Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Неорганическая химия. Учебное пособие
.pdf
95. Исходя из теплового эффекта реакции
3
2 5 3 4 2
CaO k P O k Ca PO( ) ( ) ( )
Н0
Н
0
298
Н
0
298
Н О
2
Н
0
298
СО
2
Н
0
298
Н
0
298
Н
0
298
FeO k H г Fe k Н О г( .) ( .) ( .) ( .)
2 2
0
298
H
0
298
S
0
298
G
определить
(к);
образования ортофосфата кальция.
- 739 кДж,
96. При восстановлении 12,7 г. оксида меди (II) уг-
лем (с образованием СО) поглощается 8,24 кДж. Определить
образования CuO.
97. Водяной газ представляет собой смесь равных
объемов водорода и оксида углерода (II). Найти количество
теплоты, выделяющейся при сжигании 112 л водяного газа,
взятого при нормальных условиях.
98. Исходя из образования
(г.) и ее
, а
также следующих данных:
FeO (k) + CO (г.)=Fe (к.) +
2СО (г.) + О2 (г)=2СО
вычислить
-реакции :
(г.),
2
= - 566 кДж,
= - 18,2 кДж,
.
99. Пользуясь данными, приведенными в таблице
«Стандартные энтальпии образования
и энергии Гиббса образования
, энтропии
» приложения за-
дачника [5], определить, какая из приведенных ниже реакций может происходить при стандартных условиях:
WO3(к.) + 3CO (г.) = W (к.) + 3CO2 (г.);
WO3(к.) + 3C (графит) = W (к.) + 3CO (г.);
WO3(к.) + 3Ca (к.) = W (к.) + 3CaO (к.).
12.2. Скорость химических реакций. Химическое рав-
новесие
Скорость химической реакции измеряется количеством
вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции в единицу времени в единице объема (в гомогенной реакции) или на единицу площади поверхности раздела фаз
(для гетерогенных реакции).
31
В случае гомогенного процесса, протекающего при посто-
2
t10
янном объеме, скорость гомогенной химической реакции измеряется изменением концентрации какого-либо из реагирующих
веществ за единицу времени.
Скорость зависит от природы реагирующих веществ, их
концентрации, температуры и от присутствия в системе катализаторов. В тех случаях, когда для протекания реакции необходимо столкновение двух реагирующих частиц (молекул и атомов), зависимость скорости реакции от концентрации определяется. Законом действующих масс: при постоянной температуре
скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.
Так, для реакции типа А + В
АВ2 закон действую-
щих масс выражается следующим образом:
V = k [A] × [B2] .
В этом уравнении [A] и [B2] - концентрации вступающих в реакцию веществ, k - константа скорости реакции, значе-
ние которой зависит от природы реагирующих веществ.
При гетерогенных реакциях концентрации веществ,
обычно не изменяются в ходе реакции и поэтому не включаются
в уравнение закона действия масс.
ПРИМЕР 1. Написать выражения закона действия масс
для реакций:
а) 2 NO (г) + Cl2(г) 2NOCl (г),
в) CaCO3(к) СаО (к) + СО2(г) .
Решение:
а) V= к[NO] × [Cl2].
б) Поскольку карбонат кальция - твердое вещество, концентрация которого не изменяется в ходе реакции, искомое выражение будет иметь вид: V = к, т.е. в данном случае скорость
реакции при определенной температуре постоянна.
Зависимость скорости реакции (или константы скорости)
от температуры может быть выражено уравнением:
V
/ Vt = k
/ k t = .
t+10
32
Здесь Vtи kt- скорость и константа скорости при температуре t, а два других члена уравнения относятся к скорости и
константе скорости при температуре (t+10) К; - температурный
коэффициент скорости реакции значение которого для большинства реакций лежит в пределах от 2 до 4 (правило Вант
Гоффа).
ПРИМЕР 2. Температурный коэффициент скорости реак-
ции равен 2,8. Во сколько раз возрастет скорость реакции при
повышении температуры от 20 до 750C?
Решение. Поскольку разность температур t = 550С, то,
обозначив скорость реакции при 20 и 750С соответственно через V и Vo, получим:
V0 / V
55/10
= 2,8 = 2,8
5.5
= 287 .
Это значит, что скорость реакции увеличится в 287 раз при
подъеме температуры на 55 градусов.
При изменении условий протекания реакции (температуры, давления, концентрации какого либо компонента из участвующих в реакции веществ) скорости прямого и обратного процессов в обратимых реакциях изменяются неодинаково, химическое равновесие нарушается, и устанавливается состояние нового химического равновесия, отличающееся от исходного. Процесс перехода от одного равновесного состояния к новому равновесному состоянию называется смещением химического равновесия. Направление этого смещения подчиняется принципу Ле
Шателье: Если на систему, находящуюся в состоянии химического равновесия, оказать какое-либо воздействие, то равновесие
сместится в таком направлении, что оказанное воздействие будет ослаблено.
ПРИМЕР 3. В каком направлении сместится равновесие в
системах:
а) СО (г) + Сl2(г) СОСl2(г) ,
б) Н2(г) + I2(г) 2 HI (г) ,
если при неизменной температуре увеличить давление путем уменьшения объема газовой смеси?
33
Решение. а) Протекание реакции в прямом направлении
298
298
приводит к уменьшению общего числа молей газов, т.е. к
уменьшению давления в системе. Поэтому, согласно принципу
Ле Шателье, повышение давления вызывает смещение равновесия в сторону прямой реакции.
б) Протекание реакции не сопровождается изменением
числа молей газа и не приводит, следовательно, к изменению
давления. В данном случае изменение давления не вызывает
смещения равновесия.
Константа равновесия Кт химической реакции связана со
стандартным изменением энергии Гиббса G 0т уравнением:
G 0т = - 2,3 RT lg Kт.
При 298 К (25oС) это уравнение преобразуется к виду:
0
G
= - 5,69 lg K
,
где изменение энергии Гиббса выражено в кДж / моль.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
100. При 423К некоторая реакция заканчивается за
16мин. Температурный коэффициент скорости реакции равен 2,5, рассчитать, через какое время закончится эта реакция, если ее проводить: а) при 473К; б) при 353К.
101. Во сколько раз увеличится скорость реакции,
протекающей при 298К, если энергию активации ее уменьшить на 4 кДж/ моль?
102. Константа равновесия реакции
А(г) + В (г) С(г) + Д(г) равна единице. Сколько процен-
тов вещества А подвергнется превращению, если смешать 3
моля вещества А и 5 молей вещества В?
103. Указать, какими изменениями концентраций реа-
гирующих веществ можно сместить вправо равновесие реакции:
СО2 (г) + С ( графит) 2 СО (г).
104. Почему во многих случаях реакция практически
не протекает, хотя изменение энергии Гиббса реакции отри-
34
цательно? Какими способами можно добиться в таких слу-
2 2
2 2
NO г О г NO г( .) ( .) ( . )
NO
250С
950С
250С
1500С
2000С
800С
2 2
2 2
СО г О г СО г( .) ( . ) ( .)
Н
0
)(2)(
22
гONOгN
Н
0
чаях протекания реакции?
105. Найти значение константы скорости реакции
А+ВАВ, если при концентрациях веществ А и В, рав-
ных соответственно 0,05 и 0,01 моль/л. Скорость реакции
равна 5105моль/(л*мин).
106. Во сколько раз изменится скорость реакции
2А + ВА2В, если концентрацию вещества А увеличить
в 2 раза, а концентрацию вещества В уменьшить в 2 раза?
107. Как изменится скорость реакции
, если: а) увеличить давление в си-
стеме в 3 раза; б) уменьшить объем системы в 3 раза; в) повысить концентрацию
108. Две реакции протекают при
в 3 раза?
с одинаковой
скоростью. Температурный коэффициент скорости первой
реакции равен 2, а второй - 2,5. Найти отношение скоростей
этих реакций при
.
109. Температурный коэффициент скорости некото-
рой реакции равен 2,3. Во сколько раз увеличится скорость
реакции, если повысить температуру на
110. При
некоторая реакция заканчивается за
?
16 мин. Принимая температурный коэффициент скорости
реакции равным 2,5, рассчитать, через какое время закон-
чится эта реакция, если проводить ее: а) при
; б) при
.
111. Чему равна энергия активации реакции, если при
повышении температуры от 290 до 300К скорость ее увеличивается в 2 раза?
112. Каково значение энергии активации реакции,
скорость которой при 300К в 10 раз больше, чем при 280К?
113. В каком направлении сместятся равновесия:
;
;
= - 566 кДж
=180 кДж,
35
а) при понижении температуры; б) при повышении давле-
Способ выражения содержания
растворенного
вешества в р-ре
Определение
Массовая доля (С)
Процентное отношение массы растворенного
вещества к общей массе раствора ( С= 9,2 %)
Мольная доля
(N1)
Отношение количества растворенного вещества
(или растворителя) к сумме количеств всех веществ, находящихся в растворе. Например, в
системе, состоящей из растворителя и единственного растворенного вещества, мольная
доля последнего (N2) равна N2= n2/(n1+ n2), а
мольная доля растворителя N1 = 1 – N2 , где n
1
и
n2 - соответственно количество растворителя и
количество растворенного вещества.
Молярная
концентрация
или моляр-
ность (СM(М)
Отношение количества растворенного
вещества к объему раствора; например, 1,5 М
раствор или
СM =1,5 моль/ л.
Моляльная
концентрация
или моляльность (m)
Отношение количества растворенного
вещества к массе растворителя; например, m =
2 моль/кг (Н2О).
Эквивалентная концентрация - нормальность
(С
Н
или н.)
Отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объему раствора; например:
0,75 н. раствор или СН = 0,75 моль/ л.
ния?
13. РАСТВОРЫ
13.1. Способы выражения содержания растворенного
вещества в растворе. Растворимость
Таблица 2
Употребляемые в химии способы выражения содержания
растворенного вещества в растворе
36
ПРИМЕР 1. Найти массы воды и медного купороса
2
CuSO4× 5Н2О, необходимые для приготовления одного литра
раствора, содержащего 8% (масс.) безводной соли. Плотность
8% раствора СuSO4 равна 1,084 г/ мл.
Решение. Масса 1 л полученного раствора будет состав-
лять
1,084 × 1000 = 1084 г. В этом растворе должно содержать-
ся 8% безводной соли, т. е. 1084 × 0,08 = 86,7 г. Массу CuSO4×
5 Н
О (мольная масса 249,7 г/ моль), содержащую 86,7 г без-
водной соли (мольная масса 159,6 г/ моль), найдем из пропорции:
249,7 : 159,6 = Х : 86,7 ; Х = 249, 7 × 86,7 / 159,6 =
135,6 г.
Необходимая для приготовления масса воды составит:
1084 - 135,6 = 948,4 г.
ПРИМЕР 2. Найти моляльность, нормальность и моляр-
ность 15%-ного (по массе ) раствора Н2SO4(=1,10 г/ мл).
Решение. Для вычисления моляльности найдем сначала
массу серной кислоты, приходящуюся на 100 г воды:
1000: 85 = Х : 15 ; X = 15 × 1000/ 85 = 176,5 г.
Мольная масса серной кислоты равна 98г/ моль; следова-
тельно:
m = 176,5 / 98 = 1,80 моль/ кг.
Для расчета нормальности и молярности раствора найдем
массу серной кислоты, содержащуюся в 1000 мл (т.е. в 1000 ×
1,1 = 1100 г) раствора:
1100 : 100 = У : 15 ; У = 1100 × 15/ 100 = 165 г
Эквивалентная масса серной кислоты равна 49 г./ моль.
Следовательно:
СÍ= 165/ 49 = 3,37 н. и См = 165/ 98 = 1,68 моль/ л.
Растворимость вещества измеряется содержанием вещества в его насыщенном растворе. Обычно растворимость твердых веществ и жидкостей выражают значением коэффициента
растворимости, т.е. массой вещества, растворяющегося при данных условиях в 100 г растворителя с образованием насыщенного раствора.
37
Растворимость газов часто характеризуют коэффициентом абсорбции, который выражает объем газа, растворяющегося
в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора. Согласно закону Генри, объем растворяющегося газа (а,
значит, и коэффициент абсорбции) не зависит при данной температуре от парциального давления газа.
ПРИМЕР 3. Коэффициенты абсорбции кислорода и азота
при 273 К равны соответственно 0,049 и 0,023. Газовую смесь,
содержащую 20% (об.) кислорода и 80% (об.) азота, взболтали с
водой при 273 К до получения раствора. Найти процентное соотношение по объему растворенных в воде газов.
Решение. По условию задачи в 1 л воды растворяется 49
мл кислорода и 23 мл азота. Однако непосредственно сравнивать эти объемы нельзя, так как парциальные давления растворенных газов различны и составляют соответственно 0,2 и 0,8 от
общего давления газовой смеси. Если принять последнее за
единицу, то объемы растворенных кислорода и азота, приведенные к этому давлению, будут равны :
49 × 0,2= 9,8 мл О2 и 23 × 0,8 = 18,4 мл N2;
тогда общий объем растворенных газов составит:
9,8 + 18,4 = 28,2 мл.
Находим процентное содержание каждого газа:
9,8 × 100 / 28,2 = 35 % (об.) O2 и 18,4 × 100/ 28,2 = 65 %
(об.) азота.
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ
114. Сколько граммов 30%-ного (по массе) раствора
NaCl нужно добавить к 300 г воды, чтобы получить 10%
раствор соли?
115. Растворимость хлорида кадмия при 293 К равна
114,1 г в 100 г воды. Вычислить массовую долю и моляльность CdCl2 в насыщенном растворе.
116. Сколько граммов Na2CO3 содержится в 500 мл
0,25 н. раствора?
38
117. Газовую смесь, содержащую 40% (об.) N2О и
Na SO
2 4
HNO
3
HNO
3
M gSO Н О
4 2
7
CuSO
4
CuSO H O
4 2
5
60% (об.) NO, растворяли при 290 К и постоянном давлении в воде до полного насыщения ее. Рассчитать процентный состав (по объему) газовой смеси после выделения ее
из воды, если при 290 К коэффициенты абсорбции N2O и
NO составляют соответственно 0,690 и 0,050.
118. Сколько граммов
потребуется для при-
готовления 5 л 8%-ного раствора (по массе) с плотностью
=1,075 г/мл?
119. В 1 мл 25%-ного (по массе) раствора содержится
0,458 г растворенного вещества. Какова плотность этого
раствора?
120. Определить массовую долю вещества в растворе,
полученном смешением 300 г 25%-ного раствора и 400 г
40%-ного (по массе) раствора этого вещества.
121. Какой объем воды надо прибавить к 100 мл
20%ного (по массе) раствора серной кислоты с плотностью
1,14 г/мл, чтобы получить 5%-ный раствор?
122. К 500 мл 32%-ной (по массе)
( =1,2 г/мл)
прибавили 1 л воды. Чему равна массовая доля
в
полученном растворе?
123. Плотность 26%-ного (по массе) раствора КОН
равна 1,24 г/мл. Сколько молей КОН находится в 5 л раствора?
124. Для приготовления 5%-ного (по массе) раствора
сернокислого магния взято 400 г
. Найти
массу полученного раствора.
125. Определить массовую долю
в растворе,
полученном при растворении 50 г медного купороса
в 450 г воды.
126. Для нейтрализации 30 мл 0,1 нормального рас-
твора щелочи потребовалось 12 мл раствора кислоты. Определить нормальность кислоты.
127. Найти молярность 36,2%-ного (по массе) раство-
ра HCl, плотность которого 1,18 г/мл.
39
128. Сколько миллилитров 96%-ного (по массе) рас-
H SO
2 4
Fe OH( )
3
FeCl
3
CaCO
3
твора
( =1,84 г/мл) нужно взять при приготовле-
нии 1 л 0,25 н. раствора?
129. Какой объем 10%-ной (по массе) серной кислоты
( =1,07 г/мл) потребуется для нейтрализации раствора, со-
держащего 16 г NaOН?
130. Какой объем 0,2 н. Раствора щелочи потребуется
для осаждения в виде
всего железа, содержаще-
гося в 100 мл 0,5 н. раствора
131. Сколько граммов
?
выпадает в осадок, ес-
ли к 400 мл 0,5 н. раствора CaCl2 прибавить избыток рас-
твора соды?
132. На нейтрализацию 20 мл раствора, содержащего в
1 л 12 г щелочи, израсходовано 24 мл 0,25 н. раствора кислоты. Рассчитать эквивалентную массу щелочи.
133. На нейтрализацию раствора, содержащего 2,25 г
кислоты. Потребовалось 25 мл 2 н. раствора щелочи. Определить эквивалентную молекулярную массу кислоты.
13.2. Физико-химические свойства разбавленных растворов неэлектролитов
Разбавленные растворы неэлектролитов обладают рядом
свойств, называемых коллигативными свойствами, количественное выражение которых зависит только от числа находящихся в
растворе частиц растворенного вещества и от количества растворителя. Зависимость этих свойств от концентрации выражается:
1. Понижение упругости пара растворителя над раствором
р (закон Рауля)
р1 = N1× р0 ;
p = p0- p1= N2× p0 = p0× n2 / (n1+ n2)
где: p1- парциальное давление насыщенного пара растворителя над раствором; p0- давление насыщенного пара над чистым растворителем; N1-мольная доля растворителя; N2- мольная доля растворенного вещества; n1- количество растворителя;
n2- количество растворенного вещества.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]