|
В) молярную долю кислоты в растворе.Стр 1 из 3Следующая ⇒ УРОВЕНЬ В 1. Определить количество моль воды в формуле кристаллогидрата Na2CO3·nH2O, если в результате прокаливания его масса изменилась от 1,43 до 0,53 г. Определить объем выделившейся парообразной воды при 200оС и давлении 98,2 кПа.
= 1,43 - 0,53 = 0,9 г Расчет n ведем по уравнению реакции (1.1) - 106 г/моль - n18 г/моль - 0,53 г - 0,9 г где n = = Формула кристаллогидрата Na2CO3·10H2O Рассчитываем объем выделившейся газообразной воды при Т = 273 + 200 = 473 К и Р = 98,2 кПа по уравнению Менделеева-Клапейрона где Р – Па, V – м3, m – кг, М – кг/моль, R – 8,314 Дж/моль·К, Т – К. Откуда Ответ: формула кристаллогидрата: Na2CO3·10Н2О; 2. Определить состав смеси (% масс.), содержащей карбонат магния (15 г) и оксид магния. Если после прокаливания смеси, полученный продукт вступил в реакцию с ортофосфорной кислотой и образовалось 80 г ортофосфата магния. Составить уравнения реакций.
При прокаливании смеси протекает реакция MgCO3 MgO + CO2 Тогда по этому уравнению М - 84,3 г/моль - 40,3 г /моль m - (из MgCO3) 15 г - (из MgCO3) где = 24,3 + 16 = 40,3 г/моль М = 24,3 + 12 + 16·3 = 84,3 г/моль (из MgCO3) = = = 7,17 г После прокаливания смесь состоит только из MgО При взаимодействии продукта, полученного после прокаливания с ортофосфорной кислотой, протекает реакция 3MgO(общ.) + 2H3PO4 = Mg3(PO4)2 + 3H2O 3МMgО ________ М mMgO(общ) 80 г тогда 3∙ 40,3г/моль 262,9 г/моль mMgO(общ) 80 г где М = 40,3 г/моль, М = 262,9 г/моль откуда mMgO(общ) = г тогда mMgO(исх) = mMgO(общ) – mMgO (из MgCO ) = 36,79 г – 7,17 г = 29,62 г Таким образом mсмеси = mMgO(исх) + = 29,62 г + 15 г = 44,62 г Состав исходной смеси ω = мас. ω = 100 – 66,38 = 33,62% масс. 3. При взаимодействии 1,8 г технического карбоната кальция (мела) с HCl выделилось 400 см3 CO2, собранного над водным раствором NaHCO3 и измеренного при температуре 288 К и давлении 730 мм рт.ст. Давление паров воды при 288 К равно 12,79 мм рт.ст. Определить содержание СаСО3 в техническом карбонате кальция в процентах.
СаСО3 +2HCl=CaCl2 + H2O+CO2↑ (1.4) 22400 cм3 (н.у.)
Находим
100 г/моль 22400 см3
где откуда (1.5) где - объем выделившегося СО2, приведенный к нормальным условиям. Для определения воспользуемся объединенным газовым законом: где - парциальное давление СО2, так как СО2 собран над водным раствором NaHCO3, то = + , тогда мм рт.ст. Тo = 273 К, Рo = 760 мм рт. ст., тогда = Определяем массу чистого СаСО3 по формуле (1.5): = , тогда Ответ: содержание СаСО3 в меле 88,89%.
2. ЭКВИВАЛЕНТ. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ
УРОВЕНЬ В 1. При растворении 16,25 г двухвалентного металла в кислоте выделилось 6,52 л водорода, собранного над водой и измеренного при температуре 298К и давлении 730 мм рт. ст. Определить молярную массу эквивалента металла и назвать металл. Давление паров воды при температуре 298К равно 23,76 мм рт. ст.
По объединенному уравнению газового состояния где: То = 273 К, Ро = 760 мм рт.ст. Робщ = + ; = Робщ - определяем = 5,55 л Мэк(Ме) = =32,79 г/моль Мэк(Ме) = , г/моль, где В – валентность металла ММе = Мэк(Ме) ∙ В = 32,79 ∙ 2 = 65,58 г/моль, что соответствует молекулярной массе атома цинка. Ответ: Мэк(Zn) = 32,79 г/моль, металл – Zn
2. При окислении металла израсходовано 3,79 л кислорода, измеренного при 293 К и давлении 740 мм рт.ст. Образовалось 39,43 г оксида. Определить молярные массы эквивалентов металла и оксида. Назвать металл.
По объединенному уравнению газового состояния где: ТО = 273 К, РО = 760 мм рт.ст. определяем = = 3,44 л. Мэк(Окс) = 64,2 г/моль Мэк(Окс) = Мэк(Ме) + Мэк(О) Мэк(Ме) = Мэк(Окс) - Мэк(О) Мэк(Ме) = 64,2 – 8 = 56,2 г/моль ММе = Мэк(Ме) ∙ В. Если В = 1, то МЭ = 56,2 г/моль. Такого металла в таблице Д.И. Менделеева нет. Если В = 2, то ММе = 112,4 г/моль. Следовательно, металл - кадмий Ответ: Мэк(Окс) = 64,2 г/моль Мэк(Ме) = 56,2 г/моль Ме – Cd 3. Написать уравнения реакций взаимодействия гидроксида железа (III) с хлороводородной кислотой с образованием: В каждой реакции вычислить молярную массу эквивалента гидроксида железа (III). В одной из реакций определить массу гидроксида железа (III), необходимую для взаимодействия с 3,65 г хлороводородной кислоты.
а) HCl + Fe(OH)3 = Fe(OH)2Cl + H2O = = 106,8 г/моль б) 2HCl + Fe(OH)3 = FeOHCl2 + 2H2O Mэк[Fe(OH)3] = 53,4 г/моль в) 3HCl + Fe(OH)3 = FeCl3 + 3H2O Mэк[Fe(OH)3] = 35,6 г/моль. По закону эквивалентов: , т.е. Откуда по реакции (в) г, где Mэк[Fe(OH)3] = 35,6 г,моль Ответ:а)Mэк[Fe(OH)3] = 106,8 г/моль б) Mэк[Fe(OH)3] = 53,4 г/моль в) Mэк[Fe(OH)3] = 35,6 г/моль. г.
3. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ СОСТАВА РАСТВОРА УРОВЕНЬ B 1. Плотность 6% водного раствора ортофосфорной кислоты равна 1,031 г/см3. Рассчитать: а) молярную концентрацию; б) моляльность; УРОВЕНЬ B 1. Найти массу метана (СН4), при полном сгорании которого до СО2(г) и Н2О(г) в тепловом агрегате выделяется теплота, достаточная для нагревания 1 л воды от 20 до 100оС. Мольную теплоемкость воды принять равной 75,3 Дж/моль·К. КПД теплового агрегата составляет 50%.
РЕШЕНИЕ: Количество теплоты, необходимое для нагревания 1 л (1000 г) воды от 20 до 100оС определяем по формуле:
= = 334666,7 Дж = 334,7 кДж Определим массу метана при горении, которого выделяется такое количество теплоты. Процесс горения метана по условию задачи описывается уравнением: СН4(г) + 2О2(г) = СО2(г) + 2Н2О(г) Тепловой эффект этой реакции Dr.Ho(298K) определяем по I следствию из закона Гесса Dr.Ho(298K) = Df.Ho(298K,CO2(г)) + 2Df.Ho(298K, Н2О(г)) - - Df.Ho(298K, CН4(г)) - 2Df.Ho(298K, О2(г)) = (-393,5) + 2(-241,8) – - (-74,9) = - 802,2 кДж Таким образом при сгорании 16 г метана выделяется 802,2 кДж тепла. Определяем массу метана, при сгорании которой выделяется 334,7 кДж теплоты. Составляем пропорцию: 16 г СН4 ― 802,2 кДж ― 334,7 кДж г С учетом КПД теплового агрегата масса метана составляет г Ответ: масса метана составляет 13,34 г. 2. Используя справочные данные по DfHo(298K, В) и So(298K, В), определить при каких температурных условиях возможно самопроизвольное протекание реакции Fe2O3(к) + 3Н2(г) = 2Fe(к) + 3Н2O(г)
РЕШЕНИЕ: Возможность самопроизвольного протекания реакции, определяется знаком перед величиной изменения энергии Гиббса для данной реакции: если ΔrG°(298К) < 0, самопроизвольное протекание реакции при стандартных условиях возможно в прямом направлении; если ΔrG°(298К) > 0, то при стандартных условиях прямая реакция невозможна, а возможна обратная реакция.. Значение ΔrG°(298К) рассчитываем по формуле: ΔrG°(298К) = ΔrН°(298К)·103 - Т ΔrS°(298К) где ΔrН°(298К) - изменение стандартной энтальпии реакции, кДж: ΔrS°(298К) - изменение стандартной энтропии реакции, Дж/К: 103 - пересчет кДж в Дж. Значение ΔrН°(298К) и ΔrS°(298К) определяем согласно первому следствию из закона Гесса: ΔrН°(298К) = [2ΔfН°(298К, Fe(к)) + 3ΔfН°(298К, Н2О(г))] – - [ΔfН°(298К, Fe2O3(к)) + 3ΔfН°(298К, Н2(г))]; ΔrS°(298К) = [2S°(298К, Fe(к)) + 3S°(298К, Н2О(г))] – - [S°(298К, Fe2O3(к)) + 3S°(298К, Н2(г))]; где ΔfН°(298К, В) и S°(298К, В) - стандартные энтальпии образования и энтропии веществ, значения которых находим из таблицы стандартных термодинамических величин.
ΔrН°(298К) = [2(0) + 3(-241,84)] - [(-822,2) + 3(0)] = 96,68 кДж ΔrS°(298К) = [2·27,15 + 3·188,74] - [87,4 + 3·130,5] = 141,62 Дж/К тогда: ΔrGо(Т) = 96680 - Т·141,62 Ответ: При высоких температурах значение ΔrGо(Т) < 0 и, следовательно, реакция возможна при нагреве.
3. Рассчитать теплотворную способность каменного угля, если известно, что в нем содержится 80% углерода, а в отходящих газах после сгорания угля содержится 14% СО2 и 2% СО по объему.
РЕШЕНИЕ: Теплотворной способностью топлива называется тепловой эффект, который соответствует сгоранию единицы массы (1 кг) для твердых и жидких видов топлив (Qр, кДж/кг). Приводим уравнения горения углерода С(к) + О2(г) = СО2(г) (4.8) С(к) + ½ О2(г) = СО(г) (4.9) Из приведенных уравнений (ур. 4.8 и 4.9) следует, что масса сгоревшего углерода пропорционально объемам образовавшихся газов. Поскольку в каменном угле содержится 80% углерода, то в 1000 г каменного угля содержится 800 г углерода и в СО2 превратилось (ур 4.8) г углерода, а в СО превратилось: г углерода (ур. 4.8) Исходя из того, что тепловые эффекты реакций (4.8) и (4.9) есть стандартные энтальпии образования СО2 и СО (величины табличные), но взятые с противоположным знаком, поскольку DН= - Qр DfНo(298 K, СО2) = - 393,5 кДж/моль и DfНo(298 K, СО) = - 110,5 кДж/моль рассчитываем количество теплоты, выделившейся при сгорании 700 г углерода до СО2 (ур. 4.8). Молярная масса углерода МС = 12 г/моль. При сгорании 12 г углерода выделяется 393,5 кДж 700 г углерода выделяется Qр(4.8) кДж откуда: Qр(4.7) кДж Рассчитываем количество теплоты, выделившейся при сгорании 100 г углерода до СО (ур.4.9). при сгорании 12 г углерода выделяется 110,5 кДж 100 г углерода выделяется Qр(4.9) кДж откуда: Qр(4.9) кДж Следовательно теплотворная способность каменного угля Qр = Qр(4.8) + Qр(4.9) = 22954 + 921 = 23875 кДж/кг
УРОВЕНЬ В 1. При погружении цинковой пластины в раствор хлороводородной кислоты за одно и то же время при температуре 293 К выделилось 8 см3 водорода, а при температуре 303 К – 13 см3 водорода. Водород собран над водой при давлении 740 мм рт. ст. Рассчитать энергию активации протекающей реакции. Давление паров воды при температуре 293 К составляет 17,54 мм рт. ст., а при температуре 303 К - 31,82 мм рт. ст.
Скорость гетерогенной реакции определяем по уравнению: , моль/(см2·мин) (5.4) где - количество моль выделяющегося водорода; S – площадь цинковой пластины, см2; τ – время протекания реакции, мин. Определяем отношение скоростей выделения водорода при двух различных температурах (площадь пластины и время протекания реакции постоянны): = : = (5.5) По уравнению Менделеева-Клапейрона P V = n R T, а так как P = (Р – P ), то (P – P )V = n R T, (5.6) где Р – общее давление газов, мм. рт. ст; P - давление насыщенного водяного пара при температуре опыта, мм. рт. ст.; V - объем выделившегося водорода, см3; Т - температура опыта, К; R -универсальная газовая постоянная. Из уравнения (5.6) n = (Р – P ) V / R T (5.7) Подставив выражение (5.7) для температур Т1 и Т2 в отношение (5.5), получим = : = Откуда = 31834 Дж/моль = = 31,83 кДж/моль Ответ: = 31,83 кДж/моль.
2. На основании принципа Ле Шателье определить, в каком направлении сместится равновесие: 2SO2(г) + O2(г) <=> 2SO3(г), ΔrH0(298K) = -284,2 кДж, при: а) понижении температуры, б) повышении концентрации SO3, в) повышении давления. Записать выражение для константы равновесия реакции. Ответы обосновать.
, (5.8) . (5.9) а) Выражение зависимости константы равновесия от термодинамических характеристик реакции имеет вид: -2,3RTlgKP = ΔrH0(298K) – T . ΔrS0(298K), откуда . Смещение равновесия реакции при изменении температуры зависит от знака изменения стандартной энтальпии реакции ΔrH0(298K). Так как ΔrH0(298K)<0, то при понижении температуры показатель степени возрастать. возрастает при увеличении числителя и уменьшении знаменателя, а это возможно при протекании прямой реакции, т.е равновесие 2SO2(г) + O2(г) <=> 2SO3(г) будет смещено вправо (→). б) Константа равновесия остается величиной постоянной при любом изменении концентрации участников реакции. Поэтому при повышении концентрации SO3 (числитель) при неизменном значении КС должны автоматически возрасти концентрации исходных веществ (знаменатель), а это возможно при протекании обратной реакции, т.е. в этом случае равновесие сместится влево (←). в) В соответствии с принципом Ле Шателье увеличение давления смещает равновесие в сторону той реакции, которая сопровождается уменьшением давления или уменьшением суммарного числа моль газообразных веществ.
(газ) = 2моль(газ) Следовательно, при повышении давления равновесие системы смещается вправо (→). 3. Вычислить константу равновесия для гомогенной системы 4NH3(г) +3O2(г) <=> 2N2(г) + 6H2O(г), если исходные концентрации NH3(г) и O2(г) соответственно равны 6,0 и 5,0 моль/л, а равновесная концентрация N2(г) равна 1,8 моль/л.
веществ равна разности исходной концентрации и концентрации прореагировавших веществ. Равновесная концентрация продуктов реакции равна количеству образовавшихся продуктов реакции, т.к. в исходном состоянии их количество было равно нулю. Обозначим через х количество моль прореагировавших или образовавшихся веществ. Тогда с учетом коэффициентов в уравнении реакции отношения концентраций во второй строке под уравнением реакции равны: (: : : = 4:3:2:6). Последовательность расчетов равновесных концентраций веществ, участвующих в реакции, показана ниже:
По условию задачи равновесная концентрация N2 равна 1,8 моль/л. В то же время [N2] = 2х. Следовательно, 2х = 1,8, а х = 0,9. Тогда равновесные концентрации веществ равны, моль/л: [NH3] = 6,0-4·0,9 = 2,4 моль/л, [O2] = 5,0-3·0,9 = 2,3 моль/л, [N2] = 1,8 моль/л, [H2O] = 6,0·0,9 = 5,4 моль/л. =198,95. Ответ: Kс = 198,95.
6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ УРОВЕНЬ В 1. Определить давление насыщенного пара воды над 0,05 М раствором хлорида кальция (ρ = 1,041 г/см3) при 301К, если давление насыщенного пара над водой при этой температуре равно 3,78 кПа. Кажущаяся степень диссоциации хлорида кальция равна 0,85.
где - количество воды, моль, - количество CaCl2, моль i – изотонический коэффициент. α = , i = α (к-1) + 1 (6.5) где α – кажущаяся степень диссоциации CaCl2 к – общее количество ионов, образующихся при полной диссоциации одной молекулы CaCl2. CaCl2 = Сa2+ + 2Cl- к = 3 i = 0,85(3-1)+1 = 2,7 , моль/л, (6.6) oткуда , г = 111 г/моль Для расчета берем 1л раствора mр-ра = Vр-ра·ρ = 1000∙1,041 = 1041г. р = 3,78∙ = 3,77 кПа. Ответ: давление насыщенного пара над раствором равно 3,77 кПа. 1. Определить осмотическое давление 1,5% раствора карбоната натрия при 250С. Плотность раствора равна 1,015 г/см3. Кажущаяся степень диссоциации карбоната натрия равна 0,9.
где α - кажущаяся степень диссоциации, к – общее количество ионов, образующихся при полной диссоциации одной молекулы Na2CO3 Na2CO3 = 2Na+ + CO32- к = 3, тогда i = 0,9(3-1)+1 = 2,8 - молярная концентрация Na2CO3, моль/л = , моль/л В 100 г 1,5%-ного раствора содержится 1,5 г Na2CO3 Vр-ра = = = 98,5см3 = 0,0985 л. = = 0,144 моль/л π = 2,8∙0,144∙8,314∙298 = 998,96 кПа Ответ: осмотическое давление 1,5% раствора Na2CO3 равно 998,96 кПа.
3. Определить кажущуюся степень диссоциации соли, если водный раствор хлорида алюминия с массовой долей 1,5% кристаллизуется (замерзает) при температуре (-0,690С). =1,86 кг·К/моль.
AlCl3 = Al3+ + 3Cl- к = 4 ∆tзам = i∙ ∙сm(AlCl3), (6.8) где сm(AlCl3) = , моль/кг В 100г 1,5%-ного раствора содержится 1,5г AlCl3 и 98,5 г воды. сm(AlCl3) = = 0,114 моль/кг, = 133,5 г/моль = 3,25 α = = 0,75 (75%) Ответ: кажущаяся степень диссоциации AlCl3 равна 0,75(75%).
7. РАСТВОРЫ СИЛЬНЫХ И СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. УРОВЕНЬ В 1. Рассчитать рН раствора, полученного смешением 25 см3 0,1М раствора HCl, 20 см3 0,2М раствора NaOH и 50 см3 воды.
РЕШЕНИЕ:
NaOH + HCl → NaCl + H2O (7.5)
Рассчитываем химическое количество исходных веществ:
= · = 0,2 ·20·10-3 = 4·10-3 = 0,004 моль, = · = 0,1·25·10-3 = 2,5·10-3 = 0,0025 моль 10-3 – коэффициент перевода мл в л. Из уравнения реакции (7.5) следует, что число моль NaOH, вступившего в реакцию, равно числу моль HCl. Определяем вещество, оставшееся в избытке: 0,004 моль > 0,0025 моль. Следовательно, в избытке, который определяет рН среды остался NaOH. Тогда количество избыточного NaOH в растворе: = 0,004 - 0,0025 = 0,0015 моль. Учитывая, что суммарный объем раствора складывается из объемов двух растворов и воды, = + + = 25·10-3 + 20·10-3 + 50·10-3 = 95·10-3л, Молярная концентрация NaOH равна: = = 0,016 моль/л. Так как диссоциация NaOH протекает по уравнению: NaOH = Na+ + OH-, то = 0,016 моль/л. рОН = - lg = - lg 0,016 = 1,80. рН = 14 – рОН, рН = 14-1,80 = 12,20. Ответ: рН = 12,20.
2. Определить, образуется ли осадок, если смешали 100 см 0,01М водного раствора хлорида кальция и 200 см 0,02М водного раствора карбоната натрия.
РЕШЕНИЕ: При смешении растворов протекает следующая реакция: СaCl2+Na2CO3= CaCO3↓+ NaCl (7.6) Осадок CaCO образуется только в случае, если с ·с >ПР =5·10 ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право... Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|