Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Общая и неорганическая химия. Лабораторный практикум. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 173 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

1.5. Химическое равновесие

Ле Шателье, его обоснование (с учетом изменения скоростей прямой и обратной реакций, констант равновесий и их связи с ΔН реакций) и применение. Выбор оптимальных условий протекания реакций.

Вопросы и задания

1. № 352, 355, 366, 380, 381, 388 [2].

2. В замкнутом сосуде установилось равновесие А + В ' С + Д.

Температурные коэффициенты скоростей прямой и обратной реакций равны соответственно 2 и 2,5. Рассчитайте, во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакций при повышении температуры в системе на 20 °С. Сделайте вывод о направлении смещения равновесия. Что можно сказать о тепловом эффекте реакции? Ответ: в 4 и 6,25 раза соответственно; влево; ΔН < 0.

3. Обратимая реакция описывается уравнением А

2С

. Смешали по 1 молю всех веществ. После установления рав-

(г.)

новесия обнаружено 1,5 моль вещества С. Найти константу равновесия. Ответ: К=4.

4. Рассчитайте равновесные концентрации веществ, участвую-

щих в реакции СО + Н2О ' СО2 + Н2, если исходные концентрации веществ равны [СО] = 0,1 моль/л, [Н2О] = 0,4 моль/л, а константа равновесия при этой температуре равна 1. Ответ: [СО2] = [Н2] =

0,08, [СО] = 0,02, [Н2О] = 0,32 моль/л.

+ В

(г.)

Лабораторная работа

1. Влияние концентрации реагирующих веществ на хи-

мическое равновесие

Для этого опыта удобно использовать следующую обратимую

реакцию:

FeCl3 + 3 KCNS ' Fe(CNS)3 + 3KCl

или, более точно:

[Fe(H2O)6Clх]

В этой системе только роданид железа Fe(CNS)3 (точнее,

[Fe(H2O)

+(3-х)

(SCN)xCly]

6-x-y

+ (y+z)SCN- ' [Fe(H2O)

+(3-x-y)

) имеет интенсивную красную окраску,

6-yClx-z

(SCN)

y+z

+(3-x-y)

]

+ yH2O + zCl

Часть 1. Общая химия

в то время как роданид калия и хлорид калия бесцветны, а хлорид железа (III) в разбавленном растворе окрашен в слабо-желтый цвет. Поэтому по интенсивности красного окрашивания раствора можно делать вывод о концентрации роданида железа и, следовательно, о положении равновесия в данной системе.

В пробирку с 2–3 мл разбавленного раствора хлорида

железа

(III) прилейте немного раствора роданида калия или аммония до

приобретения раствором слабо-красного окрашивания. Полученный раствор разделите на четыре части. Одну оставьте для сравнения, во вторую долейте равный объем раствора хлорида железа, в третью – равный объем раствора роданида, в четвертую добавьте 1–2 стеклянные ложечки кристаллического хлорида калия.

На основании принципа Ле Шателье объясните наблюдаемые явления. Как оказанные воздействия влияют на скорости прямой и обратной реакций? Составьте выражение для константы равновесия данной реакции и с помощью его обоснуйте смещение равновесия.

2. Влияние температуры на химическое равновесие

Вам предлагается закрытая (или изолированная?) система, со-

держащая газовую смесь оксида азота (IV) NO2 и его димера – N2O4 (рис. 1.3). В системе имеет место химическое равновесие:

NO2 ' N2O4, ΔН° = -54 кДж.

О соотношении концентраций газов, а следовательно, о положении равновесия реакции можно судить

Рис. 1.3. Сосуд с газовой смесью оксида

азота (IV) и его димера

по окраске: NO2 имеет темно-бурый цвет, а N2O4 практически бесцветен.

На основании анализа

уравнения реакции сделайте вывод о том, в какую сторону сместится химическое равновесие при нагревании (охлаждении) системы. Как это отразится на окраске газовой смеси?

1.6. Растворы. Процесс растворения. Растворимость

Одну из колб прибора опустите в стакан с горячей водой, а вторую – в стакан с охлажденной. Объясните наблюдаемые явления. Выньте сосуды из стаканов. Что происходит? Ответ обоснуйте, используя уравнение К

= f(ΔH). Как изменяются скорости обеих

равн.

реакций при нагревании? При охлаждении? Куда при этом смещается равновесие?

(Опыт выполняется демонстрационно.)

Рассчитайте состав равновесной смеси NO2 ' N2O4 при 10 и 90 °С, если общее давление газов в системе составляет 1 атм.,

ΔfH°

S°

(NO2) = 34,19 кДж/моль, ΔfH°

298

(NO2) = 240,06 Дж/моль.К, S°

298

298(N2O4)

298(N2O4

= 11,11 кДж/моль,

) = 304,35 Дж/моль.К. Со-

поставьте результаты расчета с экспериментальными наблюдениями.

1.6. Растворы. Процесс растворения. Растворимость

Дисперсные системы, их классификация. Истинные растворы. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы с термодинамической точки зрения; концентрированные и разбавленные растворы. Способы выражения концентрации растворов. Физическая и химическая модели растворов; химические признаки процесса растворения, сольваты (гидраты). Термодинамические аспекты процесса растворения. Механизмы растворения ионных и молекулярных веществ в воде, роль энтальпийного и энтропийного факторов в процессе растворения. Зависимость растворимости веществ от различных факторов (природа растворителя и растворенного вещества, температура, давление, присутствие «третьего» вещества).

Вопросы и задания

1. № 396–403, 405–410, 412, 413, 418, 420, 428–430, 449–451 [2].

2. Какой объем 0,1 М раствора соляной кислоты надо прилить к 300 мл 1 М раствора этой кислоты, чтобы получить 0,2 М раствор? Явлением контракции пренебречь. Ответ: 2,4 л.

Часть 1. Общая химия

3. Какой объем 98 %-ного раствора H2SO4 (ρ = 1,85 г/мл) необхо-

димо взять для приготовления 300 мл 3 М раствора этой кислоты.

Ответ: 48,6 мл.

4. Рассчитайте, какой объем 70 %-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,415 г/мл) потребуется смешать с 300 мл воды для при- готовления 4 М раствора данной кислоты (ρ = 1,13 г/мл)? Ответ:

99,12 мл.

5. Определите процентную концентрацию раствора Н

2CO3

если известно, что в 1 л воды рас творено 5 л CO2 при н. у. Ответ: 1,37 %.

6. Рассчитайте моляльную концентрацию раствора серной кислоты, полученного при добавлении 15 г серного ангидрида к 200 г

10 %-ного раствора H2SO4. Ответ: 2,22 моль/кг.

7. В каком объемном отношении надо смешать растворы серной

кислоты с молярной концентрацией 0,2 моль/л и гидроксида натрия с массовой долей 5 % и ρ

= 1,055 г/мл, чтобы получить

раствора

раствор средней соли? Какова будет молярная концентрация раствора соли? Ответ: 3,3; 0,153 моль/л.

8. Обоснуйте тепловой эффект растворения серной кислоты в воде.

9. Тепловой эффект растворения ZnSO4 ΔН = -1843 ккал/моль,

а тепловой эффект растворения ZnSO4·7Н2О ΔН = 426 ккал/моль. Какова теплота гидратации при переходе из ZnSO4 в ZnSO4·7Н2О?

Ответ: -2269 ккал/моль.

Лабораторная работа

1. Тепловые эффекты, вызываемые растворением солей

По данным нижеприведенной таблицы постройте кривые растворимости для систем: нитрат аммония – вода, сульфат натрия – вода. На основании анализа графиков сделайте выводы об устойчивости гидратов, определите знаки и относительные значения тепловых эффектов (ΔН) растворения NH4NO3, Na2SO4,

Na2SO4·10H2O.

Налейте в пробирку 3–4 мл воды, измерьте ее температуру и добавьте 2 стеклянные ложечки нитрата аммония. Опустите термометр на дно раствора и по изменению температуры определите знак ΔН

Na2SO4·10H2O.

соли. Аналогичные опыты повторите с Na2SO4 и

раст.

1.6. Растворы. Процесс растворения. Растворимость

Чем объясняется изменение энтальпии в случае образования

раствора? Дайте объяснение различию в тепловых эффектах растворения безводного сульфата натрия и его кристаллогидрата. Почему процесс растворения кристаллогидратов чаще всего сопровождается поглощением тепла?

2. Влияние температуры на растворимость солей

а) Алюмокалиевые квасцы. В пробирку с 3 мл воды помести-

те 2 г алюмокалиевых квасцов

KAl(SO4)2·12H2O. Растворяются ли

квасцы в этом объеме воды при комнатной температуре (сделайте расчет)? Если нет, то нагрейте содержимое пробирки почти до кипения. Что наблюдается? (Подтвердите результат опыта расчетом; какой в этом случае получается раствор – насыщенный, ненасыщенный, пересыщенный?) Дайте раствору остыть. Что при этом происходит и при соблюдении какого условия?

б) Хлорид натрия. Про-

делайте точно такой же опыт с хлоридом натрия, выпол-

Растворимость в воде некоторых

солей в зависимости

от температуры

(масса соли в 100 г

насыщенного раствора) [6]

Т, °С

.12H

)

NaCl

нив соответствующие расче-

KAl(SO

ты. Но в этом случае горячий прозрачный раствор нужно перелить в другую сухую заранее прогретую пробирку. Что наблюдается при охлаждении раствора? На основе проведенных расчетов обоснуйте результаты наблюдений. Почему в данном опыте горячий раствор переливается в новую пробирку?

в) Ацетат кальция. В су-

хую пробирку налейте 2– 3 мл насыщенного раствора ацетата кальция и нагрейте

0 3,1 26,21 37,4 54,2 4,5

10 – – 35,98 – 8,2

10 – – 35,98 – 8,2 15 – – – – 11,7

15 – – – – 11,7 20 5,7 – 34,73 63,9 16,1

20 5,7 – 34,73 63,9 16,1 25 – 26,54 – – 21,9

25 – 26,54 – – 21,9 30 9,2 – – 70,8 28,8

30 9,2 – – 70,8 28,8

32,38 – – – – 33,2

40 12 26,81 33,22 74,8 32,5

40 12 26,81 33,22 74,8 32,5 60 26,7 27,14 32,7 80,2 31,9

60 26,7 27,14 32,7 80,2 31,9 80 – 27,65 33,5 – 30,5

80 – 27,65 33,5 – 30,5 90 51,5 – – 88,1 30,0

90 51,5 – – 88,1 30,0

100 71,4 28,38 29,65 91 29,9

KAl(SO

Ca(CH3COO)

Часть 1. Общая химия

его, не доводя до кипения. Что наблюдается? Охладите пробирку сначала на воздухе, а затем под струей холодной воды. (Чего следует ожидать, до каких пор следует охлаждать раствор?) Рассчитайте, сколько граммов ацетата кальция выпадет в осадок из 3 г насыщенного при комнатной температуре раствора при его нагревании до 100 °С. (

Опыт 2в выполняется демонстрационно.)

Пользуясь таблицей, постройте графики кривых растворимости в координатах «растворимость – температура» для всех солей, использованных в опыте 2. Считая, что ΔН

раст.

и ΔS

не зависят от

раст.

температуры, сделайте выводы о роли энтальпийного и энтропийного факторов в процессах растворения данных солей. Сравните знаки и величины ΔН пературы должно сильнее влиять на ΔG

раст.

и ΔS

. В каком случае изменение тем-

раст.

3. Влияние «третьего» вещества на растворимость солей

В две сухие пробирки налейте насыщенный (лучше свежеприготовленный) раствор хлорида натрия и добавьте в одну из них раствор концентрированной соляной кислоты, а в другую – этиловый спирт. Чем можно объяснить эффект «высаливания» в каждом случае?

4. Приготовление пересыщенного раствора

Положите несколько кристаллов Na2S2O3·5H2O в сухую пробирку и медленно нагрейте. Что происходит? Составьте уравнение протекающей реакции. Закрыв пробирку ватой, дайте ей охладиться до комнатной температуры. После охлаждения пробирку резко встряхните или внесите в раствор маленький кристаллик исходного вещества. Опишите наблюдаемое явление. Дайте термодинамическое и кинетическое объяснение процессам, инициируемым на последнем этапе опыта.

1.7. Коллигативные свойства растворов. Электролитическая диссоциация. Факторы, влияющие на степень

электролитической диссоциации. «обменные» реакции

в растворах электролитов. Условия образования осадков

Идеальные растворы, их отличие от реальных растворов. Коллигативные свойства жидких разбавленных растворов неэлектролитов (понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором, понижение температуры ки-

1.7. Коллигативные свойства растворов. Электролитическая диссоциация…

пения и повышение температуры замерзания растворов, явление осмоса). Законы Рауля и Вант-Гоффа. Коллигативные свойства растворов электролитов. Теория электролитической диссоциации. Степень электролитической диссоциации. Молекулярные и ионные вещества с точки зрения электролитической диссоциации. Неэлектролиты, слабые и сильные электролиты. Уравнения диссоциации. Константы диссоциации, произведение растворимости. Понятие о кажущейся степени изотонического коэффициента со степенью электролитической диссоциации. Факторы, влияющие на степень диссоциации слабых электролитов (температура, концентрация, разбавление). Влияние природы электролита (на примере бескислородных кислот и кислородсодержащих гидроксидов (на основе поляризационных представлений)) и природы растворителя на степень электролитической диссоциации. Произведение растворимости, условия образования осадков.

диссоциации, изотоническом коэффициенте; связь

Вопросы и задания

1. № 470–473, 481, 483, 486–488, 508, 509, 514–521, 544, 551, 562,

569, 572, 573 [2].

2. При какой температуре кристаллизуется раствор, содержа-

щий в 0,5 л воды 10 г глицерина? Ответ: -0,4 °С.

3. Раствор, содержащий 1 г К2СO3 в 125 г воды, замерзает при тем-

пературе -0,3 °C. Определите значения изотонического коэффициента и кажущейся степени диссоциации. Ответ: i = 2,78, α = 89 %.

4. При какой температуре будет кристаллизоваться и кипеть

20 %-ный водный раствор метанола? Ответ: -14,5 и 104,06 °С.

5. При 315 К давление насыщенного пара над водой равно

8,2 кПа. Как изменится давление пара при данной температуре,

если в 540 г Н2О растворить 36 г глюкозы? Ответ: станет рав- ным 8,146 кПа.

6. Некоторая соль диссоциирует на три иона. Кажущаяся степень диссоциации составляет 97 %. Определите, при какой температуре начнет кристаллизоваться раствор этой соли в воде, если он закипает при температуре 100,2 °С. Ответ: -0,715 °С.

Часть 1. Общая химия

7. Определите осмотическое давление раствора, содержащего в

200 мл 20 г сахарозы при 100 °С. Ответ: 906,3 кПа.

8. Смешали растворы гидроксида калия (ω = 5 %, ρ = 1,04 г/мл)

и соляной кислоты (ω = 5 %, ρ = 1,02 г/мл) объемами 500 и 400 мл соответственно. Определите рН полученного раствора (контракцией пренебречь). Ответ: рН = 0,98.

9. Рассчитайте рН 0,01М раствора Ba(OH)

. Ответ: рН = 12,3.

10. Через 100 мл 0,2 М раствора NaOH пропустили 1 л ангидри-

да серной кислоты (в пересчете на н. у.), объем раствора при этом увеличился в 1,1 раза. Определите pH полученного раствора. От-

вет: рН = 0,2.

11. Растворимость хлорида серебра составляет 0,001923 г/л.

Опре делите произведение растворимости этой соли. Ответ:

ПР = 1,8·10

-10

12. Может ли образоваться осадок Ca(OH)2 (ПР = 5,5·10-6), если смешать равные объемы 0,6 М раствора CaCl2 и 0,2 М раствора NaOH (контракцией пренебречь)? Ответ: да (ПКИ = 3·10-3).

13. Во сколько раз изменится растворимость PbBr2 (ПР = 9,1·10-6)

в 2 М растворе бромида калия по сравнению с растворимостью в дистиллированной воде? Ответ: уменьшится в 5,78·106 раз.

14. Как и почему изменяются кислотно-основные свойства в ряду: а) LiOH – BeO·хН2О – H3BO3 – H2CO3 – HNO3; б) BeO·хН2О –

Mg(OH)2 – Ca(OH)2; в) BeO·хН2О – Al2O3·хН2О; г) CrO·хН2О – Cr2O3·хН2О – H2CrO4?

Лабораторная работа

1. Изменение температуры кипения растворов

Пробирку с 5 мл дистиллированной воды нагрейте до кипения и измерьте температуру кипения воды. Уберите спиртовку и внесите в пробирку 2 г сухого хлорида кальция. Дождавшись полного растворения соли, вновь доведите раствор до кипения и измерьте температуру кипения раствора. С помощью ареометра измерьте плотность полученного раствора, предварительно дав ему остыть. По данным опыта рассчитайте изотонический коэффициент исследуемого раствора и все коллигативные свойства.

1.7. Коллигативные свойства растворов. Электролитическая диссоциация…

2. Зависимость электропроводности растворов от силы

электролитов

В предварительно промытый дистиллированной водой неболь-

шой стеклянный стаканчик налейте 0,1 М раствор уксусной кислоты и, осторожно опустив в раствор два электрода, по яркости свечения лампочки (рис. 1.4) сделайте вывод о степени диссоциации уксусной кислоты в этом растворе.

Такой же опыт повторите с дистиллированной и

водопроводной водой, раствором глицерина, 0,1 М растворами аммиака, ортофосфорной, соляной и серной кислот, гидроксида калия или натрия, хлорида кальция, а также с насыщенным раствором сульфата кальция. Объясните результаты. Слейте растворы уксусной кислоты и аммиака в один стакан и определите электропроводность полученного раствора. Объясните полученный результат. После

каждого испытания выключайте прибор из сети и промывайте стаканчик и электроды дистиллированной водой!

Составьте уравнения электролитической диссоциации для всех рассмотренных в данном опыте электролитов. Для растворов всех кислот и оснований рассчитайте рН, для растворов солей – концентрации ионов. Для всех растворов рассчитайте изотонический коэффициент и степень электролитической диссоциации, а там, где это невозможно, укажите ориентировочные значения. Всегда ли процесс растворения молекулярных и ионных веществ сопровождается электролитической диссоциацией?

3. Зависимость электропроводности раствора от концентрации электролита

Используя прибор, схема которого изображена на рис. 1.4, измерьте электропроводность концентрированного раствора уксусной кислоты и сделайте вывод о силе данного электролита. Разбавьте этот раствор водой в соотношении примерно 4:1 (для этого кислоту долейте к заранее отмеренному количеству воды) и вновь изучите электропро-

Рис. 1.4. Схема прибора

для изучения электропроводности

растворов

Часть 1. Общая химия

водность. После этого раствор разбавьте вдвое и повторите измере-

ние электропроводности. Обоснуйте наблюдаемые явления.

(Опыт выполняется демонстрационно.)

4. Влияние одноименных ионов на диссоциацию слабого

электролита

Налейте в две пробирки по 3 мл 15 %-ного

ПР [4]

-5

CaSO

BaSO41,1·10

PbSO

FeS 5·10

FeS 5·10 CuS 6·10

CuS 6·10 PbS 1·10

PbS 1·10 PbCl

PbCl

PbI

H2S (I) 1,0·10

(II) 1,3·10

1·10

1,6·10

1,7·10

8,7·10

KД [4]

-18

-36

-27

-5

-10

-8

-5

-9

раствора уксусной кислоты, в одну из них добавьте 0,5 г кристаллического ацетата натрия (ρ = 1,53 г/см

), а затем бросьте од-

новременно в обе пробирки по 1–2 гранулы цинка. Через некоторое время, когда растворится оксидная пленка, начнется реакция между металлом и кислотой (каким видимым признаком она сопровождается?). Как и почему отражается на скорости реакции добавление ацетата натрия? Наблюдения подтвердите расчетами: во сколько раз изменится скорость реакции между цинком и уксусной кислотой при добавлении ацета-

-7

та натрия (в расчетах пренебречь контрак-

-13

цией и считать, что порядок реакции по Н+ равен 1)?

5. Условия образования осадков

а) В две пробирки налейте по 3 мл 0,005 М раствора нитрата свинца, в одну из них добавьте 3 мл 0,05 М раствора хлорида калия, а в другую – 3 мл 0,05 М раствора иодида калия. В какой из пробирок выпал осадок? Объясните наблюдения, сделав необходимые расчеты (контракцией пренебречь).

б) Налейте в две пробирки по 3 мл 1 М раствора аммиака, в одну из них внесите 1 г кристаллического хлорида аммония (ρ = 1,526 г/см3), а затем добавьте в обе пробирки по 2 мл 1 М раствора хлорида магния. Что наблюдается? Объясните полученный результат, сделав необходимые расчеты.

6. Обменные реакции в растворах электролитов

Систематизируйте реакции с использованием предложенных реактивов так, чтобы полнее раскрыть условия протекания обменных реакций в растворах электролитов: разбавленные растворы CuCl2,

<<< < Предыдущая 1 23 / 173 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]