3. Способы выражения состава раствора уровень b

1. Плотность 6% водного раствора ортофосфорной кислоты равна 1,031 г/см3. Рассчитать:

а) молярную концентрацию ;

б) моляльность;

в) молярную долю кислоты в растворе.

Дано:	РЕШЕНИЕ: а) Молярную концентрацию кислоты определяем по формуле:

Согласно условию задачи в 100 г раствора содержится 6 г

Н₃РО₄. Тогда 6 г Н₃РО₄ содержится в объеме раствора

;

= 1·3 +31+16·4 =98 г/моль

Следовательно, ,

где 10^-3 - пересчет см³ в л.

б) моляльность кислоты в растворе определяем по формуле:

Тогда

где 1000 - коэффициент пересчета г в кг.

в) молярную долю кислоты определяют по формуле:

= == 0,011

2. Определить объем 16%-ного раствора карбоната калия плотностью 1,149 г/см3, необходимого для приготовления 3 л 0,2 м водного раствора данного вещества. Пояснить процесс приготовления раствора.

Дано:	РЕШЕНИЕ: а) Молярную концентрацию карбоната калия определяем по формуле:

Следовательно:

= 2·39 + 12 +16·3 =138 г/моль

Рассчитываем массу 16%-ного раствора К₂СО₃, который содержит 82,8 г К₂СО₃.

Составляем пропорцию:

100 г р-ра - 16 г К₂СО₃

m_р-ра(16%) - 82,8 г К₂СО₃.

m_р-ра(16%) = 517,5 г,

Определим объём 16% - ного раствора:

450,4 см³

Ответ: для приготовления 3 л 0,2 М раствора К₂СО₃ нужно взять 450,4 мл 16%-ного раствора К₂СО₃ и разбавить его водой до 3 л.

3. Найти массы воды и кристаллогидрата CuSO₄·5H₂O, необходимые для приготовления 2 литра раствора, содержащего 8% мас. безводной соли. Плотность 8%-го раствора CuSO₄ равна 1,084 г/см³.

Дано: Vр-ра = 2 л ω= 8% ρр-ра= 1,084 г/см3	РЕШЕНИЕ Массу безводной соли (CuSO4), необходимую для приготовления заданного раствора определяем из формулы: ω=, %

откуда

Масса раствора равна

, где 10³ коэффициент перевода л в см³. Тогда масса CuSO₄ в растворе составляет:

,

Массу CuSO₄·5H₂O, содержащую 86,7 г CuSO₄, определяем из пропорции:

250 г/моль -160 г/моль - 173,4 г

где

= 64+32+16·4=160 г/моль

= 64+32+16·4 +5·(1·2+16)=250 г/моль

Тогда

Зная массу раствора и кристаллогидрата, определяем массу воды, необходимую для приготовления заданного раствора:

Ответ:

4. Энергетика химических реакций уровень b

1. Найти массу метана (СН₄), при полном сгорании которого до СО_2(г) и Н₂О_(г) в тепловом агрегате выделяется теплота, достаточная для нагревания 1 л воды от 20 до 100^оС. Мольную теплоемкость воды принять равной 75,3 Дж/моль·К. КПД теплового агрегата составляет 50%.

Дано:

РЕШЕНИЕ:

Количество теплоты, необходимое

для нагревания 1 л (1000 г) воды от

20 до 100^оС определяем по формуле:

=

= 334666,7 Дж = 334,7 кДж

Определим массу метана при горении, которого выделяется такое количество теплоты. Процесс горения метана по условию задачи описывается уравнением:

СН_4(г) + 2О_2(г) = СО_2(г) + 2Н₂О_(г)

Тепловой эффект этой реакции D_r.H^o(298K) определяем по I следствию из закона Гесса

D_r.H^o(298K) = D_f.H^o(298K,CO_2(г)) + 2D_f.H^o(298K, Н₂О_(г)) -

- D_f.H^o(298K, CН_4(г)) - 2D_f.H^o(298K, О_2(г)) = (-393,5) + 2(-241,8) –

- (-74,9) = - 802,2 кДж

Таким образом при сгорании 16 г метана выделяется 802,2 кДж тепла. Определяем массу метана, при сгорании которой выделяется 334,7 кДж теплоты. Составляем пропорцию:

16 г СН₄ ― 802,2 кДж

―334,7 кДж

г

С учетом КПД теплового агрегата масса метана составляет

г

Ответ: масса метана составляет 13,34 г.

2. Используя справочные данные по D_fH^o(298K, В) и S^o(298K, В), определить при каких температурных условиях возможно самопроизвольное протекание реакции

Fe₂O_3(к) + 3Н_2(г) = 2Fe_(к) + 3Н₂O_(г)

Дано: Уравнения реакции

DrGо(298К)-? условия протекания реакции - ?

РЕШЕНИЕ:

Возможность самопроизвольного протекания реакции, определяется знаком перед величиной изменения энергии Гиббса для данной реакции:

если Δ_rG°(298К) < 0, самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях возможно в прямом направлении;

если Δ_rG°(298К) > 0, то при стандартных условиях прямая реакция невозможна, а возможна обратная реакция._.

Значение Δ_rG°(298К) рассчитываем по формуле:

Δ_rG°(298К) = Δ_rН°(298К)·10³ - Т Δ_rS°(298К)

где Δ_rН°(298К) - изменение стандартной энтальпии реакции, кДж: Δ_rS°(298К) - изменение стандартной энтропии реакции, Дж/К:

10³ - пересчет кДж в Дж.

Значение Δ_rН°(298К) и Δ_rS°(298К) определяем согласно первому следствию из закона Гесса:

Δ_rН°(298К) = [2Δ_fН°(298К, Fe_(к)) + 3Δ_fН°(298К, Н₂О_(г))] –

- [Δ_fН°(298К, Fe₂O_3(к)) + 3Δ_fН°(298К, Н_2(г))];

Δ_rS°(298К) = [2S°(298К, Fe_(к)) + 3S°(298К, Н₂О_(г))] –

- [S°(298К, Fe₂O_3(к)) + 3S°(298К, Н_2(г))];

где Δ_fН°(298К, В) и S°(298К, В) - стандартные энтальпии образования и энтропии веществ, значения которых находим из таблицы стандартных термодинамических величин.

	Fe2O3(к) +	3Н2(г)	= 2Fe(к)	+ 3Н2О(г)
DfHo(298K), кДж/моль	1(-822,2)	3(0)	2(0)	3(-241,84)
So(298 K), Дж/(моль×К)	1(87,4)	3(130.5)	2 (27.15)	3(188,74)

Δ_rН°(298К) = [2(0) + 3(-241,84)] - [(-822,2) + 3(0)] = 96,68 кДж

Δ_rS°(298К) = [2·27,15 + 3·188,74] - [87,4 + 3·130,5] = 141,62 Дж/К

тогда:

Δ_rG^о(Т) = 96680 - Т·141,62

Ответ: При высоких температурах значение Δ_rG^о(Т) < 0 и, следовательно, реакция возможна при нагреве.