Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе (запишите закон действующих масс)
2NO(г) + O2 2NO2?
Ответ поясните, вычислив DG0 и Кр прямой реакции.
Решение:
2NO(г) + O2 2NO2
Для ответа на вопрос следует вычислить DG0298 или прямой реакции. Последнее выражение и есть ЗДМ. Зная, что значения DG0f для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, а значения DG0 (в кДж/моль): для NO (86,6); NO2 (51,5).
Рассчитываем DG0х.р.:
DG0х..р. = 2DG0,(NO2) - 2DG0, (NO) = 251,5 - 286,6 = -70,2 кДж = -70,2103 Дж
После этого вычисляем константу равновесия:
GT = -RTlnK.
lnK = 70,2·103/(8,314298) = 27,9
K = 1,331012
То, что DG < 0, а Kр >> 1, указывает на возможность самопроизвольного протекания прямой реакции при T = 298 К и равенстве давлений взятых газов 1,013×105 Па (760 мм рт.ст. или 1 атм.). Самопроизвольно при этих условиях будет протекать прямая реакция, т.к. для нее DG = -70,2103 Дж, а К = 1,331012.
Ответ: -70,2103 Дж, К = 1,331012
173. При некоторой температуре равновесие в системе:
2NO2 2NO+O2 установилось при следующих концентрациях (в моль/л): [NO2] = 0,006, [NO] = 0,024, [O2] = 0,012. Найдите константу равновесия реакции и исходную концентрацию NO2. Как нужно изменить давление и температуру, чтобы сместить равновесие вправо?
Решение:
2NO2 2NO+O2
[NO2]р = 0,006 моль/л
[NO]р = 0,024 моль/л
[O2]р = 0,012 моль/л
Кр = ? [NO2]исх = ?
Количество образовавшегося NO равно количеству израсходованного NO2 = 0,024 моль, тогда исходная концентрация NO2равна: 0,006 + 0.024 = 0,03 моль/л.
[NO2]исх = [NO2] + 2[O2] = 0,006 + 20,012 = 0,03 моль/л
Направление смещения равновесия определяется принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет эффект внешнего воздействия:
а) Данная реакция эндотермическая, поэтому повышение температуры смещает равновесие в сторону продуктов реакции, т.е. вправо.
б) В результате реакции происходит увеличение числа молей газообразных веществ, поэтому понижение давления смещает химическое равновесие в сторону увеличения числа частиц, т.е. вправо, а увеличение давления – влево.
Ответ: 0,03 моль/л, 0,192
189. Для реакции в растворе 2Fe3+ + Sn2+ = 2Fe2+ + Sn4+ получены следующие данные:
[Fe3+], моль/л-1 | 0,2 | 0,6 | 0,8 | 0,6 | 0,6 |
[Sn2+] моль/л-1 | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,4 | 0,6 |
V, моль л-1 ×с-1 |
Может ли быть эта реакция простой? Выведите кинетическое уравнение скорости; найдите константу скорости, порядки реакции в целом и по компонентам.
Решение:
Из приведенных данных видно, что увеличение [Fe3+]0 в 2 раза при неизменной концентрации [Sn2+]0 приводит к увеличению скорости в 4 раза, следовательно, порядок по железу равен 2. Увеличение обеих концентраций в 2 раза приводит к увеличению скорости в 8 раз. Так как порядок по железу равен 2, такое изменение скорости соответствует первому порядку по олову. Тогда общий порядок равен 3. Кинетическое уравнение реакции:
= k[Fe3+]2·[Sn2+]
Ответ: Порядок по Fe3+ – 2, – по Sn2+ – 1, общий – 3
198. Разложение озона 2O3 = 3O2 характеризуется энергией активации 100 кДж/моль. Чему равна константа скорости этой реакции при 1000C, если при 00 C она равна 210-2? Вычислите температурный коэффициент этой реакции.
Решение:
Ea = 100 кДж/моль
t1 = 1000C
t2 = 0 0C
k2 = 210-2
Записываем уравнение Аррениуса в общем виде для двух констант скоростей:
;
Для того чтобы избавиться от неизвестной величины предэкспоненциального множителя (А), делим большую константу скорости (k2) на меньшую (k1):
;
k1 = 1,510-7
213. Во сколько раз надо увеличить концентрацию водорода, чтобы скорость реакции H2(газ) + I2(газ) = 2HI(газ) возросла в три раза?
Решение:
H2(газ) + I2(газ) = 2HI(газ)
Скорость прямой реакции равна:
1 = k[H2][I2]
Зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных коэффициентам в уравнении реакций.
Обозначим концентрацию реагирующих веществ:
[H2] = a, [I2] = b. Согласно закону действия масс скорость
() реакции до изменения объема будет равна:
= kab.
После увеличения концентрации водорода в х раз: [H2] = aх, [I2]= b.
При этих концентрациях скорость () реакции примет значение:
` = k(aх) (b) = хkab;
Откуда: ; Откуда х = 3.
Ответ: 3
228. Какие объемы 36 %-ного раствора НСl (r = 1,18 г/мл) и воды необходимо взять для приготовления 500 г 0,5 моляльного раствора?
Решение:
М(НСl) = 36,5 г/моль.
Моляльная концентрация – (моляльность) определяется отношением количества вещества, содержащегося в растворе, к массе растворителя.
= (моль/кг),
где m – масса вещества, содержащегося в растворе;
М – его молярная масса;
m1 – масса растворителя. Отсюда: ;
Масса кислоты равна: 0,536,5500/1000 = 9,125 г.
Находим объем 36 % раствора кислоты:
; V(H3PO4) = 9,125/1,180,36 = 21,48 мл.
Объем воды равен: 500 – 21,481,18 = 500 – 25,35 = 474,65 г (=474,65 мл, т.к. плотность воды равна 1 г/мл).
(проверка: количество кислоты равно: 9,125/36,5 = 0,25 моль;
Cm (HNO3) = = 0,5 моль/кг Н2О.
Ответ: 474,65 мл
243. Для нейтрализации 20 мл 0,1 н. раствора кислоты потребовалось 8 мл раствора NaOH. Сколько граммов NaOH содержит 1 л этого раствора?
Решение:
Согласно закону эквивалентов при нейтрализации в точке эквивалентности действует равенство:
СН1V1= СН2V2
0,120 = СН28
СН2 = 0,25 н
Определим, сколько граммов NaOH содержит 1 л этого раствора:
m = CнVMr= 0,25140 = 10 г
Ответ: 10 г
258. Чему равно при температуре -7,5 0C осмотическое давление раствора, в 1,5 л которого содержится 276 г глицерина С3Н8О3?
Решение:
Согласно закону Вант-Гоффа:
Pосм =СМ·R·T
Найдем, сколько г глицерина содержится в 1 л раствора:
в 1,5 л раствора содержится 276 г глицерина
1 л - x г ,
г/л , что составит
моль/литр = 2·103 моль/м3;
(92 г /моль - молярная масса глицерина)
Отсюда:
Pосм = 2·103 моль/м3·8,31 Па·м3/моль · К·265,5К = 4413·103 Па = 4413 кПа.
Ответ: 4413 кПа
283. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной формах уравнения реакций:
а) бромид алюминия + нитрат серебра
б) сульфид натрия + серная кислота
Решение:
а) AlBr3 + 3AgNO3 3AgBr + Al(NO3)3
Al3+ + 3Br- + 3Ag+ + NO3- 3AgBr + Al3+ + 3NO3-
Br- + Ag+ AgBr
б) Na2S + H2SO4 Na2SO4 + H2S
2Na+ + S2- + 2H+ + SO42- 2Na+ + SO42- + H2S
S2- + 2H+ - H2S
298. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют ионно-молекулярные уравнения:
а) Pb2+ + CrO42- ® PbCrO4¯
б) HCO3- + OH- ® CO32- + H2O
Решение:
а) Pb2+ + CrO42- ® PbCrO4¯
Pb(NO3)2 + K2CrO4 ® PbCrO4 + 2KNO3
Pb2+ + 2NO3– + 2K+ + CrO42– PbCrO4 + 2K+ + 2NO3–
б) HCO3- + OH- ® CO32- + H2O
NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O
Na+ + HCO3- + Na+ + OH- 2Na+ + CO32- + H2O
313. Существенно ли изменится реакция среды, если растворить в воде такие соли, как: a) KCN, б) NH4CN, в) CH3COOK, г) CH3COONH4?
Решение:
KCN – цианид калия
KOH HCN
сильное слабая
основание кислота
Гидролизу подвергается слабый ион:
Сокращенное ионное уравнение гидролиза:
CN- + H+OH HCN + OH-
Полное ионное уравнение гидролиза:
K+ + CN- + H2O HCN + K+ + OH-
Молекулярное уравнение гидролиза:
KCN + H2O HCN + KOH
Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой подвергается гидролизу по аниону при этом среда щелочная, т.е рН > 7,0
NH4CN цианид аммония
NH4OH HCN
cлабые электролиты
NH4+ + H+OH- NH4OH + H+
CN- + H+OH- HCN + OH-
NH4+ + CN- + H2O NH4OH + HCN
NH4CN + H2O NH4OH + HCN
К диссоциации NH4OH = 1,8 10-5 (1,76 10-5)
К диссоциации HCN = 7,9 10-10 (6,2 10-10)
Кдисс NH4OH > Kдисс HCN, то реакция раствора среды слабощелочная.
CH3COOK ацетат калия
слабая сильное
кислота основание
CH3COOH KOH
CH3COO- + H+OH- CH3COOH + OH- щелочная среда
CH3COO- + K+ + H2O CH3COOH + K+ + OH-
CH3COOK + H2O CH3COOH + KOH
CH3COONH4 ацетат аммония
CH3COOH NH4OH
слабые электролиты
CH3COO- + H+OH- CH3COOH + OH-
NH4+ + H+OH- NH4OH + H+
CH3COO- + NH4+ + H2O CH3COOH + NH4OH
Реакция среды нейтральная, т.к. К диссоциации (NH4OH) = 1,8 10-5 и К диссоциации (СН3СООН) = 1,8 10-5
Т.е. константа диссоциации кислоты равна константе диссоциации основания.