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 = kC_H C_I

где V — скорость химической реакции; k — константа скорости; C_H и C_I - 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 10^о.

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.