Часть-1 дз метода

составляет 60 %. Вычислить величину константы равновесия Kp данного процесса, если начальное количество вещества N2O4 составляло 1 моль. (Kp 79,79)

Вариант 4

1. Привести уравнения для вычисления констант равновесия Kp и

Kс следующих процессов:

Для реакций, протекающих в газовой фазе, установить соответствие между Kp и Kс.

2. В замкнутой системе при некоторой температуре установилось

равновесие

H2(г) I2(г) 2HI(г),

при этом количество вещества иода уменьшилось в 4 раза, а объёмная доля иодоводорода составила 60 %. Вычислить объёмные доли водорода и иода в исходной смеси. ( (H2) 60 %; (I2) 40 %)

3.Вычислить при 298 К константу равновесия процесса

2NO(г) O2(г) 2NO2(г),

используя справочные данные о стандартных энтальпиях образования и стандартных энтропиях веществ. Предполагая, что величины Ho и So

130

процесса не зависят от температуры, вычислить константу равновесия реакции при 373 К. ((Kp)298 1,93 1012; (Kp)373 1,85 108).

4. При некоторой температуре исходные концентрации SO2 , O2 и

SO3 составили соответственно 0,1; 0,06 и 0,02 моль/л. После установления химического равновесия в системе

([SO2]равн. [O2]равн. 0,02моль/л; [SO3]равн. 0,1моль/л; К = 1250)

5.Вычислить константу равновесия процесса

Cl2(г) 2Cl(г)

при 1200 К и давлении 101,325 кПа, используя справочные данные о стандартных энтальпиях образования и стандартных энтропиях веществ.

Вычислить также степень диссоциации α молекулярного хлора на атомы при этих условиях, а также определить температуру, при которой константа равновесия процесса равна единице. В вычислениях пренебречь температурной зависимостью величин Hoх.р. и Soх.р..

((Kp)1200 1,11 10 5; α = 0,449; T = 2264 К). 6. Константа равновесия процесса

H2(г) I2(г) 2HI(г)

при некоторой температуре равна 60. Какое количество вещества иода необходимо взять на 1,5 моль водорода, чтобы 80 мол.% последнего превратить в HI? Считать, что процесс проходил в сосуде объёмом 1 л. (1,52 моль)

131

Вариант 5

1. Привести уравнения для вычисления констант равновесия Kp и

Kс следующих процессов:

а) NH4Br(к) NH3(г) HBr(г) ;

оказалась равной 0,04 моль/л, при этом 40 мол.% SO2 превратилось в

SO3. Вычислить константу равновесия процесса и исходную концентрацию SO2 , если исходная концентрация O2 составила 0,2 моль/л.

(К = 2,47; [SO2]исх. 0,1моль/л).

3. Газовая смесь, содержащая 49 об.% HCl и 51 об.% O2, была

нагрета при постоянном давлении 96,39 кПа до 750 К. При достижении

Вычислить величину Kp для данного процесса при 750 К. ((Kp)750 0,14) 4. При каком начальном давлении фосгена степень его разложения α

по уравнению

132

COCl2(г) CO(г) Cl2(г)

составляет 50 %, если при давлении 101,325 кПа величина Kp 7 10 9?

(PCOCl2 1,4 10 8 кПа)

5. Вычислить равновесный выход продуктов реакции

при 400 К и 101,325 кПа. Считать, что величины Ho и So процесса не зависят от температуры. В расчётах использовать справочные данные о стандартных энтальпиях образования и энтропиях веществ. Принять, что начальное количество вещества HI составляло 1 моль. ( 23,4 %)

6. Химическое равновесие процесса

A(г)+B(г) C(г) D(г)

установилось при следующих концентрациях компонентов: [А] 4моль/л;

[B] 6моль/л ; [C] 8моль/л; [D] 3моль/л. В полученную равновесную систему добавили вещество В, увеличив его концентрацию на 4 моль/л.

Вычислить новые равновесные концентрации веществ (считать, что температура и объём реакционной смеси не изменились).

([А] 3,36моль/л; [B] 9,36моль/л; [C] 8,64моль/л ; [D] 3,64моль/л)

12. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ

Пример 1. Напишите уравнения диссоциации солей Zn(NO3)2,

AlOHSO4, (NH4)2Fe(SO4)2, NaH2PO4 и образующихся частиц AlOH2 ,

H2PO4 .

133

Решение. Соли (за небольшим исключением, рассматриваемом во втором семестре) относят к сильным электролитам. В разбавленных

растворах они диссоциированы нацело на катион и анион.

Обе записи правильны и встречаются в учебной и научной литературе (в дальнейшем будем придерживаться первого варианта записи).

Сульфат железа и аммония – это двойная соль, диссоциирует также как и две составляющие её соли по отдельности.

диссоциировать. Однако их степень диссоциации α будет незначительна. H2PO4 2 1 H HPO42 ,

HPO42 3 2 H PO43 ,

AlOH2 3 1 Al3 OH .

Представленные реакции являются, соответственно, второй и третьей ступенями диссоциации фосфорной кислоты H3PO4 и третьей ступенью диссоциации гидроксида алюминия Al(OH)3. Оба эти соединения относятся к слабым электролитам, они диссоциируют

134

ступенчато, причём каждая следующая ступень диссоциации происходит в значительно меньшей степени.

Пример 2. Определите константу диссоциации частицы HPO42

при 298 К, используя справочные термодинамические данные.

Решение. Константа равновесия процесса диссоциации электролита

HPO42 1 H PO43

называется константой диссоциации:

Константа диссоциации электролита может быть найдена на основе соотношения, связывающего стандартную энергию Гиббса процесса диссоциации электролита и константу диссоциации:

Goдисс. RTlnKдисс..

Стандартная энергия Гиббса диссоциации находится как разность стандартных энергий Гиббса ионов и недиссоциированного электролита.

Обратите внимание, что стандартное состояние недиссоциированного электролита (в нашем случае HPO42 ) должно сопровождаться записью

«р-р, ст. с., гип. недисс.». Это означает, что электролит находится в растворе со свойствами бесконечно разбавленного, но при этом на ионы не диссоциирует.

Таким образом, термодинамическое уравнение диссоциации имеет

вид:

Ca(NO3)2.

Решение. Диссоциация сильного электролита Ca(NO3)2 в разбавлен-

ном растворе протекает полностью. Степень диссоциации равна 1.

1 2

Ca(NO3)2 Ca 2NO3 . [ион] СM k,

где k – коэффициент перед ионом в уравнении диссоциации;

СM – молярная концентрация электролита.

[Ca2 ] 1 0,01 0,01моль/л, [NO3 ] 1 0,01 2 0,02 моль/л.

Пример 4. Определите рН 0,1 мас.% раствора Ba(OH)2 . Плотность

раствора примите равной 1 г/см3.

Решение. Гидроксид бария в разбавленном растворе диссоциирует нацело:

1 2

Ba(OH)2 Ba 2OH .

136

Раствор имеет щелочную среду, рН > 7. Водородный показатель рН определяется как отрицательный десятичный логарифм концентрации иона водорода:

рН lg[H ].

Аналогично,

рOН lg[OH ].

При 298 К

рН 14 рOН .

Концентрации ионов Н и OН должны быть выражены в моль/л .

Найдём молярность раствора гидроксида бария. Пусть объём раствора равен 1000 мл (объём раствора можно принять равным любому числу, ответы не изменяться).

Vраствора 1000мл,

mраствора Vраствора раствора 1000г ,

Поскольку объём раствора принят 1 л, то

СM 5,85 10 3 5,85 10 3 моль/л, 1

[OH ] СM k 1 5,85 10 3 2 1,17 10 2 моль/л,

рOН lg(1,17 10 2) 1,93,

рН 14 рOН 14 1,93 12,07.

137

Пример 5. Определите степень диссоциации уксусной кислоты в

0,1 М водном растворе кислоты и рН этого раствора. Kдисс.(CH3COOH) 1,8 10 5.

Решение. Уксусная кислота – слабый электролит, степень её диссоциации значительно меньше 1.

CH3COOH 1 CH3COO H ,

Kдисс. [СH3COO ] [H ].

[СH3COOH]

Степень диссоциации α равна отношению распавшихся молекул электролита (а значит, образовавшихся ионов СH3COO или H ) к

исходному числу молекул электролита.

[H ] [СH3COO ].

СС

Равновесная концентрация уксусной кислоты равна исходной концентрации минус концентрация продиссоциированных молекул (а

последняя, очевидно, равна концентрации образовавшихся ионов H или СH3COO ):

[СH3COOH] C [H ] C C C(1 ).

Подставим полученные выражения в формулу для константы диссоциации:

Полученное выражение носит название закона разбавления Оствальда и представляет собой зависимость степени диссоциации от

138

концентрации электролита: чем меньше концентрация, тем больше степень диссоциации электролита.

Поскольку часто 1, то выражение упрощается Kдисс. 2 C.

Найдём степень диссоциации

Степень диссоциации 0,0134 или 1,34 % величина небольшая,

поэтому наш приближённый расчёт справедлив.

Найдём рН раствора:

[H ] C 0,0134 0,1 1,34 10 3 моль/л,

рН lg[H ] lg(1,34 10 3) 2,87.

Возможен и второй способ решения задачи: сначала найти концентрацию иона водорода, а затем степень диссоциации. Поскольку при диссоциации уксусной кислоты [H ] [CH3COO ], запишем:

[H ] 1,34 10 2. C

Пример 6. Какой объём 0,1 М раствора соляной кислоты надо добавить к 100 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты (Kдисс. 1,8 10 5),

чтобы степень диссоциации уксусной кислоты уменьшилась в 10 раз? При решении примите, что объём полученного раствора равен сумме объёмов исходных растворов.

139