Энергетика химических процессов

4.1 Что понимается под внутренней энергией и энтальпией системы?

4.2 Тепловой эффект химической реакции. Закон Гесса.

4.3 Энтальпия образования химического соединения. Стандартная энтальпия образования химического соединения.

4.5 Следствие из закона Гесса. Расчет теплового эффекта химической реакции.

4.6 Энтропия системы и ее изменение при химических реакциях и фазовых переходах .Энтропия системы.

4.7Энергия Гиббса и ее изменение при химических процессах. Условия само­произвольного протекания химических реакций, условия химического равновесия. Энтропийный и энтальпийный факторы химической реакции

4.7 Энтропийный и энтальпийный факторы химической реакции.

Задачи.

1 Реакция горения ацетилена идет по уравнению

С₂Н_2(г) + 5/2О_2(г) = 2СО_2(г) + Н₂О_(ж).

Вычислите DG и DS этой реакции. Объясните уменьшение энтропии в результате протекания данного процесса.

2 На основании стандартных теплот образования и абсолютных стандартных энтропий соответствующих веществ вычислите DG реакции, протекающей по уравнению СО_(г) + 3Н_2(г) = СН_4(г) + Н₂О_(г).

Возможна ли эта реакция при 1000^оК?

3 При какой температуре наступит равновесие системы

СО_(г) + 2Н_2(г) = СН₃ОН_(ж); DН = -128,05 кДж?

4 Реакция восстановления оксида железа (III) углеродом протекает по уравнению: Fe₂O_3(к) + 3C_(к) = 2Fe_(к) + 3СО_(г)

Возможно ли протекание этой реакции при температурах 500 и 1000 К?

5 Вычислите тепловой эффект и напишите термохимическое уравнение реакции горения 1 моль этана С₂Н_6(г), в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Сколько теплоты выделится при сгорании 1 м³ этана в пересчете на нормальные условия?

6 При взаимодействии 6,3 г железа с серой выделилось 11,31 кДж теплоты. Вычислите энтальпию образования сульфида железа FeS

7 При сгорании 1 л ацетилена (н.у.) выделяется 56,053 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение реакции, в результате которой образуются пары воды и диоксид углерода. Вычислите энтальпию образования С₂Н_2(г).

8 Определите, при какой температуре начнется реакция восстановления Fe₃O_4, протекающая по уравнению

Fe₃O_4(к) + CO_(г) = 3FeO_(к) + CO_2(г); DН_х.р.= 34,55 кДж

Химическая кинетика.

5.1 Понятие система и фаза. Гетерогенные и гомогенные системы.

5.2 Скорость химической реакции. Зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ. Закон действующих масс.

5.3 Зависи­мость скорости реакции от температуры. Закон Вант-Гоффа.

5.4 Какие молекулы называются активными, что понимается под энергией активации химической реакции?

5.5 Равновесие в гомогенных и ге­терогенных системах. Смещение равновесия, принцип Ле Шателье.

Задачи

1 Окисление серы и ее диоксида протекает по уравнению:

а) S_(к) + О_2(г) = SO_2(г); б) 2SO_2(г) + О_2(г) = 2SO_3(г).

Как изменяются скорости этих реакций, если объемы каждой из систем уменьшить в четыре раза?

2 Реакция идет по уравнению Н₂+J₂=2HJ. Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16. Исходные концентрации реагирующих веществ: [H₂]=0,04 моль/л, [J₂]=0,05 моль/л. вычислите начальную скорость реакции и ее скорость, когда [H₂]=0,03 моль/л.

3 Вычислите, во сколько раз уменьшится скорость реакции протекающей в газовой фазе, если понизить температуру от 120 до 80°С. Температурный коэффициент скорости реакции 3. Сформулируйте закон Вант-Гоффа. Каков физический смысл температурного коэффициента?

4 Как изменится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры на 60°С, если температурный коэффициент скорости данной реакции 2? Почему скорость реакции резко возрастает при повышении температуры? Что такое энергия активации? Как она изменяется с изменением температуры?

5 Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы СО_2(г)+С_(к)=2СО_(г). Как изменится скорость прямой реакции – образования СО, если концентрацию СО₂ уменьшить в 4 раза? Как следует изменить давление для повышения выхода СО? Ответ пояснить. Какие системы называют гетерогенными?

6 Как изменится скорость гомогенной реакции 2NO+O₂«2NO₂ если концентрацию [NO] увеличить в 2 раза, а концентрацию [O₂] уменьшить в 2 раза? Ответ пояснить. Что называется скоростью химической реакции? От каких факторов она зависит?

7 Реакция между веществами А и В выражается уравнением А+2В=С. начальные концентрации составляют: [A]=0,03 моль/л, [B]=0,05 моль/л. Константа скорости реакции равна 0,4. Найдите начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшится на 0,01 моль/л.

8 Константа равновесия системы FeO_(к)+СО_(г)«Fe_(к)+СО_2(г) при некоторой температуре равна 0,5. Найти равновесные концентрации этих веществ, если [CO]_исх=0,05 моль/л, [CO₂]_исх=0,01 моль/л.

9 Сформулируйте закон действия масс. Как изменится скорость реакции 2NO+O₂=2NO₂, если объем реакционного сосуда увеличить в 2 раза? Концентрацию [NO] увеличить в 3 раза?

10 Константа равновесия гомогенной системы СО+Н₂О«СО₂+Н₂ при некоторой температуре равна 1. Вычислить равновесные концентрации всех реагирующих веществ, если исходные концентрации: [CO]=0, 1 моль/л, [H₂O]=0,40 моль/л.

Растворы

1.5 Способы выражения состава растворов: массовая доля, процентная концентрация, молярная концентрация, моляльная концентрация, молярная концентрация эквивалентов (нормальная концентрация), молярная доля растворенного вещества, титр раствора.

1.6 Свойства растворов неэлектролитов: первый и второй законы Рауля.

1.7 Какие вещества называют электролитами?. Какой процесс называется процессом электролитической диссоциации? Что понимают под степенью электролитической диссоциации? Какие электролиты относятся к сильным электролитам и какие - к слабым?

1.8 Что понимается под константой диссоциации? Каким образом может быть смещено равновесие диссоциации слабого электролита?

1.9 Что понимается под ионным произведением воды и каков его физический смысл? Что понимается под водородным и гидроксильным показателем среды?

1.10 Какой процесс называется гидролизом? В каком случае гидролиз протекает по аниону, в каком - по катиону, в каком - по аниону и по катиону? Каким будет в каждом из этих случаев характер среды?

Задачи

1 Сколько граммов сульфита натрия потребуется для приготовления 5 л 8%-ного (по массе) раствора (r=1,075 г/мл)? Чему равна моляльная концентрация полученного раствора?

2 Чему равна нормальность 30% раствора NaOH плотностью 1,328 г/см³? К 1 л этого раствора прибавили 5 л воды. Вычислите массовую долю растворенного вещества в полученном растворе.

3 К 3 л 10%-ного раствора HNO₃ (r=1,054 г/см³) прибавили 5 л 2%-ного раствора той же кислоты плотностью 1,009 г/см³. Вычислите массовую долю растворенного вещества и молярную концентрацию полученного раствора.

4 Смешали 10 см³ 10%-ного раствора HNO₃ (r=1,056 г/см³) и 100 см³ 30%-ного раствора HNO₃ (r=1,184 г/см³). Вычислите массовую долю азотной кислоты в полученном растворе.

5 Какой объем раствора (плотность 1,20 г/см3), содержащего 40% кислоты, необходимо взять для приготовления 1 л 2 н раствора этой кислоты? Рассчитайте титр полученного раствора. Какой объем 0,2 н раствора щелочи понадобится для нейтрализации 50 мл полученного раствора кислоты?

6 Сколько миллилитров 96%-ного (по массе) раствора серной кислоты (r=1,84 г/мл) нужно взять для приготовления 1 л 0,25н раствора?

7 Сколько граммов карбоната натрия содержится в 500 мл 0,25н раствора? Чему равен титр полученного раствора?

8 Сколько граммов сульфита натрия потребуется для приготовления 5 л 8%-ного (по массе) раствора (r=1,075 г/мл)? Чему равна моляльная концентрация полученного раствора?

9 К 100мл 96% раствора серной кислоты (плотность 1,84 г/см³) прибавили 400 мл воды. Получили раствор плотностью 1,22 г/см³. Вычислите молярность, моляльность и массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

10 Сколько граммов хлорида калия следует добавить к 450 г 8%-ного раствора той же соли для получения 12%-ного раствора?

11 Сколько граммов мочевины (NH₂)₂CO следует растворить в 75 г воды, чтобы температура кристаллизации понизилась на 0,465°? Криоскопическая константа воды 1,86°. Чему равна массовая доля растворенного вещества в полученном растворе.

12 Что такое неэлектролиты? Раствор, содержащий 25,65 г некоторого неэлектролита в 300 г воды, кристаллизуется при -0,465°С. Вычислить молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86°.

13 Температура кристаллизации раствора, содержащего 66,3 г некоторого неэлектролита в 500 г воды, равна -0,558°С. Вычислите молярную массу растворенного вещества. Криоскопическая константа воды 1,86°.

14 Раствор, содержащий 0,512 г неэлектролита в 100 г бензола, кристаллизуется при 5,296°С. Температура кристаллизации бензола 5,500°С. Криоскопическая константа 5,1°. Вычислите молярную массу растворенного вещества.

15 Вычислите температуру кипения 5%-ного раствора нафталина С₁₀Н₈ в бензоле. Температура кипения бензола 80,2°С. Эбуллиоскопическая константа его 2,57°.

16 Раствор, содержащий 3,04 г камфары С₁₀Н₁₆О в 100 г бензола, кипит при 80,714°С. Температура кипения бензола 80,200°С. Вычислите эбуллиоскопическую константу бензола.

17 Запишите в молекулярном и ионном виде уравнения возможных реакций:

a) HCl + Cu(NO₃)₂ →

б) Zn(OH)₂ + HNO₃ →

в) AlCl₃ + NH₄OH →

г) Fe(OH)SO₄ + H₂SO₄ →

18 Составьте молекулярные уравнения реакций, которым отвечают данные ионно-молекулярные уравнения:

а)Al(OH)₂⁺ + OH^- → Al(OH)₃;

б) NO₂^- + H⁺ → HNO₂.

19 Запишите в молекулярном и ионном виде уравнения возможных реакций:

a) MgOHCl + HCl →

б) CaCO₃ + HNO₃ →

в) NiCl₂ + PbSO₄ →

г) Al(OH)₃ + KOH →

20 Составьте молекулярные уравнения реакций, которым отвечают данные ионно-молекулярные уравнения:

а) 3Ca²⁺ + 2PO₄^3- → Ca₃(PO₄)₂ ;

б) HCO₃^- + H⁺ → H₂O + CO₂

21 Запишите в молекулярном и ионном виде уравнения возможных реакций:

a) Ва(OH)₂ + NaCl →

б) AgNO₃ + KCl →

в) NaHSO₃ + NaOH→

г) BaS + HNO₃ →

22 Запишите в молекулярном и ионном виде уравнения возможных реакций:

a) Na₂SO₄ + AlCl₃ →

б) ZnCl₂ + H₂S →

в) KOH + NH₄Cl →

г) NaHSO₃ + NaOH →

23 Составьте молекулярные уравнения реакций, которым отвечают данные ионно-молекулярные уравнения:

а) CH₃COO^- + H⁺ → CH₃COOH;

б) 3Mg²⁺ + 2PO₄^3-→ Mg₃(PO₄)₂

24 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения ступенчатого гидролиза соли K₂SiO₃ и укажите реакцию среды.

25 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения ступенчатого гидролиза соли AlCl₃ и укажите реакцию среды.

26 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения ступенчатого гидролиза соли Ni(NO₃)₂ и укажите реакцию среды.

27 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения ступенчатого гидролиза соли Na₃PO₄ и укажите реакцию среды.

28 В водных растворах каких солей реакция среды будет щелочной? Ответ подтвердите составлением молекулярного и ионно-молекулярного уравнений гидролиза.

а) Ва(NO₃)₂; б) CrCl₃; в) Mg₃(PO₄)₂; г) K₂PbO₂

29 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения ступенчатого гидролиза соли Na₂ZnO₂ и укажите реакцию среды.

30 Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения ступенчатого гидролиза соли Cr(NO₃)₃и укажите реакцию среды.

Дисперсные системы.

7.1 Поверхностные явления Сорбция, виды сорбции. Аб­сорбция и адсорбция.

7.2 Поверхностно-активные вещества.. Поверхностное натяжение. Практическое значение процессов адсорбции и абсорбции. Хроматография.

7.3 Общие понятия о дисперсных системах. Классификация дис­персных систем. Гетерогенные дисперсные системы, образование гетерогенных систем. Грубодисперсные системы - суспензии, эмульсии, пены.

7.3 Коллоидные растворы. Структура и электрический заряд коллоидных частиц. Агрегативная и кинетическая устойчивость колло­идных систем. Коагуляция, седиментация. Образование и свойства гелей.. Практическое применение дисперсных систем.