Главная страница
qrcode

Решение. В соответствии со следствием закона Гесса рассчитаем значение


Скачать 58.11 Kb.
НазваниеРешение. В соответствии со следствием закона Гесса рассчитаем значение
Дата15.09.2020
Размер58.11 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаzadachi_1-16.docx
ТипРешение
#70741
Каталог

Часть III. Задачи по общей химии
Химическая термодинамика. Термохимия

Рассчитайте стандартную энтальпию реакции
2AgNO3(т) → 2Ag(т) + 2NO2(г) + О2(г), если

Нообр(AgNO3) = -124 кДж/моль;

Нообр(NO2) = +33 кДж/моль.

Классифицируйте реакцию по знаку теплового эффекта.

Решение.

1.В соответствии со следствием закона Гесса рассчитаем значение

.2. Так как 0, данная реакция является эндотермической, протекает с поглощением тепла.
    Рассчитайте S процесса 2N2(г) + O2(г) = 2N2O(г), если
    Sо (N2,г) = 200 Дж/моль·К;

    Sо (O2,г) = 205 Дж/моль·К;

    Sо (N2O,г) = 219,9 Дж/моль·К.

    Предскажите знак Sо процесса путём анализа уравнения химической реакции.

    Решение.
    В соответствии со следствием закона Гесса рассчитаем значение
    =2*219,9-(2*200+1*205)=-165,2дж/К
      Согласно стехиометрии уравнения синтеза оксида азота(I) реакция протекает с уменьшением объема системы. Если в реакцию вступало три моля газов, то получено только два моля. Уменьшение объема системы всегда сопровождается уменьшением энтропии системы, что и показывают расчеты: Определите Gо298 реакции Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2, если:
      Gо298 (Fe3O4) = -1014 кДж/моль,

      Gо298 (CO) = - 137,2 кДж/моль,

      Gо298 (CO2) = -394 кДж/моль.

      Установите возможность самопроизвольного протекания процесса в стандартных условиях.

      Решение.

      1.В соответствии со следствием закона Гесса рассчитаем изменение изобарно-изотермического потенциала

      2.Так как значение
        Химическая кинетика. Химическое равновесие

          Напишите кинетические уравнения следующих реакций:
          а) С + О2 = СО2
          б) 2NOCl(г) = 2NO(г) + Cl2(г)

          в) C12H22O11 + H2O = 2C6H12O6
          г) 2NO + H2 = N2O + H2O.

          Объясните причину несовпадения молекулярности и порядка реакции.

          Решение.
          Кинетические уравнения отражают взаимосвязь между концентрациями исходных веществ, находящихся в одной фазе, и скоростью реакции. Теоретической основой для написания кинетических уравнений является закон действующих масс (ЗДМ), согласно которому скорость реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам. В соответствии с ЗДМ кинетические уравнения рассматриваемых реакций выглядят следующим образом:
          А) С + О
          V=k*C(O
          Б) 2NOCl(г) = 2NO(г) + Cl
          V=k*C(NOCl)2, где V – скорость реакции, k – константа скорости реакции, C(NOCl) – концентрация NOCl, моль/л

          В) C
          V=k*C(C
          Г) 2NO + H
          V=k*C(NO)2*C(HПричина несовпадения молекулярности и порядка реакции
          Молекулярность реакции определяется числом частиц реагентов, взаимодействующих друг с другом в одной элементарной (простой) реакции и превращающихся в продукты.

            Установите, как изменится скорость химической реакции
            2NO + H2 = N2O + H2O, если:

            а) уменьшить объем реакционной смеси в 2 раза;

            б) уменьшить давление в 2 раза;

            в) увеличить концентрации исходных веществ в 2 раза.

            Решение.
            Составим кинетическое уравнение реакции:
            V=k*C(NO)2*C(H
            2.После уменьшения объема реакционной смеси в 2 раза концентрации реагентов увеличатся тоже в два раза. Тогда кинетическое уравнение примет вид:

            V/=k*(2C(NO))2*(2C(H2*2 V=8 V.

            Как видно из расчетов, после уменьшения объема реакционной смеси в 2 раза скорость реакции возрастет в 8 раз.

            3. Уменьшение давления в 2 раза приведет к соответствующему уменьшению концентраций реагентов. Кинетическое уравнение примет вид:

            V//=k*(1/2C(NO))2*(1/2C(H2*(1/2) V=1/8 V

            Из расчетов следует, что после уменьшения давления реакционной смеси в 2 раза скорость реакции уменьшится в 8 раз.
              Увеличение концентраций исходных веществ в 2 раза приведет к эффекту, аналогичному при соответствующем уменьшении объема системы:
              V///=k*(2C(NO))2*(2C(H2*2 V=8 V

              Т.о, после увеличения концентраций исходных веществ в 2 раза скорость реакции возрастет в 8 раз
                Объясните, как влияет повышение температуры, давления и концентрации исходных веществ на экзотермическую реакцию синтеза аммиака из простых веществ.
                Решение.
                Запишем уравнение реакции синтеза аммиака из простых веществ:
                NДанная реакция является обратимой, гомогенной (все реагенты – газы,), протекает с уменьшением объема (в реакцию вступает 4 объема исходных газов-реагентов, получается 2 объема газообразного продукта).
                  Повышение температуры, давления и концентрации исходных веществ будет влиять на рассматриваемую реакцию в соответствии с законом Ле-Шателье:
                  Если на систему, находящуюся в химическом равновесии, подействовать извне, то равновесие сместится в сторону реакции, компенсирующей внешнее воздействие.
                    Повышение температуры будет смещать равновесие в сторону обратной эндотермической реакции, протекающей с поглощением тепла.
                  1. Повышение давления будет смещать равновесие в сторону прямой реакции, протекающей с уменьшением объема реакционной смеси, т.е., с уменьшением давления.
                  2. Повышение концентраций исходных веществ(азота и водорода) будет смещать равновесие в сторону прямой реакции, ведущей к уменьшению этих концентраций.
                    6.Таким образом, из рассмотренных факторов повышение давления и концентраций исходных веществ будет благоприятно влиять на экзотермическую реакцию синтеза аммиака из простых веществ, способствовать увеличению ее выхода. Напротив, повышение температуры будет способствовать уменьшению выхода прямой реакции.
                      В биологическом полимере (белке) имеет место следующее превращение:
                      нативное состояние ↔ денатурированное состояние,

                      причем при повышении температуры равновесие сдвигается вправо.

                      Сделайте вывод об энтальпии реакции (принцип Ле-Шателье).

                      Решение.

                      1.Принцип Ле-Шателье гласит: Если на систему, находящуюся в химическом равновесии, подействовать извне, то равновесие сместится в сторону реакции, компенсирующей внешнее воздействие.

                      2. В соответствии с этим принципом при повышении температуры равновесие сдвигается в сторону эндотермической реакции, протекающей с поглощением тепла, т.е., с увеличением энтальпии реакции.

                      3. Поскольку, согласно условию, при повышении температуры равновесие сдвигается вправо , то прямая реакция (идущая вправо) – эндотермическая:

                      нативное состояние ↔ денатурированное состояние, 0
                        Растворы

                          Раствор содержит 20 г глюкозы в 100 г воды.
                          Вычислите давление насыщенного пара растворителя над раствором при температуре 15 оС, если давление пара чистой воды при этой же температуре равно 23,75 мм рт. ст.

                          Рассчитайте молярную долю растворителя.

                          Решение
                          Рассчитаем молярные доли растворенного вещества и растворителя:

                          Где

                          Тогда
                          1.2.Молярную долю растворителя,

                          тогда
                            Согласно закону Рауля, давление насыщенного пара растворителя над раствором пропорционально молярной доле растворителя:

                            где
                              Водный раствор одноатомного спирта, содержащий 0,874 г вещества в 100 мл воды, замерзает при температуре -0,354 оС.
                              Рассчитайте относительную молекулярную массу спирта и установите его формулу.

                              Решение.
                              Согласно закону Рауля понижение температуры кристаллизации раствора по отношению к чистому растворителю прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества:
                              ΔТзам.= Тзам (растворителя)- Тзам (раствора)=KС
                              где Сm– моляльная концентрация раствора; К – криоскопическая постоянная. Для воды К=1,86° .

                              В соответствии с условием задачи ΔТзам.=0 оС-(-0,354 оС)=0,354 оС.
                                Из выражения (1) найдем моляльную концентрацию растворенного вещества:
                                С
                                3.Согласно определению для моляльной концентрации:


                                Отсюда
                                  Общая формула предельных одноатомных спиртов –СМ(R-OH)=14n+18=46, 14n=28, n =2. Следовательно, формула спирта – С
                                    Осмотическое давление раствора объемом 250 мл, в котором содержится 20 г гемоглобина, равно 2855 Па (при 4 оСили 277 К).
                                    Установите молярную массу гемоглобина.

                                    Решение.
                                    Согласно закону Вант-Гоффа осмотическое давление раствора прямо пропорционально молярной концентрации растворенного вещества:
                                    Р
                                    Из выражения (1) найдем величину См:

                                    См= Р
                                      Согласно определению молярная концентрация находится по формуле(2):

                                      , отсюда
                                        Водный раствор NaOH кипит при температуре 102,65 оС. Кажущаяся степень ионизации электролита равна 70%.
                                        Определите массу NaOH, растворённую в 100 г воды.

                                        Решение
                                        Согласно закону Рауля повышение температуры кипения раствора по отношению к чистому растворителю прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества. Для растворов электролитов закон Рауля выглядит следующим образом (1):
                                        ΔТкип. = i*Кэ*Сm, ( 1)

                                        где i – поправочный изотонический коэффициент, Кэ – эбуллиоскопическая постоянная растворителя; для воды Кэ =0,52°; Сm –моляльная  концентрация раствора; ΔТкип. = Ткип р-ра – Ткип.р-рителя. Согласно условию задачи ΔТкип=102,65°

                                        Найдем величину i:

                                        i=1+α(n-1),

                                        где α- кажущаяся степень ионизации электролита, согласно условию равна 0,7

                                        n – количество ионов, на которые распадается в растворе 1 молекула электролита:

                                        NaOH=Na++OH-

                                        Т.О., для гидроксида натрия n=2. Тогда :

                                        i=1+α(n-1)=1+0,7*(2-1)=1,7
                                          Из выражения (1) найдем величину Сm :
                                          Сm= ΔТкип/( i*Кэ)=2,65/(1,7*0,52)=3 моль/кг
                                            Масса NaOH, растворённая в 100 г воды, определяется по формуле (2):
                                            m(NaOH)= Сm*M(NaOH)*100/1000 (2),

                                            где M(NaOH)=40 г/моль.

                                            Подставляя результаты расчетов в формулу (2), получаем:

                                            m(NaOH)=3*40*100/1000=12 г
                                              Раствор, содержащий 2,1 г КОН в 250 мл воды, замерзает при -0,514 оС.
                                              Рассчитайте изотонический коэффициент и кажущуюся степень диссоциации.

                                              Решение
                                              Согласно закону Рауля понижение температуры замерзания раствора по отношению к чистому растворителю прямо пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества. Для растворов электролитов закон Рауля выглядит следующим образом (1):
                                              ΔТзам. = i*К*Сm, ( 1)

                                              где i – поправочный изотонический коэффициент; К – криоскопическая постоянная растворителя; для воды К =1,86°; Сm –моляльная  концентрация раствора; ΔТзам. = Тзам.р-рителя –Тзам. р-ра . Согласно условию задачи ΔТзам=0,514°

                                              Найдем величину Сm. Согласно определению для моляльной концентрации:


                                              2.Из выражения (1) найдем величину изотонического коэффициента:

                                              I = ΔТзам./( К*Сm)= 0,514/(1,86*0,15)=1,84

                                              3.Изотонический коэффициент и кажущаяся степень диссоциации связаны соотношением (2):

                                              i=1+α(n-1),

                                              где α- кажущаяся степень ионизации электролита, n – количество ионов, на которые распадается в растворе 1 молекула электролита:

                                              КОН=К++ОН-

                                              Для гидроксида калия n=2.

                                              Выразим величину α:

                                              α=(i-1)/( n-1)=(1,84-1)/(2-1)=0,84=84%.
                                                Осмотическое давление 0,5 М раствора карбоната калия равно 2726 кПа при 0 оС.
                                                Вычислите кажущуюся степень диссоциации K2CO3 в растворе.

                                                Решение

                                                1.Согласно закону Вант-Гоффа для электролитов осмотическое давление раствора прямо пропорционально молярной концентрации растворенного вещества:

                                                Р
                                                где i – изотонический коэффициент

                                                Найдем величину i:

                                                i= Р
                                                  Изотонический коэффициент связан с кажущейся степенью ионизации соотношением :
                                                  i=1+α(n-1),

                                                  где α- кажущаяся степень ионизации электролита,

                                                  n – количество ионов, на которые распадается в растворе 1 молекула электролита:

                                                  К++СО2-

                                                  Для карбоната калия n=3.

                                                  Выразим величину α:

                                                  α=(i-1)/( n-1)=(2,4-1)/(3-1)=1,4/2=0,7=70%.
                                                    Буферные системы

                                                      В состав крови входит буферная система, состоящая из двух анионов.
                                                      Приведите формулы её составных частей.

                                                      Назовитеэту буферную систему.

                                                      Классифицируйте её по составу и природе компонентов.

                                                      Укажите зону буферного действия.

                                                      Напишите уравнения реакций, отражающих механизм действия (ионная форма).

                                                      Ответ

                                                      1.
                                                      2.
                                                      3. Зона буферного действия б
                                                      4.
                                                      Н

                                                      HPO
                                                        Аммиачная буферная система состоит из двух составных частей.
                                                        Классифицируйте её по составу и природе компонентов.

                                                        Укажите интервал значений рН, внутри которого эта система обладает буферной емкостью.

                                                        Напишите уравнения реакций, отражающих механизм её действия (ионная форма).

                                                        Объясните, почему аммиачная буферная система не входит в состав крови.

                                                        Решение

                                                        1.Состав и природа компонентов:



                                                        Гидроксид аммония - слабый электролит, в растворе частично диссоциирует на ионы:

                                                        + + ОН-



                                                          Интервал значений рН, внутри которого рассматриваемая система обладает буферной емкостью,рассчитывается по формуле:

                                                          где Кв – константа диссоциации NН-5, С
                                                          рН=14-4,74+lg(C
                                                            Способность аммиачного буфера поддерживать практически постоянное значение рН раствора основана на том, что входящие в них компоненты связывают ионы Н+ и ОН-, вводимые в раствор или образующиеся в результате реакции, протекающей в этом растворе. При добавлении к аммиачной буферной смеси сильной кислоты, ионы Н+ будут связываться молекулами или гидроксида аммония, а не увеличивать концентрацию ионов Н+ и уменьшать рН раствора:
                                                            NH+=NH++H
                                                            При добавлении щелочи ионы ОН - будут связывать ионы NН+, образуя при этом малодиссоциированное соединение, а не увеличивать рН раствора:

                                                            NH++ОН-= NH
                                                              Аммиачная буферная система не входит в состав крови, поскольку интервал значений рН, внутри которого она будет обладать буферной емкостью, находится в щелочной области (рН больше 8).
                                                                В 200 мл фосфатного буферного раствора содержится 0,8 моль кислотного компонента (Н2РО4- ) и 1,6 моль солевого компонента (.
                                                                Установите
                                                                рН буферного раствора.

                                                                Объясните
                                                                , входит ли рассчитанное значение рН в ЗБД (рН: 6,2 – 8,2).

                                                                Ки2РО4-) = 6,210-8 моль/л; lg 2 = 0,3; lg 6,2 = 0,79.

                                                                Классифицируйте буферную систему по составу и природе компонентов.

                                                                Решение.
                                                                Подставим данные задачи в формулу для расчета рН фосфатного буфера:
                                                                6,210-8) +lg(1,6/0,8)=7,51
                                                                Рассчитанное значение рН входит в зону буферного действия( ЗБД) рН: 6,2 – 8,2
                                                              1. Фосфатная буферная система является кислотно-основной буферной системой, образованной анионами двух
                                                                перейти в каталог файлов


связь с админом