контрольная работа / reshenie_zadach_shimanovich

114. Какие из карбонатов: ВеСО3, СаСО3 или ВаСО3 – можно получить по реакции взаимодействия соответствующий оксидов с CO2? Какая реакция идет наиболее энергично? Сделайте вывод, вычислив G° 298 реакций.

Решение.

Для самопроизвольного течения реакции необходимо что бы энергия Гиббса в ходе реакции уменьшалась, следовательно взаимодействием оксидов с углекислым газом могут быть получены СаСО3 и ВаСО3. Наиболее энергично будет проходить реакция образования ВаСО3, так как энергия Гиббса в ходе нее уменьшается больше.

№117

На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите G° 298 реакции, протекающей по уравнению

С2Н4(г) + 3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж)

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях? Решение.

Выпишем абсолютные стандартные энтропии веществ участвующих в реакции.

Изменение энтропии в ходе реакции

S = ΣSпрод – ΣSисх = 2 · S3 + 2 · S4 – S 1 – 3 S 2 =

= 2 · 213,65 + 2 · 69,94 – 219,45 – 3 · 205,03 = –267,36 Дж/(моль·К)

Выпишем стандартные энтальпии образования веществ участвующих в реакции.

По закону Гесса находим изменение энтальпии в ходе реакции

H = Σ Hпрод – Σ Hисх = 2ΔН3 + 2ΔН4 – ΔН1 =

= – 2 · 393,51 – 2 · 285,84 – 52,28 = –14 10,98 кДж/моль.

Тогда изменение энергии Гиббса

G° 298 = H – T S = –1410,98 + 298 · 0,26736 = –1331,21 кДж/моль.

Так как G° 298 < 0 то эта реакция в стандартных условиях возможна.

№120

Вычислите изменение энтропии для реакций, протекающих по уравнениям: 2СН4(г) = С2Н2(г) + 3Н2(г)

N2(г) + 3Н2(г) = 2 NH3(г)

С(графит) + О2(г) = СО2(г)

Почему в этих реакциях S° 298 > 0; <0; ≈ 0 ?

Sх.р.3 = S8 – S 6 – S 7 = 213,65 – 5,69 – 205,03 = 2,93 Дж/(моль·К).

Энтропия есть мера неупорядоченности состояния вещества у смеси двух газов (неупорядоченность) энтропия больше, чем у чистого газа, поэтому в первой реакции разложения метана энтропия увеличивается, во второй реакции образования аммиака энтропия уменьшается. Энтропия кристаллов имеет небольшое значение по сравнению с энтропией газов, поэтому изменение энтропии в ходе последней реакции имеет небольшое значение.

№123

Реакция идет по уравнению N2 + O2 = 2NO. Концентрации исходных веществ до начала реакции были [N2]исх = 0,049 моль/л; [O2] исх = 0,01 моль/л. Вычислите концентрации этих веществ, когда [NO] = 0,005 моль/л.

Решение.

Конечные концентрации так как из каждого моля исходных веществ образуется два моля

NO.

[N2] =[N2]исх - [NO]/2 = 0,049 – 0,005 / 2 = 0,0465 моль/л. [О2] =[О2]исх - [NO]/2 = 0,01 – 0,005 / 2 = 0,0075 моль/л.

№126. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120˚С до 80˚С. Температурный коэффициент реакции 3.

Решение.

Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле

T2 −T1

vT2 = vT1 γ 10

Следовательно, скорость реакции при понижении температуры уменьшится в

№ 129

В гомогенной системе А + 2 В ↔ С равновесные концентрации реагирующих газов (моль/л): [A] = 0,06; [B] = 0,12; [C] = 0,216. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации веществ А и В.

Решение.

При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:

Исходные концентрации реагирующих газов

[A]исх = [A] + [С] = 0,06 + 0,216 = 0,276 моль/л. [B]исх = [B] + 2 [С] = 0,12 + 2 · 0,216 = 0,552 моль/л.

№ 132. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы СО2 + С ↔ 2СО. Как изменится скорость прямой реакции – образования СО, если

концентрацию СО2 уменьшить в четыре раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО.

Решение.

Выражение для константы равновесия системы

Скорости прямой и обратной реакции выражаются уравнениями

vпр = K1[СО2] vобр = K2[СО]2

Откуда видно, что скорость прямой реакции при уменьшении концентрации СО2 в четыре раза тоже уменьшится в четыре раза.

Так как в ходе реакции объем системы увеличивается, следовательно для повышения выхода СО давление нужно уменьшить.

№ 135

Вычислите константу равновесия для гомогенной системы

СО(г) + Н2О (г) ↔ СО2(г) + Н2(г)

если равновесные концентрации реагирующих веществ: [CO]р = 0,004 моль/л;

[Н2О]р = 0,064 моль/л; [CO2]р = 0,016 моль/л; [Н2]р = 0,016 моль/л. Чему равны исходные концентрации воды и СО?

Решение.

Константа равновесия определяется по формуле

Исходные концентрации реагирующих веществ

[CO]исх = [CO]р + [CO2]р = 0,004 + 0,016 = 0,02 моль/л; [Н2О]исх =[Н2О]р + [CO2]р = 0,064 +0,016 = 0,08 моль/л

№ 138

При некоторой температуре равновесие гомогенной системы 2NO +O2 = 2NO2 установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ [NO]p = 0,2 моль/л; [O2]p = 0,1 моль/л; [NO2]p = 0,1 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходную концентрацию NO и O2.

Решение. Константа равновесия

Исходные концентрации реагирующих веществ, определяем учитывая стехиометрические коэффициенты

[NO] = [NO]p + [NO2]p = 0,2 + 0,1 = 0,3 моль/л.

[O ] = [O ] + ½ [NO] = 0,1 + ½ · 0,1 = 0,15моль/л.

2 2 p 2 p

№141. Вычислите молярную и эквивалентную концентрацию 20%-ного раствора хлорида кальция плотностью 1,178 г/см3.

Решение

Масса хлорида кальция в литре раствора m = 0,2 · ρ = 0,2 · 1178 = 235,6 г. Молярная масса хлорида кальция М = 40,078 + 2 · 35,453 = 110,984 г/моль. Молярная концентрация раствора

См = m/M = 235,6 / 110,984 = 2,1 M.

Так как эквивалентная масса хлорида кальция вдвое меньше его молярной массы, следовательно, нормальность вдвое больше молярной концентрации раствора

Сн = 2 · См = 2 · 2,1 = 4,2 н.

№144. Вычислите эквивалентную и молярную концентрации 20,8%-ного раствора HNO3 плотностью 1,12 г/см3. Сколько граммов кислоты содержится в 4 л этого раствора?

Решение

Масса азотной кислоты в литре раствора m = 0,208 · ρ = 0,208 · 1120 = 232,96 г. Молярная масса азотной кислоты М = 1 + 14 + 3 · 16 = 63 г/моль.

Молярная концентрация раствора

См = m/M = 232,96 / 63 = 3,7 M.

Так как эквивалентная масса азотной кислоты равна его молярной массе

Сн = См = 3,7 н.

Масса азотной кислоты в 4-х литрах раствора

4 · 232,96 = 931,8 г.

№147. Для осаждения в виде AgCl всего серебра, содержащегося в 100 см3 раствора AgNO3, потребуется 50 см3 0,2 н. раствора HCl. Какова молярная концентрация эквивалента раствора AgNO3? Какая масса AgCl выпала в осадок?

Решение.

Молярную концентрацию эквивалента раствора найдем из уравнения

V1cн1 = V2cн2

где индекс 1 – соответствует AgNO3, а индекс 2 – соответствует HCl откуда искомая молярная концентрация

cн1 = V2cн2/ V1 = 50 · 0,2 / 100 = 0,1 н. Эквивалентная масса AgCl: 107,87 + 35,45 = 143,32 г/моль

Масса AgCl выпавшая в осадок

m = 0,050 · 0,2 · 143,32 = 1,433г.

№150. Какой объем 50%-ного раствора КОН (пл. 1,538 г/см3) требуется для приготовления 3 л 6%-ного раствора (пл. 1,048 г/см3)?

Решение.

Масса раствора, который должен быть приготовлен 3000 · 1,048 = 3144 г. Масса гидроксида калия в этом растворе

3144 · 6 / 100 = 188,64 г

Масса 1 л исходного раствора 1538 г Масса гидроксида калия в 1 л исходного раствора

1538 · 50 / 100 = 769 г

Тогда объем исходного раствора необходимый для приготовления заданного

188,64 / 769 = 0,2453 л = 245,3 см3.

№ 153. Какой объем 0,3 н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 см3?

Объем кислоты требующийся для нейтрализации раствора v = Э / сн = 0,008 / 0,3 = 0,0266 л = 26,6 см3.

№156 Какую массу NaNO3 нужно растворить в 400 г воды, чтобы приготовить 20%-ный раствор?

Решение Массовая концентрация раствора

с = m / (m1 + m) · 100%

где m – масса растворенного вещества; m1 – масса растворителя.

Откуда для приготовления 20% раствора масса NaNO3 которую нужно растворить в 400 г воды

m = m1 · c / (100% – c) = 400 · 20% / (100% – 20%) = 100 г.

Ответ: 100 г.

№159. Из 700 г 60% серной кислоты выпариванием удалили 200 г воды. Чему равна массовая доля оставшегося раствора?

Решение.

Масса серной кислоты в растворе 0,6 · 700 = 420 г. Масса раствора после упаривания 700 – 200 = 500 г.

Массовая доля оставшегося раствора 420 / 500 · 100% = 84%

№162. Вычислите процентную концентрацию водного раствора сахара С12Н22О11, зная, что температура кристаллизации раствора –0,93˚ С. Криоскопическая константа воды

1,86˚.

Решение Понижение температуры кристаллизации Т = 0 – 0,93 = 0,93° С.

Молярная масса сахарозы М = 12 · 12 + 22 + 11 · 16 = 342г/моль.

По закону Рауля понижение температуры кристаллизации определяется формулой

DT = K m1000

Mm1

Где К = 1,86 – криоскопическая константа; m1 = 1000 г – масса растворителя;

М – молярная масса растворенного вещества.

Откуда находим массу растворенного вещества на 1 кг воды

№165. Вычислите массовую долю (%) водного раствора глицерина С3Н5(ОН)3, зная, что этот раствор кипит при 100,39˚С. Эбуллиоскопическая константа воды 0,52˚.

Решение.

Так как чистая вода кипит при 100˚С, то повышение температуры кипения составляет

ΔТ = 100,39 – 100 = 0,39˚

Молярная масса глицерина М = 3 · 12 + 3 · 16 + 8 = 92г/моль.

По закону Рауля, повышение температуры кипения

DT = K m1000

Mm1

где К – эбуллиоскопическая константа; m – масса растворенного вещества; m1 – масса растворителя;

М – молярная масса растворенного вещества.

Откуда находим отношение массы растворенного вещества к массе растворителя

Массовая (процентная) доля раствора составит

№168. Раствор, содержащий 25,65 г некоторого неэлектролита в 300 г воды, кристаллизуется при –0,465˚ С. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86˚С.

Решение.

По закону Рауля, понижение температуры замерзания

DT = K m1000

Mm1

Где К=1,86˚ – криоскопическая константа;

m = 25,65 г – масса растворенного вещества; m1 = 300 г – масса растворителя;

М – молярная масса растворенного вещества; ΔТ = 0,465˚С – понижение температуры замерзания.

Из первой формулы находим молярную массу растворенного вещества

M = K m1000 =1,86 25,65 ×1000 = 342 г/моль m1DT 300 ×0, 465

№171. Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторго неэлектролита в 500 г воды, равна –0,558˚ С. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86˚.

Решение.

По закону Рауля, понижение температуры замерзания

DT = K m1000

Mm1

Где К=1,86˚ – криоскопическая константа;

m = 66,3 г – масса растворенного вещества; m1 = 500 г – масса растворителя;

М – молярная масса растворенного вещества; ΔТ = 0,558˚С – понижение температуры замерзания, так как чистая вода

кристаллизуется при 0˚С.

Из первой формулы находим молярную массу растворенного вещества

№174. Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 75 г воды, чтобы температура кристаллизации понизилась на 0,465˚С? Криоскопическая константа воды

1,86˚.

Решение.

По закону Рауля, понижение температуры замерзания

DT = K m1000

Mm1

откуда находим массу растворенного вещества m = DTMm1

1000K

где М = 14 · 2 + 4 + 12 + 16 = 60 г/моль – молекулярная масса мочевины.

= 0, 465 × 60 × 75 =

m 1,12 г. 1000 ×1,86

№177. Сколько граммов мочевины (NH2)2CO следует растворить в 250 г воды, что бы температура кипения повысилась на 0,26˚С? Эбуллиоскопическая константа воды 0,52°.

Решение.

Вычислим молярную массу мочевины М = 2 · 14 + 4 ·1 + 12 + 16 = 60г/моль.

По закону Рауля, повышение температуры кипения

DT = K m1000

ΔТ – повышение температуры кипения.

Откуда находим массу растворенной мочевины на 250 г воды.