При твердении протекает реакция 6 страница
Решение. При равновесии скорости прямой и обратной реакций равны, а отношение констант этих скоростей постоянно и называется константой равновесия данной системы:
Vпр = К1 [СО] [Н2О]; Vобр = К2 [СО2] [Н2];
КР = К1/К2 = ([СО2] [Н2]) / ([СО] [Н2О]);
В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение КР входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации [СО2]р = Х моль/л. Согласно уравнению системы число молей образовавшегося водорода при этом будет также Х моль/л. По столько же молей (Х моль/л), СО и Н2О расходуется для образования по Х молей СО2 и Н2. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ равны
[СО2]р = [Н2]р = Х моль/л; [СО]р = (3 – Х) моль/л; [Н2О]р = (2 – Х) моль/л;
Зная константу равновесия, находим значение Х, а затем исходные концентрации всех веществ:
1 = Х2 /((3 – Х) (2 – Х) ); Х = 1,2 моль/л.
Таким образом, искомые равновесные концентрации равны:
[СО2]р = 1,2 моль/л;
[Н2]р = 1,2 моль/л;
[СО]р = (3 – 1,2) = 1,8 моль/л;
[Н2О]р = (2 – 1,2) = 0,8 моль/л;
Пример 4. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению
РС15(г) = РС13(г) + С12(г) ∆Н = + 92,59 Кдж
Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения PCI5?
Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье:
|
|
а) так как реакция разложения РС15 эндотермическая (∆Н >0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру;
б) так как в данной системе разложение РС15 ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление;
в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации PCl5, так и уменьшением концентрации-РС13 или C12.
Контрольные вопросы
121. Константа скорости реакции разложения N2O, протекающей по уравнению 2N2O = 2N2 + O2 равна 5·10-4. Начальная концентрация N2O = 6,0 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и скорость, когда разложится 50% N2O. Ответ: 1,8·10-2; 4,5·10-3.
122. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы СО2 (г) + С (к) ↔ 2СО (г). Как изменится скорость прямой реакции — образования СО, если концентрацию СО2 уменьшить в четыре раза? Как следует изменить давление, чтобы повысить выход СО?
|
|
123. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы С (к) + Н2О (г) ↔ СО (г) + Н2 (г). Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции — образования водяных паров?
124. Равновесие гомогенной системы 4НСl(г) + О2(г) ↔ 2Н2О(г) + 2Cl2(г)
установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [Н2О]р = 0,14 моль/л; [Cl2]р = 0,14 моль/л; [HCI]p = 0,20 моль/л; [О2]р = 0,32 моль/л. Вычислите исходные концентрации хлороводорода и кислорода. Ответ: [HCI]иcx = 0,48 моль/л; [О2]исх =0,39 моль/л.
125. Вычислите константу равновесия для гомогенной системы
CO(г) + H2O(г) ↔ CO2(г) + H2(г) если равновесные концентрации реагирующих веществ: [СО]р = 0,004 моль/л; [Н2О]р = 0,064 моль/л; [CО2]р = 0,016 моль/л; [Н2]р = 0,016 моль/л. Чему равны исходные концентрации воды и СО? Oтвет: К =1; [Н2О]исх = 0.08моль/л; [СО]исх = 0,02 моль/л.
126. Константа равновесия гомогенной системы
CO(г) + H2O(г) ↔ CO2(г) + H2(г) при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации: [СО]исх = 0,10 моль/л; [Н2О]исх = 0,40 моль/л. Ответ: [CО2]р = [Н2]р = 0,08 моль/л; [СО]р = 0,02 моль/л; [Н2О]р = 0,32 моль/л.
127. Константа равновесия гомогенной системы N2 + 3H2 ↔ 2NH3 при некоторой температуре равна 0,1. Равновесные концентрации водорода и аммиака соответственно равны 0,2 и 0,08 моль/л. Вычислите равновесную и исходную концентрацию азота. Ответ: [N2 ]р = 8 моль/л; [N2 ]исх = 8,04 моль/л.
|
|
128. При некоторой температуре равновесие гомогенной системы
2NО+ О2 ↔ 2NО2 установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [NO]р = 0,2 моль/л; [О2]р = 0,1 моль/л; [NО2]р = 0,1 моль/л. Вычислите константу равновесия и исходную концентрацию NО и О2. Ответ: К = 2,5; [NO]исх = 0,3 моль/л; [О2]исх = 0,15 моль/л.
129. Почему при изменении давления смещается равновесие системы
N2 + 3H2 ↔ 2NH3 и не смешается равновесие системы N2 + О2 ↔ 2NO ? Ответ мотивируйте на основании расчета скорости прямой и обратной реакции в этих системах до и после изменения давления. Напишите выражения для констант равновесия каждой из данных систем.
130. Исходные концентрации [NO]исх и [С12]исх в гомогенной системе
2NO + Cl2 = 2NOCl составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислите константу равновесия, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% N0. Ответ: 0,416.
131. Окисление серы и ее оксида (IV) протекает по уравнениям:
а) S(к)+ О2 (г) = SО2(г); б) 2SО2(г)+ О2 (г) = 2SО3(г). Как изменятся скорости этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза?
|
|
132. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы
N2 + 3H2 ↔ 2NH3 Как изменится скорость прямой реакции — образования аммиака, если увеличить концентрацию водорода в три раза?
133. Реакция идет по уравнению N2 + О2 ↔ 2NО. Концентрации исходных веществ до начала реакции были: [N2] = 0,049 моль/л; [О2] = 0,01 моль/л. Вычислите концентрацию этих веществ в момент, когда [NО] = 0,005 моль/л.
Ответ: [N2] = 0,0465 моль/л; [О2] = 0,0075 моль/л.
134. Реакция идет по уравнению N2 + 3H2 ↔ 2NH3. Концентрации участвующих в ней веществ были: [N2 ] = 0,80 моль/л.; [Н2 ] = 1,5 моль/л.; [NН3 ] = 0,10 моль/л. Вычислите концентрацию водорода и аммиака, когда [N2] = 0,5 моль/л. Ответ: [NН3] = 0,70 моль/л; [Н2 ] = 0,60 моль/л.
135. Реакция идет по уравнению. Н2 + I2 ↔ 2НI. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ: [Н2] = 0,04 моль/л; [I2] = 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда [Н2] = 0,03 моль/л.
Ответ: 3,2·10-4; 1,92·10-4.
136. Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120º до 80°С. Температурный коэффициент скорости реакции равен 3.
137. Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60ºС, если температурный коэффициент скорости данной реакции равен 2?
138. В гомогенной системе СO + Cl2 = СOCl2 равновесные концентрации реагирующих веществ: [СО] = 0,2 моль/л; [С12] = 0,3 моль/л; [СОС12] = 1,2 моль/л. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации хлора и СО. Ответ: К = 20; [С12]исх =1.5 моль/л; [СО]иcx = 1,4 моль/л.
139. В гомогенной системе А +2В ↔ С равновесные концентрации реагирующих газов равны: [A] = 0,06 моль/л; [В] = 0,12 моль/л; [С] = 0,216 моль/л. Вычислите константу равновесия системы и исходные концентрации веществ А и В. Ответ: К = 250; [А]исх = 0,276 моль/л; [В]исх = 0,552 моль/л.
140. В гомогенной газовой системе А +В ↔ С + D равновесие установилось при концентрациях: [В] = 0,05 моль/л и [С] = 0,02 моль/л. Константа равновесия системы равна 0,04. Вычислите исходные концентрации веществ А и В.
Ответ: [ А]исх = 0,22 моль/л; [В]исх = 0,07 моль/л.
ТЕМА: Способы выражения концентрации раствора
Концентрацией раствора называется содержание растворенного вещества в определенной массе или известном объеме раствора или растворителя.
Пример 1. Вычислите: а) процентную (С%); б) молярную (СМ); в) эквивалентную (Сн); г) моляльную (Сm) концентрации раствора НзРО4, полученного при растворении 18 г кислоты в 282 см3 воды, если плотность его 1,031 г/см3. Чему равен титр Т этого раствора?
Решение. а) Массовая процентная концентрация показывает число граммов (единиц массы) вещества, содержащееся в 100 г (единиц массы) раствора. Так как массу 282 см3 воды можно принять равной 282 г, то масса полученного раствора 18 + 282 =300 г.
С% = m·100 /m1
где: m – масса растворенного вещества, г;
m1 – масса раствора, г.
С% = 18·100 /300 = 6%.
б) Мольно-объемная концентрация, или Молярность (СМ), показывает число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора. Масса 1 л раствора 1031 г. Массу кислоты в литре раствора находим из соотношения
СМ= m·1000 /М·V(р-ра),
где: m и М – соответственно масса растворенного вещества и его мольная масса;
V(р-ра) = m(р-ра)/r(р-ра) = 300/1,031 = 291 мл
r(р-ра) – плотность раствора
СМ= 18·1000 /97,99·291 = 0,63 М.
в) Эквивалентная концентрация, или нормальность, показывает число эквивалентов растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора.
Сн= m·1000 / mэ·V(р-ра),
где: m и mэ – соответственно масса растворенного вещества и его эквивалентная масса.
Эквивалентная масса Н3РО4 = М/3 = 97,99/3 = 32,66 г/моль,
CH = 18·1000 / 32,66·291 = 1,89 н.
г) мольно-массовая концентрация, или моляльность (Сm) , показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя.
Сm = m·1000 /М·m1,
где: m и М – соответственно масса растворенного вещества и его мольная масса;
m1 – масса растворителя.
М(Н3РО4) = 97,99 г/моль
Сm = m·1000 /М·m1 = 18·1000/97,99·282 = 0,65 моль/кг.
Титром раствора называется число граммов растворенного вещества в 1 см3 (мл) раствора. Так как в 1 л раствора содержится 61,86 г кислоты, то
Т = 61,86/1000 = 0,06186 г/см3.
Зная нормальность раствора и эквивалентную массу (mэ) растворенного вещества, титр легко найти по формуле
Т = CH·mэ/1000
Пример 2. На нейтрализацию 50 см3 раствора кислоты израсходовано 25 см3 0,5 н. раствора щелочи. Чему равна нормальность кислоты?
Решение. Так как вещества взаимодействуют между собой в эквивалентных соотношениях, то растворы равной нормальности реагируют в равных объемах. При разных эквивалентных концентрациях (нормальностях): объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их концентрациям, т.е.
Vкислоты·CН(кислоты) = Vщелочи·CH(щелочи) .
Определим нормальность раствора кислоты:
Отсюда CH(кислоты) = Vщелочи·CH(щелочи)/V кислоты.= 25·0,5/50 = 0,25 н.
Пример 3. К 1 л 10%-го раствора КОН (пл. 1,092 г/см3) прибавили 0,5 л 5%--го раствора КОН (пл. 1,045 г/см3) .Объем смеси довели до 2 л. Вычислите молярную концентрацию полученного раствора.
Решение. Масса одного литра 10%-ного раствора КОН 1092 г. В этом растворе содержится 1092·10/100 = 109,2 г КОН.
Масса 0,5 л 5%-ного раствора 1045·0,5 = 522,5 г. В этом растворе содержится 522,5·5/100 =26,125 г КОН.
В общем объеме полученного раствора (2 л) содержание КОН составляет
109,2 + 26,125 = 135,325 г.
Отсюда молярность этого раствора СМ =135,325/2·56,1 = 1,2 М.
где 56,1 г/моль — мольная масса КОН.
Пример 4. Какой объем 96%-ной кислоты плотностью 1,84 г/см3 потребуется для приготовления 3 л 0,4 н. раствора?
Решение. Эквивалентная масса Н2SO4 = М/2 = 98,08/2 = 49,04 г/моль. Для приготовления 3 л 0,4 н. раствора требуется 49,04·0,4·3 = 58,848 г H2S04.
Масса 1 см3 96%-ной кислоты 1,84 г. В этом растворе содержится
1,84·96/100 = 1,766 г Н2SO4.
Следовательно, для приготовления 3 л 0,4 н. раствора надо взять
58,848/1,766 = 33,32 см3 этой кислоты.
Контрольные вопросы
141.Какой объем 10%-ного раствора карбоната натрия (пл. 1,105 г/см3) требуется для приготовления 5 л 2%-го раствора (пл. 1,02 г/см3)? Ответ: 923,1 см3.
142. На нейтрализацию 31 см3 0,16 н. раствора щелочи требуется 217 см3 раствора Н2SO4. Чему равны нормальность и титр раствора Н2SO4? Ответ: 0,023 н.; 1.127·10-3 г/см3.
143. Какой объем 0,3 н. раствора кислоты требуется для нейтрализации раствора, содержащего 0,32 г NaOH в 40 см3? Ответ: 26,6 см3.
144. На нейтрализацию 1 л раствора, содержащего 1,4 г КОН, требуется 50 см3 раствора кислоты. Вычислите нормальность раствора кислоты. Ответ: 0,5 н.
145. Какая масса НNО3 содержалась в растворе, если на нейтрализацию его потребовалось 35 см3 0,4 н. раствора NaOH? Каков титр раствора NaOH? Ответ: 0,882 г, 0.016г/см3.
146. Какую массу NаNО3 нужно растворить в 400 г воды, чтобы приготовить 20%-ный раствор? Ответ: 100 г.
147. Смешали 300 г 20%-го раствора, и 500 г 40%-го раствора NaCI. Чему равна процентная концентрация полученного раствора? Ответ: 32,5%.
148. Смешали 247 г 62%-го и 145 г 18%-го раствора серной кислоты. Какова процентная концентрация полученного раствора? Ответ: 45,72%.
149. Из 700 г 60%-го раствора серной кислоты выпариванием удалили 200 г воды. Чему равна процентная концентрация оставшегося раствора? Ответ: 84%.
150. Из 10 кг 20%-го раствора при охлаждении выделилось 400 г соли. Чему равна процентная концентрация охлажденного раствора? Ответ: 16,7%.
151. Вычислите молярную и эквивалентную концентрации 20%-ного раствора хлорида кальция плотностью 1,178 г/см3. Ответ: 2,1 М; 4,2 н.
152. Чему равна нормальность 30%-ного раствора NaOH плотностью 1,328 г/см3? К 1 л этого раствора прибавили 5 л воды. Вычислите процентную концентрацию, полученного раствора. Ответ: 9,96 н.; 6,3%.
153. К 3 л 10%-ного раствора НNО3 плотностью 1,054 г/см3 прибавили 5 л 2%-го раствора той же кислоты плотностью 1,009 г/см3. Вычислите процентную и молярную концентрацию полученного раствора; объем которого равен 8 л. Ответ: 5,0%; 0,82 М.
154. Вычислите эквивалентную и моляльную концентрации 20,8%-го раствора НNО3. плотностью 1,12 г/см3. Сколько граммов кислоты содержится в
4 л этого раствора? Ответ: 3,70 н.; 4,17м; 931,8 г.
155. Вычислите молярную, эквивалентную и моляльную концентрации
16%-ного раствора хлорида алюминия плотностью 1,149 г/см3. Ответ: 1,38 М; 4,14 н.; 1,43м.
156. Сколько и какого вещества останется в избытке, если к 75 см3 0,3 н. раствора Н2SO4. прибавить 125 см3 0,2 н. раствора КОН? Ответ: 0,14 г КОН.
157. Для осаждения в виде AgCI всего серебра, содержащегося в 100 см3 раствора AgNO3, потребовалось 50 см3 0,2 н. раствора НС1. Какова нормальность раствора AgNO3 ? Какая масса AgCI выпала в осадок? Ответ: 0,1 н.; 1,433 г.
158. Какой объем 20,01%-го раствора НС1 (пл. 1,100 г/см3) требуется для приготовления 1 л 10,17%-го раствора (пл. 1,050 г/см3)? Ответ: 485,38 см3.
159. Смешали 10 см3 10%-ного раствора НNОз (пл. 1,056 г/см3) и 100см3 30%-ного раствора НNО3 (пл. 1,184 г/см3). Вычислите процентную концентрацию полученного раствора. Ответ: 28,38%.
160. Какой объем 50%-го раствора КОН (пл. 1,538 г/см3) требуется для приготовления 3 л 6%-го раствора (пл. 1,048 г/см3)? Ответ: 245,5 см3.
ТЕМА: Свойства растворов неэлектролитов и электролитов
Пример 1. Вычислите температуры кристаллизации и кипения 2%-го водного раствора глюкозы С6Н12О6.
Решение. По закону Рауля понижение температуры кристаллизации и повышение температуры кипения раствора (∆t) по сравнению с температурами кристаллизации и кипения растворителя выражаются уравнением
Δt = К·m·1000 /М·m1,
где: К – криоскопическая или эбуллиоскопическая константа; град
m и М – соответственно масса растворенного вещества и его мольная масса; г и г/моль
m1 – масса растворителя, г
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 146; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!