Химия. Сборник задач и упражнений. Учебно-методическое пособие

Задание 3. Расчет равновесных концентраций и константы химического равновесия

1. Константа равновесия гетерогенной реакции

FeO(т) + CO(г) = Fe(т) + CO2(г)

равна 0,5. Вычислите равновесные концентрации СО и СО2, если их начальные концентрации равны соответственно 0,05 и 0,01 моль/л?

2. Константа равновесия Kp реакции

N2O4(г) = 2 NO2(г) равна 1,27.

Вычислите концентрации N2O4 и NO2 в равновесной смеси, если суммарная равновесная концентрация, т. е. [N2O4] + [NO2], равна 1 моль/л?

3. Константа равновесия реакции H2(г) + I2(г) = 2 HI(г) равна 4. Рассчитайте равновесные концентрации всех веществ, если исходные концентрации H2, I2 и HI равны соответственно 0,03; 0,012 и 0 моль/л.

4. Были смешаны 1 моль/л СО и 0,5 моль/л Cl2, при этом с0(СОCl2) = 0 моль/л. К моменту достижения равновесия образовалось 0,2 моль/л COCl2. Вычислите константу равновесия реакции

СО + Cl2 = COCl2. 5. Константа равновесия реакции

SO2Cl2 = SO2 + Cl2

равна 2,9·10–2. Вычислите равновесные концентрации всех веществ, если начальная концентрация SO2Cl2 была равна 0,5 моль/л, а начальные концентрации SO2 и Cl2 равны нулю.

6. Вычислите равновесные концентрации Н2 и Cl2 в реакции

H2(г) + Cl2(г) = 2 HCl(г),

если их начальные концентрации составляли по 0,08 моль/л, а равновесная концентрация [НС1] = 0,074 моль/л. Вычислите константу равновесия.

7. Константа равновесия реакции

PCl3(г) + Cl2(г) = PCl5(г) равна 1.

31

Вычислите равновесные концентрации PCl3, Cl2 и PCl5, если начальные концентрации PСl3, и Cl2 были равны по 2,5 моль/л, а c0(РCl5) = = 0 моль/л?

8. Вычислите константу равновесия реакции СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г),

если начальные концентрации (моль/л) веществ были равны c0(СO) = = 0,01, c0 (H2O) = 0,02, c0(H2) = 0,01 и c0(CO2) = 0,01. Равновесная кон-

центрация СО равна 0,007 моль/л.

9. В исходной смеси содержалось (моль/л) c0(H2) = 0,30, c0(N2) = = 0,20 и c0 (NH3) = 0. Равновесие наступило, когда c(H2) уменьшилась на 0,24 моль/л. Рассчитайте константу равновесия реакции

N2(г) + 3 H2(г) = 2 NH3(г). 10. Константа равновесия реакции

C2H4(г) + H2(г) = C2H6(г)

равна 1,25. Рассчитайте равновесные концентрации C2H4, H2 и C2H6, если начальные концентрации C2H4 и H2 были равны 1 и 2 моль/л соответственно, при этом c0(С2H6) = 0 моль/л?

11. Вычислите равновесные концентрации веществ в обратимой реакции

H2(г) + I2(г) = 2 HI(г),

если начальные концентрации водорода и йода составляли 1,2 и 0,8 моль/л соответственно, и известно, что в реакцию вступило 50 % водорода. Вычислите константу равновесия.

12. Константа равновесия реакции

C2H5OH + CH3COOH = CH3COOC2H5 + H2O

равна 3/8. Сколько моль эфира образуется, если смешать 1 моль/л спирта и 2 моль/л кислоты (начальные концентрации эфира и воды равны нулю)?

13. Вычислите константу равновесия реакции

2 SО2(г) + O2(г) = 2 SО3(г),

32

если начальные концентрации SО2 и O2 были равны 0,08 и 0,06 моль/л соответственно и c0(SO3) = 0 моль/л. К моменту наступления равновесия концентрация SО2 была равна 0,016 моль/л.

14. Химическое равновесие гомогенной реакции А(г) + В(г) = 2 С(г)

установилось при следующих концентрациях (в моль/л) [A] = 0,08; [B] = 0,02 и [C] = 0,40. Концентрацию вещества В увеличили до 0,22 моль/л. Каковы концентрации веществ А, В и С после установления нового равновесия?

15. При протекании реакции N2 + 3 H2 = 2 NH3 в равновесии находятся 0,1 моль/л N2, 0,2 моль/л H2 и 0,8 моль/л NH3. Вычислите константу равновесия и рассчитайте исходные концентрации N2 и H2 при

c0 (NH3) = 0 моль/л.

16. Начальные концентрации веществ в реакции

N2(г) + O2(г) = 2 NO(г)

составляли: c0(N2) = 0,6; c0(O2) = 1,2 и c0(NO) = 0 моль/л, а равновесная концентрация [NO] = 0,5 моль/л. Вычислите равновесные концентрации N2 и О2 и константу равновесия данной реакции.

17. При общем давлении 101 кПа протекает реакция

C(т) + CO2(г) = 2 CO(г).

Константа равновесия равна 1,862. Вычислите парциальные давления газов при равновесии.

18. Химическое равновесие гомогенной реакции 2 А(г) = В(г) + С(г)

0,2 моль/л. Рассчитайте концентрации веществ А, В и С после вновь установившегося равновесия.

19. При протекании реакции А(г) + 2 В(г) = С(г) в равновесии находятся 0,06 моль/л вещества А, 0,12 моль/л В и 0,0216 моль/л С. Вычислите константу равновесия и рассчитайте исходные концентрации А и

В, если c0(С) = 0 моль/л.

20. Константа равновесия реакции А2(г) + В2(г) = 2 АВ(г) равна 50. Рассчитайте равновесные концентрации всех веществ, если исходные концентрации А2 и В2 равны по 0,01 моль/л, а c0(АВ) = 0 моль/л.

21. При протекании реакции

C2H2(г) + 2 H2(г) = C2H6(г)

33

в равновесии находятся 0,22 моль/л C2H2, 0,11 моль/л H2 и 1,22 моль/л C2H6. Рассчитайте константу равновесия и исходные концентра-

ции C2H2 и H2.

22. Вычислите константу равновесия реакции

2 SО(г) + O2(г) = 2 SО2(г),

если начальные концентрации SО и O2 были равны 0,08 и 0,06 моль/л соответственно, а c0 (SO2) = 0 моль/л. К моменту наступления равновесия концентрация SО2 стала равной 0,016 моль/л.

23. Константа равновесия реакции СО(г) + Н2О(г) = СО2(г) + Н2(г)

равна 1,42. Вычислите равновесные концентрации всех веществ, если начальные концентрации каждого вещества были равны 1 моль/л?

24. Рассчитайте содержание H2 и H2O (в ) в газовой смеси, если константа равновесия реакции

NiO(т) + H2(г) = Ni(т) + H2O(г)

равна 0,32.

25. Вычислите равновесные концентрации Н2 и Br2 в реакции Н2(г) + Br2(г) = 2 НBr(г),

если начальные концентрации H2 и Br2 составляли 0,7 и 1,6 моль/л соответственно, с0 (HBr) = 0 моль/л, а равновесная концентрация [НBr] = = 0,8 моль/л. Вычислите константу равновесия.

26. Оксид углерода(II) и хлор были помещены в закрытый сосуд при постоянной температуре. Начальные концентрации реагентов равны по 2 моль/л. Константа равновесия реакции СО + Cl2 = COCl2 равна 25. Вычислите равновесные концентрации всех веществ.

27. Начальные концентрации веществ (моль/л) в реакции РС13 + С12 = РС15

составляют: c0(PCl3) = 0,25; c0(Cl2) = 0,44 и c0(PCl5) = 0, а равновесная концентрация [РС15] = 0,22 моль/л. Вычислите равновесные концентрации [РС13] и [С12] и константу равновесия.

34

28.При нагревании газовой смеси диоксида углерода и водорода

взакрытом сосуде емкостью 1 л устанавливается равновесие в реакции

СО2 + Н2 = СО + Н2О.

Константа равновесия при некоторой температуре равна 1. Сколько процентов СО2 превратится в СО, если смешать 1 моль СО2 и 2 мо-

ля Н2 при c0(СО) = c0(H2О) = 0 моль/л (Т = const)? 29. В обратимой газофазной реакции

2 СО + О2 = 2СО2

начальные концентрации веществ СО и О2 равны 3 и 5 моль/л соответственно, а c0 (СО2) = 0 моль/л. Константа равновесия равна 2,2. Рассчитайте равновесные концентрации всех веществ.

30. Равновесие в реакции

СО(г) + Cl2(г) = COCl2(г)

установилось при концентрациях (моль/л) [СО] = 0,15; [С12] = 0,08; [СОС12] = 0,3. Вычислите равновесные концентрации веществ после увеличения концентрации Cl2 до 0,1 моль/л.

35

Тема 6

РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Способы выражения концентрации растворов

Задание 1. Вещество массой m растворено в объеме V мл воды. В результате получился раствор с плотностью . Рассчитайте титр Т,

массовую долю , молярную концентрацию с, молярную концентрацию эквивалентов сэкв и моляльность раствора сm (табл. 9).

Таблица 9

Задание 2. Приготовление растворов.

1. Сколько граммов NaOH содержится в 40 мл раствора с массовой долей растворенного вещества 32 % ( = 1,35 г/мл)?

2. Сколько литров 4,2 %-го раствора NaOH ( = 1,045 г/мл) можно

приготовить из 100 мл 35 %-го раствора NaOH ( = 1,38 г/мл)?

3. Сколько граммов растворенного вещества содержат 10 л раствора NaCl, если c = 0,1 моль/л?

4. Сколько граммов соли AlCl3 содержится в 200 мл раствора при

cэкв = 1 моль/л?

5. Сколько граммов K2SO4 необходимо взять для приготовления

125 мл раствора с cэкв = 0,15 моль/л?

6. Сколько миллилитров раствора с c = 0,25 моль/л можно приготовить из 4 г CuSO4?

7. Какова массовая доля (%) растворенного вещества, полученного растворением в 1 л воды при н.у. 11,2 л хлороводорода?

8. Сколько граммов KCl содержится в 40 мл раствора с массовой

долей растворенного вещества 20 % ( = 1,133 г/мл)?

9. Сколько граммов CuCl2 необходимо взять, чтобы приготовить

250 мл раствора с cэкв = 0,1 моль/л?

10. Сколько граммов Ca(OH)2 необходимо взять, чтобы приготовить

10 л раствора с cэкв = 0,2 моль/л?

11. Сколько граммов K2SO4 следует добавить к 450 г раствора с массовой долей растворенного вещества 8 %-й той же соли, чтобы получить раствор с массовой долей растворенного вещества 12 %?

12. Сколько литров раствора с cэкв = 0,025 моль/л можно пригото-

вить из 8,2 г Na3PO4?

13. Сколько граммов 50 %-го раствора Na2CO3 ( = 1,3 г/мл) надо взять, чтобы приготовить 0,2 л раствора с c = 6 моль/л?

14. Сколько миллилитров 0,2 н. раствора Cu(NO3)2 можно приготовить из 20 г этой соли?

15. Из 10 кг 20 %-го раствора при охлаждении выделилось 400 г соли. Какова массовая доля (%) растворенного вещества охлажденного раствора?

16. Сколько миллилитров 0,01М раствора можно приготовить из

0,56 г KOH?

17. Сколько воды следует добавить к 200 мл раствора H2SO4 с cэкв = 0,1 моль/л, чтобы получить раствор с cэкв = 0,02 моль/л?

37

18.Смешали 400 мл 1,2 М раствора H2SO4 и 600 мл 1,8 М раствора H2SO4. Какова молярная концентрация эквивалентов полученного раствора?

19.Какова массовая доля (%) растворенного вещества, полученного

растворением (н.у.) в 1 л воды ( = 1 г/мл) 12 л хлороводорода?

20.Сколько граммов K2СО3 содержится в 1 мл 0,002 М раствора?

21.Смешали 2 л раствора KCl с сэкв = 0,5 моль/л и 0,5 л раствора KCl

сс = 2 моль/л. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов полученного раствора.

22.Чему равна молярная концентрация эквивалентов 50 %-го рас-

твора серной кислоты ( = 1,395 г/мл)?

23.Сколько молей сульфата натрия содержится в 200 мл раствора с массовой долей 10% и = 1,082 г/мл?

24.Чему равна молярная концентрация раствора, который содержит

175,5 г NaCl в 3 л раствора?

25.Сколько граммов азотной кислоты содержится в 300 мл раствора

ссэкв = 0,2 моль/л?

26.До какого объема следует разбавить водой 2,4 л раствора H2SO4

сконцентрацией с = 1,6 моль/л для получения раствора с концентраци-

ей сэкв = 0,25 моль/л?

27. Сколько воды надо прибавить к 500 мл 20 %-го раствора NaCl ( = 1,151 г/мл), чтобы получить 4,5 %-й раствор?

28. Сколько литров 4 %-го раствора KOH ( = 1,035 г/мл) можно

приготовить из 200 мл 39 %-го раствора KOH ( = 1,385 г/мл)?

29. В каком объеме раствора с сэкв = 0,1 моль/л содержится 7,1 г

Na2SO4?

30. Сколько граммов карбоната калия K2CO3 необходимо для приготовления 500 мл раствора с сэкв = 0,25 моль/л?

Диссоциация сильных и слабых электролитов. Гидролиз солей

Задание 3. Имеется раствор слабого электролита (табл. 10).

1.Запишите уравнения диссоциации и выражения для констант диссоциации (Kд) по всем возможным ступеням, укажите их величины (см. приложение 2).

2.Рассчитайте степень диссоциации слабого электролита, концентрацию ионов H+ и ОН– в растворе и рН данного раствора с заданной концентрацией электролита.

38

Задание 4. Дан раствор сильного электролита с молярной концентрацией с (табл. 10). Запишите уравнение диссоциации и рассчитайте рН раствора данного электролита.

Задание 5. Даны растворы солей (табл. 10).

1.Определите, какие из них подвергаются гидролизу, а какие нет.

2.Для каждой из солей, подвергающейся гидролизу, напишите молекулярное и ионно-молекулярное уравнения реакции гидролиза и выражение для константы гидролиза по I ступени (KгI).

3.Рассчитайте степень гидролиза ( г) и рН раствора соли с концентрацией 0,02 моль/л, учитывая только 1-ю ступень гидролиза.

4.Какой цвет будет иметь индикатор метиловый оранжевый или фенолфталеин в растворе данной соли?

5.Как изменятся рН раствора соли и окраска индикатора при нагревании и почему?

Задание 6. Многовариантные задачи

1. Сколько граммов алюминия могут прореагировать с 50 мл

12%-го раствора HNO3 ( = 1,06 г/мл)?

2.Вычислите, при какой концентрации (моль/л) плавиковой кислоты HF степень ее диссоциации составит 0,01. Рассчитайте, при какой концентрации степень диссоциации будет в два раза больше?

3.4,5 г технического Na2CO3 растворили в воде и получили 500 мл раствора Na2CO3 с с = 0,2 моль/л. Сколько примесей (в граммах) содержалось в 4,5 г растворенного вещества?

4.Сколько моль соли NaСН3СОО нужно прибавить к 1 л раствора СН3СООН с с = 0,1 моль/л, чтобы концентрация ионов водорода стала равной 10–6?

5. Сколько миллилитров 10 %-го раствора соляной кислоты ( = = 1,049 г/мл) нужно взять для приготовления 2 л НCl с с = 0,2 моль/л?

40