Задачи по химии (90

Обсудите знаки изменения энтропии. Предскажите направление процессов при стандартной температуре.

55. Предскажите, какая из реакций возможна:

CaCl2(кр) + F2(г) = CaF2(кр) + Cl2(г),

CaF2(кр) + Cl2(г) = CaCl2(кр) + F2(г).

56. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях

невозможна реакция, протекающая по уравнению

Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если

изменение энтропии S0298= = 0,1387 кДж/моль? При какой температуре начинается восстановление оксида железа?

11

4.Химическая кинетика и равновесие

61.Реакция протекает по уравнению:

4A + B = 2C + P.

Во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакций, если концентрации веществ увеличить в два раза? В какую сторону сместится равновесие?

Ответ: возрастут в 32 и 16 раз; равновесие сместится в сторону прямой реакции.

62.Вычислить во сколько раз возрастёт скорость реакции при увеличении температуры на 40°C, если температурный коэффициент реакции равен 3?

Ответ: в 81 раз.

63.При 353 К реакция заканчивается за 20 сек. Сколько времени длится реакция при 293К, если температурный коэффициент реакции равен 2,5?

Ответ: 4879 сек.

64.Реакция протекает по уравнению:

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SO3 + S.

Как изменится скорость реакции после разбавления реагирующей смеси в 4 раза?

Ответ: уменьшится в 16 раз.

65.Вычислить, при какой температуре реакция закончится за 45 минут, если при 293 К на это требуется 3 часа. Температурный коэффициент равен 3,2.

Ответ: 304,9 К.

66.В начальный момент протекания реакции

N2 + 3H2 = 2NH3

концентрации были равны (моль/л): азота – 1,5; водорода – 2,5; аммиака – 0. Каковы концентрации азота и водорода при концентрации аммиака, равной 0,5 моль/л?

Ответ: 1,25 моль/л; 1,75 моль/л.

67. При синтезе аммиака равновесие установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: C(N2) = 2,5 моль/л; С(H2) = 1,8 моль/л; С(NH3) = 3,6 моль/л. Рассчитать константу равновесия этой реакции и исходные концентрации азота и водорода.

12

Ответ: 0,89; 4,3 моль/л; 7,2 моль/л.

68. Определить равновесную концентрацию водорода в реакции

2HY = H2 + Y2,

если исходная концентрация HY составляет 0,55 моль/л, а константа равновесия равна 0,12.

Ответ: 0,14 моль/л.

69. Реакция протекает по уравнению

2А = В.

Исходная концентрация вещества А равна 0,2 моль/л. Константа равновесия реакции 0,5. Вычислить равновесные концентрации реагирующих веществ.

Ответ: 0,015 моль/л; 0,17 моль/л.

70. В каком направлении сместится равновесие реакции

2CO + 2H2 = CH4 + CO2,

если концентрации всех реагирующих веществ уменьшить в три раза?

71. Равновесие в системе:

2NO2 = 2NO + O2

при некоторой температуре установилось при концентрациях: C(NO2) = 0,06 моль/л; С(NO) = 0,24 моль/л; С(O2) = 0,12 моль/л. Определить константу равновесия и рассчитать исходную концентрацию NO2.

Ответ: 1,92; 0,3 моль/л.

72. Константа равновесия реакции

Fe3O4(тв) + CO(г) = 3FeO(тв) + CO2(г)

при 600°С равна 1,15. Смесь 1 моля Fe3O4, 2 молей CO, 0,5 моля FeO и 0,3 моля CO2 нагрета до 600°C при общем давлении 5 атм. Определить количество каждого вещества при равновесии.

Ответ: количество в молях: Fe3O4 – 0,07; CO – 1,07; FeO – 3,29; CO2 – 1,23.

73. При 300 К константа равновесия для реакции

N2O4(г) = 2NO2(г)

равна 0,174. Какой будет кажущаяся молярная масса равновесной смеси N2O4 и NO2, полученной при диссоциации чистой N2O4 под давлением 1 атм при этой температуре?

13

Ответ: 76,5 г/моль.

74.При каком давлении должен находиться PCl5 при 250°C, чтобы степень его превращения в PCl3 и Cl2 составляла 30%? Кр = 1,78.

Ответ: 18 атм.

75.Используя приведённые ниже данные, вычислить константу равновесия при 25°С для реакции

3C2H2(г) = C6H6(г).

Можно ли рекомендовать этот процесс в качестве практического метода получения бензола?

fG0298 ккал/моль

C2H2(г) 50 C6H6(г) 29,76 Ответ: 1,6·1088.

76. Чистые окись цинка и окись углерода находятся в соприкосновении при 1300 К и общем давлении 1 атм до тех пор, пока реакция

ZnO(тв) + CO(г) = Zn(г) + CO2(г)

не достигнет равновесия. Плотность смеси стала равна 0,344 г/л. Найти: а) молярную массу газовой смеси; б) мольную долю CO, прореагировавшей с ZnO и в) константу равновесия Kр для данной реакции.

Ответ: а) 36,7 г/моль; б) 0,196; в) 4,00·10-2 атм.

77. Даны следующие значения fG0 ккал/моль при 25°С:

а) найти G0298 и Кр для реакции

CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г),

б) определить давление пара воды при 25°С.

Ответ: а) -6,818 ккал и 1·105; б) 3,12·10-2 атм.

78. а) Чистый бромистый йод вводится в сосуд с постоянным объёмом при 25°С до тех пор, пока его парциальное давление (прежде чем начнётся реакция) достигнет 0,5 атм. После достижения равновесия в реакции

2YBr = Y2(тв) + Br2(г)

14

при 25°С парциальное давление брома будет равно 0,17 атм. Найти константу равновесия Kр.

б) Бромистый йод находился при 25°С и постоянном общем давлении 0,5 атм. до тех пор, пока в процессе его диссоциации не установилось равновесие. В присутствии твёрдого йода парциальное давление паров йода равно 4,0·10-4 атм. Определить парциальное давление брома в равновесной смеси, приняв, что бром не конденсируется в жидкость.

Ответ: а) 6,64 атм-1; б) 0,29 атм. 79. Для реакции

3Fe2O3(тв) = 2Fe3O4(тв) + 1/2O2(г)

H0298 = 55,5 ккал, G0298 = 46,5 ккал. Рассчитать Кр при а) 25°С; б) 125°C.

Ответ: 7,9·10-35; 1,3·10-24.

80. Смесь из 90% CH4 и 10% H2 (проценты мольные) реагирует при 900 К по реакции

CH4 = 2H2 + C(тв).

Общее давление 1,2 атм. Найти равновесный состав смеси,

p=1 мм.рт.ст. составляет 89%. Рассчитать степень диссоциации PCl5 при 210°C и при p=10 мм.рт.ст. Энтальпии образования PCl5 и PCl3 равны -376,0 и -289,5 кДж/моль соответственно. Считать, что энтальпия реакции не зависит от температуры.

Ответ: 2,4·10-23 атм.; 1080,7 К.

15

83. Для реакции

2NH3 = N2 + 3H2

рассчитать Кс при 230°C. Справочные данные:

Считать Ср = const и равной 44,3 Дж/(моль•К).

Ответ: 0,0069 (моль/л)2.

84. Найти давление газа над NH4Br(кр) для реакции

NH4Br(кр) = NH3(г) + HBr(г) при 600 К

Считать, что теплоёмкости постоянны в интервале 298 – 600 К.

Ответ: 0,154 атм.

Считать ∆Ср постоянной. Ответ: -126, 45 кДж/моль.

16

5. Окислительно-восстановительные реакции и электрохимические процессы

86. Подобрать коэффициенты в уравнениях следующих реакций методом составления электронно-ионных уравнений:

1) K2Cr2O7+KY+H2SO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+Y2+H2O 2) KMnO4+HCl→MnCl2+Cl2+H2O+KCl

3) KBr+KBrO3+H2SO4→Br2+K2SO4+H2O

4) KMnO4+Na2SO3+NaOH→Na2MnO4+ K2SO4+ H2O

5) Cr2O3+KNO3+KOH→K2CrO4+KNO2+ H2O

6) FeSO4+KMnO4+ H2SO4→ K2SO4+MnSO4+Fe2(SO4)3+ H2O

7) Br2+HClO+ H2O →HBrO3+HCl

8) H2S+ H2SO3→S+ H2O

9) MnO2+KClO3+KOH→ K2MnO4+KCl+ H2O

10) Cu2S+HNO3→Cu(NO3)2+ H2SO4+NO+ H2O

87. Составить два элемента, в одном из которых медь являлась бы катодом, а в другом – анодом. Написать уравнения реакций, проходящих при работе этих элементов, и указать приблизительные величины их электродвижущих сил.

88. Гальванический элемент состоит из магниевой и железной пластинок, погруженных в молярные растворы солей этих металлов. Определить э.д.с. элемента. Какой из металлов расходуется при работе элемента? Выразить молекулярным и ионным уравнениями проходящую при этом реакцию.

Ответ: 1,93 В.

89. Гальванический элемент состоит из серебряного электрода, погруженного в 1 М раствор азотнокислого серебра, и нормального водородного электрода. Какие химические процессы будут происходить у электродов этого элемента при его работе? Определить величину его э.д.с.

Ответ: 0,8 В.

90. Какие химические процессы происходят у электродов при работе гальванического элемента, состоящего из медной и серебряной пластинок, погруженных в молярные растворы азотнокислой меди и азотнокислого серебра? Указать величину э.д.с этого элемента.

Ответ: 0,46 В.

17

91.Рассчитать э.д.с. элемента, образованного никелевым электродом, погруженным в 0,1 М раствор сернокислого никеля,

имедным электродом, погруженным в 0,2 М раствор сернокислой меди. Выразить молекулярным и ионным уравнениями происходящую при работе элемента реакцию.

Ответ: 0,61 В.

92.Какие процессы будут происходить у электродов при работе гальванического элемента, составленного из пластинок алюминия и серебра, погруженных: первая в 0,01 М раствор алюминиевой соли, а вторая – в 2 М раствор азотнокислого серебра? Какова будет э.д.с. этого элемента?

Ответ: 2,52 В.

93.Электродвижущая сила элемента, состоящего из медного

исвинцового электродов, опущенных в молярные растворы соответствующих солей, равна 0,47 В. Изменится ли величина электродвижущей силы, если взять 0,001 М растворы? Ответ подтвердить расчетом.

94.Составить схему гальванического элемента, содержащего кадмиевую пластинку, погруженную в 1 М раствор соли кадмия,

имедную пластинку, погруженную в 0,001 М раствор соли меди. Записать уравнения процессов на электродах и определить э.д.с.

Ответ: 0,68 В.

95.Железная и цинковая пластинки, будучи погружены каждая в отдельности в разбавленную серную кислоту, растворяются в ней с выделением водорода. Что изменится, если опустить их обе одновременно в сосуд с кислотой, соединив концы проводником? Будут ли они обе растворяться? У поверхности какой пластины будет выделяться водород? Ответ мотивируйте.

18

6.Законы электролиза

96.Определить время электротехнического меднения и

необходимое для нанесения пленки меди толщиной 10 мкм при плотности тока j=10-2 А/см2. Выход по току равен 100%. Плотность меди равен 8,9 кг/м3.

Ответ: 2705 с.

97.Какой толщины слой алюминия растворяется при анодном полировании подложки площадью 10 см2 при силе тока

1 А в течение 30 мин. Выход по току 50%. Плотность алюминия равна 2,7 кг/м3.

Ответ: 31 мкм.

98.Сколько времени потребуется для растворения пленки никеля толщиной 1 мкм с площади 1 см2 при силе тока 10-2А? Выход по току 50%. Плотность никеля – 8,8·103 кг/м3.

Ответ: 575 с.

99.Определить время, необходимое для нанесения пленки никеля толщиной 1 мкм на подложку площадью 100 см2. Сила тока 1 А. Выход по току 60%. Плотность никеля – 8,8·103 кг/м3.

Ответ: 482 с.

100.Какой толщины пленка золота образуется при электролизе раствора HAuCl4 при плотности тока j=10-1 А/см2 и времени 30 мин? Выход по току 100%. Плотность золота –

19,3·103 кг/м3.

Ответ: 63,5 мкм.

101.Сколько времени требуется для получения катодного

слоя индия толщиной 10 мкм из электролита, содержащего сульфит индия, на пластине площадью 5 см2 и силе тока 0,5 А? Выход по току 70%. Плотность индия – 7,4·103 кг/м3.

Ответ: 177 с.

102.Рассчитать силу тока, необходимую для растворения медной фольги толщиной 100 мкм с площади 1 см2 в течение 90 секунд. Выход по току 100%. Плотность меди – 8,9·103 кг/м3.

Ответ: 3 А.

19

103.Рассчитать время лужения медной платы в электролите, содержащем хлорид олова (II). Площадь платы 10 см2 , сила тока

0,5 А. Толщина слоя олова 20 мкм. Выход по току 100%. Плотность олова – 7,3·103 кг/м3.

Ответ: 475 с.

104.На сколько уменьшится толщина никелевого анода площадью 10 см2 при его электрохимическом травлении в

течение 1 часа при силе тока 0,1 А? Выход по току 60%. Плотность никеля – 8,8·103 кг/м3.

Ответ: 7,5 мкм.

105.Серебрение пластины проводилось в течение 0,5 часа при плотности тока 10-2А/см2. Определить толщину покрытия. Выход по току 50%. Плотность серебра – 10,5·103 кг/м3.

Ответ: 9,5 мкм.

20