ТДП / ТДП 1 курс / Общая химия.Жарский.2007

а для реакции

Пример 7. Рассчитайте давление разложения PbO2 по реакции

[PbO2 ] Ђ [PbO] + 0,5(O2 )

при температуре 200°С.

Решение. Давление разложения для данной реакции будет равно давлению кислорода:

Pразл = PO2 .

Для определения давления разложения будем использовать уравнение (6.7) и выражение константы равновесия для данной реакции

= 0,5

KP PO2 .

Из последнего выражения находим давление кислорода:

PO2 = KP2 .

Константу равновесия KP можно выразить из уравнения (6.7), зная энергию Гиббса реакции при данной температуре. Переводим температуру в градусы Кельвина:

T = 273 + 200 = 473 К.

Вычисляем энергию Гиббса реакции при 473 К (см. пример 3, б раздела 5):

[PbO2 ] Ђ [PbO] + 0,5(O2 )

DH2980 = (-219,3 + 0,5 × 0) - (-276,6) = 57,3 кДж = 57 300 Дж;

DS2980 = (66,1 + 0,5 × 205,0) - 74,9 = 93,7 Дж/К;

DG4730 » 57 300 - 473 × 93,7 =12 979,9 Дж.

Выражаем из уравнения (6.7) константу равновесия реакции:

51

KP = e−3,3022 = 4,98 ×10−2 .

Тогда давление разложения будет равно:

Pразл = PO2 = KP2 = (4,98 ×10−2 )2 = 2,48 ×10−3 атм.

Пример 8. Рассчитайте давление разложения CuSO4 · 5H2O по реакции

[CuSO4 ×5H2O] Ђ [CuSO4 ] + 5(H2O)

при температуре 300 К и определите температуру, при которой давление разложения будет равно 101 325 Па.

Решение.

а) Рассчитываем давление разложения при температуре 300 К аналогично предыдущему примеру:

DH2980 = (-770,9 + 5 ×(-241,8)) - (-2 279, 4) = 299,5 кДж = 299 500 Дж;

DS2980 = (109, 2 + 5 ×188,7) - 300,4 = 752,3 Дж/К;

б) Находим температуру, при которой давление разложения составит 101 325 Па. Задача решается в обратной последовательности к пункту а):

Pразл = 101 325 Па = 1 атм;

PH2O = Pразл = 1 атм;

KP = PH2O5 =15 =1;

52

Контрольные задания

101. Запишите выражения для скорости прямой и обратной реакций на основании закона действующих масс в системе:

[C] + (CO2 ) Ђ 2(CO)

Как и во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакций при повышении давления в 3 раза?

102. Во сколько раз следует увеличить концентрацию O2 в системе

2( NO) + (O2 ) = 2( NO2 )

чтобы скорость реакции возросла в 100 раз?

103.Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении температуры на 40°С, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3,2?

104.При повышении температуры на 50°С скорость химической реакции возросла в 1200 раз. Вычислите температурный коэффициент скорости реакции.

105.Напишите математические выражения констант равновесия KC и KP для следующих систем:

106. Запишите выражения констант равновесия KP и KC для

107. В каком направлении произойдет смещение равновесия при повышении температуры в системах:

а) ( N2 ) + 3(H2 ) Ђ 2( NH3 ), H 0 = −92 кДж;

53

б) [CaCO3 ] Ђ [CaO] + (CO2 ) −178 кДж ; в) (H2 ) + [S] Ђ (H2S) + Q ?

Ответ мотивируйте.

108. Укажите, в каком направлении сместится химическое равновесие при понижении давления в системах:

а) 2( NH3 ) + 5 / 2(O2 ) Ђ 2( NO) + 3{H2O} б) (H2 ) + [Se] Ђ (H2Se)

в) ( N2O) + 1/ 2(O2 ) Ђ 2( NO)

Ответ мотивируйте.

109. В каком направлении сместится равновесие системы

2(H2S) + (SO2 ) Ђ 3[S] + 2(H2O)

если: а) уменьшить концентрацию паров воды; б) увеличить температуру; в) повысить давление? Ответ мотивируйте.

110. Какими изменениями концентрации кислорода, температуры и общего давления можно повысить выход триоксида серы в процессе

2(SO2 ) + (O2 ) Ђ 2(SO3 ) ?

Ответ мотивируйте.

111. Вычислите равновесные концентрации CO и H2 в реакции

(CO) + 2(H2 ) Ђ (CH3OH)

если их начальные концентрации составляли 0,014 и 0,028 моль/л соответственно, а равновесная концентрация CH3OH – 0,01 моль/л. Рассчитайте константу равновесия KC.

112. Равновесие в системе

2( NO2 ) Ђ ( N2O4 )

установилось при концентрациях веществ: NO2 – 0,03 моль/л; N2O4 – 0,01 моль/л. Найдите константу равновесия KC и исходную концентрацию NO2.

113. Константа равновесия KC системы

(C2H4 ) + (H2O) Ђ (C2H5OH)

при некоторой температуре равна 40. Определите равновесные концентрации реагирующих веществ, если исходные концентрации C2H4 и H2O одинаковы и равны 0,1 моль/л.

114. Исходные концентрации SO2 и O2 в системе

54

2(SO2 ) + (O2 ) Ђ 2(SO3 )

составляли 0,1 и 0,2 моль/л соответственно. Вычислите равновесные концентрации реагирующих веществ и константу равновесия KC, если

кмоменту наступления равновесия прореагировало 90% SO2.

115.Рассчитайте процент разложения фосгена к моменту наступления равновесия

(COCl2 ) Ђ (CO) + (Cl2 )

если исходная концентрация COCl2 составляет 0,05 моль/л, а константа равновесия KC равна 20.

116. Определите степень превращения NO в NO2 в системе

( NO) + 1/ 2(O2 ) Ђ ( NO2 )

если равновесные концентрации NO и NO2 одинаковы и составляют

0,01 моль/л.

117. В замкнутом сосуде протекает реакция

(AB) Ђ (A) + (B)

Константа равновесия реакции равна 0,04, а равновесная концентрация вещества B составляет 0,02 моль/л. Найдите начальную концентрацию вещества AB.

118. Исходные концентрации веществ A и В в системе

3(A) + 5(B) Ђ (A3B5 )

равны соответственно 1,5 и 2 моль/л. Равновесная концентрация вещества A составила 0,7 моль/л. Определите константу равновесия.

119. Вычислите константу равновесия в системе

(SO2 ) + (CO2 ) Ђ (SO3 ) + (CO)

если исходные концентрации SO2 и CO2 равны по 1 моль/л, а равновесная концентрация CO – 0,001 моль/л.

120. При некоторой температуре константа равновесия реакции

( N2 ) + 3(H2 ) Ђ 2( NH3 )

равна 100. Найдите равновесную концентрацию NH3 и исходные концентрации N2 и H2, если равновесные концентрации N2 и H2 равны соответственно 2,35 и 1,44 моль/л.

121. Рассчитайте давление разложения карбонила железа по реакции

{Fe(CO)5} Ђ [Fe] + 5(CO)

55

при 100°С и определите температуру, при которой давление разложения составит 101 325 Па.

122. Вычислите давление разложения оксида серебра по реакции

[Ag2O] Ђ 2[Ag] + 0,5(O2 )

при стандартных условиях и установите температуру, при которой давление разложения составит 101 325 Па.

123. Найдите давление разложения бромида меди по реакции

[CuBr2 ] Ђ [CuBr] + 0,5(Br2 )

при стандартных условиях и определите температуру, при которой давление разложения составит 1 атм.

124. Рассчитайте давление разложения кристаллической соды

[ Na2CO3 ×10H2O] Ђ [ Na2CO3 ] +10(H2O)

при 400°С и установите температуру, при которой давление разложения составит 0,1 атм.

125. Сравните давление разложения Cu2O и Ag2O при стандартных условиях по приведенной ниже схеме

[Me2O] Ђ 2[Me] + 0,5(O2 )

126. Сопоставьте давление разложения CaSO3 и CaCO3 при температуре 300°С по приведенной ниже схеме

[CaЭO3 ] Ђ [CaO] + (ЭO2 )

127. Вычислите давление разложения кристаллогидрата сульфата никеля при 500°С по реакции

Какая из солей (MgSO4 или FeSO4) является лучшим осушителем?

56

при стандартных условиях.

7. РАСТВОРЫ.

СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ СОСТАВА РАСТВОРОВ

Раствор – однородная система переменного состава, содержащая два и большее число компонентов. Компонент, взятый в избытке и в том же агрегатном состоянии, что и сам раствор, принято считать растворителем, а компонент, взятый в недостатке, – растворенным веществом.

Количественный состав растворов выражается разными способами

1. Массовая доля растворенного вещества w(Х) – безразмерная величина, равная отношению массы растворенного вещества к массе раствора:

ω(X) = m(X) или ω(X) = m(X) ×100% ,

w(NaOH) = 5%» означает, что 5 г NaOH содержится в 100 г раствора. Масса воды в нем равна 95 г.

2. Молярная концентрация С(Х) – отношение химического количества растворенного вещества к объему раствора:

С(X) = n(X) = m(X) ,

V M (X) ×V

где С(Х) – молярная концентрация растворенного вещества Х, моль/л;

57

растворенного вещества, г; M (1z X) – молярная масса эквивалента,

г/моль.

Нормальная концентрация показывает количество вещества эквивалента, содержащегося в 1 л раствора. Например, форма записи

0,5 н. Са(ОН)2 или C (1z Ca (OH)2 ) = 0,5 моль/л, означает, что 0,5 моля

эквивалента Са(ОН)2 содержится в 1 л раствора.

4. Моляльная концентрация b(X) – отношение количества растворенного вещества к массе растворителя. Моляльная концентрация определяется количеством растворенного вещества в 1 кг растворителя:

Моляльная концентрация показывает число моль растворенного вещества, содержащегося в 1 кг растворителя, выражается в молях на килограмм моль/кг. Форма записи 0,2 m NaCl означает, что 0,2 моля NaCl содержится в 1 кг растворителя (например, воды).

5. Молярная доля растворенного вещества x(Х) – отношение химического количества вещества Х к общему числу моль всех веществ в растворе:

x (X) = n(X) ,

∑ni

где n(Х) – количество вещества Х в растворе, моль; ni – количество вещества каждого компонента раствора, моль.

Молярная доля выражается в долях единицы или процентах.

58

Пример 1. Какие массы кристаллогидрата сульфата натрия Na2SO4 · 10H2O и воды надо взять, чтобы получить 200 г раствора с массовой долей Na2SO4 20%?

Решение. Особенности растворения кристаллогидратов в воде состоят в том, что кристаллизационная вода отщепляется и следует рассчитывать массовую долю безводной соли в растворе.

Вычисляем массу безводной соли Na2SO4, необходимую для приготовления 200 г раствора:

Вычисляем массу воды, необходимую для приготовления раствора безводной соли Na2SO4:

m(р-ра) = m(H2O) + m(Na2SO4 · 10H2O);

m(H2O) = 200 – 90,7 = 109,3 г.

Значит, для приготовления 200 г раствора, где w(Na2SO4) = 20%,

надо взять 90,7 г Na2SO4 · 10H2O и 109,3 г H2O.

Пример 2. Вычислите молярную и нормальную концентрации серной кислоты в растворе с w(H2SO4) = 40%. Плотность раствора r = 1,303 г/см3.

Решение. Принимаем объем раствора за 1 л или 1000 мл. Определяем массу 1 л раствора:

m(р-ра) = 1000 мл · 1,303 г/см3 = 1303 г.

Находим массу H2SO4 в этом растворе:

59

Определяем нормальную концентрацию раствора H2SO4. Фактор эквивалентности H2SO4 равен 12 .

Молярная масса эквивалента H2SO4 составляет

M (12 H2SO4 ) = 12 × M (H2SO4 ) = 12 ×98 г/моль = 49 г/моль ,

Пример 3. Какой объем раствора фосфорной кислоты с w(H3PO4) = 85% (плотность раствора 1,84 г/см3) требуется для приготовления 0,5 л 3 н. раствора H3PO4?

Решение. Вычисляем массу H3PO4 в 0,5 л раствора:

m(H3PO4 ) = C (1z H3PO4 )× M (1z H3PO4 )×V(р-ра) ; m(H3PO4 ) = 3 моль/л× 13 ×98 г/моль× 0,5 л = 49 г ,

где M(H3PO4) = 98 г/моль; 1z (H3PO4 ) = 13 .

Определяем, какая масса раствора H3PO4 с w(H3PO4) = 85% содержит 49 г фосфорной кислоты:

ω(H3PO4 ) = m(H3PO4 ) ;

m(р-ра)

60