При твердении протекает реакция 6 страница

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 15Следующая ⇒

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

V_пр = К₁ [СО] [Н₂О]; V_обр = К₂ [СО₂] [Н₂];

К_Р= К₁/К₂ = ([СО₂] [Н₂]) / ([СО] [Н₂О]);

В условии задачи даны исходные концентрации, тогда как в выражение К_Р 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) + Н_{2 (г)}. Как следует изменить концентрацию и давление, чтобы сместить равновесие в сторону обратной реакции — образования водяных паров?

124. Равновесие гомогенной системы 4НСl_(г) + О_2(г) ↔ 2Н₂О_(г) + 2Cl_2(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) ↔ CO_2(г) + H_2(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) ↔ CO_2(г) + H_2(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 ↔ 2NH₃при 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 ↔ 2NО₂установилось 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 ↔ 2NH₃и 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) = SО_2(г); б) 2SО_2(г)+ О₂ _(г) = 2SО_3(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 ↔ 2NH₃Как 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 (С_М); в) эквивалентную (С_н); г) моляльную (С_m) концентрации раствора Н_зРО₄, 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 (С_М), показывает число молей растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора. Масса 1 л раствора 1031 г. Массу кислоты в литре раствора находим из соотношения

С_М= 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

С_М= 18·1000 /97,99·291 = 0,63 М.

в) Эквивалентная концентрация, или нормальность, показывает число эквивалентов растворенного вещества, содержащегося в 1 л раствора.

С_н= m·1000 / m_э·V(р-ра),

где: m и m_э – соответственно масса растворенного вещества и его эквивалентная масса.

Эквивалентная масса Н₃РО₄ = М/3 = 97,99/3 = 32,66 г/моль,

C_H = 18·1000 / 32,66·291 = 1,89 н.

г) мольно-массовая концентрация, или моляльность (С_m) , показывает число молей растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя.

С_m = 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

С_m = 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 (m_э) растворенного вещества, титр легко найти по формуле

Т = C_H·m_э/1000

Пример 2. На нейтрализацию 50 см³ раствора кислоты израсходовано 25 см³0,5 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.

V_{кислоты}·C_{Н(кислоты)} = V_щелочи·C_H_{(щелочи)} .

Определим нормальность раствора кислоты:

Отсюда C_H_{(кислоты)} = V_щелочи·C_H_{(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 С_М =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 см³96%-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!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!