Кислотно-основные свойства веществ

Задание. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения

C ® CO₂ ® K₂CO₃ ® KHCO₃® K₂CO₃

Решение:

C + O₂® CO_{2(оксид углерода IV)}

CO₂ + 2KOH ® K₂CO_{3(карбонат калия)} + H₂O

K₂CO₃ + H₂CO₃ ® 2KHCO_{3(гидрокарбонат калия)}

KHCO₃ + KOH ® K₂CO_{3(карбонат калия)}

Тема 3.

Химическая термодинамика

Задание 1. Для реакции MgCO_3(K) = MgO_(K) + CO_2(Г) определите возможное направление самопроизвольного течения реакции при стандартных условиях и при температуре  t =627⁰C, если тепловой эффект до заданной температуры не изменится.

 Укажите: а) выделяется или поглощается энергия в ходе реакции; б) причину найденного изменения энтропии. Рассчитайте температуру, при которой устанавливается равновесие и происходит смена знака DG.

Решение:

В приложении 3 находим стандартные значения DH^o_f и DS^o для всех реагирующих веществ:

MgCO_3(K) = MgO_(K) + CO_2(Г)  

n, моль                                    1         1      1    

Вещество	DНf0, кДж/моль	S0, Дж/моль×К
MgCO3	-1096,21	65,69
MgO	-601,24	26,94
CO2	-393,51	213,6

По следствию из закона Гесса вычисляем DH^o_r реакции:

DH^o_r = DH^o MgO_(K) +DH^o CO_2(Г) – DH^o MgCO_3(K)  

DH^o_r = -601,24-393,51-(-1096,21) = 101,46 кДж

DH^o_r > 0 - значит реакция является эндотермической, т.е. идет с поглощением теплоты.

По следствию из закона Гесса вычисляем DS^o реакции:

DS^o_r = S^o MgO_(K) +S^o CO_2(Г) – S^o MgCO_3(K)  

DS^o_r = 26,94+213,6-65,69 = 174,85 Дж/К

DS^o > 0 – энтропия возрастает, т. к. в ходе реакции образуются газообразные вещества.

Вычисляем энергию Гиббса при стандартных условиях, т.е. при температуре 298 К:

DG^o = DH^o - TDS^o = 101,46-298*0,17485 = 49,36 кДж.

DG^o > 0, следовательно реакция при Т=298 К невозможна.

Вычисляем энергию Гиббса при температуре t =627⁰C

DG = DH^o - TDS^o = 101,46 - (627 + 273)*0,17485 = -55,91 кДж.

DG^o < 0, следовательно при t =627⁰C протекание реакции возможно.

Температура, при которой наступает равновесие:

 

 

Задание 2. Вычислите тепловой эффект реакции 4FeS_2(K) + 11O_2(Г) = 2Fe₂O_3(K) + 8SO_2(Г) пользуясь стандартными энтальпиями образования реагирующих веществ (приложение 3). Сколько теплоты выделится (поглотится) при образовании вещества SO₂ в количестве 89,6 л.?

Решение:

В приложении 3 находим стандартные значения DH^o_f для всех реагирующих веществ:

4FeS_2(K) + 11O_2(Г) = 2Fe₂O_3(K) + 8SO_2(Г)

n, моль                         4          11      2      8

Вещество	DНf0, кДж/моль
FeS2 (к)	-174,0
O2 (г)	0
Fe2O3 (к)	-821,32
SO2 (г)	-296,9

По второму следствию из закона Гесса рассчитываем тепловой эффект реакции образования 2 моль Cr:

DH^o_r = (2DH^o_r Fe₂O_3(K)+8DH^o_r SO_2(Г)) – (4DH^o_r FeS_2(K)+11DH^o_r O_2(Г))=

DH^o_r = -821,32*2-296,9*8-(-174*4+11*0) = -3321,84 кДж

DH^o_f<0 – реакция – экзотермическая, т.е. идет с выделением теплоты.

Находим количество вещества SO₂, содержащееся в 89,6 л:

n(SO₂)=

Согласно уравнению реакции, при образовании 8 моль SO₂ выделяется 3321.84 кДж теплоты, а при образовании 4 моль SO₂:

DH^o_f = 3321.84*4/8 = 1660.92 кДж

 

Тема 4.

Х имическая кинетика и химическое равновесие

Задание 1. Определите, как изменится скорость реакции 2СО_(г) + О_2(г) = 2СО_2(г), когда прореагирует 40 % кислорода, если начальные концентрации реагирующих веществ равны, моль/л: С^о_(СO)=0,8, =0,6.

Решение:

Запишем выражение закона действия масс для данной реакции:

.

1. Найдем скорость реакции в начальный момент времени

.

2. Найдем количество прореагировавшего кислорода

.

3. Найдем текущую концентрацию кислорода, т.е. в момент, когда прореагирует 40% О₂

.

4. Найдем количество прореагировавшего CO. В соответствии со стехиометрией реакции

5. Найдем текущую концентрацию CO

С_(CO) = 0.8-0.48=0.32 моль/л.

6. Найдем текущую скорость реакции

n = k • 0.32² • 0.36 = 0,036864k.

7. Найдем, во сколько раз уменьшится скорость реакции, когда прореагирует 40% кислорода

 

 

Задание 2. Для обратимой реакции N₂O_4(г) = 2NO_2(г) запишите выражение константы равновесия ΔН°, кДж = + 57. Предложите способы увеличения концентрации продуктов реакции

Решение:

Запишем уравнение для константы равновесия:

.

Выход продуктов реакции (количество продуктов) увеличивается в том случае, если равновесие сместится «вправо».

По принципу Ле Шателье смещение равновесия «вправо» достигается следующими способами:

а) увеличением температуры, так как тепловой эффект реакции ∆H>0, т.е. реакция эндотермическая;

б) уменьшением давления, т.к. мольное количество газов в процессе реакции увеличивается

в) увеличением концентрации N₂O₄, а также снижением концентрации NO₂.

 

 

Тема 5. Растворы

Задание 1. Вычислите молярную, нормальную концентрации и титр 10%-го раствора сульфата магния. Плотность раствора 1,103 г/мл.

Решение:

MgSO₄

В 100 г раствора содержится 10 г соли, рассчитаем массу раствора:

V=m/ρ=100/1.103=90.7мл

Молярная концентрация раствора:

Так как эквивалент MgSO₄ ½, то нормальная концентрация:

Сэк(MgSO₄) = С(MgSO₄)*2=0.9188*2=1.8376 н

Титр раствора:

Т=m/V=10/90.7 = 0.1103 г/мл

 

 

Задание 2. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций, протекающих в растворах между следующими веществами:

сульфатом меди (II) и соляной кислотой;

гидроксидом алюминия и гидроксидом калия;

сульфатом магния и карбонатом калия;

ацетатом свинца (II) и серной кислотой;