Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Методичка к защитам по химии

.pdf
Скачиваний:
1281
Добавлен:
10.02.2015
Размер:
1.07 Mб
Скачать

В задачах 61–80 рассчитайте изменение энергии активации некоторой реакции, протекающей при 80 °С в присутствии катали- затора со скоростью r1, если известно, как уменьшается скорость реакции без катализатора r2 при той же температуре.

r1/ r2

r1/ r2

r1/ r2

r1/ r2

п/п

п/п

п/п

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

61

50

66

400

71

200

76

42

 

 

 

 

 

 

 

 

62

100

67

700

72

21

77

30,5

 

 

 

 

 

 

 

 

63

84,2

68

74

73

500

78

800

 

 

 

 

 

 

 

 

64

300

69

1000

74

93,6

79

63

 

 

 

 

 

 

 

 

65

38

70

29

75

600

80

5000

 

 

 

 

 

 

 

 

В задачах 81–100 рассчитайте время протекания реакции пер- вого порядка в присутствии катализатора при температуре 450 °С до степени завершения 90 %, если известно аналогичное время протекания этой реакции и энергия активации без катализатора Ea,

а также значение уменьшения энергии активации Ea

при исполь-

зовании катализатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t, ч

Еа,

Еа,

t, ч

Еа,

 

Еа,

п/п

кДж/моль

кДж/моль

п/п

кДж/моль

 

кДж/моль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

81

1

80

20

91

168

180

 

90

 

 

 

 

 

 

 

 

 

82

8

240

140

92

720

204

 

146

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83

12

160

80

93

1

45

 

86

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84

24

120

60

94

8

86

 

46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

85

168

60

30

95

12

120

 

65

 

 

 

 

 

 

 

 

 

86

720

300

200

96

24

280

 

136

 

 

 

 

 

 

 

 

 

87

1

60

40

97

168

136

 

72

 

 

 

 

 

 

 

 

 

88

8

120

80

98

720

75

 

54

 

 

 

 

 

 

 

 

 

89

12

80

35

99

1

126

 

250

 

 

 

 

 

 

 

 

 

90

24

240

200

100

8

250

 

154

 

 

 

 

 

 

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

В задачах 1–20 определите стандартное изменение энергии Гиббса rGT0 при заданной температуре Т (приложение 2). Укажи-

те, в каком направлении (прямом или обратном) протекает реакция и как изменится направление реакции при увеличении или умень- шении: a) температуры; б) давления.

Уравнение реакции

Т, К

п/п

 

 

 

 

 

1

2 Cl2 + 2H2O 4HCl + O2

800

2

H2 + Cl2 2HCl

2000

3

2NO + Cl2 2NOCl

570

4

PCl3 + Cl2 PCl5

400

5

H2 + Br2 2HBr

1150

6

2CO + O2 2CO2

2000

7

CO + Cl2 COCl2

1100

8

2NO + O22NO2

690

9

N2 + O2 2NO

4000

10

CO + 2 H2 CH3OH

380

11

2CO + 2H2 CH3 COOH

680

12

C2H4 + H2O C2H5OH

310

13

CH4 + 4 Cl2 CCl4 + 4HCl

6650

14

N2 + 3 H2 2NH3

450

15

C2H4 + H2 C2H6

1050

16

2SO2 + O2 2SO3

510

17

2NO2 N2O4

600

18

H2O + CO CO2 +H2

3000

19

2H2S +3O2 2 SO2 + 2H2O

600

20

2CH4 C2H2 + 3H2

1900

В задачах 21–40 для обратимой гомогенной или гетерогенной реакции определите температуру, при которой в системе наступает равновесие. Напишите выражение константы равновесия Kс или Kр. Укажите, в каком направлении будет смещаться равновесие

41

реакции при увеличении или уменьшении: а) температуры; б) дав- ления.

Уравнение реакции

п/п

 

 

 

21

C2H4(г) + H2O(г) C2H5OH(г)

22

FeO(кр) + C(кр ) Fe (кр ) + CO(г )

23

2 CH4(г) C2H2(г) + 3 H2(г)

24

NH4Cl(кр) NH3( г) + HCl(г)

25

2NO2(г) N2O4(г)

26

2MnO2 (кр) 2MnO(кр ) + O2 (г )

27

N2(г) + O2(г) 2NO(г)

28

CaCO3( кр) CaO(кр) + CO2(г)

29

SiO2( кр) + 2H2(г) Si(кр) + 2H2O(г)

30

3Fe(кр) + 4 H2O(г) Fe3O4 (кр) + 4H2(г)

31

2Cl2 (г) + 2H2O(г) 4HCl(г) + O2(г)

32

N2(г) + 3 H2(г) 2NH3(г)

33

2H2S(г) + 3O2(г) 2 SO2(г) + 2 H2O(г)

34

PCl3(г) + Cl2(г) PCl5(г)

35

H2 O(г) + C(кр ) CO(г) + H2(г)

36

2Cu(кр) +O2(г) + CO2(г) +H2O(ж) Cu2(OH)2CO3(кр)

37

2CO(г) + 2H2(г) CH3 COOH(г)

 

 

38

4FeO( кр) + O2(г) 2Fe2O3(кр)

39

Сa(OH)2(кр) CaO(кр) + H2O(г)

40

2 NO(г) + O2(г) 2 NO2(г)

В задачах 41–60 определите для данной газофазной реакции aА + bB cC + dD температуру, при которой в системе устанавли- вается равновесие. Рассчитайте равновесный состав смеси (моль/л) при этой температуре, если известны начальные концентрации реа- гентов A и B, а продукты реакции C и D в исходной смеси отсутст- вуют. Термодинамическую константу равновесия K 0 при темпера- туре равновесия примите равной константе равновесия KX.

42

Уравнение реакции

Концентрация, моль/л

п/п

 

 

 

A

B

 

 

 

 

 

 

41

N2 2N

0,5

 

 

 

 

42

SO2Cl2 SO2 + Cl2

2,0

 

 

 

 

43

2O O2

1,0

 

 

 

 

44

PCl3 + Cl2 PCl5

1,6

1,0

 

 

 

 

45

N2O42 NO2

2,0

 

 

 

 

46

2NO2 2 NO + O2

1,0

 

 

 

 

47

CO + Cl2 COCl2

1,8

0,8

 

 

 

 

48

CO2 + H2 CO + H2O

2,5

2,2

 

 

 

 

49

N2 + O2 2NO

1,2

0,8

 

 

 

 

50

SO2 + Cl2 SO2Cl2

0,6

0,6

 

 

 

 

51

CH4 + H2O CO + 3H2

1,4

1,5

 

 

 

 

52

C2H4 + H2O C2H5OH

0,7

0,7

 

 

 

 

53

CH4 + CH3Cl C2H6 + HCl

2,1

1,9

 

 

 

 

54

2CH4 C2H2 + 3 H2

1,8

 

 

 

 

55

PCl5 PCl3 + Cl2

1,8

 

 

 

 

56

COCl2 CO + Cl2

3,0

 

 

 

 

57

2NO2 N2O4

1,0

 

 

 

 

58

H2O + CO CO2 + H2

1,2

1,2

 

 

 

 

59

CO2 + H2 CO + H2O

0,5

0,3

 

 

 

 

60

CH4 + CO2 2CO + 2H2

1,4

0,9

 

 

 

 

В задачах 61–80 рассчитайте константы равновесия Kс, Kр и KХ для газофазной реакции, протекающей в реакторе объемом V при температуре Т, давлении Р и введении n1 (моль) первого реа- гента и n2 (моль) второго реагента. Равновесие в системе наступи- ло, когда в указанном объеме реактора прореагировало количество вещества а (моль) первого реагента.

43

Уравнение реакции

V, л

T, K

P 10–5,

n1,

n2,

а,

п/п

 

 

 

Па

моль

моль

моль

61

H2O + CO CO2 + H2

10

573

2

2

3

1,7

62

H2 + Br2 2 HBr

2

703

10

5

4

3,2

63

H2 + F2 2HF

8

1200

7,5

6

5,3

4,7

64

N2 + O2 2 NO

6

483

4,5

10

12

8,5

65

2NO + O2 2NO2

12

380

1,2

8

6

4,8

66

2CO + 2 H2 CH3 COOH

5

413

3

3

4

2,2

67

CH4 + CH3Cl C2H6 + HCl

10

1230

12

13

15

9,5

68

CH4 + 4 Cl2 CCl4 + 4 HCl

20

1000

4

2

6

1,2

69

2 CH4C2H2 + 3 H2

4

1450

5,8

4,2

1,2

70

2H2S + 3O2 2SO2 +2H2O

7

683

6

4

2

0,4

71

CH4 + H2O CO + 3H2

12

690

3

5

8

3,7

72

C2H4 + H2O C2H5OH

8

760

2

4

5

2,8

73

2СF2Cl2 C2F4 + 2Cl2

12

1800

5

5,6

4,4

74

2SO2 + O2 2SO3

11

1200

3

4,8

3

3,2

75

NO + 0,5 O2 NO2

8

480

1,6

5,8

3,2

2,0

76

N2 + 3 H2 2 NH3

5

420

8,5

2,5

8,2

2,1

77

H2 + 0,5O2 H2O

4

520

2,6

2,8

2

2,2

78

CS2 + 3O2 CO2 + 2SO2

6

1100

1,4

1,6

6,2

1,4

79

2Cl2 + 2H2O 4HCl + O2

2

380

1,2

2,2

3

0,8

80

4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O

10

1200

3,6

4,4

6,0

1,0

В задачах 81–100 рассчитайте для обратимой гетерогенной реакции стандартную константу равновесия K 0 при указанной тем- пературе Т. Укажите направление реакции при этой температуре. Напишите выражение константы равновесия Kр. Определите число степеней свободы, покажите, как применить его к указанной сис- теме.

Уравнение реакции

Т, К

п/п

 

 

 

 

 

81

FeO(т) + C(т) Fe (т) + CO(г)

1000

82

SiO2(т) + 2H2(г) Si(т) +2H2O(г)

4000

83

2MnO(т) + O2(г) 2MnO2(т)

1300

 

 

 

84

CaCO3(т) CaO(т) + CO2(г)

1200

44

 

 

Окончание

 

 

 

 

Уравнение реакции

 

Т, К

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

85

3Fe( т) + 4H2O(г) Fe3O4(т) + 4 H2(г)

 

900

86

4Al(т) + 3O2(г) 2Al2O3(т)

 

5500

87

2MoO2(т) + 6CO(г) Mo2C(т) + 5CO2(г)

 

1000

88

2Cu(т) +O2(г) + CO2(г) + H2O(ж) Cu2(OH)2CO3(т)

 

300

89

Ag(т) + (NO3)(р-р) + 2H+(рр) Ag+(рр) + NO2(г) + H2O(ж)

 

305

90

MnO(т) + C(т) Mn(т) + CO(г)

 

1500

91

Ni(OH)2(т) NiO(т) + H2O(г)

 

500

92

Sn(т) + O2(г) SnO2(т)

 

2500

93

2SnO(т) + O2(г) 2SnO2(т)

 

2500

94

NiO(т) + C(графит) Ni(т) + CO(г)

 

1000

95

NH4Cl(т) NH3(г) + HCl(г)

 

600

96

CuSO4·5H2O(т) CuSO4(т) + 5H2O(г)

 

410

97

C(т) + H2O(г) CO(г) + H2(г)

 

960

98

MnO(т) + 2HCl(г) MnCl2(т) + H2O(г)

 

1100

99

MnO2(т) + 2C(т) Mn(т) + 2CO(г)

 

1000

100

Cu2+(р-р) + 4NH3(г) [Cu(NH3)4]2+(р-р)

 

300

Взадачах 101–120 для обратимой гомогенной реакции aA +

+bB cC + dD при известных равновесных концентрациях неко- торых веществ, находящихся в равновесной системе, и известной константе равновесия Kс рассчитайте: а) равновесные концентра- ции остальных веществ; б) начальные концентрации реагентов A и B. Исходная система не содержит продуктов реакции C и D.

 

 

Равновесные концентрации,

Уравнение реакции

Kс

 

моль/л

 

п/п

 

 

 

 

A

B

C

D

 

 

 

101

H2O + CO CO2 + H2

20,0

0,1

?

0,4

?

102

2 HBr H2 + Br2

14,06

?

?

1,5

103

2HF H2 + F2

12,25

?

6,3

?

104

2NO2 2NO + O2

38,11

?

?

2,9

105

2NOBr 2NO + Br2

2,11

?

0,3

?

45

 

 

 

 

 

Окончание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Равновесные концентрации,

 

Уравнение реакции

Kс

 

моль/л

 

 

п/п

 

 

 

 

 

A

В

C

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

106

C2H5Cl C2H4 + HCl

8,64

?

?

1,1

 

107

2CH4 C2H2 + 3 H2

0,69

?

0,4

?

 

108

CH4 + 4 Cl2 CCl4 + 4HCl

633,67

?

1,0

1,3

?

 

109

2CH4 C2H2 + 3 H2

42,19

?

?

1,5

 

110

2H2S + O2 2SO2 + H2O

16,57

0,4

?

?

0,9

 

111

CH4 + H2O CO + 3H2

23,53

?

1,4

?

3,3

 

112

C2H4 + H2O C2H5OH

5,00

0,6

?

2,7

 

113

2СF2Cl2 C2F4 + 2 Cl2

112,3

?

?

3,3

 

114

2SO3 2SO2 + O2

19,29

?

?

2,5

 

115

2NO2 2NO + O2

57,88

?

?

2,1

 

116

2NH3 N2 + 3 H2

7,68

?

0,4

?

 

117

2H2O 2H2 + O2

0,02

?

0,01

?

 

118

CS2 + 3O2 CO2 + 2SO2

77,76

?

0,5

0,9

?

 

119

2Cl2 + 2H2O 4HCl + O2

54,17

?

1,1

1,6

?

 

120

Cl2 + H2 2HCl

72,00

0,1

0,2

?

 

РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

В задачах 1–20 рассчитайте молярную концентрацию раство- ра сильной кислоты НА (Н2А) или сильного основания МОН (М(ОН)2), если известно значение рН раствора, а электролит дис- социирует полностью.

рН, НА

рН, Н2А

рН, МОН

рН, М(ОН)2

п/п

п/п

п/п

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1,64

6

1,64

11

11,87

16

10,87

2

2,11

7

2,11

12

12,46

17

11,46

3

1,43

8

1,43

13

11,26

18

11,26

4

2,28

9

2,28

14

11,74

19

10,74

5

1,36

10

1,36

15

112,56

20

11,56

46

Взадачах 21–30 рассчитайте рН раствора объемом 2,5 л, если

внем содержится 0,0032 моля HNO3 и n молей HCl либо H2SO4. Диссоциацию кислот считайте полной.

n(HCl)

n(H2SO4)

п/п

п/п

 

 

 

 

 

 

21

0,0015

26

0,0015

 

 

 

 

22

0,0083

27

0,0083

 

 

 

 

23

0,0027

28

0,0027

 

 

 

 

24

0,0034

29

0,0034

 

 

 

 

25

0,0051

30

0,0051

 

 

 

 

В задачах 31–40 вычислите рН и рОН раствора сильного элек- тролита, зная массовую долю , плотность раствора и принимая степень диссоциации электролита = 1. Напишите уравнение пол- ной диссоциации.

Электролит

, %

, кг/м3

п/п

 

 

 

31

NaOH

1,059

1000

 

 

 

 

32

KOH

2,93

1025

 

 

 

 

33

HCl

3,374

1015

 

 

 

 

34

HNO3

2,164

1010

35

H2SO4

0,986

1005

Электролит

, %

 

, кг/м3

п/п

 

 

 

 

36

HClO4

3,610

 

1020

37

NaOH

1,045

1010

 

 

 

 

38

KOH

0,197

1000

 

 

 

 

39

HCl

1,731

1010

 

 

 

 

40

HNO3

0,329

1000

В задачах 41–50 напишите уравнение реакции и вычислите рН конечного раствора, приготовленного смешением 200 мл 0,1М раствора первого реагента и 100 мл 0,2М раствора второго реаген- та с последующим разбавлением до 10 л. Реагенты сильные электролиты, диссоциирующие полностью.

1-й реагент

2-й реагент

п/п

 

 

 

41

HCl

Ba(OH)2

42

NaOH

HNO3

43

KOH

H2SeO4

44

Ba(OH)2

HI

45

H2SO4

Ca(OH)2

1-й реагент

2-й реагент

п/п

 

 

 

 

 

46

LiOH

H2SO4

47

CsOH

H2SeO4

48

HClO4

RbOH

49

RbOH

HI

 

 

 

50

HBr

Sr(OH)2

47

В задачах 51–60 вычислите концентрации ионов Н+, ОН, зна- чения рН, рОН и степень диссоциации слабого электролита в рас- творе с заданной концентрацией при диссоциации по первой сту- пени. Напишите уравнение диссоциации (константы см. в прило- жении 3).

Электролит

Концентрация

Электролит

Концентрация

п/п

раствора

п/п

раствора

 

 

 

 

 

 

 

 

51

HNO2

0,05 М

56

H2SO3

0,05М

 

 

 

 

 

 

52

HF

0,3 М

57

HCOOH

0,1н

 

 

 

 

 

 

53

H2CO3

0,1 М

58

Mg(OH)2

1,0М

 

 

 

 

 

 

54

CH3COOH

0,2 н.

59

H2CO3

0,005н

 

 

 

 

 

 

55

NH4OH

1,0 н.

60

H2S

0,005М

 

 

 

 

 

 

В задачах 61–70 найдите молярную концентрацию раствора кислоты исходя из значения ее степени диссоциации по первой ступени. Напишите уравнение диссоциации (константы диссоциа- ции кислот см. в приложении 3).

Кислота

, %

Кислота

, %

п/п

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

61

HNO2

10

66

CH3COOH

4

 

 

 

 

 

 

62

HF

5

67

HClO

0,08

 

 

 

 

 

 

63

H2C2O4

9

68

H2CO3

0,173

 

 

 

 

 

 

64

HCOOH

6,7

69

HCN

0,1

 

 

 

 

 

 

65

H2S

0,5

70

H2SO3

3

 

 

 

 

 

 

В задачах 71–80 рассчитайте степень диссоциации слабого электролита (по первой ступени) в 0,1М растворе и ее изменение в присутствии сильного электролита с заданной молярной концен- трацией С. Диссоциацию сильного электролита считайте полной. Напишите уравнение диссоциации слабого электролита (констан- ты диссоциации слабых электролитов см. в приложении 3).

48

Слабый

Сильный

С

Слабый

Сильный

С

п/п

электролит

электролит

п/п

электролит

электролит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

71

HCOOH

HCOOК

0,5

76

H2CO3

Na2CO3

0,2

72

HNO2

HBr

0,01

77

HCN

KCN

0,05

73

HF

NaF

0,04

78

NH4OH

NaOH

0,1

74

CH3COOH

HCl

08

79

HClO

NaClO

0,15

75

H2S

Na2S

0,15

80

NH4OH

NH4Cl

0,5

В задачах 81–90 рассчитайте значение произведения раство- римости (ПР), если известна растворимость S вещества в воде при

Т = const.

Вещество

S, моль/л

Вещество

S, моль/л

п/п

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

81

М2А

1,2 10–3

86

МА3

7,9 10–5

82

МА3

2,7 10–4

87

МА4

1,2 10–3

83

МА4

3,4 10–2

88

М2А3

2,7 10–4

84

М2А3

5,6 10–6

89

М2А

5,6 10–6

85

М2А

8,3 10–4

90

МА3

8,3 10–4

В задачах 91–100 найдите равновесную молярную концентра- цию катионов и анионов в насыщенном растворе малораствори- мых солей при Т = const.

Соль

ПР

Соль

ПР

п/п

п/п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,5 10–9

91

Ag2MoO4

2,8 10–12

96

MgF2

 

 

 

 

 

8,0 10–6

92

Tl2C2O4

2 10–4

97

Pb(BrO3)2

 

 

 

 

 

1 10–10

93

Ag2CrO4

1,1 10–12

98

Ag2Cr2O7

 

 

 

 

 

3,2 10–9

94

BaF2

1,1 10–6

99

Li3PO4

 

 

 

 

 

2,0 10–29

95

Ca(IO3)2

7,0 10–7

100

Ca3(PO4)2

 

 

 

 

 

 

В задачах 101–110 определите рН насыщенного раствора труднорастворимого гидроксида при заданном значении ПР, если

Т = const.

49