Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия. Практикум
.pdf
1. Химические равновесия.
2. Закон действия масс.
В ходе обсуждения доложенных положений в форме взаимного диалога
между преподавателем и студентами в интерактивной форме рассматриваются
и обсуждаются следующие основные вопросы:
1. Принцип Ле Шателье (принцип подвижного равновесия);
2. Процесс образования (выпадения) осадков.
5. Задания на самостоятельную работу
5.1. Изучить по предложенным литературным источникам тему «Факто-
ры, влияющие на скорость химическое равновесие».
5.2. Решить 2–е задачи, предложенные преподавателем, из раздела 6 «За-
дачи для самостоятельного решения»
6. Задачи для самостоятельного решения
1. В каком направлении сместится равновесие в системе:
N
2 (г.)
+ 3Н
2 (г.)
= 2NН
+ Q при понижении температуры?
3 (г.)
а) в сторону прямой реакции; б) в сторону обратной реакции; в) не сме-
стится; г) в сторону экзотермического процесса.
2. В каком направлении сместится равновесие в системе:
2SO
2 (г.)
+ О
2 (г.)
= 2SO
+Q при повышении температуры?
3 (г.)
а) в сторону прямой реакции; б) в сторону обратной реакции; в) не сме-
стится; г) в сторону экзотермического процесса.
3. Какие воздействия на систему 4HCl
(г.)
+ О
ведут к смещению влево?
а) увеличение концентрации О2; б) увеличение концентрации Сl
в) повышение давления; г) увеличение объема реакционного сосуда.
2 (г.)
↔ 2Сl
2 (г.)
+ 2Н
2О (г.)
;
2
при-
4. В каком направлении сместится направление реакции:
2Н
2 (г.)
+ О
2 (г.)
↔ 2Н
, при ∆Н<0, при увеличении концентрации водо-
2О (г.)
рода?
а) в сторону прямой реакции; б) в сторону обратной реакции;
в) не сместится; г) в сторону эндотермического процесса.
111
5. В каком направлении сместится равновесие в системе:
N
+ 3Н
2 (г.)
2 (г.)
а) в сторону прямой реакции; б) в сторону обратной реакции;
в) не сместится; г) в сторону экзотермического процесса.
6. Выберете реакцию, в которой изменение давления не вызывает смеще-
ния равновесия?
↔ 2NH
+ Q при понижении давления?
3 (г.)
А
а) N
в) 2H
2 (г.)
2 (г.)
+ O
+O
2 (г.)
2 (г.)
= 2NO
= 2HO
; б) 2NO
(г.)
; г) 4HCl
2 (г.)
(г.)
+ O
+O
(г.)
2 (г.)
2 (г.)
= 2NO
=2H2O
2 (г.)
;
(г.)
7. В каких направлениях сместятся равновесия:
2СО
(г.)+О2 (г.) ↔
N
2 (г.)
+ O
2 (г.)
2СО
↔ 2NO
; ∆Нº = –506 кДж;
2 (г.)
; ∆Нº = 180 кДж.
(г.)
а) при понижении температуры; в) при повышении давления?
8. Как повлияет на равновесие следующих реакций:
2Н
СаСО
2 (г.)
+ О
3 (тв.)
↔ 2Н
2 (г.)
↔ СаО
2О (г.)
(тв.)
; ∆Нº = –483,6 кДж;
+СО
; ∆Нº = 179 кДж.
2 (г.)
а) повышение давления; б) повышение температуры?
9. В каком направлении сместится равновесие реакции:
2 (г.)
+ В
2 (г.) ↔
2АВ
, если давление увеличить в 2 раза и одновременно повы-
(г.)
+ 2Cl
2 (г.)
.
сить температуру на 10 градусов? Температурные коэффициенты скорости прямой и обратной реакции равны соответственно 2 и 3. Какой ∆Нº этой реакции?
10. Выяснить температуру, при которой константа равновесия реакции
2NO
↔ N2O
2 (г.)
равна единице. Изменениями ∆Нº и ∆Sº с температурой пре-
4 (г.)
небречь. В каком направлении сместится равновесие при температуре более
низкой, чем найденная?
11. Стандартные изменения Гиббса для реакции А+В ↔ АВ при 298К
равно -8 кДж/моль. Найденные концентрации [A]° = [В]° = 1 моль/л. Найти
константу равновесия реакции и равновесные концентрации веществ А, В и АВ.
7. Примеры решения задач
В каком направлении сместится равновесие в системах:
112
( .) ( .) ( .)
2
22
кр г г
А В АВ
2
2
[]
.
[]
AB
KB
а) СО
б) Н
+ Сl
(г.)
2 (г.)+I2 (г.)
↔ COCl
2 (г.)
↔ 2HI
(г.)
;
2 (г.)
,
если при неизменной температуре увеличить давление путем уменьшения
объема газовой смеси?
Решение:
а) Протекание реакции в прямом направлении приведут к уменьшению
общего числа молей газов, т.е. к уменьшению давления в системе. Потому, со-
гласно принципу Ле Шателье, повышение давления вызывает смещение равно-
весия в сторону прямой реакции.
б) Протекание реакции не сопровождается изменением числа молей газов
и не приводит, следовательно, к изменению давления. В этом случае изменение
давления не вызывает смещение равновесия.
2. В гетерогенной системе установилось равновесие:
, ∆Н>0.
Напишите выражение для константы равновесия. Дайте обоснованные
ответы на вопросы: а) как увеличение давления отразится на состоянии равно-
весия; б) в каком направлении сместится равновесие при уменьшении темпера-
туры; в) как и во сколько раз изменится скорость обратной реакции при увели-
чении давления в системе в три раза?
Решение:
Константа равновесия:
(концентрация кристаллического вещества не входит в выражение кон-
станты равновесия).
а) Изменение давления не влияет на состояние кристаллических веществ,
поскольку они практически несжимаемы, а значимый ими объем пренебрежи-
тельно мал, по сравнению с объемом такого же количества вещества в газообразном состоянии.
В соответствии с принципом Ле Шателье при увеличении давления рав-
новесие сместится в сторону процесса, приводящего к уменьшению объема, т.е.
в сторону меньшего количества молей газов. Поскольку из 1 моль газа образу-
ется 2 моль газа, при увеличении давления равновесие сместится в обратном
направлении.
113
2
1
AB
v kc
22
2
21
2
)9(3 9
AB AB
v k c kc v
б) По принципу Ле Шателье при уменьшении температуры равновесие
сместится в сторону экзотермической реакции. Прямая реакция эндотермиче-
ская (∆Н>0), обратная реакция экзотермическая. Следовательно, при уменьшении температуры равновесие сместится в сторону обратной реакции.
в) Согласно закону действующих масс скорость обратной реакции равна:
. Увеличение давления приведет к пропорциональному уменьшении
объема системы и увеличению концентрации газообразных веществ. После
увеличения давления в три раза скорость обратной реакции стала:
.
Скорость обратной реакции увеличилась в 9 раз.
3. По значению констант равновесия для перечисленных ниже систем
определите, в каком направлении увеличивается полнота реакций:
CO
Н
+ Сl
(г.)
+
+ НSˉ ↔ H2S (2), (k = 1∙107);
↔ СОСl
2 (г.)
(1), (k = 50);
2 (г.)
Cd2+ + S2– ↔ CdS (3), (k = 7∙1028);
H+ + CH3COO– ↔ CH3COOH (4), (k = 5,5∙104).
Решение:
Если термодинамический потенциал ∆С
х.р.
свидетельствует только о воз-
можности протекания реакции, т.е. пойдет или не пойдет данная реакция, или
является качественной характеристикой химического процесса, то константа
равновесия является количественной характеристикой химического процесса: в
какой степени пойдет или не пойдет химическая реакция. Из сравнения значе-
ний констант равновесия вытекает, что наибольшим значением константы об-
ладает реакция осаждения сульфида кадмия CdS (k = 7∙10
ниями обладают реакции образования сероводорода H
кислоты CH
СОСl
(k = 50). Следовательно, полнота протекания данных реакций будет уве-
2
COOH (k = 5,5∙10
3
4
), наименьшим значением реакция образования
28
), меньшими значе-
S (k = 1∙10
2
7
) и уксусной
личиваться в ряду: (1) → (4) → (2) → (3).
4. Используя справочные данные, найти приближенное значение темпе-
ратуры, при которой константа равновесия реакции образования водяного газа
С (
графит)
+ Н
2О (г.)
↔ СО
(г.)
– Н
2 (г.)
температуры пренебречь.
равна единице. Зависимость ∆Н0 и ∆S0 от
114
0
T
G
0 0 0
T T T
G H T S
00
TT
ТSH
00
/
TT
T H S
0
298
H
0
298
S
2
0 0 0
298
110,5 241,8 131,3
обрCO обрH O
HH кH Дж
2
0 0 0
298
197,5 130,5 5,7 188,7 133,6 / 0,1336 /
обрCO обрH O
кДж К кДSS жКS
2
5
0,05 / ,
100
H
моль лС
2
3
0,03 / .
100
N
C моль л
3
0
NH
C
3
34
[ ] 0,02 / .
17 100
молNH ьл
22
3
33
22
[ ] 0,02
2500.
[ ] [ ] 0,02 0,02
p
NH
K
HN
Решение:
Из уравнения
= –2,3RTlgKр
следует, что K
на нулю. Тогда из соотношения
ствующей температуре
= 1 стандартная энергия Гиббса химической реакции рав-
р
вытекает, то при соответ-
, откуда
.
Согласно условию задачи, для расчета можно воспользоваться значения-
ми
и
реакции, которые находим в справочной таблице.
;
Отсюда: Т = 131,3/0,1336 = 983 К.
5. В сосуд объемом 0,1 м3 введено 10 г. водорода и 84 г. азота. К моменту
достижения равновесия в системе образовалась 34 г. аммиака. Определите константу равновесия реакции К
.
р
Решение:
Реакция взаимодействия водорода и азота
3Н
2 (г.)+N2 (г.)
= 2NH
3 (г.)
Рассчитаем концентрации реагентов в начальный момент времени. 10 г.
водорода составляет 5 моль, а 84 г. азота — 3 моль. Соответственно концентрации этих веществ:
Начальная концентрация продуктов реакции
. К моменту равно-
весия концентрация аммиака составила:
В соответствии со стехиометрией реакции для образования 0,02 моль ам-
миака должны прореагировать 0,03 моль водорода и 0,01 моль азота. Следова-
тельно, равновесные концентрации этих газов [H2]=0,05 – 0,03 = 0,02 моль/л,
[N2]=0,03 – 0,01 = 0,02 моль/л. Таким образом, константа равновесия реакции:
115
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 13
Растворы. Способы выражения концентрации растворов.
Электролитическая диссоциация
1. Перечень вопросов, рассматриваемые на практическом занятии
1. Растворы. Способы выражения концентрации растворов.
2. Свойства растворов неэлектролитов.
3. Электролитическая диссоциация.Сильные и слабые электролиты.
2.Теоретическая часть
2.1 Растворы. Способы выражения концентрации растворов.
Гетерогенные системы, в которых в одном веществе (среде) распределено
(диспергированно) в виде очень мелких частиц другое вещество, называются
дисперсными системами. Раствором называют однофазную систему перемен-
ного состава, состоящую из двух или более компонентов.
Концентрацией раствора называется содержание растворенного вещества
в определенной массе или определенном объеме раствора или растворителя.
Способы выражения концентрации растворов: массовая доля (ῳ,%) – это
процентное отношение массы растворенного вещества к массе раствора.
Молярная концентрация или молярность — количество молей растворенного вещества, содержащееся в 1 л или в 1000 раствора (концентрация по
объему).
Молярная концентрация эквивалента вещества — количество мольэкви-
валентов растворенного вещества содержащееся в 1 л или в 1000смнтрация по
объему).
Молярная концентрация эквивалента вещества — количество мольэквивалентов растворенного вещества содержащееся в 1 л или в 1000 см3 раствора
(концентрация по объему).
Титр — количество граммов растворенного вещества, содержащееся в 1
3
см
раствора (концентрация по объему).
Моляльная концентрация или моляльность — количество молей растворенного вещества, приходящееся на 1 кг или 1000 г растворителя (концентрация по массе).
116
2.2 Свойства растворов неэлектролитов
Некоторые свойства разбавленных растворов неэлектролитов зависит не
от природы растворенного вещества, а только от числа его частиц в растворе.
Самопроизвольный переход растворителя через полупроницаемую пере-
городку в раствор с большей концентрацией называется осмосом. Мерой силы,
с которой растворитель стремиться перейти через полупроницаемую перего-
родку в раствор, является осмотическое давление, численно равную тому ми-
нимальному дополнительному давлению, которое надо приложить к раствору,
чтобы не допустить осмос (со стороны чистого раствора).
Осмотическое давление π, атм, вычисляются по уравнению Вант–Гоффа:
π = СмRT
где См — молярная концентрация раствора неэлектролита, моль /л;
R — универсальная газовая постоянная 0,083 Мпа
Т — абсолютная температура, К.
Понижение давления пара раствора. Если в растворителе, например в во-
де, растворено нелетучее вещество, то давление насыщенного пара раствора (р)
будет ниже, чем для чистого растворителя (р
ность р
– р = ∆р, отнесенную к p0 (∆р/р0), называют относительным понижени-
0
) при той же температуре. Раз-
0
ем давления насыщенного пара раствора.
Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения
растворов. Каждая жидкость закипает, когда давление ее пара становится рав-
ным атмосферному давлению и давление пара растворов по сравнению с чи-
и по-
K
нижению температуры замерзания ∆tЗ растворов. Обе величины ∆tK и ∆tЗ прямо
пропорциональны моляльности раствора m:
∆t
= К
= К
Э
·m
К
·m
∆t
K
З
Константы: эбуллиоскопическая КЭ и крископическая КК – численно
равны, соответственно, повышению температуры кипения и понижению температуры замерзания растворов, концентрация которых составляет 1 моль/кг.
Обе константы зависят от природы растворителя. Для воды К
и КК соот-
Э
ветственно равны 0,52 и 1,86, а для бензола 2,57 и 4,12 °C·моль–1·кг.
2.4 Электролитическая диссоциация. Сильные и слабые электролиты
Электролитической диссоциацией называется распад электролита на ио-
ны (положительно заряженные катионы и отрицательно заряженные анионы)
117
0
d
N
aN
под действием молекул воды или другого полярного растворителя. Растворы
электролитов характеризуются степенью электролитической диссоциации а,
измеряемой долями единицы и показывающей какая часть молекул электролита
введенных в раствор, диссоциирует на ионы
,
где Nd — число молекул электролита распавшегося на ионы;
N0 — число введенных в раствор молекул электролита.
Очевидно, что доля недиссоциированных молекул будет равна (1 – а).
Значения а изменяется от 0 (отсутствие диссоциации в растворах неэлектролитов) до 1 (полная диссоциация). По степени электролитической диссоциации
все электролиты делятся на три группы, границы между которыми условны:
- сильные электролиты (а>0,3);
- электролиты средней силы (0,3<a<0,3);
- слабые электролиты (а<0,03).
Диссоциация кислот, оснований и солей подробно рассматривается в тео-
ретической части практического занятия №5 «основные классы неорганических
соединений».
Слабые электролиты подчиняются закону разбавления Оствальда.
Кд= Cm·α2,
где Кд — константа диссоциации слабого электролита;
α — степень электролитической диссоциации;
Cm — молярная концентрация электролита в растворе
Для характеристики растворов сильных электролитов вводится такое по-
нятие как «активная концентрация» или «активность»
а = f·Cm,
где а — активность иона;
f — коэффициент активности, безразмерная величина (f ≤ 1);
Cm — молярная концентрация электролита.
Коэффициент активности f тем меньше, чем выше разряд иона и выше
концентрация электролита в растворе (больше ионная сила раствора):
µ= ½ Ʃ сi·z
2
,
i
где µ — ионная сила раствора;
ci — концентрация каждого иона в растворе;
2
z
— квадрат заряда каждого иона в растворе.
i
118
3. Литературные источники
1. Коровин Н.Ф. Общая химия. Учебник для технических направлений и
спец. вузов. — М, 2008. — С.204–218.
2.Тихонов Г.П – Общая химия. Часть 1. Учебное пособие для самостоя-
тельной подготовки студентов. — М: Альтаир–МГАВТ, 2006. — С.4–35.
3. Тихонов Г.П, Минаева И.А. Пономарев А.Я. Химия на водном транс-
порте. Учебное пособие. — М: Альтаир–МГАВТ, 2012. — С.123–134.
4. Порядок проведения занятия
В начале занятия преподаватель кратко напоминает студентам об основ-
ных свойствах растворов, способах выражения их концентрации, растворах
электролитов и неэлектролитов и о явлении электролитической диссоциации.
Затем по теме заслушиваются следующие самостоятельно подготовленные со-
общения студентов (рефераты).
5. Задания на самостоятельную работу
4.1 Изучить по предложенным литературным источникам тему «Раство-
ры. Способы выражения концентрации растворов. Электролитическая диссоци-
ация».
4.2 Решить 3–и задачи, предложенные преподавателем, из раздела 6
настоящего Пособия.
6. Задачи для самостоятельного решения
1. Вычислите молярную и моляльную концентрацию эквивалента 20%
раствора CaCl₂, плотность которого ρ = 1,25г/см3.
2. При какой температуре будет замерзать раствор, если растворить 18 г
глюкозы (М=180г) в 100 см3 воды? КК =1.86 °C·моль–1·кг.
а) -0.186; б) +0.186; в) -1.86; г) +1.86.
3. Имеются два раствора: 1-й раствор — 64 г СН₃ОН (М=32г) в 1000 г во-
ды; 2–й раствор — 92 г С
ОН (М=46 г) в 1000 г воды. Какой раствор будет
2Н5
кипеть при более высокой температуре?
4. Определите молярную концентрацию раствора, содержащего 14.8 г
трет-бутилового спирта (СН₃)₃СОН (М=74 г) в 500 см3 водного раствора?
а) 0.4; б) 1/8; в) ½; г) 29.6; д) 5.96.
119
5. Вычислить температуру кристаллизации раствора мочевины (NH2)2CO,
содержащего 5 г мочевины в 150 г воды. Криоскопическая константа воды 1,86.
6. Вычислить температуру кипения 5%–го раствора нафталина C10H8 в
бензоле. Температура кипения бензола 80,2°С. Эбулископическая константа его
2,57°C·моль–1·кг.
7. Раствор, содержащий 25,65г некоторого неэлектролита в 300 г воды,
кристаллизируется при -0,465°С. Вычислите молярную массу растворенного
вещества. Криоскопическая константа воды 1.86°C·моль–1·кг.
8. В системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания в качестве ан-
тифриза используют водный раствор этиленгликоля C2H4(OH)
. Вычислите ве-
2
совое количество этиленгликоля, которое необходимо взять на 30 л воды, чтобы приготовить раствор с температурой замерзания -10°С.
9. Чему равно осмотическое давление раствора, содержащего 4 г метило-
вого спирта CH3OH (М=32г) в 500 см3 раствора?
10. Определите молярную концентрацию раствора, содержащего 22г.
масляной кислоты CH3 (CH2)2COOH (M=88г) в 250 см3 водного раствора?
а) 1; б)1/4; в) 4; г)22; д) 88.
11. При какой температуре кристаллизуется водный раствор, содержащий
3·1023 молекул неэлектролита в 250 г H2O (KK = 1.86).
12. Чему равно осмотическое давление раствора, содержащего 12,3 г аце-
тонитрила CH3CN (M=41г) в 100 см3 раствора?
13. Какая масса растворенного вещества содержится в растворе объемом
1 л, если его ρ = 1,20 г/см3, а массовая доля ω = 20%?
14. Какую массу растворенного вещества необходимо добавить к раство-
ру массой 1 кг, чтобы увеличить массовую долю ω растворенного вещества с 10
до 20%: а) 225г; б) 200; в) 125г; д) 900г?
120
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]