определяется количествами растворенного вещества и растворителя.

Существует несколько способов количественного выражения состава растворов в виде различных долей либо в виде различных концентраций растворенного вещества. Концентрацией раствора называется количество растворенного вещества, содержащееся в единице массы или объема раствора или растворителя.

Наиболее часто употребляемые в химии способы выражения содержания растворенного вещества в растворе следующие:

1) массовая доля - отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора

= (mв / mр-ра )100% (в долях или %);

2) мольная доля N - отношение количества растворенного вещества (в молях) к сумме количеств всех веществ, составляющих раствор:

N1=n1 / (n1+n2+n3+...) (в долях);

3) моляльность m - отношение количества растворенного вещества (в молях) к массе растворителя:

m=n / mр-ля (моль/кг р-ля);

4) молярность См или М - отношение количества растворенного вещества (в молях) к объему раствора:

См=n / V (моль/ л);

5) эквивалентная концентрация или нормальность Сн - отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объему раствора:

Сн=nэкв / V (экв/л или н)

6) титр (Т) - количество граммов растворенного вещества в 1см3 (мл) раствора

Т=mв / V(мл) (г/мл).

Первые три вида концентраций - массовые, вторые три вида - объемные. Пересчет массовых концентраций в объемные и наоборот можно произвести только зная плотность раствора.

Примеры решения задач

Пример 1. Вычислите: массовую, моляльную, молярную, нормальную концентрации, мольную долю, титр раствора Н3РО4, полученного при растворении 18г кислоты в 282 мл воды, если его плотность 1,031 г/см3.

Решение

Масса раствора 282+18=300г. Тогда массовая доля =mв / mp-pa=18 / 300 = 0,06 (6%).

Для нахождения моляльности сначала вычисляем количество растворенного вещества n=mв / М=18 / 98=0,184 моль. Тогда моляльность m=0,184 / 0,282=0,65

моль/кгН2О.

Для определения мольной доли кислоты сначала вычисляем количества растворенного вещества (n1) и растворителя (n2):

n1=18 / 98=0,184 моль n2=282 / 18=15,67 моль. Отсюда мольная доля N=0,184 / (0,184+15,67) =0,012.

При нахождении молярности используем уже найденное количество растворенного вещества n1=0,184 моль в 300г раствора. Определяем объем раствора V=300 / 1,031 = 290,98 мл = 0,291 л; следовательно, молярность СМ=0,184/0,291=0,63 моль/л.

Для вычисления нормальности сначала определяем эквивалент Н3РО4

Э=1 / (1 3) = 0,33 моль и находим число эквивалентов растворенного вещества в известном объеме раствора (0,291 л):

0,33 моль - 1экв

0,184 моль - х экв х=0,56 экв.

Отсюда нормальность Сн = 0,56 / 0,291 = 1,92 н.

Определяем титр раствора. Так как в 291 мл раствора содержится 18г кислоты, то

Т=18 / 291=0,0618 г/мл.

Пример 2. На нейтрализацию 50 см3 раствора кислоты израсходовано 25 см3 0,5 н. раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты

Решение Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных

количествах, то растворы равной нормальности реагируют в равных объемах. При разных нормальностях объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их нормальностям, т.е.:

V1 / V2 = Cн,2 / Cн,1, или V1Cн,1 = V2 Cн,2,

50 Cн,1 = 25 0,5, откуда Cн,1= 25 0,5/50=0,25 н.

Пример 3. К 1 л 10% - ного раствора KOH (плотность 1,092 г/см3) прибавили 0,5 л 5% -ного раствора KOH (плотность 1,045 г/см3). Объем смеси довели до 2 л. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.

Решение В 1 л 10%-го раствора содержится

1092 10/100 = 109,2 г KOH.

Масса 0,5 л 5% - ного раствора 1045 0,5 = 522,5 г. В этом растворе содержится

522,5 5/100 = 26,125 г KOH.

В общем объеме полученного раствора (2 л ) масса KOH составляет 109,2 + 26,125 = 135,325 г. Отсюда молярность этого раствора Cm = 135,325/(2 56,1) = 1,2 М, где 56,1 – молекулярный вес KOH.

Пример 4. Какой объем 96% - ной кислоты, плотность которой 1,84 г/см3 , потребуется для приготовления 3 л 0,4 н. раствора

Решение

Эквивалентная масса H2SO4 = М/2 = 98,08/2 = 49,04 г. Для приготовления 3 л 0,4 н. раствора требуется 49,04 0,4 3 = 58,848 г H2SO4. Масса 1 см3 96%- ной кислоты 1,84 г. В этом растворе содержится

1,84 96/100 = 1,766 г H2SO4

Следовательно, для приготовления 3 л 0,4 н. раствора надо взять 58,848 / 1,766 = 33,32 см3 этой кислоты.

Задачи

91.Сколько мл 60% -ного раствора азотной кислоты (плотность 1,367 г/см3)

иводы нужно для приготовления 1 л 10% -ного раствора азотной кислоты (плотность 1,054 г/см3).

92.Определить процентную концентрацию раствора, полученного при прибавлении 300 г воды к 250 г 15% -ного раствора едкого натра.

93.Вычислите молярную, нормальную, моляльную концентрацию и титр 20%-ного раствора хлорида натрия (плотность 1,148 г/см3).

94.Вычислите молярную и нормальную концентрацию раствора серной кислоты, в 200 мл которого содержится 9 г H2SO4.

95.До какого объема нужно довести раствор, содержащий 20 г NaOH, чтобы его концентрация была равна 0,2 М, 0,5 н.

96.Вычислите молярную, нормальную, моляльную концентрации 10%-ного раствора, азотной кислоты (плотность 1,056 г/см3).

97.Сколько мл 30%-ного раствора едкого кали (плотность 1,29 г/см3)

необходимо для приготовления 3 л 0,54 М раствора 98. Вычислите молярную, нормальную, моляльную концентрации и титр

раствора, содержащего 2 г глюкозы (C2H12O6) в 60 г воды (плотность 1,01 г/см3).

99.Для нейтрализации 20 мл 0,1 н. раствора кислоты потребовалось 6 мл раствора едкого натра. Определить нормальную концентрацию раствора едкого натра и его титр.

100.Определить нормальную концентрацию раствора, полученного при

смешении 800 мл 3,0 н раствора едкого кали и 1,2 л 12% -ного раствора едкого кали (плотность 1,10 г/см3).

Х. Свойства разбавленных растворов неэлектролитов

Неэлектролиты - это вещества, растворение которых не сопровождается распадом на ионы.

Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом свойств, количественное выражение которых зависит только от числа находящихся в растворе частиц растворенного вещества.

1. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества (закон Рауля).

(р0-р1 )/ р0=N2=n2 / (n1+n2), p1 = p0N1,

где р0- давление насыщенного пара над чистым растворителем; р1- парциальное давление насыщенного пара растворителя над раствором; n1- количество растворителя (в молях);

n2- количество растворенного вещества (в молях); N1- мольная доля растворителя;

N2- мольная доля растворенного вещества.

2. Повышение температуры кипения и понижение температуры кристаллизации раствора пропорциональны его моляльной концентрации.

Примеры решения задач

Пример 1. Вычислить температуры кристаллизации и кипения 2%- ного раствора глюкозы C6H12O6.

0,098

Вода кипит при 100 С, следовательно, температура кипения раствора 100 + + 0,06 = 100,06 С; вода кристаллизуется при 0 С, следовательно, температура кристаллизации раствора 0 - 0,21 = - 0,21 С.

Пример 2. Раствор, содержащей 11,04 г глицерина в 800 г воды, кристаллизуется при – 0,279 С. Вычислить молярную массу глицерина.

Решение Температура кристаллизации чистой воды 0 С. Значит, понижение

(М – молярная масса глицерина).

Отсюда M = (186 11,04) / (0,279 0,8) = 92 г/ моль.

Пример 3.Осмотическое давление раствора, в 250 мл которого содержится 3 г сахара, при 12 С равно 83,14 кПа. Определите относительную молекулярную массу сахара.

Решение

По закону Вант-Гоффа Росмт. = СМRT. Молярность раствора (см. тему IX) равна:

СМ = n/V (моль/л).

Тогда Росмт. = (n/V) RT = [(3/M) / 0.25] 8,314 (273 + 12) = 83,14 (M – молярная масса сахара).

83,14 0,25

относительная молекулярная масса сахара равна 342.

Пример 4. Давление насыщенного пара воды при 100 С равно 101,325 кПа. Определить давление пара воды над 10%-ным раствором глицерина.

Решение Из закона Рауля следует, что давление насыщенного пара растворителя над

раствором пропорционально мольной доле растворителя:

p1 = p0 N1

Мольная доля (см. тему IX) растворителя равна

N1 = n1 / (n1 + n2).

900/18

Тогда p1 = 101,325 = 100,74 кПа

900/18 + 100/342 (342 – молярная масса глицерина, 18 – молярная масса воды).

Задачи

101.Определить температуру замерзания раствора, полученного при раство-

рении 300 г сахара (C12H22O11) в 1500 г воды Криоскопическая постоянная воды равна 1,86 град.

102.Давление насыщенного пара воды при 100 С равно 101,325 кПа (760

ммрт.ст.). Определить давление пара воды над 4%-ным раствором мочевины CO(NH2)2 при этой температуре.

103.Вычислить осмотическое давление при 0 С раствора, содержащего 3,72

ганилина C6H5NH2 в 1л раствора.

104.Вычислить, сколько глицерина C3H5 (OH)3 нужно растворить в 200 г

воды, чтобы раствор замерзал при -5 С. Криоскопическая постоянная воды 1,86 град.

105.Раствор, содержащий 2,05 г растворенного вещества в 650 г воды, замерзает при –0,93 С. Вычислить относительную молекулярную массу растворенного вещества. Криоскопическая постоянная воды 1,86 град.

106.Вычислить температуру замерзания водного 30%-ного раствора C2H5OH. Криоскопическая постоянная воды 1,86 град.

107.Определить температуру кипения раствора, содержащего 3,46 г

мочевины CO(NH2)2 в 100 г воды. Эбуллиосопическая постоянная воды равна

0,52 град.

108.Вычислить, при какой температуре замерзает водный 35%-ный раствор

глицерина C3H5 (OH)3 Криоскопическая постоянная воды 1,86 град.

109. Осмотическое давление раствора, содержащего 0,4 г растворенного вещества в 660 мл раствора, при 27 С равно 24,91 кПа. Вычислите относительную молекулярную массу растворенного вещества.

110. Осмотическое давление раствора, содержащего 3 г сахара в 250 мл раствора, равно 83,08 кПа при 12 С. Определите относительную молекулярную массу сахара.

XI. Электролитическая диссоциация. Ионное произведение воды.

Водородный показатель

По способности проводить электрический ток в растворе или расплаве вещества делятся на электролиты и неэлектролиты. Электропроводность растворов и расплавов объясняется процессом распада электролитов на ионы, который называется электролитической диссоциацией.

В водных растворах одни электролиты полностью распадаются на ионы, другие - частично, т.е. часть молекул электролита остается в растворе в недиссоциированном виде.

Число , показывающее, какая часть молекул растворенного вещества распалось на ионы, называется степенью электролитической диссоциации:

Степень диссоциации зависит от природы растворяемого вещества и растворителя, температуры (с ее ростом , как правило, увеличивается), концентрации раствора (при разбавлении раствора возрастает).

В зависимости от степени диссоциации электролиты делятся на сильные (30 % при концентрации раствора 0,1 моль/л) и слабые (3 % при концентрации 0,1 моль/л).

К сильным электролитам относятся:

-почти все соли;

-из важнейших кислот: HCl, HBr, HJ, H2SO4, HNO3, HClO4;

-щелочи - гидроксиды металлов IА и IIА групп, кроме Mg и Be. Слабые электролиты и электролиты средней силы:

-почти все органические вещества;

-из кислот: H2CO3, H2S, HCN, H2SiO3, H3PO4, H2SO3, H2C2O4;

-гидроксиды, кроме щелочей, а также NH4OH;

-многие бинарные соединения (Н2О, оксиды и др.).

Врастворах слабых электролитов устанавливается равновесие между недиссоциированными молекулами и ионами, например:

СН3СООН ↔ Н+ + СН3СОО-, к которому применим закон действия масс, и можно определить константу

равновесия, называемую в таких случаях константой диссоциации:

недиссоциированных молекул воды [ 2О] практически равна общей концентрации воды, т.е. 1000/18=55,55 моль/л, и выражение для константы диссоции воды можно преобразовать:

[H+] [OH-]=K[H2O] =KH2O

KН2О- постоянная при данной температуре величина, называется ионным произведением воды; она зависит только от температуры.

В чистой воде при 25 С [Н+]=[ОН-]=10-7 моль/л, следовательно, КН2О=10-14.

Эта величина справедлива и для разбавленных водных растворов. Концентрации [H+] и [ОН-] взаимосвязаны: чем больше одна величина,

тем меньше другая, и наоборот. Но их произведение при данной температуре

обратными десятичными логарифмами; эти величины обозначаются символами

Примеры решения задач

Пример 1. Вычислить степень диссоциации и концентрацию ионов водорода в 0,1 М растворе HClO .

[Н+]= См=7 10-4 0,1=7 10-5 моль/л.

Пример 2. При какой массовой доле муравьиной кислоты в растворе

(плотность 1 г/мл) ? Константа диссоциации кислоты при 25 С равна 1,8

10-4.

Решение

lg[H+]=2, отсюда [H+]=10-2 моль/л. Находим молярность раствора.

Пример 3. [OH-]=10-3 моль/л. Вычислить . Решение

lg[H+] [OH-][H+]=10-14,

следовательно, [H+]=10-14/[OH-]=10-14/10-3=10-11 моль/л; lg 10-11=11.