Прямая или обратная реакция будет протекать при стандартных условиях в системе (запишите закон действующих масс)

2NO(г) + O₂ ↔ 2NO₂?

Ответ поясните, вычислив DG⁰ и Кр прямой реакции.

Решение:

2NO(г) + O₂ ↔ 2NO₂

Для ответа на вопрос следует вычислить DG⁰₂₉₈ или прямой реакции. Последнее выражение и есть ЗДМ. Зная, что значения DG⁰_f для простых веществ, находящихся в устойчивых при стандартных условиях агрегатных состояниях, равны нулю, а значения DG⁰_ƒ (в кДж/моль): для NO (86,6); NO₂ (51,5).

Рассчитываем DG⁰_х.р.:

DG⁰_х..р. = 2DG⁰_ƒ,(NO₂) - 2DG⁰_ƒ, (NO) = 2∙51,5 - 2∙86,6 = -70,2 кДж = -70,2∙10³ Дж

После этого вычисляем константу равновесия:

∆G_T= -RTlnK.

lnK = 70,2·10³/(8,314∙298) = 27,9

K = 1,33∙10¹²

То, что DG < 0, а Kр >> 1, указывает на возможность самопроизвольного протекания прямой реакции при T = 298 К и равенстве давлений взятых газов 1,013×10⁵ Па (760 мм рт.ст. или 1 атм.). Самопроизвольно при этих условиях будет протекать прямая реакция, т.к. для нее DG = -70,2∙10³ Дж, а К = 1,33∙10¹².

Ответ: -70,2∙10³ Дж, К = 1,33∙10¹²

173. При некоторой температуре равновесие в системе:

2NO₂ ↔ 2NO+O₂ установилось при следующих концентрациях (в моль/л): [NO₂] = 0,006, [NO] = 0,024, [O₂] = 0,012. Найдите константу равновесия реакции и исходную концентрацию NO₂. Как нужно изменить давление и температуру, чтобы сместить равновесие вправо?

Решение:

2NO₂ ↔ 2NO+O₂

[NO₂]_р = 0,006 моль/л

[NO]_р = 0,024 моль/л

[O₂]_р = 0,012 моль/л

К_р =? [NO₂]_исх =?

Количество образовавшегося NO равно количеству израсходованного NO₂ = 0,024 моль, тогда исходная концентрация NO₂равна: 0,006 + 0.024 = 0,03 моль/л.

[NO₂]_исх = [NO₂] + 2[O₂] = 0,006 + 2∙0,012 = 0,03 моль/л

Направление смещения равновесия определяется принципом Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие, то равновесие смещается в том направлении, которое ослабляет эффект внешнего воздействия:

а) Данная реакция эндотермическая, поэтому повышение температуры смещает равновесие в сторону продуктов реакции, т.е. вправо.

б) В результате реакции происходит увеличение числа молей газообразных веществ, поэтому понижение давления смещает химическое равновесие в сторону увеличения числа частиц, т.е. вправо, а увеличение давления – влево.

Ответ: 0,03 моль/л, 0,192

189. Для реакции в растворе 2Fe³⁺ + Sn²⁺ = 2Fe²⁺ + Sn⁴⁺ получены следующие данные:

[Fe³⁺], моль/л^-1	0,2	0,6	0,8	0,6	0,6
[Sn²⁺] моль/л^-1	0,2	0,2	0,2	0,4	0,6
V, моль л^-1 ×с^-1

Может ли быть эта реакция простой? Выведите кинетическое уравнение скорости; найдите константу скорости, порядки реакции в целом и по компонентам.

Решение:

Из приведенных данных видно, что увеличение [Fe³⁺]₀ в 2 раза при неизменной концентрации [Sn²⁺]₀ приводит к увеличению скорости в 4 раза, следовательно, порядок по железу равен 2. Увеличение обеих концентраций в 2 раза приводит к увеличению скорости в 8 раз. Так как порядок по железу равен 2, такое изменение скорости соответствует первому порядку по олову. Тогда общий порядок равен 3. Кинетическое уравнение реакции:

υ = k[Fe³⁺]²·[Sn²⁺]

Ответ: Порядок по Fe³⁺ – 2, – по Sn²⁺ – 1, общий – 3

198. Разложение озона 2O₃ = 3O₂ характеризуется энергией активации 100 кДж/моль. Чему равна константа скорости этой реакции при 100⁰C, если при 0⁰ C она равна 2∙10^-2? Вычислите температурный коэффициент этой реакции.

Решение:

E_a = 100 кДж/моль

t₁ = 100⁰C

t₂ = 0 ⁰C

k₂ = 2∙10^-2

Записываем уравнение Аррениуса в общем виде для двух констант скоростей:

;

Для того чтобы избавиться от неизвестной величины предэкспоненциального множителя (А), делим большую константу скорости (k₂) на меньшую (k₁):

;

k₁ = 1,5∙10^-7

213. Во сколько раз надо увеличить концентрацию водорода, чтобы скорость реакции H₂(газ) + I₂(газ) = 2HI(газ) возросла в три раза?

Решение:

H_2(газ) + I_2(газ) = 2HI_(газ)

Скорость прямой реакции равна:

υ₁ = k∙[H₂]∙[I₂]

Зависимость скорости реакции от концентраций определяется законом действия масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению молярных концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных коэффициентам в уравнении реакций.

Обозначим концентрацию реагирующих веществ:

[H₂] = a, [I₂] = b. Согласно закону действия масс скорость

(ν) реакции до изменения объема будет равна:

υ = ka∙b.

После увеличения концентрации водорода в х раз: [H₂] = aх, [I₂]= b.

При этих концентрациях скорость (ν) реакции примет значение:

υ` = k(aх) (b) = хkab;

Откуда: ; Откуда х = 3.

Ответ: 3

228. Какие объемы 36 %-ного раствора НСl (r = 1,18 г/мл) и воды необходимо взять для приготовления 500 г 0,5 моляльного раствора?

Решение:

М(НСl) = 36,5 г/моль.

Моляльная концентрация – (моляльность) определяется отношением количества вещества, содержащегося в растворе, к массе растворителя.

= (моль/кг),

где m – масса вещества, содержащегося в растворе;

М – его молярная масса;

m₁ – масса растворителя. Отсюда: ;

Масса кислоты равна: 0,5∙36,5∙500/1000 = 9,125 г.

Находим объем 36 % раствора кислоты:

; V(H₃PO₄) = 9,125/1,18∙0,36 = 21,48 мл.

Объем воды равен: 500 – 21,48∙1,18 = 500 – 25,35 = 474,65 г (=474,65 мл, т.к. плотность воды равна 1 г/мл).

(проверка: количество кислоты равно: 9,125/36,5 = 0,25 моль;

C_m (HNO₃) = = 0,5 моль/кг Н₂О.

Ответ: 474,65 мл

243. Для нейтрализации 20 мл 0,1 н. раствора кислоты потребовалось 8 мл раствора NaOH. Сколько граммов NaOH содержит 1 л этого раствора?

Решение:

Согласно закону эквивалентов при нейтрализации в точке эквивалентности действует равенство:

С_Н1∙V₁= С_Н2∙V₂

0,1∙20 = С_Н2∙8

С_Н2 = 0,25 н

Определим, сколько граммов NaOH содержит 1 л этого раствора:

m = Cн∙V∙Mr= 0,25∙1∙40 = 10 г

Ответ: 10 г

258. Чему равно при температуре -7,5 ⁰C осмотическое давление раствора, в 1,5 л которого содержится 276 г глицерина С₃Н₈О₃?

Решение:

Согласно закону Вант-Гоффа:

P_осм =С_М·R·T

Найдем, сколько г глицерина содержится в 1 л раствора:

в 1,5 л раствора содержится 276 г глицерина

1 л - x г,

г/л, что составит моль/литр = 2·10³ моль/м³;

(92 г /моль - молярная масса глицерина)

Отсюда:

P_осм = 2·10³ моль/м³·8,31 Па·м³/моль · К·265,5К = 4413·10³ Па = 4413 кПа.

Ответ: 4413 кПа

283. Напишите в молекулярной и ионно-молекулярной формах уравнения реакций:

а) бромид алюминия + нитрат серебра

б) сульфид натрия + серная кислота

Решение:

а) AlBr₃ + 3AgNO₃ → 3AgBr↓ + Al(NO₃)₃

Al³⁺ + 3Br^- + 3Ag⁺ + NO₃^- → 3AgBr↓ + Al³⁺ + 3NO₃^-

Br^- + Ag⁺ → AgBr↓

б) Na₂S + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂S↑

2Na⁺ + S^2- + 2H⁺ + SO₄^2- → 2Na⁺ + SO₄^2- + H₂S

S^2- + 2H⁺ ^- → H₂S ↑

298. Составьте молекулярные уравнения реакций, которым соответствуют ионно-молекулярные уравнения:

а) Pb²⁺ + CrO₄²^- ® PbCrO₄¯

б) HCO₃^- + OH^- ® CO₃²^- + H₂O

Решение:

а) Pb²⁺ + CrO₄²^- ® PbCrO₄¯

Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄ ® PbCrO₄ + 2KNO₃

Pb²⁺ + 2NO₃^–+ 2K⁺ + CrO₄^2– → PbCrO₄ + 2K⁺ + 2NO₃^–

б) HCO₃^- + OH^- ® CO₃²^- + H₂O

NaHCO₃ + NaOH → Na₂CO₃ + H₂O

Na⁺ + HCO₃^- + Na⁺ + OH^- → 2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O

313. Существенно ли изменится реакция среды, если растворить в воде такие соли, как: a) KCN, б) NH₄CN, в) CH₃COOK, г) CH₃COONH₄?

Решение:

KCN – цианид калия

KOH HCN

сильное слабая

основание кислота

Гидролизу подвергается слабый ион:

Сокращенное ионное уравнение гидролиза:

CN^- + H⁺OH^‑↔ HCN + OH^-

Полное ионное уравнение гидролиза:

K⁺+ CN^-+ H₂O ↔ HCN + K⁺ + OH^-

Молекулярное уравнение гидролиза:

KCN + H₂O ↔ HCN + KOH

Соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой подвергается гидролизу по аниону при этом среда щелочная, т.е рН > 7,0

NH₄CN цианид аммония

NH₄OH HCN

cлабые электролиты

NH₄⁺ + H⁺OH^-↔ NH₄OH + H⁺

CN^- + H⁺OH^- ↔ HCN + OH^-

NH₄⁺ + CN^-+ H₂O↔ NH₄OH + HCN

NH₄CN+ H₂O↔ NH₄OH + HCN

К диссоциации NH₄OH = 1,8 ∙ 10^-5 (1,76 ∙10^-5)

К диссоциации HCN = 7,9 ∙10^-10 (6,2 ∙ 10^-10)

К_дисс NH₄OH > K_дисс HCN, то реакция раствора среды слабощелочная.

CH₃COOK ацетат калия

слабая сильное

кислота основание

CH₃COOH KOH

CH₃COO^- + H⁺OH^- ↔ CH₃COOH + OH^- щелочная среда

CH₃COO^- + K⁺ + H₂O ↔ CH₃COOH + K⁺ + OH^-

CH₃COOK + H₂O ↔ CH₃COOH + KOH

CH₃COONH₄ ацетат аммония

CH₃COOH NH₄OH

слабые электролиты

CH₃COO^- + H⁺OH^- ↔ CH₃COOH + OH^-

NH₄⁺ + H⁺OH^-↔ NH₄OH + H⁺

CH₃COO^-+ NH₄⁺ + H2O ↔ CH₃COOH + NH₄OH

Реакция среды нейтральная, т.к. К диссоциации (NH₄OH) = 1,8 ∙ 10^-5 и К диссоциации (СН₃СООН) = 1,8 ∙ 10^-5

Т.е. константа диссоциации кислоты равна константе диссоциации основания.