Методичка по общей химии
.pdf
I2 |
|
+ |
крахмал |
[крахмал .I2] |
|
|
|
буро-желтый |
|
бесцветный |
|
синий |
|
|
|
Исходя из |
принципа |
Ле Шателье, ответьте на вопрос: |
|
экзоили |
|
|
|
эндотермической |
является |
реакция |
образования йодокрахмала |
и реак- |
|
|
|
|
|
17 |
|
иона называют активностью (а) иона (i). Она равна аi = ƒ.Ci,
где ƒ − коэффициент активности. Коэффициент активности для различных ионов изменяется при изменении концентрации раствора: в концен-трированных растворах ƒ < 1, а в разбавленных приближается к единице.
Раствор электролита характеризуется ионной силой
раствора (I), которая вычисляется по уравнению
|
1 |
n |
|
|
|
|
|
I (p-pa) = |
|
∑ Ci Zi2 , где |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
i=1 |
|
|
|
|
Ci |
− молярная концентрация i-того иона; |
|
|||||
Z i |
− заряд i-того иона в единицах заряда электрона. |
||||||
|
Между коэффициентом активности и ионной силой |
||||||
раствора суще-ствует зависимость: |
lgf = −0,5Zi2 |
I |
|||||
|
В отличие от сильных электролитов в водных растворах |
||||||
слабых |
электролитов |
не |
все |
молекулы |
электролита |
||
распадаются на ионы, а лишь небольшая их часть. Этот процесс количественно характеризу-ется степенью электролитической диссоциации (α), которая в зависи-мости от силы электролита принимает значения 0 < α < 1; для силь-ных электролитов α > 0,3, для слабых α < 0,03, а для
электролитов средней силы 0,03 < α < 0,3. Степень
электролитической диссоциа-ции равна α = NiN = CCi = vvi , где
Ni − число молекул электролита, распавшихся на ионы;
N − общее число молекул электролита в растворе (число молекул электролита, введенных в растворитель);
Сi |
− |
молярная |
концентрация |
молекул |
электролита, |
распавшихся на ионы; |
|
|
|
||
С − молярная концентрация электролита; |
|
||||
νi − |
количество вещества электролита, распавшегося на |
||||
ионы; |
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
|
|
ν − количество вещества электролита, введённого в |
|||||
раствор. |
|
|
|
|
|
|
Степень электролитической |
диссоциации |
зависит от |
||
ряда пара-метров, в том числе от концентрации, что делает её неудобной вели-чиной для количественной характеристики процесса диссоциации. Независящей от концентрации слабого электролита в растворе явля-ется константа диссоциации. В
растворе слабого электролита (кисло-ты HAn или основания
KtOH) |
устанавливается |
химическое |
равнове-сие: |
|
HAn |
H+ + An− (1) |
|
|
|
|
KtOH |
Kt+ + OH− (2) |
|
|
количественно характеризуемое константой диссоциации: Kа − |
||||
для слабой кислоты HAn, |
Kb − для слабого основания KtOH. |
|||
K и α связаны между собой. Согласно закона Оствальда: |
||||
для сла-бой кислоты Ka = |
α2 C |
. При 1− α ≈ 1, Ka |
= α2.С; для |
|
1 - α |
||||
слабого основа-ния |
Kb = |
α2 C |
, при 1− α ≈ 1, Kb |
= α2.С. |
1 - α |
Следовательно, для одноос-новной слабой кислоты: [H+]
= Ka C , [H+] = C.α, [H+] = Kαa . Для слабого
однокислотного основания: [OH−] = Kb C , [OH−] = C.α,
[OH−] = Kαb .
Задачи с решениями.
1. Вычислите константу диссоциации уксусной кислоты, если
α для 0,1 М раствора её равна 1,35%.
Дано: |
Решение: |
|
С(СН3СООН) = 0,1 M |
CH3COOH |
CH3COO− + H+ |
α = 1,35% = 0,0135 |
Ka = α2.С; Ka = (1,35.10−2)2.0,1 = |
|
Ka = ? |
1,82.10−5 |
|
|
Ответ: Ka = 1,82.10−5. |
|
|
83 |
|
7 − 9. В каком направлении сместится равновесие реакции:
CO2 (г) + C(т) 2CO(г) , ∆Hо298
> 0
7)при увеличении давления?
8)при уменьшении температуры?
9)при частичном удалении углерода из реакционной
смеси?
a) влево; |
|
|
б) вправо; |
|
|
в) не сместится |
|||||||
Ответы на задания образца билета ТК: |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер вопроса |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
5 |
6 |
|
7 |
|
8 |
9 |
Код ответа |
|
а |
а |
в |
б |
|
б |
в |
|
а |
|
а |
в |
Лабораторные работы
по теме: Химическое равновесие.
Работа 1. Смещение химического равновесия при изменении
концентрации |
реагирующих веществ. |
|
Для опыта воспользуемся реакцией образования железа |
||
(III) тио-ционата: |
FeCl3 + 3KCNS |
Fe(CNS)3 + |
3KCl |
|
|
Раствор Fe(CNS)3 − интенсивно красного цвета, раствор FeCl3
− желт-оватый, а растворы KCNS и KCl − бесцветны.
При изменении концентрации Fe(CNS)3 окраска раствора
изме-няется, |
что |
позволяет |
визуально |
установить |
||||
направление смещения равновесия. |
|
|
|
|||||
В журнале для записи и анализа наблюдений |
|
|||||||
подготовьте таблицу по следующей форме: |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Пробирк |
|
Добавлено |
|
Изменение |
|
Вывод о направлении |
||
а |
|
в пробирку |
интенсивности |
смещения равновесия |
||||
|
|
|
|
|
окраски |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
FeCl3(p) |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
KCNS(р) |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
KCl(т) |
|
|
|
|
|
|
4 |
|
— |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
82 |
|
|
|
ществ |
можно |
сместить |
вправо |
равновесие |
реакции: |
|||
CO2(г)+C(графит) 2CO(г). |
|
|
|
|
|
|||
30. В каком направлении сместится равновесие реакции A2 (г) |
||||||||
+ B2 (г) |
|
2AB(г), |
если давление увеличить в 2 раза и |
|||||
одновременно повысить температуру на 100? Температурные коэффициенты скорости прямой и обратной реакций равны
соответственно 2 и 3. Каков знак ∆Hо этой реакции? Ответ:
влево, ∆Hо < 0.
Образец билета тестированного контроля
по теме: Химическая кинетика и химическое равновесие. 1. Чему равна скорость реакции: 2ZnS(т) + 3O2 (г) → 2ZnO(т) +
2SO2 (г) |
|
|
a) k.C3(O2) |
б) k.C2(ZnS).C3(O2) |
в) |
|
k.C(ZnS).C(O2) |
|
2. Как изменится скорость вышеприведённой реакции, если
умень-шить объём реакционного сосуда в 2 раза? Ответ
подтвердите рас-чётом. |
|
|
|
а) увеличится в 8 раз; |
б) уменьшится в 2 раза; |
в) не |
|
|
изменится. |
|
|
3. От |
каких факторов |
не зависит константа |
скорости |
реакции? |
|
|
|
а) |
от температуры; |
б) от катализатора; в) от |
|
концентрации веществ.
4. Скорость химической реакции при 200С равна 1 моль/л.с.
Вы-числите скорость реакции при 600С, если температурный
коэф-фициент равен 3. |
|
|
|
а) |
27 моль/л.с; |
б) 81 моль/л.с; |
в) |
5. |
Реакция 2SO2 + O2 |
12 моль/л.с. |
|
2SO3 имеет энергию |
активации 60 |
||
ккал/моль и 15 ккал/моль. В каком случае она протекает в присут-ствии катализатора?
а) в первом случае;
б) во втором случае;
в) катализатор не участвует в реакции
6.Чему равна константа равновесия для реакции: A(ж) + 2B(т)
C(ж)?
a) |
|
[A][B]2 |
б) |
|
[C] |
|
|
в) |
|
[C] |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
[C] |
|
[A][B]2 |
|
|
[A] |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. В 1 л 0,01 М раствора уксусной |
кислоты содержится |
|||||||||||||||||
6,26.1021 |
её |
молекул |
и ионов. Определите изотонический |
|||||||||||||||
коэффициент и степень диссоциации СН3СООН. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
Дано: |
|
|
|
|
|
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
V(p-pa) = 1 л |
|
|
|
CH3COOH |
CH3COO− + H+ |
|||||||||||||
C(CH3COOH) = 0,01 M |
1) ν(CH3COOH) = C.V(р-ра) = 0,01 |
|||||||||||||||||
N(всех частиц) = |
моль |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
6,26.1021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
2) N (молекул) = 6,02.1023.0,01 = |
|||||||||||||
i = ? |
|
|
|
|
|
6,02.1021 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
α = ? |
|
|
|
|
|
3) i = |
N(всех частиц) |
= |
6,2610 |
21 |
|
= 1,04 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
N (молекул) |
6,0210 |
21 |
|
|||||||
|
i−1 1,04 -1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4) α = |
= 0,04 или 4%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
n−1 |
2-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Ответ: i = 1,04; α = 4%.
3. Вычислите ионную силу раствора, содержащего в 1 л воды
0,005 моль Cu(NO3)2 |
и 0,001 моль Al2(SO4)3 и активность |
|||||||
ионов Cu2+ в растворе (ρ = 1 г/мл). |
|
|||||||
Дано: |
|
Решение: |
= Cu2+ + 2NO3− |
|
||||
|
|
|||||||
ν(Cu(NO3)2) = 0,005 |
|
Cu(NO3)2 |
(1) |
|||||
моль |
|
Al2(SO4)3 |
|
= 2 Al3+ + 3 SO42− (2) |
||||
ν(Al2(SO4)3) = 0,001 |
|
|
|
1 |
n |
|
|
|
моль |
|
I = |
|
∑ Zi2 Ci |
|
|||
|
|
|||||||
|
|
|
2 i=1 |
|
|
|
||
V(H2O) = 1 л |
|
С = |
|
|
νi |
|
|
|
ρ = 1 г/мл |
|
i |
|
V(p-p) |
|
|||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
I(p-pa) = ? а(Cu2+) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1)По уравнению (1): ν(Cu2+) = 0,005 моль, ν(NO3−) = 2.0,005 = 0,01моль.
2)По уравнению (2): ν(Al3+) = 2.0,001моль, ν(SO42−) =
3.0,001= 0,003 моль.
3) |
I(p-pa) = |
1 |
[0,005.22 |
+ 0,001 (−1)2 |
+ 0,002.32 |
+ 0,003.( |
|
|
|||||||||||||||||||
2 |
|
||||||||||||||||||||||||||
−2)2] = 0,03 (моль/л). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4) |
а(Cu2+) = f. C(Cu2+); |
lg f = |
|
0,5 Z2 |
I |
= |
|
0,5 4 |
|
0,03 |
= 1,66; f |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
= 0,46. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
а(Cu2+) = 0,46.0,005 = 0,0023 (моль/л). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Ответ: I(p-pa) = 0,03 моль/л; а(Cu2+) = 0,0023 моль/л. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
4. |
Определите |
концентрацию |
ионов ОН− |
и |
|
степень |
|||||||||||||||||||||
диссоциации |
|
|
ам-миака |
в 0,01 М растворе, |
зная |
что |
Kb |
= |
|||||||||||||||||||
1,77.10−5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Дано: |
|
|
|
|
|
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
C(NH3) = 0,01 |
|
|
NH3 + H2O |
|
NH4+ + OH− |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
моль/л |
|
|
|
|
|
[OH−] = |
Kb C ; |
α |
= |
|
Kb / C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Kb = 1,77.10−5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
[OH−] = ?, α = ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
0) |
[OH−] = |
1,7710-5 0,01 = 4,2.10−4 (моль/л); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1,7710-5 |
= 1,7710-3 |
|
|
− |
|
|
|
|
|
[OH-] |
|
|
4,210-4 |
|
|||||||
0) |
α = |
|
|
= 4,2.10 |
2 |
или α= |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
= |
|||||||||||
0,01 |
|
|
C |
|
|
0,01 |
|||||||||||||||||||||
|
|
4,2.10−2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ответ: [OH−] = 4,2.10−4 |
моль/л; α = 4,2.10−2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Вопросы и задачи для самоподготовки.
1.Какие вещества называют электролитами? Чем отличаются водные растворы электролитов от растворов неэлектролитов?
2.Что понимают под электролитической диссоциацией
(ионизацией)?
3. Какие величины являются количественными характеристиками процесса электролитической диссоциации
(ионизации)?
4. На какие группы условно делят электролиты по степени их диссо-циации? Приведите примеры.
5.Что называют активной концентрацией (активностью)? В
каком соотношении она находится с аналитической концентрацией?
6.Что называют коэффициентом активности, и как изменяется его значение при разбавлении раствора?
7.Какими величинами определяется фактор активности для каждого иона и какой формулой выражается эта зависимость?
81
равна единице. В начальный момент концентрации СО2 и Н2
были со-ответственно равны 0,2 и 0,8 моль/л. Вычислите
равновесные концентрации всех |
реагирующих веществ. |
|
Ответ: 0,04; 0,64; 0,16; 0,16 |
моль/л. |
|
23. Для реакции FeO(к) + CO(г) |
Fe(к) + CO2(г) константа |
|
равновесия при 10000С равна 0,5. Начальные концентрации СО и СО2 были соот-ветственно равны 0,05 и 0,01 моль /л.
Найдите их равновесные кон-центрации. Ответ: 0,04 и 0,02
моль/л.
24. Найдите константу равновесия реакции N2O4 2NO2, если началь-ная концентрация N2O4 составляла 0,08 моль/л, а к
моменту наступ-ления равновесия диссоциировало 50% N2O4.
Ответ: 0,16.
25.Будет ли влиять на равновесную концентрацию СО2 в
системе СаСО3(к) СаО(к) + СО2(г) введение дополнительного
количества: а)СО2, б) СаСО3?
26. |
Какие условия будут способствовать большему выходу SO3 |
||
по |
ре-акции SO2 + |
1/2О2 |
SO3; ∆Н0298 = −98,9 кДж/моль? |
Какая масса SО2 израсходуется при образовании SO3 массой 10 |
|||
г? Ответ: 8 г. |
|
|
|
27. |
В какую сторону сместится равновесие реакции: |
||
|
а) 2Н2S(г) |
2H2(г) + S2(к) ; ∆Н = 40,13 кДж |
|
|
б) N2O4(ж) |
2NO2(г); ∆Н = 66,55 кДж |
|
|
в) СО(г) + Н2О(г) |
СО2(г) + Н2(г); ∆Н = −40,96кДж |
|
1)при повышении температуры;
2)при повышении давления?
28.В какую сторону будет смещаться равновесие при повышении тем-пературы в системе:
а) N2 (г) + 3H2 (г) |
2NH3 (г), ∆H0298 = −92,4 кДж |
|
б) 2CO2 (г) |
2CO(г) |
+ O2 (г), ∆H0298 = 566 кДж |
в) 4HCl(г) |
+ O2(г) |
2Cl2(г) + 2H2O(ж) , ∆H0298 = −202,4 |
кДж
29. Укажите, какими изменениями концентрации реагирующих ве-
|
|
|
80 |
|
2− |
(р) |
Нg |
2+ |
− |
г) [НgJ4] |
(р)+ 4I |
(р) |
||
д) Н2О(ж) |
Н+(р)+ ОН− (р) |
|
||
е) 3Fe(к)+ 4Н2О(ж) |
|
Fe3О4(к)+ 4Н2(г) |
||
16. При 4500С константа равновесия реакции Н2 + I2 2НI
равна 50,0. Чему равна константа равновесия реакции
диссоциации НI при той же температуре? Ответ: 0,02.
17. Найдите значение константы равновесия для гомогенной реакции А + В С + D, если исходные концентрации веществ
А и В были равны по 0,8 моль/л, а равновесная концентрация веществ С равны 0,6моль/л. Ответ: 9.
18. Какое значение |
имеют константа равновесия Kр реакции: |
|
2НI(г) |
Н2(г) + I2(г) |
при 4480С, если парциальные равновесные |
давления газов при этой температуре составляют: p(HI) = 40,5 кПа, р(H2) = 75,2кПа, р(I2) = 0,436 кПа? Ответ: 0,02. 19. В системе РСI5(г) РСI3(г) + СI2(г) равновесиe при 500 K
устано-вилось, когда исходная концентрация РСI5, равная I
моль /л, умень-шилась до 0,46 моль/л. Найдите значение Kс
этой реакции при указанной температуре. Ответ: 0,634.
20. Рассчитайте константы равновесия реакции: 4НСI (г)+ О2 (г) 2СI2(г) + 2Н2О(г), если начальные количества веществ были
2,4 моль НСI и 1,2 моль О2, а к моменту наступления равновесия осталось непро-реагировавшим 0,8 моль
хлороводорода. Объём реакционного сосуда равен 4 л. Ответ: 5.
21.Определите константу равновесия реакции: N2(г)+ 3Н2(г)
2NH3(г), если при некоторой температуре в реакционный
сосуд, объёмом 10 л введено 0,05 моль N2 и 0,52 моль Н2, а
к моменту установления рав-новесия образовалось 0,04 моль аммиака. Ответ: 54,8.
22. |
При |
6500С |
константа |
равновесия |
системы |
СО2(г)+Н2(г) |
СО(г)+Н2О(г) |
|
|
|
|
|
|
|
21 |
|
|
8.Что называют ионной силой раствора, и чем она определяется?
9.Запишите соотношения между ионной силой и молярной концен-трацией разбавленных растворов для: а) бинарных электролитов с од-нозарядными и двухзарядными ионами типа
KCl и ZnSO4; б) трех- и четырехионных электролитов типа
Na2SO4 и FeCl3.
10.Как и почему влияет на степень диссоциации слабого электролита введение в его раствор одноименного иона и разбавление раствора?
11.Почему константа диссоциации (ионизации) является более удоб-ной характеристикой электролита по сравнению со степенью диссо-циации?
12.Какой формулой выражается закон разбавления Оствальда?
Како-вы границы применимости закона?
13. |
От каких факторов зависит константа диссоциации |
|
(ионизации)? |
|
|
13. |
В каких случаях Кдисс. = C(электролита).α2. Ответ |
|
|
мотивируйте. |
электролита [Kt+] = C(KtAn), |
15. |
Почему в случае сильного |
|
а в случае слабого электролита |
[Kt+] = C(KtAn) .α? |
|
16.Как найти концентрацию катиона слабого электролита
KtAn, если известны: а) константа диссоциации и молярная концентрация элек-тролита; б) константа и степень диссоциации электролита?
17. Рассчитайте ионную силу раствора K2SO4, молярная концентрация которого равна 0,02 моль/л. Ответ: 0,06
моль/л.
18. Определите ионную силу раствора, содержащего 1,62 г
Са(НСО3)2 в 250 мл раствора. Ответ: 0,28.
19. Вычислите ионную силу раствора, содержащего 2,08 г BaCl2 и 5,85г NaCl в 500 мл раствора. Ответ: 0,26
20. Вычислите ионную силу и активность ионов в растворе,
содер-жащем по 0,01 моль Ca(NO3)2 и CaCl2 в 1 л раствора.
Ответ: 0,06 моль/л; а(Ca2+) = 6,4.10−3, а(Cl−) = а(NO3−) = 1,5.10−2.
21. Степень диссоциации уксусной |
кислоты в |
1N, 0,1N, |
0,01N рас-творах соответственно |
равна 0,42%, |
1,34% и |
4,25%. Вычислите Ka |
|
|
22
для растворов указанных концентраций, докажите, что константа диссоциации не зависит от концентрации раствора. 22. Константа диссоциации HNO2 равна 5,1.10−4. Вычислите степень диссоциации в её 0,01 М растворе и концентрацию ионов Н+.
Ответ: 22,6%; 2,26.10−3моль/л.
23. Константа диссоциации Н3РО4 по первой ступени равна
7,11.10−3. Пренебрегая диссоциацией по другим ступеням,
вычислите концен-трацию ионов Н+ в 0,5 М растворе. Ответ: 5,5.10−2 моль/л.
24. Какова концентрация ионов Н+ в 1N растворе HCN, если её Ka = 4,9.10−10? Сколько (г) ионов содержится в 1,5 л
раствора кислоты?
Ответ: 2,21.10−5моль/л; 5,75.10−4 г.
25. Определите степень диссоциации и концентрацию ионов ОН− в 0,1N растворе NH3, если Kb = 1,77.10−5.
Ответ: 1,33%; 1,33.10−3 моль/л.
26. Во сколько раз концентрация ионов Н+ в 1 N растворе
HNO3 (α = 0,82) больше, чем в 1 N растворе H2SO4 по первой ступени диссоциа-ции (α = 0,51)? Ответ: в 1,6 раза.
27. Сколько воды необходимо добавить к 300 мл 0,2 М
раствора СН3СООН, чтобы степень диссоциации кислоты удвоилась?
Ответ: 900 мл.
28. В 1 мл 0,01 М раствора НСООН содержится 6,82.1018 её молекул и ионов. Определите степень диссоциации кислоты.
Ответ: 13,3%.
Образец билета тестированного контроля
по теме «Свойства растворов электролитов»
0. При какой молярной концентрации раствора степень
диссоциации HNO2 равна 0,2? Kа = 4.10−4. |
|
а) 0,001 |
б) 0,01 |
в) 0,02 |
|
0.Укажите формулу для расчета Ka для кислоты с α <<
0,03.
а) |
α2 C |
б) α2.С |
1 - α |
в) α.С
79
4.Что называют химическим равновесием? Почему оно является ди-намическим? Какие концентрации реагирующих веществ называют равновесными?
5.Что называют константой химического равновесия?
Зависит ли эта величина от природы реагирующих веществ, их концентрации, темпе-ратуры, давления?
6.Объясните, почему числовое значение константы
равновесия опре-деляет глубину превращения исходных веществ в продукты реакции.
7.Почему в выражение для константы равновесия не входят кон-центрации веществ, находящихся в твердой фазе?
8.Какими параметрами характеризуется химическое равновесие? Пе-речислите.
9.Какой процесс называют смещением (сдвигом) химического равно-весия.
10.На конкретных примерах покажите, как смещается равновесие системы под влиянием изменения: а) концентрации одного из реаги-рующих веществ, б) температуры, в)
давления.
11.Скорость какой химической реакции (экзоили эндотермической) больше увеличивается при нагревании равновесной системы?
12.Влияет ли катализатор на положение равновесия и почему? Зави-сит ли константа равновесия от катализатора?
13.Для какой реакции − прямой или обратной − энергия активации больше, если прямая реакция идет с выделением теплоты?
14.Если при данной температуре константа скорости прямой реакции имеет большее значение, чем константа скорости обратной, то какая из них будет экзотермической?
15.Напишите выражение Kр для следующих реакций:
а) 2NО(г)+О2(г) |
2 NО2(г) |
б) СH3СООН(р) |
СН3СОО− (р)+ Н+(р) |
в) МgСО3(к) |
МgО(к)+ СО2(г) |
|
78 |
Решение: |
|
Парциальное давление газа равно общему давлению,
умноженному на объёмную долю газа в смеси, поэтому:
а) р(CO2) = 101,3.0,852 = 86,3 (кПа)
б) p(CO) = 101,3.0,099 = 10,0 (кПа)
в) p(O2) = 101,3.0,049 = 4,9 (кПа)
|
|
|
|
|
|
p2 |
(CO) p(O2) |
|
102 5 |
|
|
|
|
|
|
Kp = |
|
|
= |
|
= 0,067. |
|
|
|
|
|
|
p(CO2) |
86,32 |
|
|||||
Для данной реакции ∆n = 3−2= 1. Тогда Kc = |
|
||||||||||
|
Kp |
= |
0,067 |
=3,6. |
|
|
|
|
|||
|
(RT)∆n |
|
8,31 2273 |
|
|
|
|
||||
Ответ: Kp = 0,067; Kc = 3,6. |
|
|
|
|
|||||||
6. Какими способами в системе: 2SO2 + O2 |
2SO3 − ∆H можно |
||||||||||
сме-щать |
|
равновесие |
в сторону большего выхода SO3 при |
||||||||
заданной кон-центрации SO2? |
|
|
|
|
|||||||
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
По принципу Ле Шателье это достигается: |
|
||||||||||
|
а) |
повышением концентрации О2; |
|
||||||||
б) уменьшением концентрации SO3 (удаления из сферы реакции);
в) повышением давления;
г) понижением температуры до такого ее значения, при котором скорость реакции еще достаточна для относительно быстрого достиже-ния равновесия.
Вопросы и задачи для самоподготовки.
1. Какие реакции называют: а) необратимыми; б) обратимыми;
в) пря-мыми; г) обратными? Приведите соответствующие примеры.
2. Одинаковы или различны значения констант скоростей для пря-мой и обратной реакции? Объясните.
3. Как изменяются скорости прямой и обратной реакции? Чем
обус-ловлено и в какое состояние приводит данную систему?
23
0. Чему равна ионная сила С-молярного раствора NaCl?
а) 0,5 С б) 1 С
в) 2 С 0. От каких факторов зависит константа диссоциации?
а) температуры; б) концентрации; в)
растворимости в воде.
0.Вычислите Ka уксусной кислоты, если степень диссоциации 0,01 молярного раствора при 250С равна 2%.
а) 1,35.10−4 |
б) 1,75.10−5 |
|
в) 9.10−6 |
Ответы на задания образца билета ТК:
Номер вопроса |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Код ответа |
б |
б |
б |
а |
в |
ЗАНЯТИЕ 3.
Тема: Автопротолиз воды. Ионное произведение воды.
Водородный и гидроксильный показатели. Гидролиз солей.
Электростатическое взаимодействие полярных молекул воды при-водит к их самоионизации (автопротолизу): Н2О +
Н2О Н3О+ + ОН−. Протоны перемещаются от одних молекул
воды |
к другим: Н++Н2О Н3О+. В упрощенной форме диссоциацию |
|
воды |
записывают в виде: Н2О |
Н+ + ОН−. При 25°С: [Н+].[ОН−] |
=1.10−14, в чистой воде [Н+] = [ОН−] = 1.10−7 моль/л.
Влогарифмической форме: pH + pOH = 14 , в чистой
воде: pH = pOH = 7, где pH = − lg [H+] , pOH = − lg [OH−],
[H+] − молярная кон-центрация ионов H+, [OH− ] – молярная концентрация ионов ОН−.
В растворе одноосновной сильной кислоты HAn (α = 1): HAn → H+ + An−
[H+] = C(HАn); pH = − lg C(HАn)
В растворе однокислотного сильного основания KtOH (α = 1):
24
KtOH → Kt+ + OH−
[OH−] = C(KtOH); pOH = − lg C(KtOH) pH = 14 − pOH = 14 + lg C(KtOH).
Врастворе одноосновной слабой кислоты: [H+] = C.α
=Ka / С ;
pH= − lg C.α = − lg Ka C
В растворе однокислотного слабого основания: [OH−]=
С.α = Kb C ;
pOH = − lg C.α= − lg Kb C
pH = 14 − pOH = 14 + lg C.α = 14 + lg Kb C
Если при растворении в воде соли образуется слабый электролит (слабая кислота, слабое основание или и то, и
другое), то наблюдается ионный гидролиз, в результате которого равновесие Н2О Н+ + ОН− смещается вправо. В
растворе соли накапливаются ионы Н+ ([Н+]>[ОН−] – среда кислая) или ионы ОН– ([Н+] < [ОН−] − среда щелочная).
В логарифмической форме: pH < 7 − кислая среда, pH > 7 − щелочная среда.
Количественно процесс гидролиза характеризуется константой гид-ролиза (K гидр.) и степенью гидролиза (h):
2 |
hC . При 1 |
|
Kгидр. = h1- |
− h ≈ 1, Kгидр. = h2.C. |
Вслучае гидролиза соли, образованной сильным
|
|
10−14 |
|
основанием и сла-бой кислотой: |
Kгидр. = |
|
. |
|
|||
|
|
Ka |
|
Вслучае гидролиза соли, образованной слабым
|
|
|
|
10−14 |
|||
основанием и силь-ной кислотой: |
Kгидр. |
= |
|
|
. |
||
|
|||||||
|
|
|
|
|
Kb |
||
В случае гидролиза соли, образованной слабым |
|||||||
основанием и |
сла- |
|
|
|
|
|
|
|
77 |
|
|
|
|
|
|
[ AsO34- ] = [H+] |
и пусть равно х |
моль/л, тогда Kс = |
|
|
x2 |
|
|
[HAsO2-] |
|||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
|
=10−12.
x= Kc [HAsO24-] = 10−12 10−4 = 10−8 моль/л.
Ответ: 10−8 моль/л.
4.Чему равна массовая доля водорода и йода,
превращающихся в йодоводород, если они взяты в реакцию по
1 |
моль каждый, а констан-та равновесия при температуре |
||
опыта равна 4? |
|
|
|
Решение: |
|
|
|
Составим таблицу: |
|
|
|
H2 |
+ I2 |
2HI |
|
|
Взято, моль/л |
|
|
1 |
1 |
|
|
|
К моменту равновесия прореагировало |
х |
|
х |
|
|
|
Осталось
1−х 1−х
Образовалось
2х
Если равновесные концентрации водорода и йода составляют 1 − х, а йодоводорода 2х моль/л, то
|
|
[HI]2 |
|
|
2x2 |
|
х = 0,5 (моль/л). |
|
Kс = |
|
= |
|
|
= |
4, |
||
[H2][I2] |
(1−x)2 |
|||||||
Таким |
образом, |
массовые доли Н2 и I2, превратившихся в |
||||||
HI, равны и составляют 50%. |
|
|
||||||
Ответ: 50%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Для |
реакции |
2 |
CO2 |
2CO |
+ O2 при 20000С состав |
|||
равновесной сме-си выражается объёмными долями: 85,2% CO2, 9,9%CO и 4,9%O2, а общее давление в системе составляет
101,3 кПа. Чему равна констан-та равновесия этой реакции при данной температуре, выраженная через:
а) парциальные давления реагирующих веществ (Kp),
б) их молярные концентрации (Kс)? 76
которой температуре равна 0,5. Найдите равновесные концентрации CO и CO2, если начальные концентрации составляли: C(CO2) = 0,05 моль/л; C(CO2) = 0,01 моль/л.
Решение: Kс = [CO[CO]2] = 0,5.
Пусть х моль СО прореагировало, тогда по уравнению реакции из х моль СО получилось х моль СО2.
[CO] = C(CO) − C'(CO) = (0,05 − х) моль/л
[CO2] = C(CO2) − C'(CO) = (0,01 + х) моль/л
|
|
Kс = |
0,01+x |
= |
0,5 |
|
|
0,05−x |
|||
(0,01 + х) = 0,5(0,05 − х); |
0,01 + х |
= 0,025 − 0,5х; 1,5х |
|||
= 0,015; |
|
|
|
|
|
х = |
0,015 |
= 0,01 |
|
|
|
1,5 |
|
|
|
||
[CO] = 0,05 − 0,01 = 0,04 (моль/л) [CO2] = 0,01 + 0,01 = 0,02 (моль/л)
Ответ: [CO] = 0,04 M, [CO2] = 0,02 M.
3. При отравлениях арсенатами в крови обнаруживают HAsO24-
ионы, способные замещать HPO24- ионы в процессе метаболизма.
Рассчитайте равновесную концентрацию AsO34- ионов в водном
растворе, если |
[ HAsO42- ] = 10−4 |
моль/л, а константа |
||||||||
|
2- |
+ |
3- |
|
|
|
0 |
|||
равновесия для реакции HAsO4 |
H + AsO4 |
при 25 равна |
||||||||
10−12. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[H+ ][AsO |
3-] |
|
||||
1) По закону действующих масс: Kс |
= |
|
|
|
4 |
|
= 10−12. |
|||
[HAsO2-] |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
2) По уравнению реакции: |
2- |
|
+ |
|
3- |
|||||
HAsO4 |
H + |
AsO4 |
||||||||
|
25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
бой кислотой: |
K гидр. |
|
|
10−14 |
|
|
|
|
||
= |
|
. |
|
|
|
|
||||
Ka Kb |
|
|
|
|
||||||
Задачи с решениями.
1. Вычислите pH и pOH 0,01 М раствора HCl, если α = 80 %.
Дано: |
Решение: |
|
C(HCl) = |
HCl |
H+ + Cl− |
0,01моль/л |
|
|
|
|
|