Комплексная задача (растворы электролитов) № 5
При очистке реактора установки по производству соли (определяется номером варианта, столбец 2) часть продукта осталась не изъятой.
Определить:
1. Концентрацию (СМ, Сm, Х, ω) раствора соли, если в реакторе её осталось 5 кг, а объём воды, необходимый для первичной отмывки реактора в 10 раз больше, чем для образования насыщенного раствора этой соли (S, г на 100 г воды, столбец 3).
2. При растворении соли в воде возможен её гидролиз. Запишите соответствующие уравнения процесса. Определите pH образовавшегося раствора (рН < 7, pH > 7, pH ≈ 7).
Таблица 18
Варианты заданий
| № п/п | Синтезируемая соль | S, г | № п/п | Синтезируемая соль | S, г |
| 1. | AgNO3 | 222,0 | 21. | Ba(NO3)3 | 9,2 |
| 2. | KSCN | 217,5 | 22. | Ca(NO3)2 | 0,166 |
| 3. | NH4Cl | 37,2 | 23. | AlCl3 | 45,9 |
| 4. | Fe(NO3)3 | 83,03 | 24. | KBr | 65,5 |
| 5. | Zn(NO3)2 | 118,4 | 25. | CuCl2 | 72,7 |
| 6. | HgCl2 | 6,6 | 26. | CaI2 | 208,6 |
| 7. | Al(NO3)3 | 75,4 | 27. | Cu(NO3)2 | 124,8 |
| 8. | KNO2 | 298,4 | 28. | Ni(NO3)2 | 96,32 |
| 9. | NH4NO3 | 192,0 | 29. | FeBr2 | 115,0 |
| 10. | FeCl3 | 91,9 | 30. | Na2S | 18,8 |
| 11. | NaBr | 90.5 | 31. | BaI2 | 203,1 |
| 12. | Al2(SO4)3 | 36,4 | 32. | ZnCl2 | 367,3 |
| 13. | K2SO3 | 106,0 | 33. | Na2SO3 | 26,9 |
| 14. | NiCl2 | 55,3 | 34. | (CH3COO)2Pb | 55,0 |
| 15. | FeSO4 | 26,5 | 35. | MnSO4 | 64,5 |
| 16. | CoCl2 | 52,9 | 36. | CuBr2 | 126,8 |
| 17. | AgF | 37. | (NH4)2SO4 | 75,4 | |
| 18. | KHCO3 | 33,3 | 38. | ZnBr2 | 446,4 |
| 19. | CaCl2 | 74,5 | 39. | Pb(NO3)2 | 56,5 |
| 20. | Cs2SO4 | 178,7 | 40. | Na3PO4 | 11,0 |
Комплексная задача (растворы неэлектролитов) № 6
В технологическом процессе завода химического синтеза первичный подогрев вещества Х (столбец 2) осуществляется в трубчатых змеевиках, а для повышения производительности установки в Х вводят вещество Y.
Определить температуру кипения и замерзания раствора, содержащего m (кг) вещества Х и n (моль) вещества Y (столбец 3, 4), если для Х Кк = а 
(столбец 5), Кэ = b (столбец 6), t зам = с 0С (столбец 7),t кип = d 0С (столбец 8).
Таблица 19
Варианты заданий
| № п/п | Вещество Х | m(Х) | n(Y) | a | b | с | d |
| 1. | анилин, С6H5NH2 | 5,87 | 3,22 | -5,96 | 184,4 | ||
| 2. | ацетон, СН3СОСН3 | 2,40 | 1,48 | -94,60 | 56,0 | ||
| 3. | бензол, С6Н6 | 5,10 | 2,57 | 5,40 | 80,2 | ||
| 4. | вода, Н2О | 1,85 | 0,52 | 100,0 | |||
| 5. | диоксан, С4Н8О2 | 4,63 | 3,27 | 11,70 | 100,3 | ||
| 6. | уксусная кислота, СН3СООН | 3,90 | 3,07 | 16,50 | 118,5 | ||
| 7. | муравьиная кислота, НСООН | 2,77 | 2,40 | 8,40 | 100,8 | ||
| 8. | пиридин, С5Н5N | 4,97 | 2,69 | -40,00 | 115,8 | ||
| 9. | дифенил, (С6Н5)2 | 8,2 | 7,06 | 70,2 | 254,9 | ||
| 10. | хлороформ, CHCl3 | 4,90 | 3,88 | -63,20 | 61,2 | ||
| 11. | четырёххлористый углерод, CCl4 | 2,98 | 5,30 | -23,00 | 76,7 | ||
| 12. | бензил, (С6Н5СО)2 | 10,5 | 10,3 | 94,0 | 347,0 | ||
| 13. | олеум, SO3·H2O | 6,17 | 5,95 | 10,5 | 331,7 | ||
| 14. | диэтиловый эфир, (С2Н5)2О | 1,79 | 2,02 | -117 | 34,6 | ||
| 15. | ментол, С10Н19ОН | 104, | 6,15 | 42,0 | 212,0 | ||
| 16. | дибром, Br2 | 8,64 | 5,1 | -7,32 | 63,0 | ||
| 17. | нафталин, С10Н8 | 6,98 | 5,8 | 80,1 | 218,0 | ||
| 18. | нитробензол, С6Н5NО2 | 8,1 | 5,27 | 5,82 | 210,9 | ||
| 19. | бромоводород, HBr | 9,41 | 1,61 | -86 | -68,7 | ||
| 20. | фенол, С6Н5ОН | 7,27 | 3,6 | 182,1 |
Комплексная задача (растворы неэлектролитов) № 7
В резервуарах для хранения органических жидкостей используют плавающие экраны, крышей закрывающие поверхность жидкости (для уменьшения процесса испарения).
Вычислить:
1.Давление пара над раствором, содержащим m1 кг метилового спирта в m2 т этилового спирта (столбец 2, 3), при t 0С (столбец 4), если давление пара этилового спирта равно P кПа (столбец 5).
2.Величину осмотического давления для раствора метилового спирта в этиловом спирте при при t 0С (столбец 4), если плотность раствора в указанных условиях составляет ρ г/см3 (столбец 6).
Таблица 20
Варианты заданий
| № п/п | Масса вещества | t 0С | P, кПа | ρ, г/см3 | |
| m1 (кг) | m2 (т) | ||||
| 1. | 43,0 | 0,798 | |||
| 2. | 43,5 | 0,787 | |||
| 3. | 44,0 | 0,783 | |||
| 4. | 44,5 | 0,800 | |||
| 5. | 45,0 | 0,803 | |||
| 6. | 45,5 | 0,806 | |||
| 7. | 46,0 | 0,797 | |||
| 8. | 46,5 | 0,796 | |||
| 9. | 47,0 | 0,796 | |||
| 10. | 47,5 | 0,792 | |||
| 11. | 48,0 | 0,791 | |||
| 12. | 48,5 | 0,791 | |||
| 13. | 49,0 | 0,785 | |||
| 14. | 49,5 | 0,784 | |||
| 15. | 50,0 | 0,783 | |||
| 16. | 50,5 | 0,783 | |||
| 17. | 51,0 | 0,784 | |||
| 18. | 51,5 | 0,782 | |||
| 19. | 52,0 | 0,782 | |||
| 20. | 52,5 | 0,781 |
ТЕМА 6. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Гальванические элементы
В любой гетерогенной системе на границе раздела фаз возникает скачок потенциалов. Рассмотрим это явление на примере системы металл-электролит. В твёрдом состоянии металлы имеют кристаллическую структуру. Химическая связь между ионами в кристалле осуществляется электронами.
Так как металлы обладают различной активностью, то при их погружении в водные растворы собственных солей возможны следующие процессы:
1) переход ионов металла из кристаллической решетки в раствор по упрощенной схеме
Ме0 – nē = Men+
(активный металл)
2) внедрение ионов металла в кристаллическую решетку
Men+ + nē = Ме0
(малоактивный металл)
Таким образом, при погружении активных и малоактивных металлов в растворы собственных солей устанавливается равновесие с соответствующим ему потенциалом.
В случае неактивного металла на границе металл-раствор возникает электродный потенциал окислительно-восстановительной системы, содержащейся в растворе. Металл электрода не претерпевает изменений в ходе электродного процесса, а участвует лишь в передаче электронов от восстановленной формы вещества к его окисленной форме.
Абсолютную величину электродного потенциала измерить нельзя, но можно определить разность потенциалов, т.е. измерить ЭДС системы, составленной из исследуемого электрода и электрода сравнения.
Стандартным электродным потенциалом металланазывается потенциал, возникающий на металле, погруженном в одномолярный раствор собственного иона при температуре 25ºС, измеренный по сравнению со стандартным водородным электродом, потенциал которого условно принимаем разным нулю.
Стандартный водородный электрод представляет собой платиновую пластинку с развитой поверхностью, помещенную в раствор серной кислоты. Поверхность платины омывается газообразным водородом с давлением 1 атм. На поверхности такого электрода устанавливается равновесие
2Н+ + 2ē = Н2↑
Стандартные потенциалы металлов являются табличными величинами и образуют ряд стандартных электродных потенциалов.
Чем отрицательнее стандартный электродный потенциал, тем более сильным восстановителем является данный металл. Самый сильный восстановитель – литий. Чем положительнее стандартный электродный потенциал, тем более сильным окислителем является ион данного металла. Самым сильным окислителем является ион Au3+.
Окислительно-восстановительный потенциал зависит от концентрации соответствующих ионов. Эта зависимость определяется уравнением Нернста:
,
где Е – равновесный окислительно-восстановительный электродный потенциал;
Е0 – стандартный электродный потенциал (приведен в справочниках);
R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль К);
Т – абсолютная температура, К.
n – величина заряда иона металла;
F – число Фарадея (96500 Кл/моль);
С – концентрация ионов металла в растворе (моль/л).
Если в этом уравнении подставить значения R и F, и заменить натуральный логарифм десятичным, то для температуры 250С получим:
