Методичка по общей химии
.pdf
α = 80 |
% = 0,8 |
[H+] = C(HCl). α; |
pH = −lg [H+], pOH = |
|
pH = ? |
pOH = ? |
14 |
− pH |
|
|
|
1) |
[H+] = 0,01.0,8 = 8.10−3 (моль/л) |
|
|
|
2) |
pH = − lg 8.10−3 |
= 3 − lg 8 = 3 − 0,9 |
= 2,1
3) pOH = 14 − 2,1 = 11,9
Ответ: pH = 2,1; pОH = 11,9.
2. Вычислите рН 0,001 М раствора СНСООН, зная что Ка = 1,8.10−5.
Дано: |
Решение: |
|
||
С(СН3СООН)=1.10−3 моль/л |
СН3 СООН |
СН3 СОО− + Н+ |
||
Ка = 1,8.10−5 |
рН = − lg [Н+] |
|
||
|
|
|
|
|
рН = ? |
[H+] = Ka C |
|
||
|
|
|
|
|
1)[Н+] = 1,810−5 10−3 = 1,35.10−4 (моль/л)
2)рН = −lg 1,35.10−4 = 4 − 0,13 = 3,87
Ответ: рН = 3,87
3. Вычислите рН раствора, содержащего 0,4 г NaOH в 2 л
раствора (α= 100%).
Дано: |
|
Решение |
: NaOH |
+ |
− |
|||
|
||||||||
m(NaOH) = 0,4 |
|
|
Na |
+ OH |
||||
|
pH = 14 |
− pOH ; |
pOH = − lg [OH−]; |
|||||
г |
|
− |
|
|
|
|
m(NaOH) |
|
V(p-pa) = 2 л |
|
[OH ] = C(NaOH) = |
|
|
||||
M(NaOH) V(p-pa) |
||||||||
α = 100% = 1 |
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
pH =? |
|
1) C(NaOH) = |
|
= 0,005 (моль/л) |
||||
40 2 |
||||||||
|
|
|
26 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2)[OH−] = 0,005 моль/л
3)pOH = − lg 5.10−3 = 3 − lg 5 = 3 − 0,7 = 2,3
4)pH = 14 − 2,3 = 11,7
Ответ: рН = 11,7
4. Вычислите рН 0,1 М раствора NH3, зная что Kb = 1,8.10−5.
Дано: |
Решение: |
|
||||
С(NH3) = 0,1 |
NH3 + H2 O |
NH4+ + OH− |
||||
моль/л |
|
|
pH = 14 − pOH, рOH = − lg [OH−] |
|||
|
||||||
Kb = 1,8.10–5 |
− |
|
||||
|
|
|
|
|
[OH ] = Kb C |
|
рН = ? |
|
|||||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
1)[OH−] = 1,810−5 0,1 = 1,35.10–3 (моль/л)
1) |
pOH = 3 − lg 1,35 = 3 − 0,13 = 2,87 |
|
|
|
|||||||||||
1) |
pH = 14 − 2,87 = 11,13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Ответ: pH = 11,13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
5. |
Запишите уравнения гидролиза солей: Na3PO4, Na2HPO4, |
|
|||||||||||||
NaH2PO4. Вычислите константы гидролиза этих солей. Какая |
|
||||||||||||||
соль гидролизует-ся в большей степени? Kа1 = 7,1.10−3, Kа2 = |
|||||||||||||||
6,2.10−8, Kа3 = 5,0.10−13. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Решение: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1) |
Na3PO4 |
+ H2O |
Na2HPO4 |
+ NaOH; |
3− |
|
2− |
+ |
|||||||
PO4 + H2O |
HPO4 |
||||||||||||||
OH− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Kгидр.1 = |
10−14 |
|
= |
|
110−14 |
= 2.10–2 |
|
|
|
||||
|
|
|
Ka3 |
|
|
510−13 |
|
|
|
||||||
2) |
Na2HPO4 |
+ H2O |
NaH2PO4 + NaOH, HPO42− + H2O |
H2PO4− + OH− |
|||||||||||
|
|
|
|
10−14 |
|
|
110−14 |
− |
|
|
|||||
|
|
Kгидр.2 = |
|
|
= |
|
|
= 1,6.10 |
7 |
|
|
||||
|
|
Ka2 |
6,210−8 |
|
|
||||||||||
3) |
NaH2PO4 |
+ H2 O |
H3PO4 +NaOH, H2PO4−+ H2O |
H3PO4 |
+ OH− |
|
|||||||||
75
должна уменьшиться концентрация [D], и увеличиться концентрация [А] и [В], т.е. это приведёт к смещению равновесия в сторону исход-ных веществ.
Задачи с решениями.
1. При состоянии равновесия в системе N2(г) + 3H2(г) 2NH3(г);
∆Н=−92,4кДж концентрации веществ равны: [N2] = 3моль/л; [H2] = 9моль/л; [NH3] = 4моль/л. Определите: а) константу равновесия реак-ции; б) исходные концентрации N2 и H2; в)
в каком направлении сместится равновесие с ростом температуры; с уменьшением объёма реакционного сосуда?
Решение:
а) Kс = |
[NH3]2 |
42 |
= 0,0073. |
|
|
= |
|
||
3 |
3 |
|||
|
[N2][H2] |
3 9 |
||
Kс << 1, т.е. равновесие смещено влево, преобладает обратная реакция.
б) исходная концентрация вещества складывается из
прореагиро-вавшей и равновесной: |
|
C(N2) = C′(N2) + [N2] |
|
C(H2) = C′(H2) + [H2] |
|
Из уравнения реакции видно, что для образования |
2 |
моль NH3 расходуется 1 моль N2 и 3 моль Н2. Т.к. в момент |
|
равновесия [NH3] = 4 моль/л, то С′(N2) = 2 моль/л; C′(H2) |
= |
6 моль/л. |
|
C(N2) = 3 + 2 = 5 (моль/л),
C(H2) = 9 + 6 = 15 (моль/л).
в) при увеличении температуры равновесие сместится влево, в сто-рону эндотермической реакции; при уменьшении объёма реакцион-ного сосуда увеличивается давление и равновесие смещается вправо, в сторону уменьшения числа молей газовой смеси.
Ответ: Kс = 0,0073; 5 моль/л N2, |
|
15 моль/л Н2. |
|
|
||||||||||
2. |
Константа |
равновесия |
реакции FeO(K) + |
CO(г) |
Fe(K) |
|||||||||
+CO2(г) при не- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
74 |
|
|
|
|
|
|
сС + dD |
|
Для гомогенной реакции общего вида: аА + вВ |
|
|||||||||||||
|
|
Kс |
|
[C]c [D]d |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
= |
|
|
|
|
, где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a |
b |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
[A] [B] |
|
|
|
|
|
|
||||
[A], |
[B], [C], |
[D] − равновесные молярные концентрации |
||||||||||||
веществ A, B, C и D. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Для гетерогенной реакции вида: |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
1) A(г) + 2B(ТВ) |
AB2(ж) |
|
Kс |
= |
[AB2] |
|
|
||||||
|
|
|
[A] |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2) А(г) + 2В(ж) |
АВ2(ж) |
|
Kс |
= |
|
[AB2] |
|
|
|||||
|
|
|
[A] |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3) А(ж) + 2В(тв) |
|
АВ2(ж) |
|
Kс |
= |
[AB2] |
|
|
|||||
|
|
|
|
[A] |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Таким образом, концентрация твёрдого вещества (всегда),
жидкого (в реакциях с газами) не входит в выражение константы равновесия, как и в кинетическое уравнение химической реакции.
Константа равновесия, равная отношению констант скоростей прямой (k1) и обратной (k2) реакции зависит от температуры и от природы реагирующих веществ, но не зависит от их концентрации:
K = k1 . k2
На состояние химического равновесия оказывают
влияние кон-центрация реагирующих веществ, температура, а
для газов − и давле-ние. При изменении одного из этих параметров равновесие нарушает-ся и концентрации всех
реагирующих веществ изменяются до тех пор, пока не установится новое равновесие, но уже при других значе-ниях равновесных концентраций. Такой переход называется сдвигом или смещением химического равновесия.
О направлении сдвига равновесия судят по принципу Ле Ша-телье, в соответствии с которым увеличивается скорость той реакции (прямой или обратной), которая ослабляет внешнее воздействие. Действительно, если увеличить,
например, концентрацию [С], то
|
|
|
27 |
|
|
|
10−14 |
|
|
110−14 |
|
Kгидр.3 = |
|
= |
|
|
= 1,4.10–18 |
Ka1 |
7,110−3 |
||||
Ответ: Na3PO4 гидролизуется в большей степени.
Вопросы и задачи для самоподготовки.
1.Что называют ионным произведением воды? В каком соотношении находится эта величина с константой воды?
2.Как определяется числовое значение ионного произведения воды? Зависит ли оно от температуры?
3.Как, зная концентрацию ионов Н+ (ОН−), определить
концентра-цию ионов ОН− (Н+)?
4.Правильно ли утверждение, что в растворе сильной кислоты (щё-лочи) содержатся ионы ОН− (Н+ )? Ответ мотивируете?
5.Как связана концентрация ионов Н+ (ОН−) в растворах сильных и слабых кислот и оснований с их молярной концентрацией?
6.Что называют водородным показателем (рН), гидроксильным пока-зателем (рОН)? Чему равна их сумма?
7.Какие значения имеют концентрации ионов Н+ (ОН−) и рН
(рОН) в различных средах?
8. При одинаковой молярной концентрации растворы каких электро-литов будут иметь меньшее значение рН: а) HCl или
CH3COOH; б)HNO2 или HClO; в) HCl или KOH?
9.Что называют гидролизом? Что понимают под гидролизом:
а) кова-лентным и ионным; б) по катиону, по аниону; в)
простым и ступен-чатым; г) обратимым и необратимым?
Приведите примеры.
10. Как влияет на состояние равновесия Н2О Н+ + ОН− и
значе-ние рН добавление гидролизующейся соли на примерах
ZnCl2, K2CO3, Al2S3?
11. Для какой соли рН раствора будет иметь большее значение: а)NaNO3 или NaNO2; б) CH3 COOK или CH3COONH4; в)
KClO или KClO3 ? |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
|
|
|
12. |
Можно ли |
при помощи |
кислотно-основного индикатора |
|||
отличить друг от друга растворы солей: |
|
|
||||
|
а) NaClO4 и NaClO; |
б) |
KI и |
NH4I; |
в) |
|
KClO3 |
и KCl, |
|
|
|
|
|
|
г) Na2CO3 и |
Zn(NO3 )2; |
д) |
BeCl2 |
и BaCl2; |
е) |
MgSO4 |
и K2SO4? |
|
|
|
|
|
13.Что называют гидролитическим равновесием?
14.Что называют степенью и константой гидролиза? Зависят
ли |
они |
от |
природы |
соли, |
концентрации |
раствора, |
температуры? |
|
|
|
|
||
15.Какой формулой выражают соотношение между константой и сте-пенью гидролиза?
16.Как константа гидролиза связана с константой диссоциации сла-бого электролита?
17.Какая из двух солей гидролизуется в большей степени:
а) KCN или KSCN (K(HCN) = 7,9.10−10, K(HSCN) = 1,4.10−1); б)
Na2S или NaHS (K1а = 6.10−8 , K2а |
= 1.10−14)? Ответ |
подтвердите расчетом. |
|
18.Как объяснить взаимоусиление гидролиза двух солей при смеши-вании их растворов? В каких случаях наблюдается это явление?
19.Вычислите рН 0,05 %-ного раствора HNO3, зная, что ρ(р-
pа) = 1г/мл, α(HNO3 ) = 100%. Ответ: 2,1.
20.Рассчитайте молярную концентрацию раствора СН3СООН, рН ко-торого равен 3. Kа = 1,75.10−5. Ответ: 0,06 моль/л.
21.Вычислите рН раствора, полученного разбавлением водой
0,01 л 30 %-ного раствора NaOH (ρ = 1,328 г/мл) до 0,75 л.
α = 70%.
Ответ: 13,0.
22. Определите рН раствора, в 3 л которого содержится
8,1.10−4 моль ионов ОН−. Ответ: 9,2.
23. Рассчитайте рН раствора, в 0,4 л которого содержится
0,39 моль NH3, если Kb = 1,77.10−5. Ответ: 11,6.
24. Какое значение рН имеют растворы HCN, если: а) α = 0,0265%; б) α = 0,0084%? Ответ: 5,53; 5,03.
73
Выполнение эксперимента.
В три пробирки налейте из бюретки по 1 мл раствора
Na2S2O3, за-тем в одну из них прибавьте 1 мл раствора
катализатора (раствор СuSO4) и 3 мл воды; |
во вторую − |
2 |
мл |
|||
раствора |
катализатора и 2 мл |
воды; в |
третью − |
3 |
мл |
|
раствора |
катали-затора и 1 мл воды. Таким об-разом, во |
|||||
всех трех пробирках будет по 5 |
мл раствора с |
одинаковой |
||||
концентрацией Na2S2O3, но с разной концентрацией |
СuSO4. |
|
||||
Рассчитайте концентрацию Na2S2O3 и ионов Сu2+ в
приготовленных растворах.
В три другие пробирки налейте по 5 мл раствора H2SO4.
Затем по-парно смешайте приготовленные растворы Na2S2O3 и
H2SO4. По секун-домеру отметьте время от момента смешивания до помутнения раство-ра. Полученные результаты запишите в журнал по форме:
|
|
Время |
|
|
|
|
№ |
Концентрация |
появления |
υ |
= |
1 |
τ |
пробирок |
ионов Сu2+, моль/л |
мути, с |
отн |
|
/ , |
|
|
с–1 |
|
|
|||
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов эксперимента.
Рассчитайте условную скорость реакции при различных концен-трациях Сu2+. Постройте график зависимости скорости реакции от концентрации катализатора. На основании полученной зависимости сделайте вывод о влиянии ионов Сu2+
на скорость разложения тио-серной кислоты.
ЗАНЯТИЕ 9
Тема: Химическое равновесие.
Химическое равновесие устанавливается в системах, в
которых протекают обратимые химические реакции.
Количественно оно характеризуется константой равновесия
(K).
72
Работа 2. Зависимость скорости реакции от температуры.
Выполнение эксперимента.
Налейте в три пробирки по 6 мл раствора Na2S2O3, а в другие три − по 6 мл раствора H2SO4 и разделите их на три пары по пробирке с растворами тиосульфата и серной кислоты в каждой паре. Растворы первой пары пробирок слейте при комнатной температуре (лучше рас-твор Na2S2O3 к раствору
H2SO4), одновременно включите секундомер и отметьте время появления мути. Растворы второй пары нагрейте на 100С, а
третьей пары − на 200С выше комнатной температуры. Для этого поместите соответствующую пару пробирок в химический ста-кан с водой и нагрейте последний до требуемой температуры. За тем-пературой следите по термометру,
опущенному в воду. Сливайте по-парно содержимое пробирок
иотмечайте, через сколько секунд поя-вится муть.
Результаты запишите в журнал по форме:
|
V(р-ра |
V (р-ра |
t0 С |
Время |
υотн = |
№ |
H2SO4), |
Na2S2O3), |
появлени |
1/τ, |
|
пробиро |
мл |
мл |
|
я мути, |
с−1 |
к |
|
|
|
с |
|
1 |
6 |
6 |
ком. |
|
τ1= |
|
|
|
t0C |
|
|
2 |
6 |
6 |
+100 |
|
τ2= |
3 |
6 |
6 |
+200 |
|
τ3= |
Обработка результатов эксперимента.
Результаты выразите в виде графика, аналогично работе №1. По горизонтальной оси отметьте три точки,
соответствующие трём значе-ниям температур (t0ком., +100, +200). Сделайте вывод о том, как зави-сит скорость изучаемой реакции от температуры.
Работа 3. Зависимость скорости реакции от концентрации |
|
|||||
|
|
|
катализатора. |
|
|
|
Ионы Сu2+ повышают скорость разложения тиосерной кислоты. |
|
|||||
|
|
|
|
29 |
|
|
25. |
Степень диссоциации слабой одноосновной кислоты |
в 0,2 |
||||
N рас-творе равна 0,03. Вычислите значения [Н+] |
и рОН |
|||||
этого раствора. |
|
|
|
|
|
|
Ответ: [Н+] = 6,0.10–3 моль/л ; рОН = 11,78. |
|
|
||||
26. |
Рассчитайте |
рН раствора, полученного смешением |
25 |
мл |
||
0,5 |
М раствора |
HCl, |
10 |
мл 0,5 М раствора NaOH и |
15 |
мл |
воды. Ответ: 0,82. |
|
|
|
|
||
27. |
Каким значением |
рН |
характеризуется раствор СН3СООН, |
в |
||
кото-ром её массовая доля составляет 0,6 %? Сколько воды
надо |
прибавить к этому раствору объёмом 1 л, чтобы |
|
значение рН стало равным 3. Ответ: 2,87; 0,8 л. |
||
28. |
Рассчитайте константу гидролиза NH4Cl, зная, что Кb = |
|
1,77.10−5. |
|
|
Ответ: 5,65.10−10. |
|
|
29. |
Рассчитайте константы гидролиза следующих солей: |
|
HCOONa, HCOONH4, NH4NO3, зная, что Kа |
= 1,77.10−4, Kb = |
|
1,77.10−5. |
|
|
Ответ: 5,64.10−11, 3,20.10−6, 5,65.10−10. |
|
|
30. |
Определите степень гидролиза и рН |
0,005 N раствора |
KCN, если Ка = 4,9.10−10. Ответ: 0,063; 10,5.
Образец билета тестированного контроля
по теме «Автопротолиз воды. Водородный и гидроксильный
показатели. Гидролиз солей»
1. Укажите рН 0,01 н раствора HCl, если α = 80%:
|
а) 2,1 |
б) 11,9 |
в) 10−2 |
||||
|
|
|
|
г) 8.10−3 |
|
|
|
2. |
Укажите рН 0,001 М раствора |
СН3СООН, если Kа |
= 1,8.10−5: |
||||
а) 3,87 |
б) 11,13 |
в) 1,8.10−3 |
г) |
||||
|
|
|
|
1,35.10−4 |
|
|
|
3. |
Вычислите Kгидр. фторида калия, зная, что Kа = 6,5.10−4: |
||||||
|
а) 1,54.10−12 |
б) 1,54.10−11 |
в) 1,54.10−10 |
||||
|
|
|
|
г) 1.10−14 |
|
|
|
4. |
Значения рН и характер среды в водном растворе K2CO3: |
||||||
|
а) равна 7, нейтральная |
|
|
б) |
|||
меньше 7, кислая |
|
|
|
|
|||
|
в) больше 7 , щелочная |
|
|
г) |
|||
меньше 7 щелочная |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
30 |
|
|
|
5) |
Выберите формулу для расчета [Н+] : |
|
|
||||
|
а) |
10−14 |
б) [ОН–] |
|
|
в) С.α2 |
|
|
[OH−] |
|
|
|
|||
г) α
Ka
Ответы на задания образца билета ТК:
Номер вопроса |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
Код ответа |
а |
а |
б |
в |
а |
ЗАНЯТИЕ 4
Тема: Буферные растворы. Гетерогенное равновесие.
Буферные растворы.
Растворы слабых кислот или слабых оснований в присутствии их солей проявляют буферное действие: рН таких растворов мало изме-няется при разбавлении и при
добавлении к ним небольших коли-честв сильной кислоты или щёлочи.
Для вычисления концентрации ионов Н+ и рН в буферных раство-рах слабых кислот HАn и их солей, образованных сильным основа-нием, применяют уравнения:
|
+ |
= Ka |
C(HAn) |
, |
pH = pKa + |
lg |
C(An-) |
= |
pKa + |
lg |
C(соли) |
H |
|
|
|
|
|||||||
C(An-) |
C(HAn) |
С(кислоты) |
где pKa = − lg Ka.
Аналогично можно рассчитать концентрацию ионов ОН− и
рН в бу-ферных растворах слабых оснований (KtOH) и их солей, образован-ных сильной кислотой:
|
|
|
|
|
- |
C(KtOH) |
, |
|
|
|
|||
|
|
|
OH = Kb |
|
|
|
|
||||||
|
C(Kt+ ) |
|
|
|
|||||||||
pH = 14 − |
pOH = 14 |
|
pKb |
|
lg |
C(Kt+ ) |
= |
14 − pKb − |
lg |
C(соли) |
|||
|
|
C(KtOH) |
С(основания) |
|
|||||||||
Если |
буферный |
раствор |
состоит из |
средней соли |
|||||||||
(Kt2An) и кислой соли (KtHAn) двухосновной кислоты H2An, то рН вычисляется по формуле:
71
Выполнение эксперимента:
В три пробирки налейте по 3 мл раствора серной
кислоты. В три другие налейте: в первую – 9 мл раствора
Na2S2O3, во вторую – 6 мл раствора и 3 мл воды, а в третью
– 3 мл раствора Na2S2O3 и 6 мл во-ды. Затем к каждому из подготовленных растворов прилейте по 3 мл раствора серной кислоты, встряхните и отметьте, через сколько се-кунд после приливания кислоты появится муть. Результаты запишите в журнал по следующей форме:
№ |
|
|
|
|
|
|
Объём |
Время |
|
|
|
Относит. |
|
про- |
|
V(p-pa |
|
V(p-pa |
V(H2O) |
|
появ- |
|
1 |
|
|||
бир- |
|
H2SO4) |
|
Na2S2O3) |
мл |
|
смеси |
ления |
ϑотн. = |
|
С(Na2S2O3 |
||
τ |
|||||||||||||
ки |
|
мл |
|
мл |
|
|
, мл |
мути, |
с−1 |
|
) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
с |
|
|
|
|
|
1 |
|
3 |
|
9 |
0 |
|
12 |
τ1 = |
|
|
|
3C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
3 |
|
6 |
3 |
|
12 |
τ2 = |
|
|
|
2C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
3 |
|
3 |
6 |
|
12 |
τ3= |
|
|
|
1C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Обработка результатов эксперимента |
|
|
||||||||
|
Выразите |
относительную |
скорость в |
виде |
десятичной |
||||||||
дроби, а ре-зультаты эксперимента представьте в виде графика зависимости ско-рости реакции от концентрации. Для этого по горизонтальной оси от-метьте три точки, отстоящие от начала координат на 1 с, 2 с и 3 с, где с − произвольно выбранный отрезок, соответствующий единице отно-сительной концентрации. Из каждой точки восстановите перпендику-ляр,
длина которого пропорциональна величине относительной ско-
рости реакции. Линия, соединяющая верхние концы перпендикуля-ров, будет выражать собой графическую зависимость скорости реак-ции от концентрации.
Сформулируйте вывод, характеризующий ре-зультат эксперимента.
70
цию H2, а во втором − давление? Ответ: увеличить в 6 и 4
раза.
25. Температурный коэффициент реакции равен 2,5. Как изменится её скорость: а) при повышении температуры от 800
до 1400С; б) при охлаждении реакционной смеси от 500 до
300С.
Ответ: а) увеличится в 244; б) уменьшится в 6,25 раза.
26.При 1500С некоторая реакция заканчивается за 16 мин.
Прини-мая температурный коэффициент скорости реакции
равным 2,5, рассчитайте, через какое время закончится эта реакция, если прово-дить её: а) при 2000С; б) при 800С?
Ответ: а) 9,8 с; б) 162,77 час.
27.Во сколько раз увеличится скорость реакции,
протекающей при 298 K, если энергию активации её уменьшить на 4 кДж/моль?
Ответ: в 5 раз.
Лабораторные работы.
Работа 1. Зависимость скорости реакции от
концентрации реаги-рующих веществ.
Реакция между серной кислотой и тиосульфатом натрия
сопро-вождается выделением серы и раствор мутнеет:
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S↓ + SO2↑ + H2O
Данная реакция состоит из следующих стадий: |
|
|
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2S2O3 |
(I) (очень быстро) |
|
H2S2O3 = H2SO3 + S↓ |
(2) |
(медленно) |
H2SO3 = SO2↑ + H2O |
(3) |
(быстро) |
Скорость суммарного процесса определяется медленной |
||
стадией − разложением тиосерной |
кислоты |
(2): υ = |
k.C(H2S2O3) |
|
|
Время от начала реакции до момента появления мути зависит от скорости этой реакции. Чем меньше концентрация
Na2S2O3, тем боль-ше будет этот промежуток времени (меньше скорость реакции). За скорость можно условно принять
величину, обратную времени проте-кания реакции: υ (усл.) =
1/τ.
31
pH = |
pKa2 + |
lg |
C(An2- ) |
, где pKa2 |
= − lg Ka2, показатель |
C(HAn-) |
константы диссоциации H2An по второй ступени.
Если буферная смесь образована кислыми солями (Kt2HАn и KtH2An) трехосновной кислоты H3An, то для расчета применяют
уравнение: |
pH = pK |
2 + lg |
C(НAn2-) |
|
C(H2An-) |
|
|||
Каждый |
буферный раствор |
имеет определённую ёмкость. |
||
Число эк-вивалентов кислоты или щёлочи, необходимое для
смещения |
рН 1 л буферного раствора |
|
на одну единицу, |
||
называют |
буферной ёмкостью: |
B(X) = |
ν(X) |
|
, приV(буф.p-pa) = |
pH - pH |
2 |
||||
|
|
1 |
|
||
1 л, в общем виде:
B(X) = |
ν(X) |
|||
V(буф. р-ра) |
|
∆pH |
|
|
|
|
|||
где Х − формула кислоты или щёлочи.
Задачи с решениями
0.К 15 мл 0,03 М раствора НСООН добавили 15 мл 0,03 М
раствора
НСООNa. Вычислите рН полученного буферного раствора. Ka=1,77.10−4.
Дано: |
|
|
|
|
Решение: I вариант: |
||||
V1 |
= V2 |
= |
15 мл |
+ |
|
C(HCOOH) |
|||
|
|
|
|
|
|
[H ] = |
Ka |
|
|
C1 |
= C2 |
= |
0,03 моль/л |
C(HCOO-) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ka |
= 1,77.10−4 |
|
pH = −lg[H+] |
|
|||
pН = ? |
|
|
|
0) |
[HCOO−] в буферном растворе = 15. |
0,03/30 = 0,015 моль/л |
|
0) |
[HCOOH] в буферном растворе = 15.0,03/30 = 0,015 моль/л |
||
0) |
[H+] = 1,77.10−4.0,015/0,015 = 1,77.10−4 |
||
0) |
pH = −lg1,77.10−4 = 4 − lg1,77 = 3,75 |
||
|
|
32 |
|
II вариант:
Решение задачи можно упростить, если учесть, что объём буферного раствора входит и в числитель и в знаменатель данного выражения:
pH = pKa + lg [HCOO-] =3,75+lg15 0,03=3,75 [HCOOH] 15 0,03
Ответ: 3,75.
0.Как изменится рН буферной смеси, образованной 0,1 М
раствором
СН3СООН и 0,1 М раствором СН3СООNa при добавлении: а) 0,001
М раствора HCl; б) 0,001 М раствора NaOH? Ka = 1,8. 10−5.
Решение:
В буферной смеси [H+ ] = Ka |
C(кислоты) |
|
= 1,8 10 |
−5 |
|
0,1 |
= |
|
С(соли) |
|
0,1 |
||||||
1,8.10−5, |
|
|
|
|
|
|
|
|
pH = pKa |
= −lg1,8 . 10−5 |
= 4,75. |
|
|
|
|
||
При добавлении соляной кислоты: |
|
|
|
|
|
|||
0,001 |
|
0,001 |
|
0,001 |
|
|
|
|
|
CH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl |
|||||||
[CH3COOH] = 10−1 + 10−3 = 1,01.10−1 (моль/л) |
|
|
|
|
||||
[CH3COONa] = 10−1 − 10−3 |
= 0,99.10−1 (моль/л) |
|
|
|
|
|||
[H+] = 1,810−5 1,0110−−1 = 1,76.10−5 (моль/л)
0,9910 1
При добавлении щелочи: CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
|
|
−5 |
|
0,9910−1 |
− |
|
|
[H+] = |
1, 8 10 |
|
|
|
= 1,76.10 |
|
5 |
|
1,0110−1 |
|
|||||
pH = − lg 1,76.10−5 = 5 − 0,24 = 4,76.
Ответ: практически не меняется.
0.Рассчитайте буферную ёмкость сыворотки крови по кислоте, если на титрование 50 мл сыворотки для изменения рН от 7,4 до 7,0 было затрачено 10 мл 0,1 N
раствора HCl.
69
генного катализа от площади поверхности катализатора и от её струк-туры?
16.Скорость каких реакций в большей степени зависит от темпера-туры − тех, у которых энергия активации небольшая или наоборот?
17.В каком случае скорость одной и той же реакции в большей степе-ни зависит от температуры: при проведении её
скатализатором или без катализатора?
18.Что такое активированный комплекс, энергия активации?
Изобра-зите энергетическую диаграмму реакции, идущей с образованием ак-тивированного комплекса.
19.Сущность катализа. Механизм гомогенного и гетерогенного ката-лиза. Понятие о ферментативном катализе.
20.При взаимодействии SO2 и O2 концентрация последнего уменьши-
лась за 1 час на 0,25 моль/л. Как изменится при этом концентрация SO2 и чему равна средняя скорость реакции?
Ответ: уменьшится на 0,5 моль/л; 6,94 моль/л с.
21.При синтезе аммиака к данному моменту времени
прореагировало 0,9 моль/л водорода, а его начальная
концентрация равна 1,4 моль/л. Определите концентрацию оставшегося водорода и прореаги-ровавшего азота. Ответ:
0,5 и 0,3 моль/л.
22. Найдите константу скорости реакции 2А + В → С, зная,
что при концентрациях А и В, соответственно равных 0,5 и 0,6 моль/л, её скорость составляет 0,018 моль/(л мин).
Ответ: 0,12 л2/моль2 мин.
23. Гомогенная реакция идет по уравнению А + 2В → С;
константа её скорости при данной температуре равна 0,4
л2/моль2 с, а начальные концентрации составляют: 0,3 моль/л
вещества А и 0,5 моль/л ве-щества В. Вычислите скорость этой реакции при той же температуре в начальный момент и после того, как прореагирует 0,1 моль/л вещества А. Ответ: 0,03 и 0,0072 моль/л с.
24. Для того, чтобы увеличить в 216 и 256 раз скорость
реакции син-теза NH3, во сколько раз надо |
повысить |
в |
|
первом случае концентра- |
|
|
|
|
68 |
|
|
4. |
В каких случаях правая часть равенства υ = ∆C/∆t имеет |
||
знак «+» или «−»? Как называется величина υ? |
|
|
|
5. |
От каких факторов зависит скорость химических реакций? |
||
Сфор-мулируйте закон действующих масс. |
|
|
|
6. |
Что называют константой скорости? Каков физический |
||
смысл этой величины? Зависит ли константа |
скорости |
от |
|
температуры, |
природы |
реагирующих |
веществ |
и |
их |
концентрации? |
|
|
|
|
|
7. Изменится ли значение константы скорости реакции: а)
при замене одного катализатора другим; б) при изменении концентрации реаги-рующих веществ?
8.Что такое молекулярность реакции; порядок реакции?
Приведите примеры моно-, ди- и тримолекулярных реакций;
реакций нулевого, первого, второго, третьего порядков.
9. Напишите кинетические уравнения следующих химических реакций: а) H2 (г) + Cl2 (г) → 2 HCl (г)
б) 2 NO (г) + O2 (г) → 2 NO2(г) в) CaO(т) + CO2(г)→ CaCO3(г)
г) 4NH3(г) + 3 О2(г) → 2 N2(г) + 6H2O(г) д) FeO(т) + H2(г) → Fe(т) + H2O(ж)
10.Как влияет давление на скорость реакции?
11.Какими формулами выражаются правило Вант-Гоффа,
уравнение Аррениуса, определяющие зависимость скорости реакции от темпе-ратуры?
12.Что называют температурным коэффициентом скорости реакции? Какие он может иметь значения?
13.Почему повышение температуры увеличивает скорость реакции? Какие молекулы называют активными?
14.Зависит ли температурный коэффициент скорости реакции от зна-чения энергии активации?
1.Зависит ли значение энергии активации реакции в случае гетеро-
33
Дано: Решение: pН1 = 7,4
pH2 = 7,0
V(p-pa HCl) = 10 мл
C(HCl) = 0,1 моль/л B(HCl) = ?
B(X) = |
ν(X) |
||||
V(буф. р-ра) |
|
∆pH |
|
|
|
|
|
||||
1)ν(HCl) = 10.10−3.0,1=1.10−3
(моль)
2)∆pH = pH1− pH2 = 7,7 − 7,0 = 0,4
110-3
B(HCl) = = 0,05
50 10-3 0,4
(моль/л).
Вопросы и задачи для самоподготовки.
1.Какие растворы (смеси) называют буферными?
2.Что называют сопряженной кислотой, сопряженным основанием?
Приведите примеры протолитических реакций.
3.На какие типы делятся буферные растворы? Приведите примеры.
4.Каков механизм буферного действия на примере ацетатного
|
буфер- |
|
|
|
ного раствора? |
|
|
||
5. |
Каков механизм буферного действия на |
примере |
||
|
аммиачного |
бу- |
|
|
ферного раствора? |
|
|
||
6. |
Как рассчитать концентрацию ионов Н+ в |
буферном |
||
|
растворе |
кис- |
|
|
лотного типа? |
|
Н+ в |
|
|
7. |
Как рассчитать концентрацию ионов |
буферном |
||
|
растворе |
ос- |
|
|
новного типа? |
|
|
|
|