При нагревании водорода и йода в закрытом сосуде

Поэтому

Находим отклонения:

т. е. скорость прямой реакции увечиться в 9 раз.

т. е. скорость обратной реакции увеличится в 9 раз.

Пример 13. Реакция разложения перекиси водорода в водном растворе протекает как реакция первого рода. Период половины превращения Н2О2 при заданных условиях равен 15,86 мин. Определить, какое время потребуется для разложения (при тех же условиях) 99% Н2О2.

Решение. По периоду половины превращения, используя вычисляем константу скорости разложения водорода:

из формулы определяем время, за которое разложится 99% перекиси водорода: а = 100% а – х = 100 – 99 = 1%

Пример 14. Тростниковый сахар в присутствии ионов водорода подвергается гидролизу с образованием глюкозы и фруктозы (реакция тростникового сахара):

Определить количество сахара (масс. доли, %), вступающего в реакцию через 5ч от начала опыта: ; ;

; а = 4,544а – 4,544х; 4,544х = 3,544а

Следовательно, за 300 мин прореагирует 77,96% первоначально взятого количества сахара.

Пример 15. Константа скорости омыления этилового эфира уксусной кислоты едким натром при 10°С 2,38. Определить время (мин), необходимое для омыления 90% уксусноэтилового эфира, если смешать при 10°С 1л. 0,05н. Раствора эфира с: 1) 1л. 0,05 н. NaOH; 2)1л. 0,1н. NaOH.

Решение. Реакция омыления уксусноэтилового эфира щёлочью является реакцией второго порядка. В первом случае концентрация эфира и щёлочи равны и можно воспользоваться уравнением.

откуда

Общий объём смеси 2л, поэтому концентрация вещества а в следствии разбавления уменьшится в 2 раза.

а = 0,025 моль/л. х = 0,05 ½ 0,9 = 0,0225 моль/л.

(При определении х учитывается разбавление в 2 раза и омыление на 90%).

Время, необходимое для омыления, будет

2. Во втором случае концентрации эфира и щелочи неодинаковы, поэтому необходимо применить уравнение.

Если а – начальная концентрация эфира, а b – начальная концентрация щелочи, то

а = ½ 0,05 = 0,025 моль/л; b – ½ 0,1 = 0,05 моль/л; х = 0,0225 моль/л.

Вычисляем

Пример 16. Используя приближенное правило Вант – Гоффа, вычислить, на сколько нужно повысить температуру, чтобы скорость реакции возросла в 80 раз? Температурный коэффициент скорости принять равным 3.

Решение. Используя уравнение ;

;

º

Таким образом, чтобы скорость реакции возросла в 80 раз, необходимо повысить температуру примерно на 40ºС.

Пример 17. Для одной из реакций были определены две константы скорости при 443ºС 0,0067 и при 497ºС 0,06857. Определить константу скорости этой же реакции при 508ºС.

Решение. По двум значениям констант скорости реакции, используя

определить величину энергии активации реакции

;Т1 =716 К; Т2 = 770 К.

Дж/моль

Рассчитывается константа скорости реакции при t = 508ºС. Используется в расчетах константа скорости при 497ºС и уравнение ;

Т3 = 781 К; Т2 = 770 К.

Химическое равновесие

Пример 18. При нагревании водорода и йода в закрытом сосуде до 444ºС обратимо протекает реакция по уравнению Н2 + У2 2НУ. Равновесная смесь при этой температуре содержит 5,64 моль НУ; 0,12 иольУ2 и 5,28 моль Н2. Вычислить константу равновесия указанной реакции и исходные концентрации водорода и йода.

Решение. Согласно для данной реакции

Так как данная реакция протекает без изменения объёма, то значение константы будет одинаково при всех способах выражения равновесных концентраций веществ. Вместо концентраций СНУ ; СН2; СУ2 можно подставить числа молей этих веществ:

Определяем исходные концентрации йода и водорода. Согласно уравнению реакции для образования 2 моль НУ расходуется по 1 моль Н2 и У2. К моменту достижения равновесия в смеси образовалось 5,64/2 моль Н2 и У2. Учитывая равновесные концентрации Н2 и У2, рассчитываем исходные концентрации этих веществ суммированием: мольмоль

Пример 19. Константа равновесия реакции

СН3СООН + С2Н5СОН ® СН3СООС2Н5 + Н2О

при некоторой температуре равна 4. Определить состав реакционной смеси при равновесии, если в реакцию введены 1 моль кислоты и 2 моль спирта.

Решение. Используем формулу . Обозначим число молей эфира, образующего в равновесной смеси, через х. Такое же количество (х молей) выделится и воды. Количество кислоты к моменту равновесия останется (1 – х) моль, а спирта (2-х) моль. Тогдаоткуда х2 = 4(1- х)( 2 – х)

3х2 – 12х + 8 = 0.

Решая это квадратное уравнение, получим х1 = 3,154 и х2 = 0,845. Первый корень отбрасывается как не удовлетворяющий условию задачи. Таким образом, в момент установившегося равновесия состав реакционной смеси (моль): эфир 0,845; вода 0,845; уксусная кислота 0,155; спирт 1,155.

Пример 20. Определить состав равновесной смеси в паровоздушном генераторе при 9860С, если константа равновесия, протекающей в генераторе

Н2О (пар) + СО « Н2 + СО2

равна 0,623. Начальный состав смеси (об. доли, %): СО2 – 12; Н2 – 1; СО – 10,0; Н2О (пар) – 15 (остальное приходится на азот, который в реакции не участвует).

Решение. В данной реакции ån = 0. Следовательно КС = КN. Согласно

;

.

Обозначим количество воды, вступившее в реакцию через х. Тогда к моменту равновесия ; ССО = 10 – х; .

Подставим эти значения в выражение для КС:

.

Решая квадратное уравнение находим, что х = 2,75%. Следовательно, состав равновесной смеси в паровоздушном генераторе при 9860С будет:

.

Пример 21. Константа равновесия КР реакции синтеза аммиака

N2 + 3H2 « 2NH4

при 3500С равна 2,32×10-13. Вычислить КС для этого процесса при этой же температуре.

Решение. Используем формулу

.

Определим Sn = 2 – 1 = – 2.

Следовательно,

Т = 350 + 273 = 623 К;

КС = 2,32×10-13(8,314×103×623)2 = 6,224.

Пример 22. При 10000С для реакции, проходящей в доменной печи,

FeO + CO « Fe + CO2

константа равновесия КР = 0,4. Определить состав смеси в момент равновесия.

Решение. Так как данная реакция гетерогенная, то можно написать

.

Для данной реакции ån = 1 – 1 = 0, поэтому КР = КС.

Обозначим через х объемное содержание (%) двуокиси углерода и, зная, что парциальное давление газов пропорциональны их объемному содержанию в смеси, напишем следующее

х = 28,6.

В равновесной смеси находится 28,6 % СО2 и 71,4 % СО.

Пример 23. В какую сторону сместятся равновесия реакций:

1. 2СО + О2 « 2СО2 + 566,9 кДж;

2. 2Н2S « 2H2 + S2 – 41,9 кДж,

а) при повышении температуры;

б) при повышении давления?

Каким изменением концентраций можно добиться смещения равновесий приведенных реакций вправо?

Решение. Исходя из принципа Ле Шателье, можно сказать, что

а) при повышении температуры равновесие первой реакции сдвинется влево, т. к. реакция экзотермическая, а равновесие второй реакции сдвинется вправо, т. к. реакция эндотермическая.

б) при повышении давления равновесие первой реакции сдвинется в сторону прямой реакции, а равновесие второй реакции сдвинется в сторону обратной реакции, т. е. всегда в сторону меньшего объема.

Чтобы сдвинуть равновесие этих реакций вправо путем изменения концентраций, надо увеличить концентрации исходных веществ или уменьшить концентрации конечных веществ.

Пример 24. Константа равновесия КР реакции

I2 « 2I

при t1 = 6770C равна 1,149×102, а при t2 = 7770C – 7,413×102. Вычислить константу равновесия данной реакции при 7270С.

Решение. Используя уравнение

,

по двум приведенным величинам КР вычисляем среднее значение теплового эффекта реакции термического разложения йода в интервале 677 – 777 0С:

;

Т1 = 950 К, Т2 = 1050 К.

Дж/моль

Т3 = 1000 К;

Определим КР3:

;

;

;

КР3 = 3,057×102.

Растворы. Электрохимия.

Пример 25. Осмотическое давление раствора не электролита при 170С равна 4,82×105 Па. Определить осмотическое давление этого раствора при 570С.

Решение. Используем закон Вант – Гоффа для не электролитов

П = СRT

Сначала найдем концентрацию раствора

; Т1 = 290 К

кмоль/м3

Находим осмотическое давление раствора при 570С

Т2 = 330 К

П2 = 0,2×8,314×103×330 = 5,487×105 Па.

Пример 26. Определить осмотическое давление 0,01н. раствора К2SO4 при 180С, если степень диссоциации соли в растворе равна 87%.

Решение. Находим величину изотонического коэффициента

i = 1 + a(K – 1);

К2SO4 « 2K+ + SO4-

K = 3;

I = 1 + 0,87(3 – 1) = 2,74.

По закону Вант – Гоффа для электролитов находим величину осмотического давления данного раствора при данной температуре

П = iCRT,

где Т = 290 К, С – концентрация, которая дана в г-экв/л, а ее надо выразить в кмоль/м3.

М(К2SO4) = 174,2 Э(К2SO4) = 174,2/2 = 87,1

Найдем число молей К2SO4

n= m/M

0,01н. = 0,01 г-экв/л, т. к. 1 г-экв равен 87,1 г, то 0,01 г-экв К2SO4 будет равен 0,871 г

n = 0,871/174,2 = 0,005 моль К2SO4

Следовательно, С = 0,005 моль/л = 0,005 кмоль/м3

П = 2,74*0,005*8,314*103*291 = 9,3*104 Па.

Пример 27. Осмотическое давление 0,1н. ZnSO4 при 00С равно 1,59*105 Па. Определить кажущуюся степень диссоциации соли в данном растворе.

Решение. Концентрация раствора сульфата цинка равна 0,05 моль/л или 0,05 кмоль/м3. Для растворов электролитов применяем формулу П = iCRT, из которой находим изотонический коэффициент

.

Соль ZnSO4 при диссоциации образует два иона К = 2. Согласно i = 1+a, откуда a = i – 1:

a = 1,401 – 1 = 0,401 или a =40,1%.

Пример 28. Определить давление пара раствора 6,4 г нафталина в 90 г бензола при 200С, если давление пара бензола при данной температуре равно 9953,82 Па.

Решение. Давление пара раствора можно определить из закона Рауля

;

n(C6H6) = 0,09/78 = 1,15*10-3 кмоль

n(C10H8) = 0,0064/128 = 5*10-5 кмоль

Рассчитываем давление паров бензола над раствором

Па

Пример 29. Давление пара чистого ацетона при 200С 23940 Па. Давление пара раствора камфоры в ацетоне, содержащего 5 г камфоры на 200 г ацетона при той же температуре, равно 23710 Па. Определить молекулярную массу камфоры, растворенной в ацетоне.

Решение. Раствор разбавленный, поэтому можно воспользоваться упрощенной формулой

Из этой формулы рассчитываем число молей комфоры:

,

М( СО(СН3)2 ) = 58; na = 200/58 = 3,45

.

Но .

Откуда .

Пример 30. При какой примерно температуре будет замерзать водный раствор этилового спирта концентрации 0,4 (40%) масс. доли С2Н5ОН.

Решение. Используем формулу

.

Раствор замерзает примерно при – 270С.

Пример 31. Раствор, содержащий 1,70 г хлорида цинка в 250 г воды, замерзает при – 0,230С. Определить кажущуюся степень диссоциации ZnCl2 в растворе.

Решение. Вычисляем DТЗ данного раствора:

М(ZnCl2) = 136.

Из формулы

,

находим изотонический коэффициент:

Используя формулу i = 1 + (K – 1)a, вычисляем a соли в растворе (К = 3):

;

.

Пример 32. В 1 л водного раствора содержится 0,15 г йода. Какова будет степень извлечения йода из данного раствора 40 см3 ССl4:

а) при однократном извлечении всем количеством растворителя;

б) при четырехкратном извлечении порциями по 10 см3? Коэффициент распределения йода между Н2О и ССl4 0,0117.

Решение. Используем формулу

а) количество йода, оставшееся после однократного извлечения

n = 1

г.

Это составляет

.

Следовательно, в слой ССl4 перейдет

100 – 22,6 = 77,4 % йода;

б) количество йода, оставшееся после четырехкратного извлечения (n = 4)

г,

или .

В слой ССl4 перейдет 100 – 8,45 = 91,55%.

Пример 33. При рафинировании меди ток в 50 А выделяется за 4 ч 224 г меди. Определить выход по току.

Решение. По объединенному закону Фарадея рассчитываем количество меди, которое должно было выделиться за 4 ч.

t = 4 ч = 14400 с

F = 96500 Кл

Выход по току определяется

.

Пример 34. Сопротивление ячейки, наполненной раствором КСl с удельной электропроводимостью 5,79 Ом -1м -1 равно 103,6 Ом. Если эту же ячейку заполнить 0,01н. раствором уксусной кислоты при той же самой температуре и включить сопротивление 3038 Ом, то отсчет по мостику составит 65,5 см. Определить удельную и эквивалентную электропроводность 0,01 н. раствора уксусной кислоты, если общая длина мостика 100 см.

Решение. Из формулы

,

определим постоянную сосуда

,

Найдем сопротивление 0,01 н. раствора уксусной кислоты

а = 65,5 см

b = 100 – 65,5 = 34,5 см

Ом

Рассчитываем удельную электропроводность раствора уксусной кислоты:

Ом -1м -1

Из формулы взаимосвязи между эквивалентной и удельной электропроводностью можно определить

м2 Ом -1кг – экв-1.

Пример 35. Вычислить, при какой концентрации раствора уксусной кислоты степень электролитической диссоциации равна 2,5 %. Какова при этом концентрация ионов водорода, если константа диссоциации равна 1,76×10-5.

Решение. Так как уксусная кислота является слабым электролитом, то она подчиняется закону разбавления Оствальда:

Отсюда находим, что

кг-экв/м3

Концентрация ионов водорода будет равна

кг-ион/м3.

Пример 36. При каком разведении концентрация ионов водорода в растворе бензойной кислоты будет равна 0,005 г-ион/л, если константа диссоциации равна

6,46×10-5.

Решение. В бензойной кислоте применим закон разведения Оствальда

, откуда

;

Подставив в формулу вместо a найденное значение, получим

м3/кг-экв.

Пример 37. При 180С потенциал медного электрода, погруженного в 0,05 м раствора Сu(NO3)2 , равен 0,266 В. Определить нормальный электродный потенциал меди по отношению к нормальному водородному электроду, если степень диссоциации Сu(NO3)2 в данном растворе равна 1.

Решение. ЭДС гальванического элемента вычисляется по формуле:

При 180С

Найдем концентрацию ионов меди

М (Сu(NO3)2) = 187,54.

1 кмоль Сu(NO3)2 – 187,54 кг

0,005 кмоль Сu(NO3)2 – Х кг

Х = 0,94 кг Сu(NO3)2 содержится в 1 м3 раствора.

МCu = 63,54

ЭCu = 63,54/2 = 31,77

В 187,54 кг Сu(NO3)2 содержится 63,54 кг Cu

В 0,94 кг Сu(NO—- Х кг Cu

1 кг-ион Сu2+ составляет 31,77 кг

Х кг-ион Сu2+ – 0,319 кг

Х = 0,01 кг-ион/м3

Определим нормальный потенциал меди.

.

Строение коллоидных частиц

Пример 38. Золь йодистого серебра получен в результате постепенного добавления к 20 мл 0,01 н. раствора КI, 5 мл 0,12 н. раствора АgNO3. Написать формулу мицеллы получившегося золя и определить направление движения его частиц в электрическом поле.

Решение. Определяем какой из растворов взят в избытке:

число мг-экв КI 20×0,01 = 0,2 мг-экв

число мг-экв АgNO3 5×0,12 = 0,6 мг-экв.

В растворе имеется избыток AgNO3.

KI + AgNO3 « AgI + KNO3

Ядром коллоидных частиц золя AgI будут адсорбироваться преимущественно ионы Ag+ и частично ионы NO3 – . Формула мицеллы золя йодистого серебра

Заряд частиц определяется по потенциалобразующему иону. В данном случае она заряжена положительно (мицелла электронейтральна), и поэтому в электрическом поле частица будет двигаться к отрицательному полюсу (катоду).

4 Примерный перечень лабораторных и практических работ

Перечень практических работ

Перечень лабораторных работ

5 Перечень рекомендуемой литературы

Основная

1 и др. Физическая и коллоидная химия. – Л.: Химия, 1986.

2 Гамеева и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1977.

3 Ахметов и упражнения по физической и коллоидной химии. – Л.: Химия, 1989.

4 Гамеева задач и упражнений по физической и коллоидной химии. – М.: Высшая школа, 1980.

5 и др. Практикум по физической и коллоидной химии.-М.: Высшая школа, 1985.

Дополнительная

6 Киреев курс физической химии. – М.: Высшая школа, 1978.

7 , Романов термодинамики и теплотех­ники. – М.: Недра, 1988.

8 Голиков по физической химии. – М.: Высшая школа, 1988.

9 Физическая химия. – М.: Мир, 1980.

10 Еремин химической термодинамики. – М.: Высшая школа, 1974.

11 Вьюцкий коллоидной химии. – М.: Химия, 1975.

12 Болдырев опыты по физической и коллоидной химии. – М.: Высшая школа, 1976.

13 Краткий справочник физико-химических величин. // Под ред. – Л.: Химия, 1983.

Источник