Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Задачи на смеси веществ

1.К 30 л смеси, состоящей из этана и аммиака, добавили 10 л хлороводорода, после чего плотность газовой смеси по воздуху стала равна 0,945. Вычислите объемные доли газов в исходной смеси? (Ответ: 53,3% этана и 46,7% аммиака)

2.Смесь азота и кислорода общей массой 100 г пропустили через трубку с раскаленной медью, после чего масса твердого вещества в трубке увеличилась на 23 г. Рассчитайте массовые доли веществ в исходной смеси?

(Ответ: 23% кислорода и 77% азота)

3.Для хлорирования 3 г смеси железа с медью пошло 1,12 л хлора. Какой объем газа выделится при взаимодействии 6 г этой смеси металлов с избытком соляной кислоты? (Ответ: объем водорода 1,344 л)

4.Имеется смесь железа, углерода и оксида меди (I) с молярным отношением 1:2:5 (в порядке перечисления). Вычислите объем 96% азотной кислоты (плотностью 1,5 г/мл), необходимый для полного растворения 80 г такой смеси при нагревании, а также объем газов, выделившихся при этом (н.у.). Продуктом восстановления азотной кислоты во всех случаях считать оксид азота (IV).

(Ответ: объем р-ра HNO₃ 193 мл, объем газов 51,5 л)

5.При прокаливании смеси гидросульфата натрия и хлорида натрия в сухом остатке оказался только сульфат натрия. Какую часть массы (в%) потеряла исходная смесь при прокаливании? (Ответ: 20,45%)

ТЕМА 7. Химическая кинетика и равновесие (4 часа)

Кинетика – учение о скорости различных процессов, в том числе химических реакций. Критерием принципиальной осуществимости реакций является неравенство D G_{p, T} < 0. Но это неравенство не является еще полной гарантией фактического течения процесса в данных условиях, не является достаточным для оценки кинетических возможностей реакции. Так, D G ^о_{298, H2O}(г) = - 228,59 кДж/моль, а D G ^о_{298, Аll3}(к) = -313;8 кДж/моль и, следовательно, при Т = 298 К и р = 1,013 • 10⁵ Па возможны реакции, идущие по уравнениям:

Н₂(г) + ½О₂(г) = Н₂О (1)

2Аl(к) + 3l₂(к) = 2Аll₃(к) (2)

Однако эти реакции при стандартных условиях идут только в присутствии катализатора (платины для первой и воды для второй). Катализатор как бы снимает кинетический "тормоз", и тогда проявляется термодинамическая природа вещества, Скорость химических реакций зависит от многих факторов, основные из которых – концентрация (давление) реагентов, температура и действие катализатора. Эти же факторы определяют и достижение равновесия в реагирующей системе.

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе:

2SO₂(г) + O₂(г) 2SO₃(г)

если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону сместится равновесие системы?

Решение: Обозначим концентрации реагирующих веществ: [SO₂]= a, [О₂] = b, [SO₃] = с. Согласно закону действия масс скорости v прямой и обратной реакции до изменения объема:

v _пр = Ка ² b; v _обр = К ₁ с ².

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: [SO₂] = 3 а, [О₂] = 3b; [SO₃] = 3 с. При новых концентрациях скорости v’ прямой и обратной реакции:

v’ _пр = К (3 а)²(3 b) = 27 Ка ² b; v’ _обр = К ₁(3 с)² = 9 К ₁ с ².

Отсюда:

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась в 27 раз, а обратной – только в девять раз. Равновесие системы сместилось в сторону образования SO₃.

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 30 до 70^оС, если температурный коэффициент реакции равен 2.

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

Следовательно, скорость реакции при температуре 70^оС больше скорости реакции при температуре 30^оС в 16 раз.

Пример 3. Константа равновесия гомогенной системы:

СО(г) + Н₂О(г) СО₂(г) + Н₂(г)

при 850^оС равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: [СО]_исх =3 моль/л, [Н₂О]_исх = 2 моль/л.

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

v _пр К ₁ [СО][Н₂0]; v _обр = К₂[С0₂][Н₂];

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:

[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:

Таким образом, искомые равновесные концентрации:

[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:

PCl₅(г) РСl₃(г) + Сl(г); DН = + 92,59 кДж.

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции – разложения PCl₅?

Решение: Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесно, определяется по принципу Ле Шателье: а) так как реакция разложения PCl₅ эндотермическая (D 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 РСl₅, так и уменьшением концентрации РС1₃ или С1₂.

Пример 5. Как скажется на состоянии химического равновесия в системе
Fe²⁺ + H₂O  FeOH⁺ + H⁺ - Q

1) добавление H₂SO₄

2) добавление KOH

3) нагревание раствора?

Ответ обоснуйте.

При ответе на этот вопрос надо учитывать, что добавляемые вещества - электролиты. Поставляемые ими ионы могут, как непосредственно влиять на равновесие, так и взаимодействовать с одним из ионов, участвующих в обратимой реакции.

1) добавление H₂SO₄: H₂SO₄ = 2H⁺ + SO₄^2- ; повышение концентрации ионов водорода приводит, по принципу Ле -Шателье, к смещению равновесия в системе влево.

2) добавление KOH: KOH = K⁺ + OH^- ; гидроксид-ионы связывают ионы водорода в малодиссоциирующее вещество, воду: H⁺ + OH^- = H₂O;
снижение концентрации ионов водорода приводит, по принципу Ле -Шателье, к смещению равновесия в системе вправо.

3) нагревание раствора. По принципу Ле- Шателье, повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону преимущественного протекания эндотермической реакции, т.е. - вправо.

Пример 6. Экзотермической является реакция

1) MgCO₃ à MgO + CO₂

2) Fe₂O₃ + 2Al à 2Fe + Al₂O₃

3) C + CO₂ à 2CO

4) 2CH₄ à C₂H₂ + 3H₂

Обычно школьники не имеют четких критериев определения знака теплового эффекта по уравнению реакции, не умеют связывать его с устойчивостью веществ, самопроизвольностью процесса. Можно рекомендовать следующие правила:

а) если реакция протекает самопроизвольно при обычных условиях, она скорее всего экзотермическая (но для начала реакции может потребоваться инициация). Так, после поджигания горение угля протекает самопроизвольно, реакция экзотермическая;

б) для устойчивых веществ реакции их образования из простых веществ экзотермические, реакции разложения – эндотермические.

в) если в ходе реакции из менее устойчивых веществ образуются более устойчивые, реакция экзотермическая.

В данном случае экзотермической является реакция алюмотермии, которая после предварительного поджигания протекает самопроизвольно, с выделением такого большого количества тепла, что образующееся железо плавится. Правильный ответ: 2