II рівень

5.10500 л суміші метану та водяної пари, у якій об'єми компонентів від­носились як 2:3, піддали конверсії. Ступінь перетворення метану ста­новить 10%. Розрахуйте об'ємні частки (%) компонентів утвореної суміші після закінчення реакції і приведення газової суміші до почат­кових умов.

5.11Еквімолярну суміш водню та азоту об'ємом 200 мл пропустили над нагрітим каталізатором. Після завершення реакції та приведення утво­реної суміші до початкових умов її об'єм став на

60 мл меншим від об'єму вихідної суміші. Обчисліть ступінь перетворення азоту (%).

5.12Суміш однакових об'ємів метану та карбон діоксиду піддали конвер­сії. Об'єм газової суміші після закінчення процесу та приведення суміші до початкових умов збільшився на 50%. Розрахуйте ступінь пе­ретворення метану (%).

5.13Змішали 20 л метану та 20 л карбон діоксиду і привели до умов реакції. Утворену суміш привели до початкових умов. Виявилось, що її об'єм на 30% більший за об'єм вихідної суміші. Обчисліть: а) ступінь пере­творення метану; б) об'ємний склад (%) утвореної суміші газів.

5.14У контактний апарат для окиснення сульфур діоксиду ввели 200 м³повітря, в якому містились домішки сірчистого газу, об'ємна частка яких становила 20,0%. Визначте об'ємний склад утвореної суміші (%), якщо відомо, що прореагувало 90% сульфур діоксиду.

5.15Суміш метану та карбон діоксиду, у якій об'єми компонентів відно­сяться як 1:4, привели до умов реакції. Визначте об'ємний склад (%) утвореної газової суміші після приведення до початкових умов. Відо­мо, що прореагувало 1/4 частина метану.

5.16Суміш однакових об'ємів метану та водяної пари піддали конверсії. Об'єм газової суміші після приведення до початкових умов збільшив­ся в 1,6 разу. Обчисліть ступінь перетворення (%) метану.5.17Еквімолярну суміш сульфур діоксиду та кисню об'ємом 400 мл, що має температуру 100°С, привели до умов реакції. Після завершення реакції та приведення утвореної суміші до початкових умов її об'єм склав 360 мл. Обчисліть: а) ступінь перетворення сульфур діоксиду (%); б) об'ємні частки (%) компонентів в утвореній суміші.

5.18 Після змішування 140 дм³суміші нітроген монооксиду та азоту з 100 дм³повітря одержали газову суміш об'ємом 220 дм³, об'ємна частка азоту в якій склала 72,73%. Обчисліть: а) ступінь перетворення нітроген монооксиду (%); б) об'ємну частку нітроген монооксиду (%) в утворе­ній суміші. Об'ємна частка кисню в повітрі становить 20%.

5. 19Змішали 4 л амоніаку та 2 л хлороводню при кімнатній температурі. Обчисліть об'ємний склад газової суміші в момент, коли прореагува­ло 80% хлороводню. Тиск і температура підтримувались постійними. Визначте ступінь перетворення амоніаку (%) в цей момент.

III рівень

5.20До 150 мл суміші карбон монооксиду з карбон діоксидом додали ки­сень об'ємом 50 мл і підпалили. У результаті реакції загальний об'єм газів зменшився на 25%. Утворену газову суміш пропустили крізь надлишок розчину барій гідроксиду. Об'єм газу, що не поглинувся лугом, склав 30 мл. Усі виміри об'ємів проводили за однакових умов. Визначте; а) об'ємний склад початкової суміші (%); б) ступінь пере­творення чадного газу (%).

5.21Через апарат для одержання водню пропустили суміш чадного газу та водяної пари, у якій об'єми компонентів відносились як 2:5. В утвореній суміші об'ємна частка чадного газу склала 10%. Обчисліть ступінь перетворення (%)чадного газу.

5.22 Через апарат для добування водню пропустили 112л еквімолярної суміші чадного газу та водяної пари. Обчисліть ступінь перетворення чадного газу (%), якщо відомо, що при пропусканні одержаної газової суміші крізь розчин гашеного вапна одержали 1 моль кальцій карбонату та 0,5 моль кальцій гідрогенкарбонату.5.23Суміш двох об'ємів хлору та трьох об'ємів водню освітили розсіяним світлом. Через деякий час об'ємна частка хлору в суміші зменшилась на 10%. Визначте: а) ступінь перетворення хлору (%); б) об'ємну частку (%) НС1 в утвореній суміші.

5.24300 м³суміші метану та водяної пари, у якій об'єми компонентів відносяться як 1:2, привели до умов реакції. Після закінчення реакції і приведення утвореної суміші до початкових умов виявили, що об'ємна частка метану в ній становить 15,8%. Визначте ступінь перетворення метану (%).

ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧ

Задача 1.1 Обчисліть густину за воднем газової суміші, що містить за об'ємом 20% метану, 40% карбон діоксиду, решта — чадний газ.

Рішення

D = M(сум) / M(Н₂).

Так як об’ємні частки компонентів газової суміші дорівнюють відповідним молярним часткам, то в 1моль суміші міститься 0,2моль СН₄, 0,4моль СО₂та 0,4моль СО.

М(сум) = 16 ^.0,2 + 44^.0,4 + 28 ^.0,4 = 32 (г/моль). D_Н2= 32 / 2 = 16

Задача 1.3Газова суміш складається з 20 л карбон діоксиду, 40 л кисню та 60 л водню. Розрахуйте відносну густину суміші за амоніаком.

Рішення

φ = V(речов.) /V(сум).

V(сум).= 20 + 40 + 60 = 120л. φ(СО₂) = 20 / 120 = 0,1667; φ(О₂) = 40 / 120 = 0,3333;

φ(Н₂) = 60 / 120 = 0,5. Так як об’ємні частки компонентів газової суміші дорівнюють відповідним молярним часткам, то в 1моль суміші міститься 0,1667моль СО₂, 0,3333моль О₂та 0,5моль Н₂. М(сум.) = 0,1667 ^.44 + 0,3333^.32 + 0,5 ^.2 = 19 (г/моль).

D_NH3 =М(сум) / М(NH₃) = 19 / 17 = 1,12.

Задача 1.5 Густина за воднем суміші метану та ацетилену становить 9. Обчисліть: а) об'ємні частки газів (%) у суміші; б) масові частки газів у суміші (%).

Рішення

ν = m/ М; χ =ν(реч.) /ν(сум.);w=m(речов.) /m(сум.)

М(сум) = 2 D_Н2= 2^.9 = 18 (г/моль).

Припустимо, що 1моль суміші містить х моль СН₄та (1 – х) моль С₂Н₂.

Тоді можна записати 18 = 16х + 26 (1 – х). Звідси х = 0,8.

φ(СН₄) = χ(СН₄) = 0,8 / 1 = 0,8. φ(С₂Н₂) = χ (С₂Н₂) = 0,2 / 1 = 0,2.

Розрахуємо масу метану, що міститься в 1моль суміші: m(СН₄) = 0,8 ^.16 = 12,8 (г).

Тоді w(СН₄) = 12,8 / 18 = 0,7111≈ 71,1%.w(С₂Н₂) = 100 – 71,1 = 28,9%.

Задача 1.7 Обчисліть густину за воднем газової суміші, що містить 0,4 моль вуг­лекислого газу, 0,2 моль азоту та 1,4 моль кисню.

Рішення

χ = ν(реч.) /ν(сум.);ν(сум.)= 0,4 + 0,2 + 1,4 = 2(моль).

Розрахуємо молярні частки кожного газу в суміші:

χ(СО₂) = 0,4 / 2 = 0,2; χ(N₂) = 0,2 / 2 = 0,1; χ(О₂) = 1,4 / 0,2 = 0,7.

В 1моль суміші міститься 0,2моль СО₂, 0,1мольN₂ та 0,7моль О₂, а її молярна маса становить

М(сум.) = 0,2 ^. 44 + 0,1 ^.28 + 0,7^. 32 = 34 (г/моль).

D_H2= М(сум)/ М(H₂) = 34 / 2 = 17.

Задача 1.12 Розрахуйте густину за воднем газової суміші (н.у.), що утвориться при термічному розкладі алюміній нітрату.

Рішення

4Al(NO₃)₃ = 2Al₂O₃ + 12NO₂ + 3O₂.

З рівняння випливає, що з 4моль солі утвориться 12 + 3 = 15(моль) газової суміші.

Молярні частки кожного газу в суміші становитимуть

χ = ν(реч.) /ν(сум.). χ (NO₂) = 12/15 = 0,8(моль), χ(О₂) = 1 – 0,8 = 0,2(моль).

В 1моль суміші міститься 0,2моль О₂та 0,8мольNO₂ і її молярна маса становить

М(сум.) = 0,2 ^.32 + 0,8^. 46 = 43,2 (г/моль).

D_H2 =М(сум)/ М(H₂) = 43,2 / 2 = 21,6.

Задача 1.13 Суміш метану та сірководню важча за водень в 14,43 разу. Як відно­сяться кількості речовин компонентів суміші?

Рішення

М(сум.) = 2 ^.14,43 = 28,86 (г/моль).

Припустимо, що в 1моль суміші міститься хмоль СН₄та (1 – х) мольH₂S.

Тоді 28,86 = 16х + 34 – 34х. Звідси х = 0,2856 (моль).

ν(H₂S) = 1 – 0,2886 = 0,7144(моль).ν(СН₄) :ν(H₂S) = 0,2856 : 0,7144 = 1 : 2,5 = 2 : 5.

Задача 1.14 Густина за повітрям суміші кисню та .карбон діоксиду 1,24. Обчисліть об'єм цієї суміші, що витратиться на спалювання 5 м³водню (н.у.).

Рішення

М(сум.) = 1,24 ^.29 = 35,96 (г/моль).

Припустимо, що в 1моль суміші міститься хмоль О₂та (1 – х) моль СО₂.

Тоді 35,96 = 32х + 44 ^.(1 – х). Звідси х = 0,67.

χ (О₂) = 67%. φ(О₂) = χ (О₂) = 67%.

2Н₂+ О₂= 2Н₂О. З рівняння випливає:V(О₂) = ½ V(H₂) = ½ ^. 5 = 2,5(м³).

Можна записати: 2,5 м³ О₂становить 67%, у м³О₂становить 100%.

Звідси у = 3,73(м³).

Задача 1.18 При взаємодії суміші чадного газу та азоту зі стехіометричною кількіс­тю речовини кисню утворилась двохкомпонентна газова суміш об'ємом 120 дм³з густиною за повітрям 1,1. Знайдіть об'ємний склад вихідної суміші.

Рішення

2СО + О₂= 2СО₂. Утворена суміш містить карбон діоксид та азот.

М(сум.) = 1,1 ^.29 = 31,9 (г/моль).

Припустимо, що в 1моль суміші міститься хмоль СО₂та (1 – х)мольN₂.

Тоді 31,9 = 44х + 28^. (1 – х).

Звідки х = 0,2438(моль).

χ (СО₂) = 24,38%. φ(СО₂) = χ (СО₂) = 24,38%.

Задача 1.20 При нагріванні суміші магній карбонату та калій перманганату утво­рилось 11,2 дм³газової суміші (н.у.), що має густину за повітрям 1,27. Обчисліть: а) масовий склад вихідної суміші солей; б) об'ємні частки компонентів газової суміші (%).

Рішення

MgCO₃ = MgO + CO₂. 2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂.

М(сум.) = 1,29 ^.29 = = 36,83(г/моль).

Припустимо, що в 1моль суміші міститься хмоль СО₂та (1 – х)мольO₂.

Тоді 36,83= 44х + 32^. (1 – х). Звідки х = 0,4025(моль).

χ (СО₂) = 40,25%. φ(СО₂) = χ (СО₂) =24,38%.

φ(О₂) = χ (О₂) = 100 – 40,25 = 59,75%.

Об’єми газів в утвореній суміші становитимуть:V(СО₂) = 11,2^.0,4025 = 4,508(л).

V(О₂) = 11,2 – 4,508 = 6,692(л). За рівнянням реакцій розрахуємо масовий склад вихідної суміші:

а г 4,508л 84 ^.4,508

MgCO₃ = MgO + CO₂ а = --------------- = 16,9(г).

84г 22,4л 22,4

bг 6,692л 316^.6,692

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ b= ----------------- = 94,4(г).

316 г 22,4л 22,4

Задача 1.21 При нагріванні 81,3 г еквімолярної суміші аргентум нітрату та калій нітрату утворилась газова суміш, яку привели до нормальних умов. Розрахуйте: а) об'ємні частки (%) компонентів газової суміші; б) гус­тину утвореної суміші за повітрям.

Рішення

Припустимо, що в суміші містилось по х моль АgNO₃ та KNO₃.

Тоді 179х + 101х = 81,3. Звідки х = 0,3(моль).

Запишемо рівняння реакцій термічного розкладу солей: АgNO₃ = 2Аg+ 2NO₂ + О₂ (1). КNO₃ = 2КNO₂+О₂ (2).

З рівняння (1) випливає: ν(NO₂) = ν(АgNO₃) = 0,3моль. ν(O₂) = ½ ν(АgNO₃) = 0,15моль.

З рівняння (2) випливає: ν(O₂) = ½ν(КNO₃) = 0,3моль.ν(O₂) = ½^.0,3 = 0,15моль.

Сумарна кількість речовини кисню складає 0,15 + 0,15 = 0,3(моль).

Отже, утворена суміш містить 0,3моль О₂та 0,3мольNO₂.

χ (NO₂) = χ (О₂) = φ (NO₂) = φ (О₂) = 50%.

В 1моль газової суміші міститься 0,5моль O₂ та 0,5моль NO₂.

Тоді М(сум.) = 0,5 ^.32 + 0,5^.46 = 39 (г/моль).

Dпов. =М(сум.) / М(пов.) = 39 / 29 = 1,34.

Задача 1.22 Суміш ацетилену та метану має густину 0,8 г/л (н.у.). Розрахуйте: а) відносну густину суміші за воднем; б) об'ємну частку (%) метану в суміші.

Рішення

М(сум.) = 0,8 ^.22,4 = 17,92 (г/моль).

Припустимо, що 1моль суміші містить х моль С₂Н₂ та (1 – х) моль СН₄.

Тоді 17,92 = 26х + 16^. (1 – х). Звідси х = 0,192 (моль).

ν(СН₄) = 1 – 0,192 = 0,808 (моль). χ (СН₄) = φ (СН₄) = 0,808, або 80,8%.

D_H2= М(сум.) / М(H₂) = 17,92 / 2 = 8,96.

Задача 1.26 Обчисліть густину за воднем газоподібної суміші, яка утвориться при термічному розкладі сульфур триоксиду, якщо в момент встановлення хімічної рівноваги розкладеться 4% вихідної речовини.

Рішення

2SO₃= 2SO₂+O₂. Припустимо, що маємо 1мольSO₃.

Тоді розкладеться 0,04 моль SO₃і при цьому утвориться 0,04мольSO₂та 0,02мольO₂.

Таким чином, рівноважна суміш міститеме: 0,02моль O₂, 0,04 мольSO₂та (1 – 0,04) = 0,96 (моль)SO₃. Загальна кількість речовини суміші становить 0,02 + 0,04 + 0,96 = 1,02 (моль).

χ = ν(реч.) /ν(сум.).

χ(O₂) = 0,02 / 1,02 = 0,0196, χ(SO₂) = 0,04 / 1,02 = 0,0392,

χ(SO₃) = 0,96 / 1,02 або 1 – 0,0196 – 0,0392 = 0,9412.

В 1моль суміші міститься 0,0196моль O₂, 0,0392мольSO₂та 0,9412мольSO₃.

М(сум.) = 64 ^.0,0392 + 32^.0,0196 + 80^.0,9412 = 78,4 (г/моль).

D_H2 =М(сум.) / М(H₂) = 78,4 / 2 = 39,2.

Задача 1.32 Газова суміш, що складається з метану, водню та карбон діоксиду, має густину за амоніаком 1,27. Для спалювання одного об'єму суміші ви­тратили три об'єми повітря. Обчисліть об'ємний склад вихідної сумі­ші (%). Усі виміри проводились за однакових умов. Об'ємна частка кисню в повітрі становила 20%.

Рішення

М(сум.) = 1,27 ^.17 = 21,59 (г/моль).

Припустимо, що 1моль суміші містить х моль СН₄ , у моль Н₂та (1 – х – у) моль СO₂.

Тоді 21,59 = 16х + 2у + 44^. (1 – х – у).

СН₄+ 2О₂---> CO₂ + 2H₂O (1) 2H₂ + O₂ = 2H₂O (2)

За рівнянням (1) на спалювання х моль СН₄витратиться 2х моль О₂, а за рівнянням (2) на спалювання у моль Н₂витратиться 0,5у моль О₂. З іншого боку, на спалювання одного об’єму суміші витрачаєтьсч 3 ^.0,2 = 0,6 об’ємуO₂, а на спалювання 1моль суміші витратиться 0,6мольO₂. Можемо скласти ще одне рівняння: 0,6 = 2х + 0,5у.

Маємо систему двох рівнянь з двома невідомими: { 21,59 = 16х + 2у + 44^. (1 – х – у);

{0,6 = 2х + 0,5у.

Звідси х = 0,2, у = 0,4. χ (СН₄) = φ (СН₄) = 0,2, або 20%.

χ (Н₂) = φ (Н₂) = 0,4, або 40%. χ (СО₂) = φ (СО₂) = 0,4, або 40%.

Задача 1.34 Густина за воднем суміші, що складається з водню, ацетилену та етену, дорівнює 12. Для спалювання 89,6 дм³цієї суміші використали 224 л кисню. Обчисліть об'ємний склад вихідної суміші (%). Усі ви­міри проводились за однакових умов.

Рішення

D_H2= М(сум.) / М(H₂); χ =ν(реч.) /ν(сум.); ν =V/V_m

M(сум.)= 12^.2 = 24(г/моль).

Припустимо, що 1моль суміші містить х моль Н₂ , у моль С₂Н₂ та (1 – х – у) моль С₂Н₄.

Тоді 24 = 2х + 26у + 28^. (1 – х – у). Звідки у = 2 – 13х.

Кількість речовини вихідної суміші становить 89,6 / 22,4 = 4 (моль).

На її спалювання використали 224 / 22,4 = 10(моль) кисню.

На спалювання 1моль вихідної суміші витратиться 10 / 4 = 2,5(моль) кисню.

2H₂ + O₂ = 2H₂O (1) 2С₂Н₂+ 5О₂---> 4CO₂ + 2H₂O (2)

С₂Н₄+ 3О₂---> 2CO₂+ 2H₂O(3).

З рівняння (1) випливає: ν(O₂) = 1/2ν(H₂) = 0,5х моль.

З рівняння (2) випливає: ν(O₂) = 5/2ν(С₂H₂) = 2,5у моль. З рівняння (3) випливає:ν(O₂) = 3ν(С₂Н₄) = 3 – 3х – 3у моль.

Загальна кількість речовини кисню, що витратилась на спалювання 1моль вихідної суміші, становить: 0,5х + 2,5у + 3 – 3х – 3у = 3 – 2,5х – 0,5у (моль).

Можемо скласти рівняння: 2,5 = 3 – 2,5х – 0,5у.

Маємо систему двох рівнянь з двома невідомими:

{у = 2 – 13х;

{2,5 = 3 – 2,5х – 0,5у. Звідси х = 0,125, у = 0,375.

χ (Н₂) = φ (Н₂) = 0,125 / 1 = 0,125, або 12,5%.

χ (С₂H₂) = φ (С₂H₂) = 0,375/ 1 = 0,375, або 37,5%.

χ (С₂H₄) = φ (С₂H₄) = 100 – 12,5 – 37,5 = 50%.

Задача 1.36 Суміш метану, пропену та пропану об'ємом 180 мл пропустили крізь водний розчин брому. У реакцію вступило 385,6 г брому. Густина за повітрям вихідної суміші 1,21. Обчисліть об'ємні частки компонентів вихідної суміші (%).

Рішення

Dпов = М(сум.) / М(пов); χ =ν(реч.) /ν(сум.); ν =m/ М; ν =V/V_m

M(сум.)= 1,21^.29 = 35,09(г/моль). ν(сум.) = 180 / 22,4 = 8,0357 (моль).

ν(Br₂) = 385,6 / 160 = 2,41 (моль).

З бромною водою буде реагувати лише пропен: С₃Н₆+ Br₂= С₃Н₆Br₂.

З рівняння реакції випливає: ν(С₃Н₆) =ν(Br₂) = 2,41 (моль).

χ(С₃Н₆) = 2,41 / 8,0357 = 0,3 або 30%.

Припустимо, що в 1моль суміші міститься х моль СН₄, 0,3моль С₃Н₆та (1 – 0,3 – х) моль С₃Н₈.

Так як молярна маса суміші відома, то можна скласти рівняння:

35,09 = 16х + 42 ^.0,3 + 44^.(0,7 – х). Звідси х = 0,3.

φ (С₃H₆) = χ (С₃H₆) = 30%. φ (СH₄) = χ (СH₄) = 30%. φ (С₃H₈) = χ (С₃H₈) = 40%.

Задача 2.1 Кисень об'ємом 25,0л (н.у.) пропустили через озонатор. У реакцію вступила 1/5 його частина. Розрахуйте об'єм одержаної суміші (н. у).

Рішення

Перетворилось на озон 25/5 = 5(л) О₂. 3О₂= 2О₃. З рівняння випливає:

V(О₃) = 5 ^.2 / 3 = 3,3(л). Залишилось 25 – 5 = 20(л). О₂.

Загальний об’єм суміші озону і кисню становить 20 + 3,3 = 23,3(л).

Задача 2.3 Обчисліть, який об'єм водню (н.у.) згорить у 2 л суміші озону і кисню з об'ємною часткою озону 5%?

Рішення

У 2л суміші озону і кисню міститься 2 ^.0,05 = 0,1(л) озону та 2 – 0,1 = 1,9(л) кисню. При нагріванні озон розкладається згідно рівняння реакції 3О₂= 2О₃.

З рівняння випливає, що при розкладанні 0,1л О₃утвориться 0,1^.3 / 2 = 0,15(л) О₂.

Загальний об’єм кисню становитиме 1,9 + 0,15 = 2,05(л) О₂.

З рівняння реакції горіння 2Н₂+ О₂= 2Н₂О випливає:

V(Н₂) = 2V(О₂) = 2^. 2,05 = 4,1(л).

Задача 2.5 3000 мл кисню, виміряного при 20°С і тиску і 5 атм, повністю пере­творили в озон. Яку кількість молекул озону одержали?

Рішення

ν = V/V_m; ν =N/N_A;

З формули PV/T=P₀V₀/T₀визначимо, який об’єм займе кисень за нормальних умов:

PV T₀1,5^.3000 ^.273

V₀= --------- V₀(О₂) = ------------------- = 4193(мл).

P₀T1 ^.293

З рівняння реакції 3О₂= 2О₃випливає, що:

4,193^.2

V₀(О₃) = ------------- = 4193(мл).

3

ν(О₃) = 2,8 / 22,4 = 0,125(моль).N(О₃) = 0,125^.6,02 ^.10²³= 7,5 ^.10²².

Задача 2.7Суміш озону і кисню має густину 1,61 г/л (н.у.). Обчисліть об'ємну частку (%) озону в суміші. Який об'єм нітроген монооксиду можна окиснити даною газовою сумішшю об'ємом

20 л (н.у.)?

Рішення

M(сум.)= 1,61^.22,4 = 36,06 (г/моль).

Припустимо, що 1моль суміші містить х моль озону та (1 – х ) моль О₂.

Тоді можна записати 36,06 = 48х + 32^. (1 – х ). Звідки х = 0,254 (моль).

χ (О₃) = φ (О₃) = 0,254.

У 20л суміші озону і кисню міститься 20 ^.0,254 = 5,08(л) озону та 20 – 5,08 = 14,92(л) кисню.

З 5,08л озону, згідно з рівнянням 2О₃= 3О₂, можна одержати 5,08^.3 / 2 = 7,62(л) кисню.

Тоді загальний об’єм кисню становитиме 7,62 + 14,92 = 22,54(л).

З рівняння реакції окиснення 2NO+O₂= 2NO₂випливає :V(NO) = 2V(O₂) = 2^.22,54 = 45,08(л).

Задача 2.13 На спалювання 28 л суміші метану та чадного газу витратили 21,1л суміші озону і кисню (н.у.) з об'ємною часткою озону 12%. Обчисліть об'ємну частку метану (%) у вихідній суміші.

Рішення

φ = V(речов.) / V(сум).

V(О₃) = 21,1^.0,12 = 2,532(л).V(О₂) = 21,1 – 2,532 = 18,568(л).

При розкладанні озону згідно з рівнянням 2О₃= 3О₂, утвориться 2,532^.3 / 2 = 3,798(л) кисню.

Тоді загальний об’єм кисню становитиме 18,568 + 3,798 = 22,366(л).

Припустимо, що вихідна суміш містила х л метану та (28 – х) чадного газу.

З рівняння реакції горіння СН₄+ 2О₂= СО₂+ 2Н₂О випливаєV(O₂) = 2х (л).

З рівняння реакції 2СО + О₂= 2СО₂випливаєV(O₂) = (28 – х) / 2 = (14 – 0,5х) (л).

Тоді 2х + 14 – 0,5х = 22,366. Звідси х = 5,58(л). φ(СН₄) = 5,58 / 28 = 0,1993 ≈ 20%.

Задача 2.14 Обчисліть об'єм суміші озону і кисню, що містить 4% озону, необхід­ний на спалювання 200 л (н.у) суміші вуглекислого газу, азоту, водню та кисню, об'ємні частки яких у суміші становлять відповідно 20%, 30%, 40% та 10%.

Рішення

φ = V(речов.) / V(сум).

V(Н₂) = 200^.0,4 = 80(л).V(О₂) = 200^.0,1 = 20(л).

Вуглекислий газ та азот не горять. З рівняння реакції горіння водню 2Н₂+ О₂= 2Н₂О випливає, що на спалювання 80л водню потрібно 40л кисню. У складі вихідної суміші є 20л кисню, отже, потрібно добавити ще 20л кисню. У 100л суміші озону і кисню міститься 4л озону та 96л кисню. При розкладанні 4л озону за рівнянням реакції 2О₃= 3О₂утвориться 4 . 3 / 2 = 6(л) кисню.

Тоді загальний об’єм кисню становиттиме 96 + 6 = 102 (л). Можна записати:

зі 100л суміші озону і кисню одержують 102 л О₂,

з х л суміші озону і кисню одержують 20 л О₂. Звідси х = 19,6 (л).

Задача 2.16 Який об'єм суміші озону і кисню з густиною за повітрям 1,3 необхід­но використати для спалювання 260 см³метану, який містить домішки азоту, об'ємна частка яких становить 25%?

Рішення

M(сум.)= 1,3^.29 = 37,7 (г/моль)

Припустимо, що 1моль суміші озону і кисню містить х моль озону та (1 – х ) моль О₂.

Тоді можна записати 37,7 = 48х + 32^. (1 – х ). Звідки х = 0,3563.

χ (О₃) = φ (О₃) = 0,3563, або 35,63%.

φ (СН₄) = 100 – 25 = 75%.V(СН₄) = 260 ^.0,75 = 195 (см³).

З рівняння реакції СН₄+ 2О₂= СО₂+ 2Н₂О випливає, що на спалювання 195 см³метану витратиться 2^.195 = 390 (см³) кисню.

У 100 см³суміші озону і кисню міститься 35,63 см³озону та 64,37 см³кисню.

При розкладанні 35,63 см³озону за рівнянням реакції 2О₃= 3О₂утвориться 35,63 ^.3 / 2 = 53,45(см³) кисню. Загальний об’єм кисню становитиме 64,37 + 53,45 = 117,82 (см³).

Можна записати:

зі 100 см³ суміші озону і кисню одержують 117,82 см³О₂,

з х см³ суміші озону і кисню одержують 390 см³О₂. Звідси х = 331 (см³).

Задача 2.19 Зі 140мл суміші озону і кисню після розкладу озону утворилось 160 мл кисню (н.у.). Обчисліть: а) масову частку озону (%) в суміші озону і кисню; б) об'єм суміші озону і кисню, який витратиться на спалювання 8,00 л етану (н.у.).

Рішення

w=m(речов.) /m(сум.); ν =m/ М; ν =V/V_m

2О₃= 3О₂. З рівняння реакції випливає, що при розкладанні 2 об’ємів озону утвориться 3 об’єми кисню і відбудеться збільшення об’єму суміші на 1 об’єм.

Так як об’єм збільшився на 20мл (160 – 140 = 20), то прореагувало 40 мл озону.

Отже, до складу вихідної суміші входило 40мл озону і 100мл кисню.

ν(О₃) = 0,04 / 22,4 = 0,001796(моль).m(О₃) = 0,001796^. 48 = 0,0857 (г).

ν(О₂) = 0,1 / 22,4 = 0,004464(моль).m(О₂) = 0,004464^.32 = 0,1428 (г).

m(сум.) = 0,0857 + 0,1428 = 0,2285 (г).

w(О₃) = 0,0857 / 0,2285 = 0,375 = 37,5%.

Розрахуємо об’єм кисню, що витратився на спалювання 8л етану: 2С₂Н₆+ 7О₂= 4СО₂ + 6Н₂О.

V(О₂) = 8^.7 / 2 = 28(л). Можна записати:

зі 140л суміші озону і кисню одержують 160 л О₂,

з х л суміші озону і кисню одержують 28 л О₂. Звідси х = 24,5 (л).

Задача 2.27 Обчисліть об'єм суміші озону і кисню, густина якої за повітрям становить 1,4, що витратиться на спалювання 150 дм³суміші метану і бу­тану, що має густину за воднем 18.

Рішення

M(сум. СН₄, С₄Н₁₀)= 18^.2 = 36 (г/моль).

Припустимо, що 1моль суміші містить х моль СН₄ та (1 – х ) моль С₄Н₁₀.

Тоді можна записати 36 = 16х + 58^. (1 – х ). Звідки х = 0,5238.

χ (СН₄) = ν (С₃Н₆) = 0,5238, або 52,38%.

V(СН₄) = 150^.0,5238 = 78,58 (дм³). V(С₄Н₁₀) = 150 – 78,58 = 71,42(дм³).

СН₄+ 2О₂= СО₂+ 2Н₂О (І),

2С₄Н₁₀+ 13О₂= 8СО₂+ 10Н₂О (ІІ).

З рівняння (І) випливає: V(О₂) = 78,58^.2 = 157,16 (дм³).

З рівняння (ІІ) випливає: V(О₂) = 71,42^.13 / 2= 464,23 (дм³).

Загальний об’єм кисню становитиме 157,16 + 464,23 = 621,39 (дм³).

M(сум. О₂, О₃)= 1,4^.29 = 40,6 (г/моль).

Припустимо, що 1моль суміші озону і кисню містить у моль О₂ та (1 – у ) моль озону.

Тоді можна записати 40,6 = 32у + 48^. (1 – у ). Звідки у = 0,4625 (моль).

ν (О₃) = 1 – 0,4625 = 0,5375 (моль).

χ (О₃) = ν (О₃) = 0,5375, або 53,75%.

В 100 дм³суміші озону і кисню міститься 53,75 дм³озону та 46,25 дм³кисню.

При розкладанні озону за рівнянням реакції 2О₃= 3О₂утвориться 53,75^.3 / 2 = 80,625(см³) кисню. Загальний об’єм кисню становитиме 46,25 + 80,625 = 126,875 (дм³). Можна записати:

зі 100 дм³ суміші озону і кисню одержують 126,875 дм³О₂,

з адм³ суміші озону і кисню одержують 621,39 дм³О₂. Звідсиа= 490 (дм³).

Задача 3.1 До 300 мл суміші карбон монооксиду та карбон діоксиду добавили 500 мл кисню (н.у.). Після спалювання суміші і приведення до нор­мальних умов Об'єм утвореної суміші склав 700 мл. Обчисліть об'­ємні частки (%) компонентів утвореної газової суміші.

Рішення

Δ Vтеор. = (2 + 1) – 2 = 1(мл). Δ Vпракт. = (300 + 500) – 700 = 100 (мл).

х мл zмл у мл 100 мл

2СО + О₂= 2СО₂

2мл 1мл 2мл 1мл

Звідси х = 2 ^. 100 / 1 = 200(мл), у = 2^. 100 / 1 = 200(мл),z= 1^. 100 / 1 = 100(мл).

φ = V(речов.) / V(сум).

φ (СО₂)= V(СО₂) / V(сум) = 300 / 700 = 0,429 = 42,9%.

φ (О₂)= 100 – 42,9 = 57,1%.

Задача 3.2До 400 мл суміші азоту та водню додали 200 мл кисню. Суміш підпа­лили. Об'єм одержаної суміші склав 375 мл. Усі виміри проводились за нормальних умов. Визначте об'ємні частки компонентів вихідної та утвореної суміші (%).

Рішення

φ = V(речов.) / V(сум).

Δ Vпракт. = (400 + 200) – 375 = 225 (мл), Δ Vтеор. = (2 + 1) = 3 (мл).

х мл у мл 225 мл

2Н₂+ О₂= 2Н₂О

2мл 1мл - 3мл

Звідси х = 2 ^. 225 / 3 = 150(мл), у = 225 / 3 = 75(мл).

Склад вихідної суміші: V(Н₂) = 150мл,V(N₂) = 400 – 150 = 250мл.

φ = V(речов.) / V(сум).

φ (Н₂)= V(Н₂) / V(сум) = 150 / 400 = 0,375 = 37,5%.

φ (N₂)= 100 – 37,5 = 62,5%.

Склад утвореної газової суміші: V(N₂) = 250мл,V(О₂) = 200 – 75 = 125мл.

φ (N₂) = 250 / 375 = 0,667 = 66,7%. φ (О₂) = 100 – 66,7 = 33,3%.

Задача 3.12 Підпалили 50 мл суміші карбон монооксиду та кисню. Одержані про­дукти пропустили крізь розчин лугу. Об'єм газу у що не поглинувся, склав 20 мл. Відомо, що газ підтримує горіння. Визначте об'ємну част­ку (%) карбон монооксиду у вихідній суміші. Усі об'єми вимірювались за однакових умов.

Рішення

Залишився кисень. Весь СО згорів, СО₂поглинувся лугом.

Δ Vпракт. = 50 – 20 = 30 (мл), Δ Vтеор. = 2 + 1 = 3 (мл).

х мл 100 мл

2СО + О₂= 2СО₂

2мл 1мл - 3мл

Звідси х = 2 ^. 30 / 3 = 20(мл)

φ = V(речов.) / V(сум).

φ (СО) = V(СО) / V(сум) = 20 / 50 = 0,4 = 40%.

Задача 3.14До 200 мл суміші ацетилену і бутану додали 1 л кисню (н.у.). Після спалювання суміші і приведення до початкових умов об'єм утвореної суміші склав 720 мл. Визначте об'єм ацетилену в суміші.

Рішення

Δ Vпракт. = (200 + 1000) – 720 = 480 (мл). Зміна об’єму газової суміші відбулася за рахунок реакцій горіння ацетилену (І) та бутану (ІІ).

Для реакції (І) Δ Vтеор. = (2 + 5) – 4 = 3 (мл).

Для реакції (ІІ) Δ Vтеор. = (2 + 13) – 8 = 7 (мл).

Припустимо, що вихідна суміш містила х мл С₂Н₂та (200 – х) мл С₄Н₁₀.

х мл амл

2С₂Н₂+ 5О₂= 4СО₂+ 2Н₂О (І).

2мл 5мл 4мл - 3мл

а= 3х / 2 = 1,5х (мл).

(200 – х)мл bмл

2С₄Н₁₀+ 13О₂= 8СО₂+ 10Н₂О (ІІ).

2мл 13мл 8мл - 7мл

b= 7^.(200 – х) / 2 = (700 – 3,5х) мл.

а +b= 480. 1,5х + 700 – 3,5х = 480, звідки х = 110мл.V(С₂Н₂) = 110мл.

Задача 3.28 Газову суміш об'ємом 600 мл, що містить нітроген монооксид, азот, ні­троген діоксид, пропустили крізь воду. Об'єм газів, які не поглинулись, склав 300 мл. До них додали 200 мл кисню, у результаті чого об'єм склав 450 мл. Усі виміри об'ємів проводились за однакових умов. Розрахуйте об'ємну частку нітроген монооксиду у вихідній суміші (%).

Рішення

Вода увібрала лише NО₂, бо це кислотний оксид, який взаємодіє з водою.

V(NО₂) = 600 – 300 = 300(мл). У газовій суміші об’ємом 300мл залишився азот та нітроген монооксид, який і прореагував з киснем.

Δ Vпракт. = (300 + 200) – 450 = 50 (мл). Δ Vтеор. = (2 + 1) – 2 = 1 (мл).

х мл 50 мл

2NО + О₂= 2NО₂

2мл 1мл 2мл 1мл

Звідси х = 2 ^. 50 / 1 = 100(мл)

φ = V(речов.) / V(сум).

φ (NО)= V(NО) / V(сум) = 100 / 600 = 0,1667 = 16,67%.

Задача 3.29 До суміші об'ємом 200 мл, що містить азот, водень та метан, добавили 300 мл кисню (н.у.). Суміш підпалили. Після закінчення реакції одер­жану газову суміш привели до початкових умов, при цьому її об'єм склав 210 мл. Цю суміш пропустили крізь надлишок розчину натрій гідроксиду. Об'єм утвореної суміші зменшився до 110мл. Визначте об'ємний склад вихідної суміші.

Рішення

Δ Vпракт. = (300 + 200) – 210 = 290 (мл).

Розчин лугу поглинає лише карбон діоксид, який утворився при спалюванні метану.

V(СО₂) = 210 – 110 = 100(мл).V(СН₄) =V(СО₂) = 100мл.

100 мл амл

СН₄+ 2О₂= СО₂+ 2Н₂О

1мл 2мл 1мл - 2мл

а= 100^.2 / 1 = 200 (мл).

Зміна об’єму газів у результаті горіння водню становить 290 – 200 = 90 (мл).

х мл 90 мл

2Н₂+ О₂= 2Н₂О

2мл 1мл - 3мл

Звідси х = 2 ^. 90 / 3 = 60(мл).V(N₂) = 200 – 100 – 60 = 40 (мл).

Задача 3.33До 70 мл суміші етену, азоту та етану добавили ЗД5 мл кисню (н.у.). Суміш підпалили. Об'єм утвореної суміші після приведення її до по­чаткових умов склав 270 мл. Після поглинання вуглекислого газу лу­гом залишилось 170 мл газової суміші, яка містить 11,77% газу, що не горить. Визначте об'ємний склад вихідної суміші. Усі виміри прово­дились за нормальних умов.

Рішення

Δ Vпракт. = (70 + 315) – 270 = 115 (мл).V(СО₂) = 270 – 170 = 100(мл).

V(N₂) = 170^.0,1177 = 20 (мл). Сумарний об’єм етену та етану становив 70 – 20 = 50 (мл). Припустимо, що об’єм етену становив х мл. Тоді об’єм етану становив (50 – х) мл.

Розрахуємо Δ Vпракт. для реакцій горіння етену та етану:

х мл амл

С₂Н₄+ 3О₂= 2СО₂+ 2Н₂О (І).

1мл 3мл 2мл - 2мл

а= 2х (мл).

(50 – х)мл bмл

2С₄Н₁₀+ 7О₂= 4СО₂+ 6Н₂О (ІІ).

2мл 7мл 4мл - 5мл

b= 5^.(50 – х) / 2 = (125 – 2,5х) мл.

а +b= 115. 2х + 125 – 2,5х = 115, звідки х = 20мл.

Отже, вихідна суміш містила 20мл С₂Н₄, 20млN₂та 30мл С₂Н₆.

Задача 3.36 Суміш етану, етену та пропену об'ємом 19,04л (н.у.) має масу 27,1 г. До цієї суміші добавили 20 л водню (н.у.) і пропустили над нагрітим ні­келевим каталізатором. Об'єм утвореної суміші за цих же умов склав 25,6 л (н.у.). Обчисліть молярні частки компонентів (%) вихідної суміші.

Рішення

χ = ν(реч.) /ν(сум.); ν =V/V_m

ν(сум.) = 19,04 / 22,4 = 0,85 (моль). З воднем реагують етен та пропен:

С₂Н₄+ Н₂= 2С₂Н₆(І). С₃Н₆+ Н₂= 2С₃Н₈(ІІ).

З рівнянь реакцій випливає, що загальна зміна об’єму газів дорівнює об’єму алкенів, що були в суміші, і становить Δ V= (19,04 + 20) – 25,6 = 13,44 (л).

Тоді об’єм етану в суміші становив V(С₂Н₆) = 19,04 – 13,44 = 5,6(л).

ν(С₂Н₆) = 5,6 / 22,4 = 0,25 (моль).

ν(С₂Н₄) + ν(С₃Н₆) = 13,44 / 22,4 = 0,6 (моль).

m(С₂Н₆) = 0,25^.30 = 7,5 (г).

m(С₂Н₄) +m(С₃Н₆) = 27,1 – 7,5 = 19,6 (г).

Задача 3.40 До 200 мл суміші нітроген монооксиду з нітроген діоксидом добавили 500 мл повітря, об'ємна частка кисню в якому становила 20,0%. Після окиснення нітроген монооксиду вміст азоту в утвореній суміші склав 64,516% (за об'ємом). Усі виміри об'ємів проводились за однакових умов. Визначте склад утвореної суміші в об'ємних відсотках.

Рішення

φ = V(речов.) / V(сум).

У повітрі містилось 500 ^.0,2 = 100(мл) О₂та 500 – 100 = 400(мл)N₂.

Розрахуємо об’єм утвореної суміші: V(сум.) = 400 / 0,64516 = 620 (мл).

Δ V(практ.) = 700 – 620 = 80 (мл).

х мл а млbмл 80 мл

2NО + О₂= 2NО₂

2мл 1мл 2мл 1мл

Звідси х = 2 ^. 80 / 1 = 160(мл);а= 1^. 80 / 1 = 80(мл);b= 2^. 80 / 1 = 160(мл).

Склад утвореної газової суміші: 400мл N₂, (100 – 80) = 20мл О₂, (200 – 160 ) + 160 = 200млNО₂

φ = V(речов.) / V(сум).

φ (NО₂) =V(NО₂) /V(сум) = 200 / 620 = 0,3226 ≈ 32,3%.

φ (N₂) = 64,5%, φ (О₂) = 100 – 32,3 – 64,5 = 3,2%.

Задача 4.11 Суміш цинку та міді масою 1 г помістили у склянку з надлишком хлоридної кислоти. Виділилось 200 см³водню, виміряного при темпера­турі 27°С і тиску 740 мм рт. ст. Розрахуйте масову частку міді (%) у вихідній суміші металів.

Рішення

ν(Н₂) =PV/RT= 740^.200 / 62400^. 300 = 0,0079 (моль).

Zn+ 2HCl=ZnCl₂+H₂

З рівняння реакції випливає: ν(Zn) = ν(Н₂) = 0,0079 (моль).

m(Zn) = M ^. ν = 65 ^. 0,0079 = 0,514(г).

m(Cu) = 1 – 0,514 = 0,486 (г).

w=m(речов.) /m(сум.);w(Cu) = 0,486 / 1 = 0,486 або 48,6%.

Задача 4.12 Який об'єм водню, виміряний при температурі 21°С і тиску 765 мм рт. ст, необхідно використати для відновлення купрум (II) оксиду масою 16 г?

Рішення

ν = m/ М; ν =m(CuО) / М(CuО) = 16 / 80 = 0,2(моль).CuО + Н₂=Cu+ Н₂О

З рівняння реакції випливає: ν(Н₂) = ν(Cu) = 0,2(моль).

V(Н₂) = νRT/P= 0,2^.62400^.294 / 765 = 4796 (мл), або 4,8л.

Задача 4.16 У закритій посудині при температурі 200°С міститься суміш ацетилену і кисню. Об'єми компонентів суміші відносяться відповідно як 1:2. Як зміниться тиск (збільшиться чи зменшиться) у посудині у відсотках до початкового, якщо ацетилен спалити за рахунок кисню, що міститься в посудині, і температуру привести до початкової ?

Рішення

2С₂Н₂+ 5О₂---> 4CO₂+ 2H₂O. Припустимо, що суміш містить 1л ацетилену та 2л кисню. При використанні 2л О₂згорить 2^.2 / 5 = 0,8 (л) С₂Н₂і утвориться 2^.4 / 5 = 1,6 (л)CO₂та

2 ^.2 / 5 = 0,8 (л) водяної пари. Склад утвореної суміші: 1,6лCO₂, 0,8лH₂O, (1 – 0,8) = 0,2л С₂Н_2.

V(сум.) = 1,6 + 0,8 + 0,2 = 2,69(л). Можна записати:

3л газової суміші створює тиск Р атм,

2,6л газової суміші створює тиск х атм. Звідси: х = 0,8667 Р (атм).

Тиск зменшився на Р – 0,8667 Р = 0,1333 Р (атм), або на 13,3%.

Задача 4.18 У закритій посудині міститься 40 л еквімолярної суміші етану з кис­нем при температурі 120°С і тиску 2,5 атм. Яким стане тиск у посуди­ні, якщо етан спалити і температуру привести до початкової?

Рішення

Так як суміш еквімолярна, то V(О₂) =V(С₂Н₆) = 20л. 2С₂Н₆+ 7О₂---> 4CO₂+ 6H₂O.

З рівняння випливає, що С₂Н₆ в надлишку. Прореагує 2^. 20 / 7 = 5,71 (л) С₂Н₆

Утвориться 4 ^.20 / 7 = 11,43 (л)CO₂та 6^. 20 / 7 = 17,14 (л)H₂O.

Склад утвореної суміші: 11,43л CO₂, 17,14 лH₂O, (20 – 5,71) = 14,29 (л) С₂Н₆.

V(сум) = 11,43 + 17,14 + 14,29 = 42,86 (л). Можна записати:

40л газової суміші створює тиск 2,5 атм,

42,86 л газової суміші створює тиск х атм. Звідси: х = 2,86 (атм).

Задача 4.20У посудині об'ємом 1,5 л, наповненій повітрям, провели повне пере­творення наявного кисню в озон. Як змінився тиск (збільшився чи зменшився) у посудині у відсотках до початкового, якщо температура в посудині не змінилась?

Рішення

Розрахуємо склад повітря: V(О₂) = 1,5^.21 = 0,315(л).V(N₂) = 1,5 – 0,315 = 1,185 (л).

2О₃= 3О₂. З рівняння реакції випливає:V(О₃) = 2^.0,315 / 3 = 0,21 (л).

Утворена газова суміш містить 0,21л О₃ та 1,185л N₂. Їх об'єм становить 0,21 + 1,185 = 1,395 (л).

Можна записати:

1,5л газової суміші створює тиск Р атм,

1,395л газової суміші створює тиск Р₁атм. Звідси: Р₁= 0,93 Р (атм).

Тиск зменшився на Р – 0,93 Р = 0,07 Р (атм), або на 7%.

Задача 4.27 При прожарюванні суміші аргентум нітрату та калій нітрату одержали суміш газів, густина якої при 15°С і тиску 2 атм становить 3,386 г/л. Обчисліть масову частку аргентум нітрату (%) у вихідній суміші.

Рішення

Запишемо рівняння реакцій термічного розкладу солей:

АgNO₃ = 2Аg+ 2NO₂ + О₂ (1), КNO₃ = 2КNO₂+О₂ (2).

Визначимо молярну масу утвореної газової суміші:

М = mRT / PV = 3,386^.0,082 ^.288 / 1^.2 = 39,98 (г/моль).

Припустимо, що в 1моль утвореної суміші містить х моль О₂ та (1 – х ) моль NО₂.

Тоді можна записати 39,98 = 32х + 46 ^. (1 – х ). Звідки х = 0,43 (моль). Отже,

χ (О₂) = 43%. χ (NО₂) = 57%. Припустимо, що за рівняннями (1) та (2) утворилось 1моль газової суміші, тобто 0,47 моль О₂та 0,57 моль NО₂.

З рівняння (1) випливає:

ν(АgNO₃) = ν(NO₂) = 0,57моль, ν(O₂) = ½ ν(NO₂) = 0,57 / 2 = 0,285 моль.

За рівнянням (2) утворилось: 0,43 – 0,285 = 1,145 (моль) кисню.

З рівняння (2) випливає:

ν(КNO₃) = 2ν(O₂) = 2^.0,145 = 0,29 (моль).

m(АgNO₃) = M ^. ν = 170 ^. 0,57 = 96,9(г).

m(КNO₃) = M ^. ν = 101 ^. 0,29= 29,29(г).

Маса суміші солей становитиме: m(сум.) =96,9+29,29= 126,19 (г).

w=m(речов.) /m(сум.);w(АgNO₃) =96,9/ 126,19 = 0,7679 або 76,79%.

Задача 4.29 У закритій посудині місткістю 2 л (н.у.) міститься 300 мл розчину сульфатної кислоти з масовою часткою кислоти 10% (ρ= 1,14 г/см³). У посудину помістили 9,75г цинку. Визначте тиск у посудині після закінчення реакції. Температура не змінюється. Зміною об'єму розчи­ну, а також об'ємом твердої речовини знехтуйте.

Рішення

ρ = m/V;w=m(речов.) /m(сум.); ν =m/ М; ν =V/V_m

m (розчину H₂SO₄)= 300 ^. 1,14 = 342 (г).

m (H₂SO₄)= 342 ^. 0,1 = 34,2 (г).

ν (H₂SO₄) = 34,2 / 98 = 0,349 (моль).

ν (Zn) = 9,75 / 65 = 0,15 (моль).

Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂

З рівняння реакції випливає, що кислота в надлишку.

ν (Zn) = ν (H₂) = 0,15 (моль).V(H₂) = 0,15^.22,4 = 3,36 (л).

V(повітря) = 2 – 0,3 = 1,7 (л).

Загальний об'єм газів після реакції становить 1,7 + 3,36 = 5,06 (л). Можна записати:

1,7 л газової суміші створює тиск 1 атм,

5,06 л газової суміші створює тиск х атм. Звідси: х = 2,98 (атм).

Задача 4.33 Суміш карбон монооксиду та метану об'ємом 5,28 л при температурі 27°С і тиску 3,75 атм має масу 19,4 г. Обчисліть об'єм повітря (н.у.), що витратиться на спалювання даної суміші.

Рішення

ν = m/ М; ν =V/V_m;m/ М =V/V_m;

З формули РV/T= Р₁V₁/T₁ розрахуємо об'єм газової суміші за нормальних умов.

V= 273^.3,75 ^.5,28 / 300 = 18,02 (л).

Припустимо, що у вихідній суміші містилось х л СО та (18,02 – х) л СН₄.

ν(СО) = х / 22,4 (моль); ν(СН₄) = (18,02 – х) / 22,4 (моль).

m(СО) = 28х / 22,4 = 1,25х (г);m(СН₄) = 16^.(18,02 – х) / 22,4 = (12,87 – 0,7143х) г.

Тепер можна записати: 19,4 = 1,25х + 12,87 – 0,7143х . Звідки х = 12,19 (л).

V(СН₄) = 18,02 – 12,19 = 5,83 (л).

СН₄+ 2О₂= СО₂+ 2Н₂О (1) 2СО + О₂= 2СО₂(2)

З рівняння (1) V(О₂) = 2^.5,83 = 11,66 (л).

З рівняння (2) V(О₂) = ½^.12,19 = 6,095 (л).

Загальний об'єм кисню становитиме: 11,66 + 6,095 = 17,755 (л).

Тоді об'єм повітря становитиме: 17,755 / 0,21 = 84,5 (л).

Задача 4.37 У закриту посудину об'ємом 5 л, заповнену киснем при тиску 1 атм, по­містили 10г кальцій карбонату. Визначте тиск у посудині після терміч­ного розкладу солі і охолодження посудини до початкової температури. Об'ємом твердих речовин можна знехтувати.

Рішення

ν = m/ М; ν =V/V_m;

СаСО₃= СаО + СО₂.

ν(СаСО₃) = 10 / 100 = 0,1 (моль).

З рівняння реакції випливає: ν(СО₂) = ν(СаСО₃) = 0,1 (моль).

V(СО₂) = 0,1^.22,4 = 2,24 (л).

Тоді загальний об'єм газів у посудині становитиме 5 + 2,24 = 7,24 (л).

Можна записати:

5 л газової суміші створює тиск 1 атм,

7,24 л газової суміші створює тиск х атм. Звідси: х =1,45 (атм).

Задача 5.1 Приготували 2 м³(н.у.) еквімолярної суміші метану та карбон діоксиду і привели до умов реакції. Ступінь перетворення метану 15%. Ви­значте об'ємні частки компонентів в утвореній суміші (%) після приведення її до початкових умов.

Рішення

φ = V(речов.) / V(сум). Так як ν(СН₄) = ν(СО₂), тоV(СН₄) =V(СО₂) = 1м³.

Метану прореагувало 1 ^.0,15 = 0,15 (м³).

СН₄+ СО₂= 2СО + 2Н₂. З рівняння реакції випливає:V(СН₄) = (СО₂) = 0,15м³.

V(СО) =V(Н₂) = 2 V(СН₄) = 0,3 м³.

Склад утвореної газової суміші: 0,3 м³ Н₂ , 0,3 м³ СО , (1 – 0,15) = 0,85 м³СО₂.

Загальний об'єм суміші становитиме 2,3 м³.

φ (СН₄) = φ (СО₂) = 0,85 / 2,3 = 0,3696 ≈ 37%.

φ (СО) = φ (Н₂) = 0,3 / 2,3 = 0,13 = 13%.

Задача 5.2 При пропусканні стехіометричної суміші водню та азоту через контакт­ний апарат виявили, що прореагувало 12% азоту. Розрахуйте: а) ступінь перетворення водню (%); б) вміст компонентів в утвореній суміші (%).

Рішення

φ = V(речов.) / V(сум).

Припустимо, що вихідна суміш містила 1л азоту та 3л водню. Прореагувало 0,12л азоту.

N₂+ 3H₂= 2NH₃. З рівняння реакції випливає:V(Н₂) = 0,36 (л).V(NН₃) = 0,24 (л).

Ступінь перетворення водню становитиме 0,36 / 3 = 0,12 = 12%.

Склад утвореної газової суміші: 0,24 л NН₃, (1 – 0,12) = 0,88 лN₂, (2 – 0,36) = 2,64 лH₂.

V(сум). = 3,76 л.

φ (NН₃) = 0,24 / 3,76 = 0,0638 ≈ 6,4%.

φ (Н₂) = 2,64 / 3,76 = 0,7021 ≈ 70,2%.

φ (N₂) = 0,88 / 3,76 = 0,234 ≈ 23,4%.

Задача 5.9 Стехіометричну суміш метану та водяної пари піддали конверсії. В утвореній суміші виявили 20% метану за об'ємом. Обчисліть сту­пінь перетворення метану (%).

Рішення

СН₄+ Н₂О = СО + 3Н₂. Припустимо, що вихідна суміш містила 1л метану та 1л водяної пари. Якщо прореагувало х л СН₄, а значить, і х л Н₂О, то утворилось х л СО та 3х л Н₂.

V(сум). = 4х + 1 – х + 1 – х = (2 + 2х) л.

0,2 = (1 – х) / (2 + 2х), звідки х = 0,429 (моль).

V(СН₄) що прореагував 0,429

α (СН₄) = --------------------------------- = --------- = 0,429 ≈ 43%.

V(СН₄) вихідний 1

Задача 5.16 Суміш однакових об'ємів метану та водяної пари піддали конверсії. Об'єм газової суміші після приведення до початкових умов збільшив­ся в 1,6 разу. Обчисліть ступінь перетворення (%) метану.

Рішення

Припустимо, що вихідна суміш містила 1л метану та 1л водяної пари. Об'єм утвореної суміші становить 2 ^.1,6 = 3,2 (л). ΔV(практ.) = 3,2 – 2 = 1,2 (л).

х мл 1,2л

СН₄+ Н₂О = СО + 3Н₂

1л 1л 1л 3л 2л

Звідси х = 0,6 (л). α (СН₄) = 0,6 / 1 = 0,6, або 60%.

Задача 5.18 Після змішування 140 дм³суміші нітроген монооксиду та азоту з 100 дм³повітря одержали газову суміш об'ємом 220 дм³, об'ємна частка азоту в якій склала 72,73%. Обчисліть: а) ступінь перетворення нітроген монооксиду (%); б) об'ємну частку нітроген монооксиду (%) в утворе­ній суміші. Об'ємна частка кисню в повітрі становить 20%.

Рішення

Vщо прореагував

α = -------------------------; φ = V(речов.) / V(сум).

Vвихідний

У повітрі міститься 100 ^.0,2 = 20 (дм³) О₂та 100 – 20 = 80 (дм³) N₂.

2NО + О₂= 2NО₂

Так як в утвореній суміші міститься 220 ^.0,7273 = 160 (дм³) N₂, то у вихідній суміші містилось

160 – 80 = 80 (дм³)N₂. Тоді об'єм нітроген монооксиду у вихідній суміші становив

140 – 80 = 60 (дм³) NО. Киснем, що містився в повітрі, окиснилось 20^.2 = 40 (дм³)NО.

Не прореагувало, тобто увійшло до складу утвореної газової суміші 60 – 40 = 20 (дм³)NО.

α (NО) = 40 / 60 = 0,6667 ≈ 66,7%.

φ (NО) = 20 / 220 = 0,0909 ≈ 9,1%.

Задача 5.21 Через апарат для одержання водню пропустили суміш чадного газу та водяної пари, у якій об'єми компонентів відносились як 2:5. В утвореній суміші об'ємна частка чадного газу склала 10%. Обчисліть ступінь перетворення (%) чадного газу.

Рішення

СО + Н₂О = СО₂+ Н₂.

Припустимо, що вихідна суміш містила 2л СО та 5л водяної пари.

З рівняння реакції випливає, що об'єм утвореної суміші дорівнює об'єму вихідної суміші (7л).

В утвореній суміші міститься 7 . 0,1 = 0,7 (л) СО. Отже, прореагувало 2 – 0,7 = 1,3 (л) СО.

V(СО) що прореагував 1,3

α (СО) = --------------------------------- = --------- = 0,65 або 65%.

V(СО) вихідний 2

ТЕСТОВЕ ОПИТУВАННЯ

1 Який закон формулюється таким чином: за постійної температури тиск, який добувається даною масою газу, зворотно пропорційний об’єму газу:

1) Бойля-Маріотта;2) Гей-Люссака;3) Авогадро;4) Клапейрона –Менделєєва

2 Формулювання закону: при постійному об’ємі тиск газу змінюється прямо пропорційно абсолютній температурі:

1) вірне;2) не вірне

3 Формула об’єднаного закону Бойля-Маріотта та Гей-Люссака має вигляд:

1) PV/T = P₀V₀/T₀; 2) P₂/P₁ = V₁/V₂; 3) V₁/T₁ = V₂/T₂

4 Формула закону Гей-Люссака має вигляд:

1) PV/T = P₀V₀ /T₀; 2) P₂ /P₁ = V₁ /V₂; 3) V₁ /T₁ = V₂ /T₂

5 Який закон формулюється таким чином: в однакових об’ємах різних газів за однакових умов (температури та тиску) міститься однакове число молекул

1) Бойля-Маріотта;2) Гей-Люссака;3) Авогадро; 4) Клапейрона –Менделєєва

6 Рівняння Клапейрона-Менделєєва має вигляд:

1) PV/T=P₀V₀/T₀;2)PV=nRT;3)V₁/T₁=V₂/T₂

7 Як необхідно змінити умови, щоб зростання маси даного газу не призвело до зростання його об’єму:

1) знизити температуру; 2) збільшити тиск; 3) неможливо добрати умови

8 Які значення температури та тиску відповідають нормальним умовам для газів:

1) t= 25⁰С, Р = 760мм рт. ст.; 2)t=0⁰С, Р = 1,013*10⁵Па; 3)t=0⁰С, Р = 760мм рт.ст.

Індивидуальна робота за варіантами

ВАРІАНТ 1

1 Привести до нормальних умов газ, який при -33⁰С і 4,052.10⁵Па займає об’єм 12м³

2 Розрахувати середню арифметичну швидкість руху молекул хлору при 0⁰С

3 Обчислити тиск, який утворює 1кмоль сульфуру диоксиду, який знаходиться в об’ємі 10м³за 100⁰С, використавши для цього рівняння стану ідеального та реального газів. Порівняти отримані результати

4 В балоні ємністю 20л за 18⁰С знаходиться суміш з 28кг кисню і 24г амоніаку. Визначити парціальні тиски кожного з газів та загальний тиск суміші

ВАРІАНТ 2

1 За н.у. об’єм газу дорівнює 82м³. Який об’єм займе ця ж кількість газу при -15⁰С і 99280 Па?

2 Розрахувати середню арифметичну швидкість руху молекул водню при 20⁰С. За якої температури таку ж швидкість будуть мати молекули гелію

3 За рівнянням Ван-дер-Ваальса обчислити тиск 1кмоль амоніаку за 200⁰С, який знаходиться в сосуді ємністю 500л. На скільки (%) знайдений тиск відрізняється від обрахованої величини за рівнянням стану ідеального газу

4 В балоні ємністю 5000м³за 47⁰С знаходиться суміш з 10кг азоту і 1кг амоніаку та 2кг водню. Визначити парціальні об’єми і тиски кожного з газів та загальний тиск газової суміші

ВАРІАНТ 3

1 В газовий холодильник коксовий газ надходить при 80⁰С і 100600 Па. Який об’єм буде займати 1 м³ цього газу за н.у.?

2 Порівняти між собою середні арифметичну та квадратичну швидкості руху молекул водяної пари за 127⁰С

3 За рівнянням Ван-дер-Ваальса обчислити температуру, за якої об’єм 1кмоль метану буде дорівнювати 2м³під тиском 2,0265.10⁶Па

4 Розрахувати парціальні тиски та парціальні об’єми газів в газовій суміші, що складається з 40г етилену і 30г метану та яка знаходиться в сосуді місткістю 100л за 25⁰С

ВАРІАНТ 4

1 В газовий холодильник коксовий газ надходить при 80⁰С і 100600 Па, а виходить при 35⁰С і 92280 Па. У скільки разів зміниться об’єм цього газу?

2 Розрахувати середню квадратичну швидкість руху молекул водню при 20⁰С. За якої температури середня арифметична швидкість руху молекул досягне цієї величини

3 Обчислити тиск 1моль сульфуру диоксиду за 100⁰С, який знаходиться в сосуді місткістю 1л, використавши для цього рівняння Ван-дер-Ваальса та стану ідеального газу.

Порівняти оба результати

4 В сосуді ємністю 3000м³за 67⁰С міститься суміш з 5кг СО₂, 3кг СО і 1кг О₂. Розрахувати парціальні об’єми газів у газовій суміші

ВАРІАНТ 5

1 В подігрівач надходить коксовий газ при 50⁰С і 120900Па. Тут він підігрівається до 70⁰С. Обчислити об’єми газу, що надходить та виходить за даної температури та тиску, якщо об’єм його за н.у. складає 37500м³

2 Розрахувати середню квадратичну швидкість руху молекул метану при 500⁰С. За якої температури таку ж швидкість будуть мати молекули кисню

3 Обчислити тиск, який утворює 1кмоль водню, який знаходиться в об’ємі 448л за 0⁰С, використавши для цього рівняння стану ідеального та реального газів. Порівняти отримані результати з дослідною величиною 5,228.10⁶Па

4 В балоні ємністю 7л за 0⁰С знаходиться суміш з 0,4г водню і 3,15г азоту. Визначити парціальні тиски кожного з газів та загальний тиск суміші

ВАРІАНТ 6

1 За 20⁰С і 98600Па об’єм водню дорівнює 2,5м³. Розрахувати об’єм цього газу за н.у. Визначити густину водню при заданих температурі та тиску

2 Розрахувати при 0⁰С співвідношення середніх квадратичних швидкостей руху молекул водню і хлору

3 За рівнянням Ван-дер-Ваальса розрахувати температуру, за якої об’єм 1кмоль сірководню при тиску 6,66.10⁶Па стане дорівнювати 500л

4 В балоні ємністю 4000м³за 27⁰С знаходиться суміш з 1кг азоту і 3кг вуглекислого газу та 9кг чадного газу. Визначити парціальні об’єми і тиски кожного з газів та загальний тиск газової суміші

ВАРІАНТ 7

1 За н.у. об’єм газу дорівнює 100м³. До якої температури необхідно нагріти цей газ, щоб при

9,852.10⁴Па об’єм його став дорівнювати 122м³

2 За якої температури середня арифметична швидкість руху молекул карбону монооксиду буде дорівнювати 900м/с?

3 Обчислити тиск 1моль карбону диоксиду за 300⁰С, який знаходиться в сосуді місткістю 1л, використавши для цього рівняння Ван-дер-Ваальса та стану ідеального газу. Порівняти оба результати

4 В сосуд, об’єм якого 6л, під вакуумом ввели по 1г води і гексану С₆Н₁₄, нагрітих до 250⁰С. Обчислити парціальні об’єми газів у суміші

ВАРІАНТ 8

1 До якої температури необхідно нагріти карбон диоксид, щоб при 2,253.10⁵Па він зайняв об’єм 137м³, якщо при 15⁰С і 100600 Па його об’єм дорівнює 290м³

2 За якої температури середня квадратична швидкість руху молекул сірководню буде дорівнювати 800м/с?

3 Обчислити тиск, який утворює 1моль сірководню, який знаходиться в об’ємі 500см³за 127⁰С, використавши для цього рівняння стану ідеального та реального газів. Порівняти отримані результати

4 Взяті 5л азоту, 2л кисню, 3л карбону диоксиду під тиском відповідно 2,3.10⁵; 2,7.10⁵і 5,6.10⁵Па та перемішані, причому об’єм суміші дорівнює 15л. Обчислити парціальні тиски, парціальні об’єми газів у суміші та загальний тиск газової суміші

ПІСЛЯ ВИКОНАННЯ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ СТУДЕНТ ПОВИНЕН:

ЗНАТИ:

1. Формулювання та математичний вираз закону Бойля – Маріотта

2. Формулювання та математичний вираз закону Гей – Люссака

3. Формулювання та математичний вираз закону Шарля

4. Формулювання та математичний вираз закону Клапейрона – Менделєєва

5. Формулювання та математичний вираз закону Дальтона

6. Формулювання та математичний вираз закону Ван – дер – Ваальса

7. Графічне вираження газових законів

8. Вираження складу газових сумішей

УМІТИ:

1. Знаходити за довідником константи закону Ван – дер – Ваальса

2. Розраховувати парціальний тиск компонентів газової сумуші

3. Розраховувати парціальний об’єм компонентів газової сумуші

4. Розраховувати склад газової суміші

5. Проводити розрахунки параметрів стану реального газу

6. Проводити розрахунки параметрів стану ідеального газу

ЛІТЕРАТУРА

1 Гамеева О.С. Физическая и коллоидная химия.- М.: Высшая школа, 1974. С 44 – 64.

2 Ахметов Б.В., Новиченко Ю.П., Чапурин В.И. Физическая и коллоидная химия. -Л.: Химия, 1986. С 9 – 26.

3 Ахметов Б.В. Задачи и упражнения по физической и коллоидной химии.-Л.: Химия,1988. С14 – 32.

4 Гамеева О.С. Сборник задач и упражнений по физической и коллоидной химии.- М.: Высшая школа, 1980. С 4 – 23.

5 Краткий справочник физико-химических величин. Под редакцией К.П.Мищенко, А.А.Равделя. Л.Химия,1974.

6 Балезин С.А. Практикум по физической и коллоидной химии – М.: Просвещение,1980.

∫

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ КОЛЕДЖ ІМЕНІ ІВАНА КОЖЕДУБА

ШОСТКИНСЬКОГО ІНСТИТУТУ

СУМСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО УНІВЕРСИТЕТУ

МЕТОДИЧНЕ КЕРІВНИЦТВО ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ

ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

З ФІЗИЧНОЇ ХІМІЇ

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТІ РЕЧОВИН Й ТЕПЛОВИХ ЕФЕКТІВ РЕАКЦІЙ ЗА ЕМПІРИЧНИМИ ФОРМУЛАМИ З ВИКОРИСТАННЯМ ДОВІДКОВОЇ ЛІТЕРАТУРИ

СПЕЦІАЛЬНОСТІ: 5.05130105, 5.05130106

Розглянуто і схвалено на засіданні Складено викладачем

Циклової комісії загально-хімічних дисциплін

Протокол №____від_______________20 р. _____ Г.І.Кокшайкиною

Голова циклової комісії

_____________ Г.І.Кокшайкина

ІНСТРУКЦІЙНА КАРТКА ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

З НАВЧАЛЬНОЇ ДИСЦИПЛІНИ «ФІЗИЧНА ХІМІЯ»

ТЕМА:ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОЄМНОСТІ РЕЧОВИН Й ТЕПЛОВИХ ЕФЕКТІВ РЕАКЦІЙ ПО ЕМПІРІЧНИМ ФОРМУЛАМ, КОРИСТУЮЧИСЬ ДОВІДКОВОЮ ЛІТЕРАТУРОЮ

ТРИВАЛІСТЬ ЗАНЯТТЯ: 2 ГОДИНИ

МЕТА ПРОВЕДЕННЯ ЗАНЯТТЯ: ЗАКРІПЛЕННЯ ТЕОРЕТИЧНИХ ЗНАНЬ З ТЕМИ

МАТЕРІАЛЬНО-ТЕХНІЧНЕ ОСНАЩЕННЯ РОБОЧОГО МІСЦЯ: інструкційна картка, калькулятор, підручники, довідникові дані

Теплоємність речовин

Молярна і масова теплоємності зв'язані співвідношенням С = сМ.

Масова, об'ємна і молярная теплоємності зв'язані між собою співвідношеннями:

с = С / М, с' = С / 22,4, с' = С ₀;_о— щільність газу за н. у.

У газів розрізняють теплоємність при постійному об'ємі (ізохорну) Сv, cv і при постійному тиску (ізобарну) Ср, ср; C_p> C_vі c_p> c_vна величину роботи розширення C_p= C_v+ А

C_p= C_v+ R, a c_p= c_v+ R' де R' = R / M, кДж/(кг^.К).

Тоді середня теплоємність С = Q / (Т₂– Т₁)

Істинна теплоємність С_істє межею середньої теплоємності, коли різниця температур T₂- T₁стає нескінченно малою величиноюT: С_іст= dQ / dT

При розрахунках теплових балансів виробничих проців, як правило, користуються табличними величинами середніх теплоємностей речовин від 0 до t° С.

Ця залежність виражається ступеневими рядами двох видів:

С_іст= а₀+ а₁Т + а₂Т²або С_іст= а₀+ а₁Т + а'₂Т^-2

де а₀, а₁, а₂, а'₂- коефіціенти , залежні від природи речовини.

З формули витікає: dQ = C_іст. dT

При підвищенні температури від Т₁до Т₂кількість теплоти, що поглинається обчислюють за формулою:

Т₂

Q = ∫ (а₀+ a₁T₁+ a₂T₂+ ...) dT

Т₁

З формули можна визначити ту ж кількість теплоти Q, враховуючи середню теплоємність С:

a₁а'₂

С = а₀+ --- (Т₂+ Т₁) + -------

2 Т₂Т₁

Для визначення дійсної (істинної) теплоємності по середній в межах від 0 до Т С_іст= (d / dT) (C t)

Теплоємність газових сумішей суспензій, емульсій, якщо між їх частинами не спостерігається хімічна взаємодія є адитивною величиною і для розрахунків можна використовувати правило змішення 1

С_сум= ----- (m₁(%)c₁+ m₂(%)c₂+...)

100

1

С_сум= ------ (r₁(%)C₁ + r₂(%)C₂+...)

100

де m₁,m₂(%), ... - вміст компонентів в суміші в мас.частках,% ); с₁, c₂, ... - масові теплоємності відповідних речовин; r₁(%), r₂(%). ... — молярні (а для газів те ж, що і об'ємні) долі (%) складових частин суміші; С₁, С₂... — молярні теплоємності.

Теплоємність твердих речовин обчислюють по емпіричній формулі, згідно якої теплоємність твердих сполук дорівнює алгебраїчній сумі теплоемкостей елементів, що входять в дане з'єднання:

С_реч=nС_і,

де С_реч — теплоємність твердої речовини; n— частка елементу у речовині;

C_i— теплоємність даного елементу у речовині.

Приклади розв'язання задач

Задача 1 Визначити теплоту, яку віддадуть 100кг пари метанолу при охолоджені від 200 до 100⁰С за нормального тиску

Розв'язання: Кількість теплоти, що виділяється, можна розраховувати двома способами:

1) використовуючи значення середньої (масової) теплоємності між 200 та 100⁰С ( з врахуванням маси спирту); 2) визначивши середню масову теплоємність пари метанолу від 0 до 200 та від 0 до 100⁰С. Підрахувавши відносні кількості теплоти приt = 200⁰с і при 100⁰С ( з врахуванням маси пари), віднімають одне від одного. Використаємо варіант 2.

З довідника знаходимо для метанолу середні молярні теплоємності за нормального тиску:

С₁²⁰⁰= 57 кДж/кмоль.К і С₂¹⁰⁰= 53,7 кДж/кмоль.К

Визначаємо середні масові теплоємності

с₁²⁰⁰ = С₁²⁰⁰/ М = 57 / 32 = 1,78 кДж/кмоль.К

с₂¹⁰⁰ = С₂¹⁰⁰/ М = 53,7 / 32 = 1,68 кДж/кмоль.К

Визначаємо кількість теплоти

Q = 100 (с₁^200.200 - с₂^100.100) = 100 (1,78^.200 – 1,68^.100) = 18800 кДж

Задача 2 Обчислити теплоту, яка поглинається при нагріванні 100г карбон діоксиду від 15 до 100⁰С за постійного об'єму, якщо С_V^СО2= 27,24 + 0,00809t Дж/моль.К

Розв'язання: Використовується формулаТ₂

Q = ∫ (а₀+ a₁T₁+ a₂T₂+ ...) dT

Т₁

Температуру можна взяти в градусах Цельсію

100 100100 0,00809

Q = ------ ∫ (27,24 + 0,00809t)dt= ------ [27,24 (100 -15) + ---------- (100²–15²)] = 5353 кДж

44 15 44 2

Термодинаміка. Термохімія

У будь-якому процесі приріст внутрішньої енергії якої-небудь системи U = U₂– U₁дорівнює кількості повідомленій системі теплоти Q мінус кількість роботи А, здійснюваною системою:

U = Q - А

При нескінченно малому прирості об'єму одержимо нескінченно малу роботу розширення газу dA = p dV

Для ізохорногопроцесу V = const, то dV =0, dA = 0;

Для ізобарногопроцесу p = const; A = p(V₂– V₁), А = R (Т₂– Т₁),

При ізотермічномупроцесі Т=const, p і v — змінні величини.

A = 2,303 RT lg V₂/ V₁та A = 2,303 RT lg p₁/ p₂

При адіабатномупроцесі одночасно змінюються тиск, температура і об'єм газу, причому теплообмін з навколишнім середовищем не встигає відбутися (наприклад, при явищі вибуху), тобто Q = const, а dQ = 0. A = -U = U₁– U₂

Напишемо рівняння першого початку термодинаміки для розглянутих термодинамічних процесів, підставивши відповідне значення роботи розширення газу.

Для ізобарного процесу

Qp = U + p (V₂– V₁)

Для ізохорного процесу

Q_V=U

Для ізотермічного процесу V₂

Q_T= A = 2,303 RT lg —

V₁

p₁

Q_T= A = 2,303 RT lg —

p₂

Термохімічні розрахунки

Хімічні реакції можуть проходити як з виділенням теплоти (екзотермічні реакції), так і з поглинанням теплоти (ендотермічні реакції).

Кількість теплоти, яка виділяється чи поглинається, називається тепловим ефектом реакції і позначається ΔН. Тепловий ефект реакції залежить від температури і тиску.

Якщо всі продукти реакції та вихідні речовини перебувають у стандартному стані (Т= 298 К,

р = 101,3 кПа), то ΔН називають стандартним тепловим ефектом реакції і позначають ΔН°.

Рівняння реакції, в якому вказано тепловий ефект, називають термохімічним рівнянням реакції.

У таких рівняннях коефіцієнти біля формул означають число молів відповідних речовин і тому можуть бути дробовими числами. Тепловий ефект реакції записується після хімічного рівняння і відділяється від нього крапкою з комою. Значення ΔН сто­сується того числа молів речовин, яке зазначено рівнянням реакції. У термохімічних рівняннях також зазначається стан речовин: кристалічний (к), рідкий (р), газуватий (г).

Під час екзотермічних процесів значення ΔН від'ємне, і під час ендотермічних — додатне.

Наприклад, термохімічне рівняння реак­ції горіння водню має вигляд:

2Н_2(Г) + О_{2 (Г)}= 2Н₂О_(Г); ΔН ° = - 483,6 кДж.

Наведене термохімічне рівняння вказує, що дана реакція є екзотермічною і при спалюванні

2-х моль водню в 1 моль кисню виділяється 483,6 кДж теплоти.

Теплота утворення(кДж/моль) — це тепловий ефект реакції утворення одного моль речовини зі стійких простих речовин при тиску 101,3 кПа і температурі 298 К. Тепловий ефект реакції утворення стійких простих речовин за стандартних умов приймається рівним нулю.

У 1840 р. Г. І. Гесс відкрив важливий закон термохімії: тепловий ефект реакції залежить від стану вихідних речовин і кінцевих продуктів, але не залежить від проміжних стадій реакції.

Із закону Гесса витікає, що тепловий ефект реакції (ΔН°) дорівнює різниці сум теплових ефектів реакцій утворення кінцевих продуктів реакції (ΔН° кінц) і вихідних речовин (ΔН° вих).

Теплота згоряння— це кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні палива.

Теплота згоряння, віднесена до одиниці маси (кг), або об'єму (м³), називаєтьсяпитомою теплотоюзгоряння палива.

Іззакону Гессавитікає тринаслідки:

І Тепловий ефект розкладання якої -небудь хімічної сполуки рівний по абсолютній величині і протилежний за знаком тепловому ефекту його утворення

Q_розкл= - Q_утвор, Q_розкл+ Q_утвор= 0

II. Якщо здійснюються дві реакції, що приводять з різних початкових станів до однакових кінцевих, то різниця теплових ефектів цих реакцій є тепловим ефектом переходу з одного початкового стану в інший початковий.

Наприклад: С(гр) + О₂= СО₂+ 393,77 кДж;

С(алм) + О₂ = СО₂+ 395,65 кДж.

Віднімаючи перше рівняння з другого, одержимо

С(алм) — С(гр) = 1,88 кДж або С(алм) = С(гр) + 1,88 кДж.

Величина 1,88 кДж на 1 г-атом карбону і є тепловим ефектом переходу одного початкового стану (алмаз) в інший початковий стан (графіт).

III. Якщо здійснюються дві реакції, що приводять з однакових початкових станів до різних кінцевих, то різниця між їх тепловими ефектами є тепловим ефектом переходу з одного кінцевого стану в інший кінцевий стан.

Наприклад:

С + О₂= СО₂+ 393,77 кДж;

С + ½ О₂= СО + 110,62 кДж

Віднімаючи друге рівняння з першого, одержимо:

½ О₂= СО₂— СО + 283,15 кДж або

СО + ½ О₂= СО₂+ 283,15 кДж.

Величина 283,15 кДж і буде тепловим ефектом переходу з одного кінцевого стану (СО) в інший кінцевий (СО₂).

Чинники, що впливають на теплові ефекти реакцій

Ізохорнийтермодинамічний процес характеризується рівнянням

Q = U або Q_V=U₂—U₁.

У термохімічному позначенні ці рівняння потрібно записати так:

Q_V = -Uі Q_V=U₁–U₂

тобто тепло, що виділяється в результаті хімічної реакції при постійному об'ємі (ізохорний тепловий ефект) дорівнює спаду внутрішньої енергії системи.

Для ізобарногопроцесу (p=const) використовуємо термодинамічне рівняння

Q_p=U+ р(V₂ – V₁) =U+ p V.

Для термохімічних процесiв

Q_p=- U- p V або Q_p =(U₁ – U₂) – pV

Згідно рівнянь U₁ - U₂ = Q_V , тоді

Q_p = Q_V – pV

Для ізобарно-ізотермічнихпроцесів рівняння стану можна записати у вигляді

pV=nRT. Qp= Qv —nRT,

де n— приріст числа молей, що є алгебраїчною сумою числа молей газів, що беруть участь в реакції.

Для знаходження n число молей газів, що утворюються при реакції, беруть із знаком плюс, а кількість молей, вступаючих в реакцію — со знаком мінус.

Якщо зміни в числі молей газів не відбувається, то n= 0 і Q_p= Q_V.

У системах, де беруть участь в реакції тільки тверді і рідкі речовини, зміни об'ємів малі і можно рахувати Q_pта Q_Vчисельно рівними.

Теплові ефекти реакцій залежать від температури. Ця залежність виражаєтьсязаконом Кирхгофа.

Для практичних розрахунків зручно використовувати рівняння у вигляді

Q_p = Q_p + C_p (T₂ – T₁)

або в загальному вигляді

Q_p^T = Q_p⁰ + C_p ( T – 298 )

де Q⁰_p— стандартний ізобарний тепловий ефект реакції;

Q_p^T— ізобарний тепловий ефект реакції при температурі Т.

Згідно рівняння Кирхгофа, зміна теплового ефекту реакції при зміні температури процесу залежить від зміни теплоємності системи, що відбувається в результаті реакції. Знак зміни теплового ефекту реакції визначається знаком співмножника С_Р, званого в технологічній практицітемпературним коефіцієнтом теплового ефекту реакції. ЯкщоС_Р> 0, то тепловий ефект екзотермічної реакції при підвищенні температури зменшується, а ендотермічної — збільшується.

Якщо С_Р< 0, то тепловий ефект екзотермічної реакції при підвищенні температури зростає, а ендотермічної — убуває.

Тоді, коли теплоємність системи в ході реакції не змінюється, тепловий ефект реакції не залежить від температури.

Якщо врахувати, що теплоємність сама залежить від температури, то рівняння Кирхгофа набуває складнішого вигляду

Q_p^T = Q_p⁰ + a (T - 298) + b (T² – 298²) + c (T³ – 298³),

де a,b,c– зміна коефіціентів рівняння С_рm=a+bT+cT², зумовлені реакцією:

a = (ca_C + da_D) – (aa_A + ba_B)

b = (cb_C + db_D) – (ab_A + bb_B)

c = (cc_C + dc_D) – (ac_A + bc_B)

Для практичних цілей цілком досить скористатися середніми теплоємностями, відповідними даному температурному інтервалу; вони приведені в довідниках.

ПРИКЛАДИ РОЗВ’ЯЗАННЯ ЗАДАЧ

Приклад 1Визначити теплоту згоряння етилену С₂Н₄+ 3О₂= 2СО₂+ 2Н₂О(р) + Q

виходячи з наступних даних: 2С(гр) + 2Н₂= С₂Н₄ – 62,01 кДж/моль (а)

С(гр) + О₂= СО₂ + 393,9 кДж/моль (б)

Н₂+ ½ О₂ = Н₂О(р) + 284,9 кДж/моль (в)

Рішення:В даному випадку можна використовувати два методи:

1-й метод. Комбінуючи задані термохімічні рівняння, виключаємо водень та вуглець, які не приймають участь в реакції горіння етилену.

Для цього рівняння (б) домножимо на 2 та віднімемо з нього рівняння (а):

2С(гр) + 2О₂= 2СО₂ + 787,8 кДж/моль

2С(гр) + 2Н₂ = С₂Н₄ – 62,01 кДж/моль

2О₂– 2Н₂= 2СО₂ – С₂Н₄+ 849,81 кДж/моль

Отриманий результат додаємо почленно до рівняння (в), попередньо домножив його на 2:

2О₂– 2Н₂= 2СО₂ – С₂Н₄+ 849,81 кДж/моль

2Н₂ + О₂ = 2Н₂О(р) + 569,8 кДж/моль

3О₂= 2СО₂+ 2Н₂О(р) – С₂Н₄+ 1419,61кДж/моль

або С₂Н₄+ 3О₂= 2СО₂+ 2Н₂О(р) + 1419,61кДж/моль

Q^ЗГ_С2Н4 = 1419,61кДж/моль

2-й метод. Використаємо наслідок закону Гесса, оскільки всі наведені в умовах задачі теплові ефекти є теплотами утворення відповідно етилену, диокиду карбону та води з простих речовин: графіту, водню, кисню. Теплоти утворення простих речовин (кисню) дорівнюють нулю.

Q=Q ^утв._прод. -Q^утв._{вихідн реч.}

Q= 2. 393,9 + 2. 284,9 – (- 62,01) = 1419,61кДж/моль

Приклад 2 Визначити теплоту утворення ацетилену за енергіями зв’язків окремих його атомів:

2С_гр+ Н₂ = С₂Н₂+Q ^утв. Порівняти отриманий результат з табличним значенням.

Рішення:В молекулі ацетилену Н – С = С – Н є два зв’язки С – Н та один зв’язок С = С.

За енергіями зв’язків визначаємо теплоту утворення ацетиленуqіз вільних атомів карбону та гідрогену, що знаходяться у газуватому стані: 2С(г) + 2Н = С₂Н₂+q

Із довідника знаходимо енергії зв’язків: С – Н 358,2 кДж, С = С 536 кДж.

q = 2. 358,2 + 536 = 1252,4 кДж/моль.

Відповідно, 2С(г) + 2Н = С₂Н₂+ 1252,4 кДж/моль.

Перетворимо отримане рівняння: С₂Н₂= 2С(г) + 2Н – 1252,4 кДж/моль.

Визначимо теплоту утворення ацетилену з простих речовин: 2Сгр + Н₂= С₂Н₂+Q _утв

Знаходимо за довідником енергії зв’язків реагуючих речовин.

Запишемо рівняння всіх процесів:

2С(г) = 2Сгр + 2.525

2Н = Н₂(Н – Н) + 430

С₂Н₂= 2С(г) + 2Н – 1252,4

Склавши відповідно ліві та праві частини рівнянь та скоротивши однакові члени знайдемо:

С₂Н₂ = 2Сrp+ Н₂ + 227,6 кДж/моль або

2Сrp+ Н₂ = С₂Н₂ - 227,6 кДж/моль

Теплота утворення ацетилену, яка розрахована за енергіями зв’язків, дорівнює

Q _утв= - 227,6кДж/моль.

Таблична величина H⁰₂₉₈ = 226,75кДж/моль, аQр = - 226,75кДж/моль (за стандартних умов)

Приклад 3РозрахуватиH i Q_p за 25⁰Сдля реакції за рівнянням

СаС₂+ 2Н₂О(р) = Са(ОН)₂+ С₂Н₂+Q

Рішення:Зміна ентальпії для реакції визначається алгебраїчним додаваннямH⁰₂₉₈речовин, що приймають участь в реакції з урахуванням стехіометрічних коефіціентів (H⁰₂₉₈продуктів беруть зі знаком «+», а вихідних речовин – зі знаком «-»):

H⁰₂₉₈ реакції =H⁰_Са(ОН)2 +H⁰_С2Н2 -H⁰_СаС2 - 2H⁰_Н2О

За довідником знаходяться значення H⁰₂₉₈всіх речовин, що приймають участь в реакції

H⁰₂₉₈= - 986,2 + 226,75 + 62,7 + 2.285,84 = - 125,07 кДж.

H⁰₂₉₈ = -Q_р ^утв

Q_р= 125,07 кДж на 1моль СаС₂.

Приклад 4 Розрахувати тепловий ефект згоряння диетилового етеру за енергіями розриву зв’язків за 298К. Теплота випаровування етеруq _вип ^ет = 26,2 кДж/моль, а теплота випаровування води

q _вип ^Н2О = 44,0кДж/моль.

Рішення:Реакція згоряння диетилового етеру відбувається за рівнянням

(С₂Н₅)₂О(р) + 6О₂= 4СО₂+ 5Н₂О(р) +Q_зг

Тепловий ефект реакції дорівнює різниці теплот випаровування та енергій розриву зв’язків продуктів реакції та вихідних речовин. В молекулі етеру є зв’язки: 10 С – Н, 2 С – С, 2 С – О.

За довідником знаходимо енергії окремих зв’язків та розраховуємоQ_зг ^ет:

Q_зг ^ет = 8Е_С=О + 10Е_О-Н + 5q _вип ^Н2О – 10 Е_С-Н – 2Е_С-С – 2 Е_С-О – 6Е_О=О – q _вип ^ет

Q_зг ^ет = 8.702,9 + 10.460,0 – 5.44,0 – 10. 358,2 – 2.262,8 – 2.374 – 6.490,4 – 26,2 = 3144,6кДж/моль.

Приклад 5Яка кількість тепла виділяється при розчиненні 200г моногідрату Н₂SО₄в 350см³води?

Рішення:Для розрахункуq_розч(кДж/моль) використовується емпірічна формула: для

Н₂SО₄+nH₂O 74,8n

Q _розч^Н2SО4 = --------------

n + 1,7983

Попередньо визначається кількість молей води та кислоти за формулою: n = m / M

n _H2O = 350 / 18 = 19,4моль,n _Н2SО4 = 200 / 98 = 2,04моль.

На 1моль кислоти приходиться 19,4 : 2,04 = 9,5моль води.

74,8 ^.9,5

q= ----------------- = 62,88кДж/моль.

9,5 + 1,7983

При розчиненні 200г кислоти у воді виділиться теплоти:

Q _розч^Н2SО4= 62,88^.2,04 = 128,28 кДж.

Приклад 6Розрахувати теплоту згорання гексануQ_рза 25⁰С, використовуючи формулу Коновалова

Рішення: Горіння відбувається за постійного об’єму в калориметричній бомбі за рівнянням:

С₆Н₁₄+ 9,5О₂= 6СО₂ + 7Н₂О(р).

Формула Коновалова: Q_V = 204,2n + 44,4m + x

За довідником х = 0; з рівняння n = 19, m= 7.

Q_V= 204,2.19 + 44,4.7 + 0 = 4194,7кДж/моль.

Значення Q_ррозраховується за формулою Q_р =Q_V-nRT

При підрахунку nвраховуються тільки газуваті речовини:

n= - 10,5 + 6 = - 4,5

Q_р= 4194,7 + 4,5 (8,314 / 1000)^.298 = 4205,8 кДж/моль.

Приклад 7Тепловий ефект згоряння СО до СО₂за 25⁰С дорівнює 283кДж/моль. Визначити залежність теплового ефекту цієї реакції від температури та його значення за 2000К. Температурні залежності молярних теплоємностей речовин, що приймають участь в реакції, виражаються наступними рівняннями:

для СО₂С_v= 21,39 + 0,02975 Т – 0,000007793 Т²Дж/моль,

для СО і О₂С_v= 18,92 + 0,00419 Т Дж/моль

Рішення: Запишемо термохімічне рівняння горіння монооксиду карбону:

СО + ½ О₂= СО₂+ 283 кДж/моль

Для реакції з участю речовин, у яких залежність теплоємності від температури виражається ступеневим рядом С = а₀+ а₁Т + а₂Т²+ ...

тепловий ефект реакції при заданій температурі розраховується за формулою

Q_T = Q₂₉₈ – [a₀ (T – 298) + ½ a_(²298²)1/3a₂ (T³ – 298³) ]

Для Т = 2000К

Q_v =Q_v²⁹⁸– [a₀(2000 – 298) + ½a_(2000²298²)1/3a₂(2000³– 298³) ] (1)

Визначимо a₀,a_,a₂враховуючи числа молей газу і знаки

a₀= - 18,92 – ½ 18,92 + 21,39 = - 6,99;

a_= - 0,00419 – ½ 0,00419 + 0,02975 = 0,02347;

a₂= 0 – 0,000007793 = - 7,793.10^-6.

Підставивши отриманні значення в рівняння (1), отримаємо залежність теплового ефекту горіння монооксиду карбону від температури:

6,99 (Т – 298) 0,01173 (Т²– 298²) 2,598.10^-6(Т³– 298³)

Q_v =Q_v²⁹⁸+ ------------------- - ------------------------- + ---------------------------- кДж/моль

1000 1000 1000

Визначимо тепловий ефект даної реакції за Т = 2000К:

6,99 (2000 – 298) 0,01173 (2000²– 298²) 2,598.10^-6(2000³– 298³)

Q_v = 283,0 + ---------------------- - ------------------------------ + ------------------------------- =

1000 1000 1000

= 269,75 кДж/моль.

Приклад 9Розрахувати тепловий ефект реакції, що відбувається за рівнянням СО + Н₂О = СО₂+ Н₂

за 600⁰С за ентальпіями речовин.

Рішення:Використовуються довідникові дані ентальпій речовин

Н⁶⁰⁰_СО -Н²⁵_СО= 18300 – 2880 . 0,25 = 17580 Дж/моль;

Н⁶⁰⁰_Н2О -Н²⁵_Н2О= 21740 – 3320 . 0,25 = 20910 Дж\моль;

Н⁶⁰⁰_СО2 -Н²⁵_СО2= 27300 – 3920 . 0,25 = 26320 Дж/моль;

Н⁶⁰⁰_Н2 -Н²⁵_Н2= 17620 – 2900 . 0,25 = 16,895 Дж/моль.

Н _{вих.реч}. = 17580 + 20910 = 38490 Дж/моль;

Н _прод= 26320 + 16895 = 43215 Дж/моль.

За теплотами утворення речовин, що приймають участь в реакції, розраховується тепловий ефект Q²⁹⁸за стандартних умов за рівнянням:Q_реакц =Q^утв_прод - Q^утв_{вих.реч.}

Для цього знаходимо в довіднику Н⁰₂₉₈та визначаємоQ^утвз урахуванням того, щоН⁰₂₉₈= -Q²⁹⁸

Q²⁹⁸=Q^утв _СО2 +Q^утв_Н2 -Q^утв_СО -Q^утв_{Н2О(пара)}

Q²⁹⁸= 393,51 + 0 – 110,5 – 241,84 = 41,17 кДж/моль (41170 Дж/моль)

Підставляємо Q₂₉₈,Н_{вих.реч}.таН_продв рівнянняQ_T =Q₂₅ - (Н_прод-Н_{вих.реч}.)

Q₆₀₀ = 41170 – 43215 + 38490 = 36445 Дж/моль

Q₆₀₀= 36,445кДж/моль.

Приклад 8Обчислити тепловий ефект реакції за 600⁰С, що відбувається за рівнянням

СО + Н₂О(пара) = СО₂+ Н₂, використовуючи температурні залежності теплоємностей реагентів (Дж/моль.К): С_р^СО= 28,41 + 4,1.10^-3Т – 0,46.10⁵ Т^-2

С_р^Н2О= 30,0 + 10,71.10^-3Т – 0,33.10⁵ Т^-2

С_р^СО2= 44,14 + 9,04.10^-3Т – 8,53.10⁵ Т^-2

С_р^Н2= 27,28 + 3,26.10^-3Т – 0,502.10⁵ Т^-2

Рішення:За теплотами утворення речовин, що приймають участь в реакції, розраховується тепловий ефектQ²⁹⁸за стандартних умов за рівнянням:Q_реакц =Q^утв_прод-Q^утв_{вих.реч.}

Для цього знаходимо в довіднику Н⁰₂₉₈та визначаємоQ^утвз урахуванням того, щоН⁰₂₉₈= -Q²⁹⁸

Q²⁹⁸=Q^утв _СО2 +Q^утв_Н2 -Q^утв_СО -Q^утв_{Н2О(пара)}

Q²⁹⁸= 393,51 + 0 – 110,5 – 241,84 = 41,17 кДж/моль (41170 Дж/моль)

Визначимо a₀,a_,a₂^|враховуючи числа молей газу і знаки

a₀ = - 28, 41 – 30,0 + 44,14 + 27,28 = 13,01

a₁ = ( - 4,1 – 10,71 + 9,04 + 3,26).10^-3 = - 2,51.10^-3

a^|₂ = (0,46 – 0,33 – 8,53 + 0,502)10⁵ = - 7,898.10⁵

Для реакції з участю речовин, у яких залежність теплоємності від температури виражається ступеневим рядом С = а₀+ а₁Т + а^|₂Т ^-2+ ...

тепловий ефект реакції при заданій температурі розраховується за формулою

Q_T = Q₂₉₈ – [a₀ (T – 298) + ½ a_(²298²)a^|₂ (1/T – 1/298) ]

Для Т = 873К

Q_T =Q₂₉₈– [a₀(873 – 298) + ½a_(873²298²)a^|₂(1/873 – 1/298) ]

Q₈₇₃ = 41170 – 13,01. 575 + 1,255.10^-3 (873²– 298²) – 7,898.10⁵(298 – 873) / 873 . 298 = 36,28кДж/моль

ІНДИВІДУАЛЬНІ ЗАВДАННЯ ЗА ВАРІАНТАМИ

ВАРІАНТ 1

1 Середня масова теплоємність пари бензолу в межах температур 85 – 115⁰С (за нормального атмосферного тиску) дорівнює 1,257 кДж/кг.К. Обчислити середні молярні теплоємності бензолу за постійного тиску та об’ємі та їх співвідношення С_р/С_V

2 Визначити зміну внутришньої енергії при випаровуванні 90г води за температури її кипіння. Скрита теплота пароутворення води 40714,2 Дж/моль, питомий об’єм водяної пари 1,699 л/г. Тиск нормальний, об’ємом рідини знехтувати

3 Знайти різницю між Q_p i Q_vза температури 25⁰С для наступних реакцій

2SO₂ + O₂ <==> 2SO₃; NH₄Cl(тв) <==> NH₃ + HCl

ВАРІАНТ 2

1. Молярна теплоємність азоту за н.у. дорівнює 20,95 кДж/кмоль.К. Визначити масову та об’ємну теплоємності азоту за тих же умов

2 Визначити зміну внутрішньої енергії при випаровуванні 200г бензолу при 20⁰С, прийнявши, що пара бензолу підпорядковується законам ідеальних газів і об’єм рідини незначний порівняно з об’ємом пари. Скрита теплота випаровування бензолу 30,92 кДж/моль

3 Обчислити за формулою Д.П.Коновалова теплоту згорання газуватого ацетальдегіду

СН₃СНО + 5/2 О₂= 2СО₂+ 2Н₂О +Q^згта порівняти з експериментально отриманою величиною

1192 кДж/моль

ВАРІАНТ 3

1. Температурна залежність дійсної молярної теплоємності гематиту Fe₂O₃ виражається рівнянням

Cp= 103,58 + 67,21.10^-3 T– 17,74.10⁵ T^-2. Визначити кількість теплоти (кДж), яка необхідна для нагрівання 1кг гематиту від 16 до 1538⁰С

2. Визначити зміну внутрішньої енергії при нагріванні 5кг повітря від 0 до 500⁰С, якщо теплоємність його за постійного об’єму в межах від 0 до 1000⁰С виражається лінійним рівнянням

Cv= 0,7084 + 0,00018698tкДж/кг.К

3. Тепловий ефект реакції ½ N₂+ 3/2H₂<==>NH₃за постійного тискуQp= 46,26 кДж/моль за 25⁰С. ВизначитиQvдля цієї реакції при цій же температурі

ВАРІАНТ 4

1. Температурна залежність молярної теплоємності пари ацетону від температури виражається рівняннямCp= 31,59 + 154,94.10^-3 T– 30,38.10^-6T². Визначити кількість теплоти (кДж), яка необхідна для нагрівання 116,2г ацетону від 298 до 500⁰С

2. Під тиском 1,325.10⁶Па 200г повітря займають об’єм 80л. Визначити проведену повітрям роботу, якщо об’єм його за постійного тиску підвищився в два рази

3. Визначити теплоту згоряння спирту С₂Н₅ОН + 3О₂= 2СО₂+ 3Н₂О(рід) +Q

виходячи з наступних даних: С + О₂= СО₂+ 394 кДж/моль; Н₂+ ½ О₂= Н₂О(р) + 285 кДж/моль; 2С + 3Н₂ + ½ О₂= С₂Н₅ОН + 278,2 кДж/моль

ВАРІАНТ 5

1. Середня масова теплоємність водяної пари в межах температур 100 –500⁰С (за нормального тиску) дорівнює 2,01кДж/кг.К. Обчислити середні молярні теплоємності водяної пари за постійного тиску та об’ємі та їх співвідношення С_р/С_V

2. Визначити зміну внутрішньої енергії при випаровуванні 50г толуолу при 30⁰С, прийнявши, що пара толуолу підпорядковується законам ідеальних газів і об’єм рідини незначний порівняно з об’ємом пари. Скрита теплота випаровування толуолу 347,8Дж/г

3. Обчислити різницю між QpіQvпри 25⁰С для реакції повного згоряння бензолу С₆Н₆, нафталіну С₁₀Н₈та етилену С₂Н₄з утворенням карбон діоксиду і води (в рідкому стані)

ВАРІАНТ 6

1. Температурна залежність дійсної молярної теплоємності повітря виражається рівнянням

Cp= 27,2 + 0,0042 T. Визначити: а) дійсну молярну та масову теплоємності повітря за постійного тиску та об’єму при 400⁰С, якщо співвідношення С_р/С_Vдля повітря дорівнює 1,4;

б) середню теплоємність в інтервалі температур 200-500⁰С. Молекулярна маса повітря 28,96

2. Визначити зміну внутрішньої енергії при охолодженні 1кг кисню від 200 до 0⁰С, якщо теплоємність його за постійного об’єму в межах від 0 до 1000⁰С виражається лінійним рівнянням

Cv= 0,6527 + 0,00025448tкДж/кг.К

3 Обчислити за формулою Д.П.Коновалова теплоту згорання рідкого етилового спирту

С₂Н₅ОН + 3О₂= 2СО₂+ 3Н₂О +Q^згта порівняти з експериментально отриманою величиною

Q_р²⁹⁸= 1366,91 кДж/моль. Теплота випаровування спирту 41,68 кДж/моль

ВАРІАНТ 7

1 Температурна залежність дійсної молярної теплоємності кристобаліту b-SiO₂ виражається рівняннямCp= 71,61 + 1,9.10^-3 T– 37,59.10⁵ T^-2. Визначити кількість теплоти (кДж), яка необхідна для нагрівання 1кг кристобаліту від 16 до 1538⁰С

2 Нагріваються 2м³кисню за постійного тиску 98340 Па. Визначити проведену газом роботу, якщо об’єм його досяг 7м³

3 Тепловий ефект згоряння нафталіну до діоксиду карбону і води (в рідкому стані) за постійного об’єму та 18⁰С дорівнює 5162 кДж/моль. Визначити тепловий ефект згоряння нафталіну за постійного тиску тa цій же температурі

ВАРІАНТ 8

1 Обчислити кількість теплоти, що поглинається, (кДж) при нагріванні 1кг етилового спирту від

127 до 327⁰С (за постійного тиску), якщо температурна залежність дійсної молярної теплоємності [кДж/кмоль.К] виражається формулоюCp= 19,07 + 0,2127 T– 0,1086.10^-3 T²

2 Обчислити яку роботу можуть провести 12кг водню при підвищенні температури на 12⁰С за постійного тиску

3 Визначити теплоту згоряння фосфіну 2РН₃+ 4О₂= Р₂О₅+ 3Н₂О(р) +Q

використовуючи наступні термохімічні рівняння: 2Р + 3Н₂= 2РН₃– 48,69 кДж/2 моль

2Р + 5/2 О₂= Р₂О₅+ 1508,4 кДж/моль; Н₂+ ½ О₂= Н₂О(р) + 285 кДж/моль

Різнорівневі завдання

І РІВЕНЬ

1.1При взаємодії 9,18 л (н.у.) хлору з надлишком водню виділилось 75 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції. Розрахуйте значен­ня теплоти утворення хлороводню.

1.2Термохімічне рівняння реакції горіння вуглецю: С(т) + О₂(г) = СО₂(г); ΔН° = 402 кДж.

Обчисліть: а) кількість теплоти, яка виділиться при спалюванні 0,5 кг вугілля, масова частка Карбону в якому становить 99%, б) масу вугіл­ля, яке згоріло, якщо при цьому виділилось 2000 кДж теплоти.

1.3Теплота утворення амоніаку становить -46 кДж/моль. Скільки теплоти виділиться при взаємодії 80 л водню (н.у.) з надлишком азоту?

1.4Визначте теплоту утворення цинк оксиду; якщо відомо, що при взаємо­дії 5,6 л (н.у.) кисню з надлишком цинку виділилось 175,3 кДж теплоти.

1.5При спалюванні 8,86 г алюмінію виділилось 275 кДж тепла. Визначте теплоту утворення алюміній оксиду.

1.6При добуванні кальцій оксиду масою 44,76 г із простих речовин виді­лилось 508,0 кДж теплоти. Напишіть термохімічне рівняння реакції окиснення кальцію.

1.7Скільки теплоти виділиться при взаємодії алюмінію масою 5,4 г з надлишком кисню, якщо теплота утворення його оксиду становить -1650 кДж/моль?

1.8Термохімічне рівняння реакції утворення гідроген йодиду:

Н_2(Г)+ І_{2 (Г)} = 2НІ_(Г); ΔН° = 51,88 кДж

Розрахуйте: а) скільки теплоти поглинеться під час взаємодії йоду масою 60 г з надлишком водню; б) теплоту утворення гідроген йодиду.

1.9При спалюванні сірки одержали 11,2л сульфур діоксиду (н.у.). При цьому виділилось 148,5кДж теплоти. Складіть термохімічне рівняння реакції окиснення сірки.

1.10При окисненні магнію одержали 20,27 г магній оксиду. При цьому виділилось 305 кДж теплоти, а) складіть термохімічне рівняння реакції; б) визначте теплоту утворення магній оксиду;

в) розрахуйте кількість теплоти, яка виділиться при окисненні магнію масою 0,02 кг.

1.11Скільки теплоти виділиться при взаємодії 1,12 г фтору (н.у.) з надлишковою кількістю водню, якщо відомо, що теплота утворення гідрогенфториду становить -150 кДж/моль?

1.12Розрахуйте об'єм сірководню, який утворився при взаємодії сірки та водню, якщо при цьому виділилось 108 кДж теплоти. Теплота утворення сірководню становить -20,9 кДж/моль.

1.13Скільки теплоти виділиться під час вибуху 9 моль гримучої суміші, якщо теплота утворення газоподібної води складає -241,8 кДж/моль?

1.14Термохімічне рівняння реакції горіння фосфору:

4Р_(Т)+ 5О₂(г) = 2Р₂О_5(Т) ; ΔН° = - 3010кДж

Визначте: а) масу фосфору, який згорів, якщо виділилось 1000 кДж теплоти; б) скільки теплоти виділиться при взаємодії фосфору з 10 л (н.у.) кисню; в) теплоту утворення фосфор (V) оксиду.

1.15Термохімічне рівняння реакції горіння ацетилену:

2С₂Н_{2 (Г)} + 5О₂(г) = 4СО₂(г) + 2Н₂О (г); ΔН° = -2610 кДж

Скільки теплоти виділиться при спалюванні: а) 4 л (н.у.) ацетилену; б) 2,5 моль ацетилену;

в) 0,12 кг С₂Н₂?

1.16Термохімічне рівняння реакції, окнснення азоту:

N₂(г) +O₂(г) = 2NO(г); ΔН° = 180,7 кДж.

Розрахуйте теплоту, яка поглинулась при утворенні 5,6 л (н.у.) нітроген (II) оксиду.

1.17При спалюванні магнію масою 30т виділилось 751,5 кДж теплоти.

а) складіть термохімічне рівняння реакції горіння магнію; 6) розрахуйте масу магній оксиду, яка утворилась при реакції окиснення магнію; якщо при цьому виділилось 1500 кДж теплоти.

1.18При розкладі 24,4 г кальцій карбонату поглинулось 35,4 кДж теплоти.

Напишіть термохімічне рівняння реакції розкладу кальцій карбонату.