Пример 1. Приведение объема газа к нормальным условиям.
Какой объем (н.у.) займут 0,4·10-3 м3 газа, находящиеся при 50 0С и давлении 0,954·105 Па?
Решение. Для приведения объема газа к нормальным условиям пользуются общей формулой, объединяющей законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака:
Объем газа (н.у.) равен , где Т0=273 К; P0=1,013·105 Па; Т=273+50=323 К.
Пример 2. Определение средней молекулярной массы смеси газов по относительной плотности.
Вычислите среднюю молекулярную массу смеси газов, состоящей на 80% из метана и 20% кислорода (по объему), используя значения относительной плотности этих газов по водороду.
Решение. Часто вычисления производят по правилу смешения, которое заключается в том, что отношение объемов газов в двухкомпонентной газовой смеси обратно пропорционально разностям между плотностью смеси и плотностями газов, составляющих эту смесь. Обозначим относительную плотность газов через . Она будет больше плотности метана, но меньше плотности кислорода:
Плотность этой газовой смеси по водороду равна 9,6. средняя молекулярная масса газовой смеси равна удвоенной ее плотности по водороду:
Пример 3. Определение давления газовой смеси.
В сосуде объемом 0,05 м3 при 25 0С содержится смесь из 0,020 м3 этилена под давлением 83950 Па и 0,015 м3 метана под давлением 95940 Па. Найдите общее давление газов в сосуде.
Решение. Сначала определяем парциальное давление каждого из газов:
и
Общее давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений ее компонентов:
Пример 4. Вычисление химических эквивалентов.
На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода, измеренного при (н.у.). Вычислить молярные массы металла и оксида. Чему равна относительная масса металла?
Решение. По закону эквивалентов массы веществ m1 и m2, вступающих в реакцию, пропорциональны молярным массам их эквивалентов
; (1)
(2)
Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то как правило, его количество измеряется в объемных единицах (см3, л, м3).
Формулу (2) преобразуем относительно объема водорода:
Находим молярную массу эквивалента металла (г/моль):
По закону эквивалентов:
Относительную атомную массу металла определяем из соотношения:
Варианты задач по теме 1.2
1. В 2,48г оксида одновалентного металла содержит 1,84г металла. Вычислите эквивалентные массы металла и его оксида. Чему равна мольная и атомная масса этого металла.
2. 3,04г некоторого металла вытесняют 0,252г водорода, 26,965г серебра и 15,885г меди из соединений этих металлов. Вычислите эквивалентные массы указанных металлов.
3. Оксид металла содержит 28,57% кислорода, а его фторид 48,72% фтора. Вычислите эквивалентные массы металла и фтора.
4. Напишите уравнение реакций гидроксида железа (III) с соляной кислотой при которой образуются: а) хлорид дигидроксожелеза (III), б) хлорид гидроксожелеза (III), в) хлорид железа (III). Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалента гидроксида железа в этих реакциях.
5. Избытком гидроксида калия подействовали на растворы: а) дигидрофосфата калия, б) нитрата дигидроксовисмута (III). Напишите уравнения реакций этих веществ с КОН и определите их эквиваленты и молярные массы эквивалентов.
6. Вещество содержит 38% серы и мышьяк. Эквивалентная масса серы 16,0 г/моль. Вычислите молярную массу эквивалента и валентность мышьяка, составьте формулу данного сульфида.
7. Избытком соляной кислоты подействовали на растворы: а) гидрокарбоната кальция, б) хлорида гидроксоалюминия. Напишите уравнения реакций этих веществ с НCI, определите их эквиваленты и молярные массы эквивалентов.
8. При окислении 16,74г двухвалентного металла образовалось 21,54г оксида. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида.
9. При взаимодействии 3,24 трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода (н.у.). Вычислите молярную массу металла.
10. На нейтрализацию 0,943г фосфористой кислоты израсходовано 1,291 г КОН. Вычислите основность кислоты и молярную массу эквивалента
11. Соединение металла с галогеном содержит 64,5% галогена, оксид того же металла содержит 15,4% кислорода. Определите галоген.
12. Вычислите молярную массу эквивалента оксида углерода (IV) в реакциях образования с раствором КОН: а) КНСО3 , б) К2СО3 .
13. На нейтрализацию 2,3г основания израсходовано 2,14г НСl. Вычислить молярную массу эквивалента основания.
14. В каком количестве NаОН содержится столько же эквивалентов, сколько в 140г КОН?
15. В каком количестве Ва(ОН)х8Н2О содержится столько же эквивалентов, сколько в156г Аl(OH)3 ?
16. 0.376г алюминия при взаимодействии с кислотой вытеснили 0,468 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Определить эквивалентный объем водорода, зная, что эквивалентная масса алюминия равна 8,99г/моль
17. Серная и ортофосфорная кислоты имеют одинаковую молярную массу. Каково отношение масс этих кислот, пошедших на нейтрализацию одного и того же количества щелочи, если образовались соответственно сульфат и дигидроортофосфат?
18. 1,6г кальция и 2,61г цинка вытесняют из кислоты одинаковые количества водорода. Вычислить молярную массу эквивалента цинка, зная, что эквивалентная масса кальция равна 20,0 г/моль?
19. Медь образует два оксида. На определенное количество меди при образовании первого оксида пошло вдвое больше кислорода, чем при образовании второго. Каково отношение валентности меди в первом оксиде к ее валентности во втором?
20. При взаимодействии 5,95г некоторого вещества с 2,75г хлороводорода получилось 4,4г соли. Вычислить молярную массу эквивалента вещества и образовавшейся соли.
21. При взрыве смеси, полученной из одного объема некоторого газа и двух объемов кислорода, образуются два объема СО2 и один объем N2 . Найти молекулярную формулу газа.
22. Найти молекулярную формулу соединения бора с водородом, если масса 1 л этого газа равна массе 1 л азота, а содержание бора в веществе составляет 78,2%.
23. При пропускании над катализатором смеси, состоящей из 10 моль оксида серы(IV) и 15 моль кислорода, образовалось 8 моль оксида серы (VI). Сколько моль диоксида серы и кислорода не вступило в реакцию?
24. При пропускании водяного пара над раскаленным углем получается водяной газ, состоящий из равных объемов СО и водорода. Какой объем водяного газа (н.у.) может быть получен из 3 кг угля?
25. Через раствор, содержащий 7,4 г гидроксида кальция, пропустили 3,36л диоксида углерода (н.у.). Найти массу вещества, образовавшегося в результате реакции.
26. Рассчитать массу кристаллогидрата Cu(NO3)2х3Н2О, полученного растворением 10г меди в азотной кислоте и последующим выпариванием раствора.
27. В одном из двух закрытых баллонов одинаковыми объемами находится кислород, в другом - азот. Массы обоих газов одинаковы. Температура обоих газов 27 0С. В каком баллоне давление больше и во сколько раз? До какой температуры следует нагреть содержимое одного баллона, чтобы давление внутри него достигло давления в другом баллоне?
28. В закрытом баллоне находится 160 г кислорода под давлением 121,6 кПа при 12 С. Вычислить массу диоксида углерода в таком же объеме, если он находится под давлением 202,6 кПа и при 37 С.
29. Сколько литров кислорода при 21 С и 104,5 кПа выделится при разложении 490 г КС1О3 ?
30. 1 г металла соединяется с массой хлора, занимающей 336 мл при 37 0С и 98 кПа. Вычислить молярную массу эквивалента металла.
Химическая кинетика
Теоретические пояснения
Скоростью химической реакции называют изменение концентрации реагирующего вещества в единицу времени. Её размерность моль л-1
с-1. Скорость реакции определяется природой реагирующих веществ и зависит от условий протекания процесса (концентрации реагирующих веществ, температуры, наличия катализатора и др.).
Зависимость скорости реакции от концентрации выражается законом действующих масс: при постоянной температуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, взятых в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Например, для реакции Н2(г) + I2 (г) 2HI(г)
закон действующих масс может быть записан V = kCH CI
где V — скорость химической реакции; k — константа скорости; CH и CI
- концентрации реагирующих веществ, моль/л.
Реакции в гетерогенной системе осуществляются на поверхности раздела между фазами. Поэтому скорость гетерогенных реакций при постоянной температуре зависит не только от концентрации веществ, но и от площади поверхности раздела. Так, для реакции сгорания кристаллического углерода в атмосфере кислорода: С(к) + О2(г)
СО2(г), углерод находится в гетерогенной (твердой фазе) и его концентрация не может быть учтена в выражении скорости реакции. Для данного примера закон действующих масс имеет видV = k
S; где k- константа скорости;
- концентрация кислорода;, S - площадь поверхности раздела между фазами.
Зависимость скорости реакции от температуры выражается правилом Вант-Гоффа:
где и
скорости реакции при Т2 и Т1,
- температурный коэффициент, показывающий, во сколько раз увеличивается скорость реакции при повышении температуры на 10о.
Одним из методов ускорения химической реакции является катализ, который осуществляется при помощи веществ (катализаторов), увеличивающих скорость реакции, но не расходующихся в результате ее протекания.
Механизм действия катализатора сводится к уменьшению величины энергии активации реакции, т.е. к уменьшению разности между средней энергией активных молекул (активного комплекса) и средней энергией молекул исходных веществ. Скорость химической реакции при этом увеличивается.