Вычислить константу равновесия для гомогенной системы

4NH_3(г) +3O_2(г) <=> 2N_2(г) + 6H₂O_(г),

если исходные концентрации NH_3(г) и O_2(г) соответственно равны 6,0 и 5,0 моль/л, а равновесная концентрация N_2(г) равна 1,8 моль/л.

Дано: Уравнение реакции, = 6,0 моль/л = 5,0 моль/л [N2] = 1,8 моль/л	Решение Расчет количеств прореагировавших и образовавшихся при установлении равновесия веществ производится по уравнению реакции.
Kс – ?

Равновесная концентрация исходных веществ равна разности исходной концентрации и концентрации прореагировавших исходных веществ. Равновесная концентрация продуктов реакции равна количеству образовавшихся продуктов реакции.

Обозначим через х количество моль прореагировавших или образовавшихся веществ. Тогда с учетом коэффициентов в уравнении реакции отношения концентраций во второй строке под уравнением реакции равны : : : = 4 : 3 : 2 : 6).

Последовательность расчетов равновесных концентраций веществ, участвующих в реакции, показана ниже

	4NH3 + 3O2 <=> 2N2 + 6H2O
Исходная концентрация веществ, моль/л,	6,0	5,0
Прореагировало исходных и образовалось конечных веществ, моль/л	4х	3х	2х	6х
Равновесная концентрация веществ, моль/л	6,0–4х	5,0–3х	2х	6х

По условию задачи равновесная концентрация N₂ равна 1,8 моль/л.
В то же время [N₂] = 2х. Следовательно, 2х = 1,8, а х = 0,9. Тогда равновесные концентрации веществ равны, моль/л:

[NH₃] = 6,0 – 4 · 0,9 = 2,4 моль/л;

[O₂] = 5,0 – 3 · 0,9 = 2,3 моль/л;

[N₂] = 1,8 моль/л.

[H₂O] = 6,0·0,9 = 5,4 моль/л; =198,95.

Ответ: K_с = 198,95.

6. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

УРОВЕНЬ А

1. Написать формулы закона Рауля для водных растворов неэлектролитов и электролитов (давление насыщенного пара).

Ответ:

, кПа

, кПА.

2. Написать формулы закона Рауля для водных растворов неэлектролитов и электролитов: а) изменения температур кипения растворов; б) изменения температур замерзания растворов.

Ответ:

а) ;

;

б) ;

Написать формулы закона Вант-Гоффа для водных растворов неэлектролитов и электролитов.

Ответ:

, кПа;

, кПа.

УРОВЕНЬ В

1. Вычислить температуры кипения и замерзания водного раствора, содержащего 0,1 моль сахарозы ( ) в 500 г раствора.

= 0,52 кг·К/моль, = 1,86 кг·К/моль.

Дано: = 0,1 моль mр-ра = 500 г = 0,52 кг·к/моль = 1,86	Решение   tкип р-ра = 100 ºС + ∆tкип, tзам р-ра = 0 ºС – ∆tзам , ∆tкип = ·cm ( ), ∆tзам = ·cm ( ), cm( ) – моляльность сахарозы в растворе, моль/кг.
tкип р-ра – ? tзам р-ра – ?

c_m( ) = ,

где – количество растворенной сахарозы, моль.

= , г;

c_m( ) = моль/кг,

где М = 342 г/моль

∆t_кип = 0,52 ∙ 0,21 = 0,109 ºС;

t_{кип р-ра} = 100 ºС + 0,109 ºС = 100,109 ºС;

∆t_зам = 1,86∙0,21 = 0,391 ºС;

t_{зам р-ра} = 0 ºС – 0,391 ºС = –0,391 ºС.

Ответ: t_{кип р-ра} = 100,109 ºС;

t_{зам р-ра} = – 0,391 ºС.

2. В 100 г воды содержится 2,3 г неэлектролита. Раствор обладает при 25 ºС осмотическим давлением, равным 618,5 кПа. Определить молярную массу неэлектролита. Плотность раствора принять равной 1 г/см³.

Дано: mв = 2,3 г t = 250C = 100 г π = 618,5 кПа ρр-ра = 1 г/см3	Решение π = св ∙ R ∙ T, кПа. R = 8,314 л∙кПа/(моль∙К). св – молярная концентрация вещества, моль/л. Vр-ра = mр-ра/ρр-ра = (mB + m )/ρр-ра , см3. Vр-ра = 102,3 см3 = 0,102 л.
МВ – ?

с_в = , моль/л,

где m_в – масса растворенного неэлектролита, г;

М_в – молярная масса растворенного неэлектролита, г/моль.

π = ∙ R ∙ T, кПа;

М_в = = 90,33 г/моль.

Ответ: молярная масса растворенного вещества равна 90,06 г/моль.

3. Определить давление насыщенного пара воды над 1,0 %-м раствором карбамида (CO(NH₂)₂) при 298 К, если давление насыщенного пара над водой при той же температуре равно 2,34 кПа.

Дано: = 1,0 % Т = 298 К po = 2,34 кПа	Решение р = рo∙ = ,
Р – ?

где р – давление насыщенного пара воды над раствором, кПа,

р_o – давление насыщенного пара воды, кПа;

– молярная доля воды;

– количество воды, моль;

– количество CO(NH₂)₂, моль;

= 60 г/моль, = 18 г/моль.

В 100 г 1 %-го раствора карбамида содержится 1 г карбамида и 99 г воды.

р = = 2,33 кПа.

Ответ: давление насыщенного пара воды над 1 %-м раствором CO(NH₂)₂ составляет 2,33 кПа.

УРОВЕНЬ С

1. Определить давление насыщенного пара воды над 0,05 М раствором хлорида кальция (ρ = 1,041 г/см³) при 301 К, если давление насыщенного пара над водой при этой температуре равно 3,78 кПа. Кажущаяся степень диссоциации хлорида кальция равна 0,85.

Дано: 0,05 моль/л T = 301 К ρ = 1,041 г/см3 α = 0,85 рo = 3,78 кПа	Решение Давление насыщенного пара воды над раствором электролита равно ,
р – ?

где – количество воды, моль,

– количество CaCl₂, моль

i – изотонический коэффициент.

α = , i = α (к – 1) + 1,

где α – кажущаяся степень диссоциации CaCl₂;

к – общее количество ионов, образующихся при полной диссоциации одной молекулы CaCl₂.

CaCl₂ = Сa²⁺ + 2Cl^-

к = 3,

i = 0,85(3 – 1) + 1 = 2,7,

, моль/л,

oткуда , г

= 111 г/моль.

Для расчета берем 1 л раствора.

m_р-ра = 1000∙1,041 = 1041г.

.

р = 3,78 ∙ = 3,77 кПа.

Ответ: давление насыщенного пара над раствором равно 3,77 кПа.

2. Определить осмотическое давление 1,5 %-го раствора карбоната натрия при 25 ºС. Плотность раствора равна 1,015 г/см³. Кажущаяся степень диссоциации карбоната натрия равна 0,9.

Дано: = 1,5 % t = 25 ºС ρ = 1,015 г/см3 α = 0,9	Решение π = i∙ ∙R ∙ T, кПа;   α = ; i = α(к – 1) + 1,
π – ?

где α – кажущаяся степень диссоциации;

к – общее количество ионов, образующихся при полной диссоциации одной молекулы Na₂CO₃:

Na₂CO₃ = 2Na⁺ + CO₃^2-;

к = 3, тогда i = 0,9(3 – 1)+1 = 2,8

– молярная концентрация Na₂CO₃, моль/л:

= , моль/л.

В 100 г 1,5 % раствора содержится 1,5 г Na₂CO₃ и 98,5 г воды

V_р-ра = = = 98,5 см³ = 0,0985 л.

= = 0,144 моль/л.

π = 2,8 ∙ 0,144 ∙ 8,314 ∙ 298 = 998,96 кПа.

Ответ: осмотическое давление 1,5 %-го раствора Na₂CO₃ равно 998,96 кПа.

3. Определить кажущуюся степень диссоциации соли, если водный раствор хлорида алюминия с массовой долей 1,5 % кристаллизуется (замерзает) при температуре (–0,69) ºС.

= 1,86 кг·к/моль.

Дано: = 1,5 % tзам р-ра = –0,69 ºС =1,86 кг·к/моль.	Решение   α = ,   где к – общее количество ионов, образующихся при полной диссоциации одной молекулы AlCl3.
α – ?

AlCl₃ = Al³⁺ + 3Cl^-

к = 4

∆t_зам = i ∙ ∙с_m(AlCl₃),

где с_m(AlCl₃) = , моль/кг.

В 100 г 1,5 %-го раствора содержится 1,5 г AlCl₃ и 98,5 г воды.

с_m(AlCl₃) = = 0,114 моль/кг,

= 133,5 г/моль,

= 3,25,

α = = 0,75 (75 %).

Ответ: кажущаяся степень диссоциации AlCl₃ равна 0,75(75%).

7. РАСТВОРЫ СИЛЬНЫХ И СЛАБЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ. ПРОИЗВЕДЕНИЕ РАСТВОРИМОСТИ.

ИОННО-МОЛЕКУЛЯРНЫЕ УРАВНЕНИЯ

УРОВЕНЬ А

1. Написать выражение ПР и привести их табличное значение для следующих соединений PbCl₂ и Ag₂S.

Ответ: PbCl_2(к) <=> Pb + 2Cl ;

ПР = 2 ∙ 10^-5;

Ag₂S_(к) <=> 2Ag +S ;

ПР = 5,7 ∙ 10^-51,

т.е. растворимость Ag₂S значительно меньше растворимости PbCl₂.

2. Написать уравнения диссоциации, выражения констант диссоциации и привести их табличное значение для H₂S.

Ответ: поскольку H₂S – слабый электролит, то процесс диссоциации является обратимым и протекает ступенчато:

1-я ступень: H2S <=> H+ + HS-;
=6,0·10-8.
2-я ступень: HS- <=> Н+ + S2-;
=1,0·10-14.

Поскольку больше в 6∙10⁶ раз, то можно считать, что диссоциация H₂S протекает в основном по первой ступени.

3. Определить силу электролитов и написать уравнения диссоциации сильных электролитов:

Zn(OH)₂; HCl; H₃PO₄; NaOH; HCN.

Ответ: поскольку к сильным относятся кислоты HCl, HBr, HJ, HNO₃, H₂SO₄, HClO₄, а к сильным основаниям относятся LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)₂, Sr(OH)₂, Ba(OH)₂, то

Zn(OH)₂ – слабый электролит; HCl – сильный электролит; H₃PO₄ – слабый электролит; NaOH – сильный электролит, HCN – слабый электролит.

Диссоциация сильных электролитов на ионы протекает нацело:

HCl = H⁺ + Cl^-;

NaOH = Na⁺ + OH^-.

УРОВЕНЬ В

1. Вычислить рН следующих водных растворов:

а) 0,02 М HCl,

б) 0,2 М KOH.

Дано: cHCl = 0,02 М cKOH = 0,2 М	Решение   а) HCl = H+ + Cl-   рН = -lg c ;
pH – ?

HCl – сильный электролит, α = 1,

– число Н⁺, образовавшихся при диссоциации одной молекулы НСl,

n = 1, тогда = c = 0,02 моль/л = 2 · 10^-2 моль/л.

рН = -lg2·10^-2 = -lg2 + (-lg10^-2)= – 0,3 + 2 = 1,7.

б) KOH = К⁺ + ОН^-;

рН = 14 – рОН; рОН = -lgc ,

c = c · α · n ,

КОН – сильный электролит, α = 1,

n – число ОН^-, образовавшихся при диссоциации одной молекулы КОН, n = 1, тогда c = c_KOH = 2·10^-1 моль/л,

рОН = –lg(2·10^-1) = –lg2 + (–lg10^-1) = – 0,3 + 1 = 0,7.

рН = 14 – 0,7 = 13,3.

Ответ: рН 0,02 М HCl равно 1,7;

рН 0,2 М КОН равно 13,3.