Задачи для самостоятельного решения
1. Определите массу растворённого вещества: а)в 250 г 8%-ного раствора K2CO3,.
б) в 500 мл 5%-ного раствора азотной кислоты с плотностью раствора 1,03г/мл.
2. Вычислите массовую долю растворённых веществ для растворов, содержащих:
а)1 моль аммиака в 3 моль воды; б) 100г серной кислоты в 10 моль воды.
3. Вычислите массовую долю безводной соли для раствора, приготовленного из
14,3г Na2CO3· 10H2O и 120г воды.
4. Вычислите массовую долю безводной соли в растворе, полученном растворением 0,01 моль
кристаллогидрата Al2(SO4)3 · 18 H2O в 1,0 моль воды.
5. Какую массу хлорида калия следует добавить к 450 г 8%-ного раствора той же соли для получения 12%-ного раствора?
6. Какую массу воды следует добавить к 1кг 40;%-ного раствора серной кислоты для получения 25%-ного раствора?
7. Из 750 кг 48%-ного раствора серной кислоты выпарили 300 кг воды. Определите массовую долю серной кислоты в полученном растворе.
8. Какую массу 32%-ного раствора азотной кислоты следует добавить к 600 г 80%-ного раствора той же кислоты для получения 64%-ного раствора?
9. Определите массу 8%-ного раствора гидроксида натрия, которая потребуется для нейтрализации 292 г 20%-ного раствора соляной кислоты.
10. Какой объём 5,5%-ного раствора азотной кислоты(плотность равна 1,03г/мл) требуется для нейтрализации 60 мл 12%-ного раствора КОН (плотность равна 1,1г/мл)?
11. К 700 мл 84,5%-ного раствора серной кислоты(плотность 1,78г/мл) добавлено 1200 мл 42%-ного раствора гидроксида натрия (плотность 1,45 г/мл). Какой объём 35%-ного раствора гидроксида калия (плотность 1,35 г/мл) потребуется добавить к раствору для достижения нейтральной реакции?
12. Определите массу растворённого вещества, содержащегося в 1л следующих растворов:
а)0,1н H2SO4(фактор эквивалентности ½); б) 0,5н Na2CO3 (фактор эквивалентности ½);
в) 0,3н H3PO4 ( фактор эквивалентности1/3).
13. Какой объём раствора 0,1н H2SO4 (фактор эквивалентности ½) можно приготовить из 70 мл 50%-ного раствора этой кислоты (плотность 1,40 г/мл)?
14. Вычислите молярную и нормальную концентрации следующих растворов: а) 40%-ный раствор
гидроксида натрия(плотность 1,43 г/мл); б)20%-ный раствор соляной кислоты( плотность 1,1 г/мл);в) 18%-ный раствор аммиака(плотность0,932 г/мл)
15. Какая масса Na2CO3 требуется для взаимодействия с 600 мл 0,5н HNO3?
16. Какая масса BaCl2 · 2H2O потребуется для взаимодействия с 750 мл 0,12н H2SO4
(фактор эквивалентности ½)?
17. Определите нормальную концентрацию 0,1 М H3PO4, используемого для получения
гидрофосфатов.
18. В плазме крови содержится 152 ммоль/л ионов натрия. Считая, что ионы натрия находятся
только в виде хлорида натрия, вычислите массовую долю хлорида натрия в плазме крови,
Плотность плазмы крови 1,03 г/мл.
19.Для раствора сахарозы с концентрацией 0,1 моль/л рассчитайте массовую долю сахарозы
( в %,мг%, мкг%), моляльность b , молярную долю χ. ρ (р-ра) = 1,03 г/мл.
20.Массовая доля железа в крови в расчёте на элемент составляет 50 мг%. Рассчитайте массу железа
в расчёте на элемент, содержащегося в 5,0 кг крови.
Ответы: 1-а)20г,б)25,75г;2- а)23,9%,б)35,7%; 3 – 3,95%; 4 – 13,86%; 5 – 20,45г; 6 – 600г; 7 – 80%;
8 – 300г; 9 – 800г; 10 – 157мл; 11 – 380 мл; 12 – а)4,9г,б)26,5г,в)9,8г; 13 – 10л;
14 – а)14,3н,б)9,87н,в)6,03н; 15 – 15,9г; 16 – 11г; 17 - 0,2н; 18 – 0,86%;
19 –ω= 3,29%,3290 мг%, 3290000 мкг%, b =0,0994 моль/кг, χ= 0,00179; 20 – 2,5г;
ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ.
ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
Химические реакции протекают с выделением или поглощением энергии. Обычно эта энергия выделяется или поглощается в виде теплоты. Закономерности превращения энергии при химических реакциях являются предметом химической термодинамики.
В термодинамике оперируют понятиями «система».
Система—любая совокупность изучаемых объектов; часть пространства, содержащего тело или совокупность тел, заключающего в себе большое число частиц.
Термодинамическая система—система, в которой возможны энергообмен и диффузия между составляющими частями системы. Система, которая не может обмениваться с окружающей средой ни энергией, ни веществом называется изолированной.
Закрытая (замкнутая) система – система, которая обменивается c окружающей средой энергией, но не веществом.
Открытая (незамкнутая) система – система, которая обменивается с окружающей средой и энергией, и веществом.
Система, в которой нет поверхности раздела, называется гомогенной. Если система состоит из различающихся по составу или свойствам частей, разграниченных поверхностью раздела, называется гетерогенной.
Термодинамические параметры определяют состояние системы в данный момент времени: экстенсивные параметры (масса, объем, площадь поверхности и т. п.) прямо пропорциональны количеству вещества системы, интенсивные параметры не зависят от количества вещества (температура, давление).
Термодинамические функции зависят от термодинамических параметров системы. Среди них выделяют функции состояния, зависящие только от состояния, в котором находится система, и не зависящие от пути, по которому система пришла к данному состоянию (например, внутренняя энергия, энтальпия).
Внутренняя энергия системы — суммарный запас энергии системы, который включает энергию поступательного и вращательного движения молекул, энергию взаимодействия между атомами, энергию электронов, энергию, заключённую в ядрах и т.д.
В соответствии с первым началом термодинамики—— законом сохранения энергии— теплота Q, подводимая к системе расходуется на изменение внутренней энергии ∆U и на совершение работы A:
Q = ∆U + A
Если работа сводится к расширению или сжатию газа, то:
Q = ∆U + P∆V
При изохорных процессах (∆V=0) поглощаемая системой теплота расходуется на увеличение внутренней энергии системы: Q = ∆U.
Гораздо чаще химические реакции проходят при постоянном давлении.
В этом случае используется термодинамическая функция состояния системы— энтальпия H
Она определяется соотношением H = U + PV
При постоянном давлении ∆H = ∆U + P∆V т.е. изменение энтальпии равно сумме изменения внутренней энергии ∆U и совершенной системой работы расширения P∆V.
Раздел химической термодинамики изучающий тепловые эффекты химических процессов называется термохимией. Если энтальпия реагентов больше, чем энтальпия продуктов реакции, то реакция сопровождается выделением теплоты, т.е является экзотермической. В ходе экзотермической реакции энтальпия системы уменьшается, в этом случае ∆Н< 0.Наоборот если энтальпия реагентов меньше энтальпии продуктов то реакция происходит с поглощением теплоты т.е. является эндотермической. В ходе эндотермической реакции энтальпия системы увеличивается, поэтому в этом случае ∆Н>0.
Химические уравнения, в которых указан тепловой эффект реакции, называют термохимическими. В термохимических уравнениях справа от формул веществ в скобках указывается агрегатное состояние:(г)—газообразное, (ж)— жидкое, (т)— твёрдое,(к)—кристаллическое,(р)—рас творённое.
Например:
CH4(г) + 2O2(г) = CO2(г) + 2H2O(ж) ∆Н= - 802,3 кДж
Для сравнения энтальпий различных реакций их необходимо приводить к одинаковым условиям. Как правило, тепловой эффект реакции приводится для стандартных условий: давления
102,3 кПа(1атм) и любой фиксированной температуры. Величины ∆Н в этих условиях называют стандартными и обозначают ∆НоТ. Верхний индекс о говорит о том, что тепловой эффект приводится для стандартного давления, а нижний индекс характеризует фиксированную температуру. Чаще всего приводят значения ∆НоТ для 298,15К(25оС) и вместо ∆Но298,15 пишут просто ∆Но.
Абсолютное значение внутренней энергии и энтальпии вычислить невозможно, можно только рассчитать относительные значения в сравнении с её значениями в стандартном состоянии.
Для процесса образования сложного вещества из простых веществ в качестве стандартного выбрано наиболее устойчивое состояние при стандартных условиях, т.е. при давлении 101,3 кПа и заданной температуре. В справочниках чаще всего приводят стандартную молярную энтальпию образования при температуре 298,15 К ,которую обозначают как ∆Ноf ,298.Нижний индекс f — сокращение от английского слова formation(образование).Стандартная молярная энтальпия образования—изменение энтальпии при образовании 1 моль данного вещества в стандартном состоянии из простых веществ,также находящихся в стандартном состоянии. Стандартные энтальпии образования простых веществ в стандартных условиях принимают равными нулю.
Определить экспериментально теплоты образования подавляющего большинства органических веществ не удаётся, так как невозможно получить их прямым синтезом из простых веществ. Поэтому в термохимических расчётах для органических соединений используют найденные опытным путём теплоты сгорания. Стандартная молярная энтальпия сгорания —изменение энтальпии при полном сгорании 1 моль вещества в его стандартном состоянии при стандартных условиях.
Закон Гесса.
Тепловой эффект химической реакции зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути перехода.
Следствия из закона Гесса.