Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач по химии. Учебное пособие
.pdf
10. Как надо изменить концентрацию, давление и темпера-
туру системы: 2SO2
+ O2
(г)
2SO3
(г)
; ∆Ho = - 284,2 кДж,
(ж)
чтобы сместить равновесие в сторону образования SO3?
11. Как надо изменить концентрацию, давление и темпера-
туру системы: СаО
(т)
+ 3С
СаС
(т)
2(т)
+ СO
; ∆Ho = 460 кДж,
2(г)
чтобы сместить равновесие в сторону образования CO2?
12. Как надо изменить концентрацию, давление и темпера-
туру химической системы: 4HCI
(г)
+ O
2CI
2(г)
+ 2Н2O
2(г)
;
(г)
∆Ho = - 116,4 кДж, чтобы сместить равновесие в сторону образования воды?
13. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций в
системе: 2SO
2 (г)
+ O
2 (г)
2SO
, если объем газовой среды
3 (г)
уменьшить в три раза?
14. Определите константу равновесия и исходные концен-
трации CO и O2, если в системе: 2CO
(г)
+ O
2CO
2 (г)
2 (г)
равновесные концентрации составляют: с(СО) = 0,2 моль/дм3,
с(О2) = 0,32 моль/дм3, с(СО2) = 0,16 моль/дм3, если исходная
смесь не содержала СО2.
15. Определите скорость химической реакции образования
воды при 50 оС (температурный коэффициент равен 3), если при
20 оС концентрации равны: водорода 0,2 моль/дм3, кислорода
0,1 моль/дм3 (константа скорости равна 0,5).
16. Определите скорость реакции, протекающей по схеме:
NO + H2 → N2 + H2O, при 40 оС (температурный коэффициент равен 3), если при 20 оС равновесные концентрации оксида азота (II)
и водорода соответственно равны 0,01 и 0,005 моль/дм3 (константа скорости равна 0,2).
17. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций в
системе: 2NO
(г)
+ O
2 (г)
2NO
, если давление газовой сре-
2 (г)
ды уменьшить в три раза?
18. Как изменятся скорости прямой и обратной реакций в
системе: 2SO
2 (г)
+ O
2 (г)
2SO
, если одновременно умень-
3 (г)
шить давление и объем газовой среды в три раза?
19. Исходные концентрации азота и водорода соответственно
равны 0,8 и 2,4 моль/дм3. Чему равна скорость обратной реакции, когда
исходная концентрация азота уменьшится на 0,3 моль/дм3 (k = 0,2)?
91
Контрольные вопросы
1. По каким основным признакам классифицируют химиче-
ские реакции?
2. Как называются реакции, протекающие с изменением
степени окисления элементов?
3. Что такое обратимые и необратимые реакции?
4. Какие реакции называются экзо- и эндотермическими?
5. Что такое окислительно-восстановительные реакции?
6. Какие процессы называются окислением и восстановлением?
7. Что такое окислители и восстановители?
8. Как изменяются окислительно-восстановительные свой-
ства элементов в периодах и группах периодической системы
элементов Д.И. Менделеева?
9. От чего зависят окислительно-восстановительные свойства сложных веществ?
10. В чем состоит сущность метода электронного баланса?
11. Что такое энтальпия?
12. Чем определяется тепловой эффект химической реакции?
13. В каких случаях тепловой эффект реакции больше нуля,
в каких – меньше нуля?
14. Чем сопровождается образование и разрыв химических
связей?
15. Что такое термохимическое уравнение?
16. Что такое скорость химической реакции?
17. Какие факторы и как влияют на скорость реакции?
18. Как формулируется закон действующих масс?
19. В чем заключается физический смысл константы скоро-
сти реакции?
20. Какую математическую запись имеет правило ВантГоффа?
21. Что такое химическое равновесие системы?
22. Какую математическую запись имеет константа равно-
весия обратимой химической реакции?
23. Как формулируется принцип смещения химического
равновесия (принцип Ле Шателье)?
92
ГЛАВА 5. РАСТВОРЫ. ТЕОРИЯ
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ
5.1. Понятие о растворах. Растворимость
Раствор – это гомогенная система, которая состоит из двух
или более компонентов: растворителя, растворимых веществ и
продуктов их взаимодействия. Так, например, раствор серной
кислоты состоит из растворителя – воды, растворенного вещества – кислоты и продуктов их взаимодействия – гидратирован-
-
ных ионов: H+, HSO
4
, SO
2-
.
4
В 1887 году Д.И. Менделеев создал гидратную теорию
растворов, согласно которой при растворении образуются сольваты – нестойкие химические соединения растворенного вещества с растворителем (в случае водных растворов – гидраты).
Подтверждением реальности процесса сольватации является образование кристаллогидратов – кристаллических веществ, в
состав которых входит определенное число молекул воды. Примеры кристаллогидратов: CuSO4∙5H2O – медный купорос,
FeSO4·7H2O – железный купорос, CaSO4·2H2O – гипс. Вода в
кристаллогидратах называется кристаллизационной водой.
Растворимость - это свойство вещества растворяться в воде или другом растворителе. Количественно растворимость выражается концентрацией насыщенного раствора. Чаще всего растворимость выражают при помощи массы вещества, которая может раствориться в 100 г воды при данной температуре, и называют коэффициентом растворимости (или просто растворимостью - S). Например, при 20 оС в воде массой 100 г может раствориться не более 36 г хлорида натрия.
Раствор, в котором данное вещество больше не растворяется при данной температуре, называется насыщенным. Чтобы получить насыщенный раствор хлорида натрия при 20 оС к 100 г воды, надо добавить больше 36 г NaCl.
Раствор, в котором данное вещество еще может растворяться
при данной температуре, называется ненасыщенным. Чтобы получить ненасыщенный раствор хлорида натрия при 20 оС в 100 г воды, надо растворить меньше 36 г NaCl.
93
Пример 1. Какая масса сульфата железа (II) содержится в
Дано:
m (FeSO4·7H2O) = 834 г
Решение
1. Определяют массовую долю
сульфата железа (II) в железном
купоросе по формуле
Найти:
m (FeSO4)
Дано:
m(раствора сахара) = 750 г
S(сахара) = 200 /100 г воды
t = 20 оС
Решение
1. По растворимости
определяют массовую долю
сахара в его насыщенном растворе по формуле
Найти:
m(сахара)
0,67.
100 200
200
)воды( )сахара(
)сахара(
)сахара(
mm
m
железном купоросе массой 834 г?
ω(FeSO4) = Mr(FeSO4) / Mr(FeSO4·7H2O) = 152 / 278 = 0,55.
2. Рассчитывают массу сульфата железа (II), содержащуюся
в 834 г железного купороса, по формуле
m(FeSO4) = ω(FeSO4) · m(FeSO4·7H2O) = 0,55 · 834 = 459 г.
Ответ: в железном купоросе массой 834 г содержится 459 г
сульфата железа (II).
Пример 2. Какая масса сахара получится при упаривании
его насыщенного раствора массой 750 г при 20 оС, если растворимость сахара при указанной температуре равна 200 г / 100 г
воды?
2. Рассчитывают массу сахара, содержащуюся в 750 г его
насыщенного раствора по формуле
m(сахара) = ω(сахара) ∙ m(раствора сахара) = 0,67 ∙ 750 = 500 г.
Ответ: получится 500 г сахара при упаривании его насыщенного
раствора массой 750 г при 20 оС.
94
Контрольные задания
1. Вычислите массовую долю кристаллизационной воды в
гипсе CaSO4 · 2H2O.
2. Какая масса хлорида натрия получится при упаривании
его насыщенного раствора массой 500 г при 20 оС?
3. Рассчитайте массу сульфата меди (II), которая содержится в медном купоросе массой 750 г?
4. Какая масса хлорида алюминия растворится в воде массой 350 г при 100 оС, если растворимость соли при данной температуре равна 49 г/100 г воды?
5. Вычислите массовую долю кристаллизационной воды в
железном купоросе FeSO4·7H2O.
6. Вычислите массовую долю сульфата кальция в гипсе
CaSO4·2H2O.
7. Вычислите массовую долю сульфата меди (II) в медном
купоросе CuSO4·5H2O.
8. Вычислите массовую долю сульфата железа (II) в же-
лезном купоросе FeSO4·7H2O.
9. Какая масса хлорида аммония растворится в воде массой 250 г при 90 оС, если растворимость соли при данной температуре равна 70 г/100 г воды?
10. Сколько граммов хлорида аммония содержится в 675 г
раствора при 15 ºС, если растворимость этой соли при 15 ºС равна
35 г/100 г воды?
11. Определите массу медного купороса CuSO4∙5H2O, необ-
ходимую для приготовления 500 г насыщенного раствора сульфата меди (II) при 30 оС, если растворимость соли при данной
температуре равна 25 г/100 г воды,
12. Какая масса осадка сульфата калия выпадет из 100 г
насыщенного при 100 оС раствора, охлажденного до 0 оС, если
известно, что в 100 г раствора при температурах 100 и 0 оС содержится соответственно 15,40 и 6,85 г соли.
13. При охлаждении 300 г раствора с массовой долей соли
0,15 часть растворенной соли выпала в осадок, и массовая доля
соли стала 0,08. Чему равна масса выпавшего осадка?
95
5.2. Способы выражения состава раствора вещества
Важной характеристикой любого раствора является его состав. Существуют различные способы выражения численного
состава растворов: массовая доля растворенного вещества, молярная концентрация и другие. Концентрацией вещества - компонента раствора - называют величину, измеренную количеством
растворенного вещества, содержащегося в определенной массе
или объеме раствора, или растворителя.
Массовая доля растворенного вещества ω (Х) – это безразмерная физическая величина, которая равна отношению массы
растворенного вещества m (X) к общей массе всего раствора
m(раствора Х):
ω(Х) = m(X) / m(раствора Х).
Массовую долю растворенного вещества обычно выражают
в долях единицы или массовых процентах. Например, массовая
доля растворенного вещества – хлороводородной кислоты в воде
равна 0,15 или 15 % масс. Это означает, что в растворе хлороводородной кислоты массой 100 г содержится 15 г HCl и 85 г воды.
Водные растворы с различной массовой долей растворенного вещества имеют различную плотность (табл. 8).
Молярная концентрация вещества с(Х) – это величина,
равная отношению количества растворенного вещества n(X) к
объему раствора этого вещества V(раствора Х):
с(Х) = n(X) / V(раствора Х).
Единица измерения молярной концентрации – моль/дм3.
Так, запись молярной концентрации: с (H2SO4) = 0,5 моль/дм3
означает, что в одном дм3 раствора H2SO4 содержится 0,5 моль
(49 г) серной кислоты.
Раствор, в 1 дм3 которого содержится 1 моль растворенного
вещества, называется молярным. Если в 1дм3 раствора содержится 0,1 моль вещества, то он называется децимолярным.
Чтобы приготовить 500 см3 (0,5 дм3) раствора гидроксида
натрия с молярной концентрацией 0,1 моль/дм3, надо сначала
определить количество вещества NaOH, необходимое для приготовления 500 см3 раствора:
m(NaOH) = c(NaOH) · V(раствора NaOH) = 0,1· 0,5 = 0,05 моль.
96
Затем рассчитывают массу гидроксида натрия:
Массовая доля
растворенного
вещества
Плотность водных растворов, г/см3
H2SO
4
HNO3 HCl
KOH
NaOH
0,04
1,025
1,020
1,018
1,035
1,043
0,06
1,038
1,031
1,028
1,053
1,065
0,08
1,052
1,043
1,038
1,072
1,087
0,10
1,066
1,054
1,047
1,090
1,109
0,12
1,080
1,066
1,057
1,109
1,131
0,14
1,095
1,078
1,068
1,128
1,153
0,16
1,109
1,090
1,078
1,147
1,175
0,18
1,124
1,103
1,088
1,167
1,197
0,20
1,139
1,115
1,098
1,186
1,219
0,22
1,155
1,128
1,108
1,206
1,241
0,24
1,170
1,140
1,119
1,226
1,263
0,26
1,186
1,153
1,129
1,247
1,285
0,28
1,202
1,167
1,139
1,267
1,306
0,30
1,219
1,180
1,149
1,288
1,329
0,32
1,235
1,193
1,159
1,309
1,349
0,34
1,252
1,207
1,169
1,330
1,370
0,36
1,268
1,221
1,179
1,359
1,390
0,38
1,286
1,234
1,189
1,373
1,410
0,40
1,303
1,246
1,198
1,396
1,430
0,42
1,321
1,259
-
1,418
1,449
0,44
1,338
1,272
-
1,441
1,469
0,46
1,357
1,285
-
1,464
1,487
0,48
1,376
1,298
-
1,587
1,501
0,50
1,395
1,310
-
1,601
1,525
m(NaOH) = n(NaOH) ∙ M(NaOH) = 0,05 · 40 = 2 г.
На аналитических весах взвешивают 2 г гидроксида натрия
и переносят в мерную колбу вместимостью 500 см3 на половину,
заполненную дистиллированной водой. Полностью растворяют
массу навески гидроксида натрия путем вращения колбы и добавляют дистиллированную воду до метки (нижняя часть мениска должна касаться метки).
Таблица 8
Плотность водных растворов некоторых
кислот и оснований при 20 оС
97
Пользоваться молярной концентрацией очень удобно, так
Дано:
m(раствора NaCl) = 500
ω(NaCl) = 0,15
Решение
1. Определяют массу хлорида
натрия, содержащуюся в 500 г
раствора по формуле
Найти:
m(NaCl)
V(H2O)
как известно количество вещества (число молей), содержащееся в
определенном объеме раствора. Например, для нейтрализации
1 дм3 раствора гидроксида натрия с молярной концентрацией
равной 1 моль/дм3 согласно уравнению реакции:
2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + H2O
требуется 0,5 дм3 раствора серной кислоты с молярной концентрацией 1 моль/дм3.
Зная растворимость вещества, можно определить его массовую долю в насыщенном растворе. Например, растворимость
хлорида бария BaCl2 при 20 оС равна 38 г/100 г воды. Это значит,
что в 100 г воды содержится 38 г хлорида бария.
Масса всего раствора хлорида бария будет равна:
m(раствора BaCl2) = m(BaCl2) + m(H2O) = 38 + 100 = 138 г.
В растворе хлорида бария массой 138 г содержится 38 г
BaCl2, поэтому массовая доля хлорида бария в его насыщенном
растворе будет равна:
ω(BaCl2) = m(BaCl2) / m(раствора BaCl2) = 38 / 138 = 0,28.
Пример 1. Приготовьте раствор хлорида натрия массой
500 г с массовой долей NaCl 0,15.
m(NaCl) = ω(NaCl) ∙ m(раствора NaCl) = 0,15 · 500 = 75 г.
2. Затем определяют массу воды, необходимую для приго-
товления данного раствора, по формуле
m(H2O) = m(раствора NaCl) – m(NaCl)= 500 – 75 = 425 г.
Так как плотность воды равна 1 г/см3, поэтому:
V(H2O) = 425 см3.
Ответ: взвешивают на весах хлорид натрия массой 75 г и помещают в химическую колбу. Мерным цилиндром отмеряют воду
объемом 425 см3, переносят в колбу и перемешивают.
98
Пример 2. Приготовьте 250 г раствора хлороводородной
Дано:
m(раствора HCl) = 250 г
ω(HCl) = 0,02
ω
исх
(HCl) = 0,20
Решение
1. Определяют массу хлороводородной кислоты, необходимую для приготовления 250 г
указанного раствора по формуле
Найти:
V(исх.р-ра HCl)
V(H2O)
Дано:
m(NaOH) = 60 г
V(раствора NaOH) = 2 дм3
Решение
1. Определяют количество
вещества гидроксида натрия по
формуле
Найти:
c(NaOH)
кислоты с массовой долей HCl 0,02 из исходного раствора
(исх. р-р) хлороводородной кислоты с массовой долей HCl 0,20.
m(HCl) = ω(HCl) ∙ m(раствора HCl) = 0,02 · 250 = 5 г.
2. Затем определяют массу исходного раствора HCl, содер-
жащего 5 г хлороводородной кислоты по формуле
m(исх. р-ра HCl) = m(HCl) / ω
(HCl) = 5 / 0,20 = 25 г.
исх.
3. По табл. 8 находят плотность исходного раствора хлороводородной кислоты ρ(исх. р-ра HCl) =1,098 г/см3 и рассчитывают объем исходного раствора:
V(исх. р-ра HCl) = m(исх. р-ра HCl) / ρ(исх. р-ра HCl) =
= 25 / 1,098 = 22,8 см3.
4. Затем определяют массу воды, необходимую для приготовления данного раствора, по формуле
m(H2O) = m(раствора HCl) – m(исх. р-ра HCl) = 250 – 25 = 225 г.
Так как плотность воды равна 1 г/см3, поэтому V(H2O) = 225 см3.
Ответ: мерным цилиндром отмеряют 22,8 см3 исходного раство-
ра хлороводородной кислоты и 225 см3 воды, переносят в колбу и
перемешивают.
Пример 3. Рассчитайте молярную концентрацию раствора
гидроксида натрия, если при растворении его массой 60 г в воде
получили раствор объемом 2 дм3.
n(NaOH) = m(NaOH) / M(NaOH) = 60 / 40 = 1,5 моль.
99
2. Рассчитывают молярную концентрация гидроксида
Дано:
ω
исх. (H2SO4
) = 0,5
c(H2SO4) = 0,5 моль/дм3
V (раствора H2SO4) = 0,2 дм3
Решение
1. Определяют количество вещества серной кислоты, необходимого для приготовления заданного раствора, по формуле
Найти:
V(исх. раствора H2SO4)
натрия в полученном растворе по формуле
c(NaOH) = n(NaOH) / V(раствора NaOH) =1,5 / 2 = 0,75 моль/дм3.
Ответ: с(NaOH) = 0,75 моль/дм3.
Пример 4. Определите объем исходного раствора серной
кислоты с массовой долей H2SO4 0,5 необходимый для приготовления 200 см3 раствора серной кислоты с молярной концентрацией 0,5 моль/дм3.
n(H2SO4) = c(H2SO4) ∙ V(раствора H2SO4) = 0,5 · 0,2 = 0,01 моль.
2. Зная количество вещества серной кислоты, рассчитывают
ее массу по формуле
m(H2SO4) = n(H2SO4) ∙ M(H2SO4) = 0,01 · 98 = 9,8 г.
3. Рассчитывают массу исходного раствора, содержащего
9,8 г серной кислоты, по формуле
m(исх. р-ра H2SO4) = m(H2SO4) / ω
4. По табл. 8 находят плотность исходного раствора H2SO4:
ρ(исх. р-ра H2SO4) = 1,395 г/см3 и рассчитывают объем исходного
раствора по формуле
V(исх. р-ра H2SO4) = m(исх. р-ра H2SO4) / ρ(исх. р-ра H2SO4) =
Ответ: объем исходного раствора серной кислоты с массовой
долей H2SO4 0,5, необходимый для приготовления 200 см3 раствора серной кислоты с молярной концентрацией 0,5 моль/дм3,
равен 14,1 см3.
100
исх(H2SO4
= 19,6 / 1,395 = 14,1 см3.
) = 9,8 / 0,5= 19,6 г.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]