Скорость химических реакций

Примеры решения задач

Пример 1. Во сколько раз изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2NО (г) +О₂ (г) ↔ 2NО₂ (г), если объем газовой смеси уменьшить в три раза?

Решение. Обозначим концентрации реагирующих веществ: =а, =b, =с. Согласно закону действия масс скорости (v) прямой и обратной реакции до изменения объема

v_пр.= k_пр.а²b; v_обр. = k_обр.c²;

После уменьшения объема гомогенной системы в три раза концентрация каждого из реагирующих веществ увеличится в три раза: =За, =3b, =3с. При новых концентрациях скорости (v’) прямой и обратной реакции:

= k_пр. (За)² (3b) = 27k_пр.а²b;

= k_обр. (3с)² = 9k_обр.c².

Отсюда = = 27; = = 9.

Следовательно, скорость прямой реакции увеличилась,. в 27 раз

Пример 2. Вычислите, во сколько раз увеличится скорость реакции, протекающей в газовой фазе, при повышении температуры от 50 до 70°С, если температурный коэффициент реакции равен 3.

Решение. Зависимость скорости химической реакции от температуры определяется эмпирическим правилом Вант-Гоффа по формуле:

= ;

= = = 9 .

Следовательно, скорость реакции ( ), протекающей при температуре 70°С, увеличилась по сравнению со скоростью реакции ( ), протекающей при температуре 50°С, в 9 раз.

Пример 3. Энергия активации реакции равна 33кДж/моль. Во сколько раз увеличится скорость реакции при нагревании реакционной смеси с 25 до 60^оС?

Решение.Зависимость константы скорости химической реакции от температуры определяется уравнением Аррениуса:

,

где Е_а - энергия активации реакции;

А - константа для данной реакции.

Записав выражения для констант скорости данной реакции k₂ и k₁ при температурах соответственно Т₂ и Т₁ и разделив первое уравнение на второе, получим:

или

отсюда ,

т.е. скорость данной реакции увеличится в 4 раза.

Пример 4. Начальные концентрации исходных веществ в реакции

СН_{4 (г)} +2Н₂S_(г) → CS_2(г),+ 4H_2(г)

были равны 0,3моль/л СН₄ и 0,5моль/л Н₂S. Найдите концентрации этих веществ в тот момент, когда образовалось 0,16 моль/л Н₂. Как изменилась при этом скорость реакции?

Решение.По закону действия масс скорость данной реакции описывается уравнением:

Начальная скорость реакции равна:

,

где - константа скорости реакции, не зависящая от концентраций ее участников.

В начальный момент времени продукты реакции отсутствовали, т.е.начальные концентрации CS₂ и H₂ были равны 0. Расчет по уравнению реакции:

х у 0,16моль

СН_{4 (г)} +2Н₂S_(г) → CS_2(г),+ 4H_2(г)

1моль 2моль 4моль

дает, что на образование 0,16 моль Н₂ должно расходоваться

и

Поэтому к тому моменту, когда в системе образуется 0,16моль Н₂, концентрации исходных веществ уменьшатся и составят: и

Соответственно, скорость реакции к этому моменту также уменьшится и будет равна:

Отношение , т.е. скорость реакции уменьшится в 1,6 раза.

Контрольные задания

121. При 509^оС скорость реакции 2HI→ H₂ + I₂ составила 5,8·10^-4 моль/(л∙мин). Вычислите концентрацию НI, если концентрации I₂ равна 0,11 моль/л, а константа скорости реакции составляет 0,0047 л/(моль∙мин).

Ответ: 0,35 моль/л.

122. При увеличении температуры в системе на 45^о скорость гомогенной реакции возросла в 65 раз. Вычислите температурный коэффициент скорости реакции. Как изменится скорость данной реакции при охлаждении реакционной смеси с 80 до 50^оС?

Ответ: 2,5; в 15,625 раз.

123. Начальная концентрация исходных веществ в системе

4HI_(г) +O_2(г) →2I_2(г) + 2H₂О_(г)

была равна 0,7 и 0,3 моль/л. Как изменится скорость реакции к тому моменту, когда концентрация I₂ станет равна 0,2 моль/л?

Ответ: 44,4 раза

124. Как изменится скорость реакции, протекающей в системе:

MnO_2(к) + 4HCl_(г) → MnCl_2(к) + Cl_2(г)

при изменении давления в ней в 3 раза?

Ответ: 81 раз.

125. Как следует изменить давление в системе

2 NО_(г) + Cl_2(г) →2 NОCl_(г);

чтобы скорость реакции возросла в 125 раз?

Ответ: 5 раз.

126. Энергия активации реакции равна 47,8 кДж/моль. Во сколько раз уменьшится скорость реакции при охлаждении реакционной смеси с 85 до 40^оС?

Ответ: 10 раз.

127. Начальная концентрация соляной кислоты в реакции

СаСО_{3 (т)} + 2HCl_{(раствор)} →СаCl_{2(раствор)} +СО_2(г) + H₂О_{(раствор)}

равнялась 20%масс. Как изменится скорость данной реакции при снижении концентрации НСl до 15%масс.?

Ответ: 1,86 раз.

128. Скорость реакции при 40^оС равна 0,085 моль/(л∙мин). При какой температуре следует проводить реакцию, чтобы ее скорость равнялась 0,60 моль/(л∙мин), если энергия активации данной реакции – 21,3 кДж/моль?

Ответ: 138^оС.

129. Константа скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира:

СН₃СООС₂Н_5(р-р) + КОН_(р-р)→СН₃СООК _(р-р) +С₂Н₅ОН_(р-р)

равна 0,1 л/моль∙мин. Начальная концентрация уксусноэтилового эфира была равна

0,01 моль/л, а щелочи – 0,05 моль/л. Вычислите начальную скорость реакции и в тот момент, когда концентрация эфира станет равной 0,008 моль/л.

Ответ: 5,0∙10^-5 и 3,84∙10^-5 моль/л∙мин.

130. При повышении температуры с 55 до 85^оС скорость гомогенной реакции возросла в 80 раз. Рассчитайте температурный коэффициент и энергию активации данной реакции.

Ответ: 4,3; 142,5 кДж/моль.

131. Как изменится скорость реакции

2H₂S_(г) +3O_2(г) →2SO_2(г) + 2H₂О_(г)

Если: а)уменьшить объем реакционной смеси в 2 раза?

б)увеличить концентрацию сероводорода в 3 раза?

Ответ: 32 раза; 9 раз.

132.Начальные концентрация исходных веществ в системе

N_2(г) +3H_2(г) ↔ 2NH_3(г)

составили: азота – 2 моль/л, водорода – 4 моль/л. Как изменится скорость данной реакции при снижении концентрации водорода в результате реакции до 2,8 моль/л?

Ответ: 3,6 раза.

133. При повышении температуры с 40 до 75^оС скорость гомогенной реакции возросла в 120 раз. Как изменится скорость данной реакции при повышении температуры с 75 до 100^оС?

Ответ: 30,6 раз

134. Как следует изменить объем реакционной смеси системы:

8NH_3(г) + 3Br_2(ж)→6NH₄Br_(к) + N_2(г),

чтобы скорость реакции увеличилась в 25 раз?

Ответ: 1,5 раз

135. При уменьшении температуры с 80 до 40^оС скорость гомогенной реакции снизилась в 40 раз. Чему равна энергия активации реакции?

Ответ: 84,7 кДж/моль.

136.Константа скорости реакции 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ составляет 25 л²/(моль²∙мин). Исходные концентрации SO₂ и О₂, равны соответственно 0,27 и 0,09 моль/л. Найдите начальную скорость этой реакции и ее скорость в тот момент, когда концентрация O₂ снизилась до 0,04 моль/л.

Ответ: 0,164 и 0,029 моль/л∙мин.

137. Исходные концентрации N₂ и О₂ в системе:

N_2(г) +O_2(г) → 2NО_(г)

равны соответственно 0,06 и 0,02 моль/л. Как изменятся концентрации N₂ и О₂ к тому моменту, когда скорость реакции снизится в 4,5 раза по сравнению с исходной?

Ответ: 0,0465 и 0,0065 моль/л.

138. Как изменится скорость реакции

2С₂Н_2(г) + 3H₂O_(г) → С₃Н₆О_(г) + СО_2(г) + Н_2(г)

при увеличении давления в системе в 4 раза?

Ответ: 1024 раза.

139. Как изменится скорость реакции

Н₂О_(г) + C_(к) → Н_2(г) + CO_(г),

если: а) уменьшить объем реакционной смеси в 4 раза?

б) увеличить давление в системе в 5 раз?

Ответ: 4 раза; 5 раз.

140. Скорость реакции при 25^оС равна 0,14 моль/(л∙мин), а при 50^оС –

0,88 моль/(л∙мин). Какова энергия активации данной реакции ? Какой будет скорость данной реакции при 40^оС?

Ответ:58,8кДж/моль; 0,44 моль/л∙мин.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Примеры решения задач

Пример 1. Константа равновесия гомогенной системы

СО (г)+Н₂О (г) ↔СО₂ (г)+Н₂ (г)

при 850°С равна 1. Вычислите концентрации всех веществ при равновесии, если исходные концентрации: ( )_исх.=З моль/л, ( )_исх.=2 моль/л.

Решение.При равновесии скорости прямой и обратной реакции равны, а отношение констант этих скоростей называется константой равновесия данной системы и выражается через равновесные концентрации участников реакции следующим образом:

К_равн. =

В условии задачи даны исходные концентрации тогда как в выражение К_равн. входят только равновесные концентрации всех веществ системы. Предположим, что к моменту равновесия концентрации ( )_равн.== х моль/л. Согласно уравнению реакции:

х моль х моль х моль х моль

СО (г)+Н₂О (г) ↔СО₂ (г)+Н₂ (г)

1моль 1моль 1моль 1моль

число молей образовавшегося водорода при этом будет также х моль/л. По столько же молей (х моль/л) СО и Н₂О расходуется для образования по х молей СО₂ и Н₂. Следовательно, равновесные концентрации всех четырех веществ будут:

( )_равн. = ( )_равн. = х моль/л;

( )_равн. = (З — х) моль/л;

( )_равн. = (2 — х) моль/л.

Зная константу равновесия, находим значение х, а затем и исходные концентрации всех веществ:

1 = ,

Отсюда х = 1,2 моль/л. Таким образом, равновесные концентрации участников реакции:

( )_равн. = ( )_равн. =1,2 моль/л; ( )_равн. = (З — 1,2) = 1,8 моль/л;

( )_равн. = (2 — 1,2) = 0,8 моль/л.

Пример 2. Эндотермическая реакция разложения пентахлорида фосфора протекает по уравнению

РСl₅ (г) ↔РСl₃ (г) + С1₂ (г);∆H_х.р. = + 92,59 кдж.

Как надо изменить: а) температуру; б) давление; в) концентрацию, чтобы сместить равновесие в сторону прямой реакции — разложения РСl₅?

Решение. Смещением или сдвигом химического равновесия называют изменение равновесных концентраций реагирующих веществ в результате изменения одного из условий реакции. Направление, в котором сместилось равновесие, определяется по принципу Ле Шателье:

а) так как реакция разложения РСl₅ эндотермическая (∆Н_х.р.>0), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции нужно повысить температуру; б) так как в данной системе разложение РСl₅ ведет к увеличению объема (из одной молекулы газа образуются две газообразные молекулы), то для смещения равновесия в сторону прямой реакции надо уменьшить давление;

в) смещения равновесия в указанном направлении можно достигнуть как увеличением концентрации РСl₅ так и уменьшением концентрации РСl₃ или С1₂.

Пример 3. Равновесие в системе H_2(г)+ I_2(г)↔ 2HI_(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: HI – 0,05 моль/л, водорода и иода – по 0,01моль/л. Как изменятся концентрации водорода и иода при повышении концентрации HI до 0,08моль/л?

Решение. Зная равновесные концентрации участников реакции, можно рассчитать константу равновесия данной реакции:

;

При повышении концентрации HI до 0,08моль/л равновесие сместится в обратном направлении, т.е.более интенсивно начнет протекать обратная реакция

хмоль хмоль 2хмоль

H_2(г)+ I_2(г)↔ 2HI_(г)

1моль 1моль 2моль

Если убыль HI к моменту достижения нового состояния равновесия принять равной 2х моль, то прирост концентраций Н₂ и I₂ к этому моменту составит х моль; подставив новые равновесные концентрации в выражение для константы равновесия, получим:

, откуда х = 0,004,

и новые равновесные концентрации Н₂ и I₂ составят (0,01+0,004) = 0,014 моль/л.

Контрольные задания

141. В каком направлении сместится равновесие системы

СО_(г) + 3 Н_2(г) ↔ СН_4(г) + Н₂О_(г); ΔН^о₂₉₈<0

а) при повышении температуры; б) введении катализатора; в)понижении давления? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

142. Исходные концентрации монооксида углерода и водяного пара в системе:

СО + Н₂О ↔ СО₂ + Н₂

составляли соответственно 0,09 и 0,03 моль/л. К моменту равновесия прореагировало

22% СО. Найдите равновесные концентрации остальных участников реакции и константу равновесия.

Ответ:0,02моль/л;0,07моль/л;0,01моль/л;0,57.

143. Восстановление Fe₂O₃ водородом протекает по уравнению

Fe₂O_3(к) + 3 H_2(г) ↔ 2 Fe_(к) + 3 H₂O_(г) ; ΔН^о₂₉₈ = +98,6 кДж

В каком направлении сместится равновесие системы а) при уменьшении температуры;

б) увеличении концентрации водорода; в)понижении давления? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

144. При 509^оС константа скорости прямой реакции H_2(г)+ I_2(г)↔ 2HI_(г)

равна 0,16, а обратной - 0,0047. Напишите выражение для константы равновесия и рассчитайте ее значение.

Ответ: 34.

145. При 494^оС константа равновесия реакции 2NО _(г) +О_{2 (г)} ↔ 2NО_{2 (г)} равна 2,2. Равновесные концентрации NО и О₂ соответственно равны 0,020 и 0,030 моль/л. Вычислите их исходные концентрации.

Ответ: 0,025 моль/л; 0,0325 моль/л.

146. Как повлияет на выход SO₂ в системе:

SO_3(г) + C_(к) ↔ SO_2(г) + CO_(г)

а) уменьшение общего объема смеси; б) уменьшение концентрации SO₃; в) введение катализатора?

147. Исходные концентрации SO₂ и O₂ в системе: 2SO₂ + O₂ ↔ 2SO₃ составили соответственно 4 моль/л и 2 моль/л, исходное давление было равно 3,039∙10⁵ Па. К моменту равновесия прореагировало 80% SО₂. Найдите равновесные концентрации всех участников реакции, константу равновесия и давление в момент равновесия.

Ответ:3,2моль/л;0,8моль/л;0,4моль/л;40;2,23∙10⁵ Па.

148. Исходная концентрация метана СН₄ в системе СН_4(г) ↔ С_(к) + 2 Н_2(г) составила 0,035 моль/л. К моменту равновесия прореагировало 80 % метана. Рассчитайте значение константы равновесия.

Ответ: 0,112.

149. Равновесие в системе N_2(г) +3H_2(г) ↔ 2NH_3(г) установилось при следующих концентрациях участников реакции: N₂ – 3 моль/л, H₂ – 7 моль/л и NH₃ – 3 моль/л. Как изменится концентрация остальных веществ при увеличении концентрации Н₂ до 10моль/л?

Ответ: 4,44 и 2,28 моль/л.

150. Как изменится скорость прямой и обратной реакции в системе

2С₂Н_2(г) + 3H₂O_(г) → С₃Н₆О_(г) + СО_2(г) + Н_2(г)

если уменьшить объем реактора в 2 раза? Повлияет ли это на равновесие в системе?

Ответ: 32 раза; 8 раз.

151. В каком направлении будет смещаться равновесие системы

2 СО_2(г) ↔ 2 СО _(г) + О_{2 (г)} ; ΔН^о₂₉₈ = + 566 кДж

при: а) увеличении давления в системе; б) увеличении концентрации СO; в) введении катализатора; г) уменьшении температуры? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

152. Константа равновесия системы 2NО _(г) +О_{2 (г)} ↔ 2NО_{2 (г)} равна при некоторой температуре 2,22, а начальная концентрация NО составила 4 моль/л. Какова должна быть начальная концентрация О₂, чтобы доля окисленного NO составила 40%?

Ответ: 1,0 моль/л.

153.При каких условиях равновесие реакции

MnO_2(к) + 4HCl_(г) ↔ MnCl_2(к) + Cl_2(г)

будет смещаться в сторону образования Cl₂? Напишите выражение константы равновесия данной реакции.

154. Константа равновесия реакции СО_(г)+С1_2(г) ↔ СОСl_2(г) равна 50. Равновесные концентрации СО и Cl₂ составили соответственно 0,05 и 0,02 моль/л. Найдите равновесную концентрацию СОСl₂ и исходные концентрации СО и Cl₂.

Ответ: 0,05; 0,1 и 0,07 моль/л.

155. При некоторой температуре равновесные концентрации в системе

N₂O_4(г) ↔ 2NO_2(г)

равны для N₂O₄ 0,15 моль/л и для NO₂ 0,08 моль/л. Как изменится концентрация NO₂ при понижении концентрации N₂O₄ до 0,10 моль/л?

Ответ: 0,065 моль/л.

156. Константа равновесия реакции СОСl_2(г) ↔ СО_(г)+С1_2(г) равна 0,02. Исходная концентрация СОCl₂ составила 0,5 моль/л. Рассчитайте равновесную концентрацию Сl₂. Какую исходную концентрацию СОCl₂ следует взять, чтобы увеличить выход хлора в 2 раза?

Ответ: 0,18 моль/л; 1,8 моль/л.

157. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы

СН_4(г) + СО_2(г) ↔ 2 СО_(г) + 2 Н_2(г) ΔН^о₂₉₈>0;

Как следует изменить температуру и давление, чтобы увеличить выход водорода? Как повлияет на величину выхода водорода увеличение концентрации СО?

158. Константа равновесия системы СCl_4(г) ↔ 2Cl_{2 (г)} +C _(к) при температуре 700 К составляет 0,77. Начальная концентрация СCl₄ равна 3,2 моль/л. Рассчитайте равновесные концентрации участников реакции.

Ответ: 2,5 моль/л; 1,4 моль/л.

159. Константа равновесия реакции PCl₅ ↔ PCl₃ + Cl₂ равна 0,63 при 500^оС. Равновесные концентрации PCl₃ и Cl₂ одинаковы и равны 0,54 моль/л. Найдите равновесную и исходную концентрации PCl₅.

Ответ: 0,46 моль/л; 1,0 моль/л.

160. Константа равновесия системы H_2(г)+ I_2(г)↔ 2HI_(г) при некоторой температуре равна 50. Сколько молей H₂ надо взять на 1 моль I₂ , чтобы 90% последнего перевести

в HI?

Ответ: 1,55 моль.

СВОЙСТВА РАСТВОРОВ

Примеры решения задач

Пример 1. Для определения относительной молекулярной массы вещества, являющегося неэлектролитом, его навеска массой 1,764 г была растворена в воде и объем раствора доведен до 100 мл. Измеренное осмотическое давление раствора оказалось равным 2,38∙10 Па при 20^оС. Рассчитайте молярную массу указанного вещества.

Решение.В растворе объемом 1 м³ масса вещества составляет 17640 г. Из уравнения Вант-Гоффа, подставляя в это выражение экспериментальные данные, получим:

г/моль

Пример 2. Навеска вещества массой 12,42 г растворена в воде объемом 500 мл. Давление пара полученного раствора при 25 ⁰С равно 3297,8 Па. Как по этим данным найти молярную массу растворенного вещества?

Решение.Для определения молярной массы растворенного вещества М₁ надо вычислить количество молей растворенного вещества ν₁, пользуясь законом Рауля:

,

где : р - давление пара над раствором;

р⁰ – давление пара над чистой водой, его значение при 25⁰С согласно табл 14

равно 3306 Па;

ν₂ = моль, после подстановки в закон Рауля получим:

; отсюда ν₁ = ν_{(вещества)} = 0,069 моль;

М₁ = г/моль

Пример 3. Раствор, содержащий 0,85 г хлористого цинка ZnС1₂ в 125 г воды, замерзает при -0,23 °С. Определите кажущуюся степень диссоциации хлористого цинка в этом растворе.

Решение.Выразим прежде всего моляльную концентрацию раствора в молях на 1000 г воды. Так как молярная масса хлористого цинка равна 136 г/моль, то

моль/кг

Для растворов электролитов величина понижения точки замерзания рассчитывается по формуле

∆t_зам. = i∙ К∙С_т

Криоскопическая постоянная К для воды из табл. равна 1,86 ^оС следовательно, изотонический коэффициент данного раствора составит:

Степень диссоциации связана с величиной изотонического коэффициента соотношением:

или 73,5%

Здесь п – количество ионов, образующихся при диссоциации молекулы ZnCl₂.

Контрольные задания

161. Давление пара воды при 10° С составляет 1227,8 Па. Сколько граммов метилового спирта СН₃ОН следует растворить в 388 г воды , чтобы понизить давление пара до 1200 Па?

Ответ: 16 г.

162. Раствор 1,15 г глицерина в 50 мл ацетона кипит при 56,6^оС. Используя табличные данные по температуре кипения чистого ацетона и его плотности, вычислите эбуллиоскопическую константу ацетона.

Ответ: 1,56.

163. Вычислите, как различаются температуры замерзания 0,5 молярных растворов глюкозы и Na₂SO₄, если считать степень диссоциации соли 100%-ной.

Ответ: на 1,86 ^оС.

164. В каких объемных отношениях надо взять воду и этиленгликоль, чтобы приготовленный из них антифриз замерзал примерно при -20^оС?

Ответ: 5 : 3.

165. Какое осмотическое давление имеет 17%-ный водный раствор сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ при 20^оС, если плотность данного раствора составляет 1,067 г/мл?

Ответ: 1,29∙10⁶ Па.

166. Экспериментальное значение степени диссоциации CaCl₂ и AlCl₃ в 0,1 m растворах приблизительно одинаково и равно 75%. Как различаются температуры кипения данных растворов?

Ответ: 100,13^оС; 100,17^оС

167. Раствор анилина С₆Н₅NH₂ в диэтиловом эфире при 25^оС имеет давление пара 67319 Па. Рассчитайте процентную концентрацию данного раствора.

Ответ: 7,2%.

168. Из скольких атомов состоит молекула йода в спиртовом растворе, если раствор 6,35 г иода в100 г этанола кипит при 78,59^оС?

Ответ: 2.

169. Давление пара раствора 58 г K₂SO₄ в 300 г воды при 100^оС равно 0,9560∙10⁵ Па. Давление пара чистой воды при 100^оС равно 1,0133∙10⁵ Па. Чему равна степень диссоциации данной соли?

Ответ: 95%.

170. Раствор, содержащий неэлектролит массой 55,4 г в 2,5 л воды, кипит при 100,16^оС. Чему равна молярная масса данного неэлектролита?

Ответ: 72 г/моль.

171. Чему равна температура замерзания 0,1М раствора ZnSO₄ , если его степень диссоциации равна 40%?

Ответ: - 0,26⁰С.

172. В каком количестве воды надо растворить 6,84 г глюкозы С₆Н₁₂О₆, чтобы давление пара воды, равное при 65^оС 250 гПа, снизилось до 248 гПа?

Ответ: 84,8 г.

173. Найдите относительную молярную массу неэлектролита, если его 10%-ный раствор замерзает при -1,15^оС.

Ответ: 180 г/моль.

174. Какое осмотическое давление будет иметь при 29^оС 4%-ный водный раствор FeCl₃, если экспериментально найденная степень диссоциации данной соли равна 58%?

Ответ: 1,72∙10⁶ Па.

175.Температура кипения раствора , полученного растворением 3,21 г NH₄Cl в 600 мл воды, равна 100,09^оС. Найдите величину степени диссоциации данной соли.

Ответ: 73%.

176. Сколько воды надо прибавить к 5 л раствора сахара, чтобы понизить его осмотическое давление в 4 раза?

Ответ: 15 л.

177.Вычислите давление насыщенного пара 1М раствора нитрата калия, имеющего степень диссоциации 61,8% и плотность 1,05 г/мл.

Ответ: 3201 Па.

178. Растворением 39,7 г мочевины (NH₂)₂CO в воде было получено 3 л раствора. Какое осмотическое давление имеет данный раствор при 5^оС и до какой температуры его надо нагреть, чтобы повысить осмотическое давление на 25 кПа?

Ответ: 5,1∙10⁵ Па; 292 К.

179. Найдите молекулярную формулу серы, зная, что температура кипения чистого бензола на 0,081^оС ниже температуры кипения 0,8%-ного раствора серы в бензоле.

Ответ: S₈.

180. Рассчитайте при 25^оС давление насыщенного пара гексана над раствором 1,6 г бутанола в 100 мл гексана.

Ответ: 19571 Па.

ИОННЫЕ РЕАКЦИИ ОБМЕНА

Примеры решения задач

Пример 1. ПР(РbSО₄) = 2,2.10^-8. Чему равна концентрация ионов Рb²⁺ и SО₄^2- в насыщенном растворе сульфата свинца и его растворимость, выраженная молярной и массовой концентрациями?

Решение.

В насыщенном растворе сульфата свинца существует гетерогенное равновесие:

РbSО_{4 (т)}↔ Рb²⁺_(р-р) + SО₄^2-_(р-р)

х х х

ПР(РbSО₄)=

Растворимость бинарного электролита равна молярной концентрации каждого из его ионов: s=х = = 1,5 10^-4 моль/л. Растворимость соли, выраженная массовой концентрацией, равна s∙М= 1,5 ·10^-4 моль/л ·303 г/моль = 0,0455 г/л.

Пример 2. Составьте уравнения реакций, протекающих в водных растворах, в молекулярной, ионной и сокращенной ионной формах: 1) между сульфидом натрия и сульфатом меди (II), 2) между гидроксидом железа (III) и соляной кислотой.

Решение.

Решение задачи разобьем на этапы:

а) составляем уравнение реакции в молекулярной форме:

Na₂S + CuSO₄ = CuS↓ + Na₂SO₄

б) составляем уравнение реакции в ионной форме, изобразив формулы растворимых сильных электролитов в виде ионов, на которые они диссоциируют практически полностью, а формулы остальных веществ (например, выпадающих в осадок или слабых электролитов) оставим без изменения:

2 Na⁺ +S^2- + Cu²⁺ + SO₄^2- = CuS↓ + 2Na⁺ + SO₄^2-

в) исключаем из правой и левой частей одинаковые количества одноименных ионов (они подчеркнуты);

г) записываем уравнение в сокращенной ионной форме:

S^2- + Cu²⁺ = CuS↓

2. а) составляем уравнение реакции в молекулярной форме:

Fe(OH)₃ + 3 HCl = FeCl₃ + 3H₂O

б) составляем уравнение реакции в ионной форме, оставляя в виде молекул труднорастворимый гидроксид железа и воду, являющуюся слабым электролитом:

Fe(OH)₃ ↓ + 3 H⁺ + 3 Cl^- = Fe³⁺ + 3 Cl^- + 3H₂O

в) исключаем из правой и левой частей одинаковые количества одноименных ионов (они подчеркнуты);

г) записываем уравнение в сокращенной ионной форме:

Fe(OH)₃ ↓ + 3 H⁺ + = Fe³⁺ + 3H₂O

Пример 3. Вычислите концентрацию ионов СН₃СОО^- в растворе, 1 л которого содержит 0,1 моль СН₃СООН и 0,2 моль НCl, считая диссоциацию HCl полной.

Решение.

1. Напишем уравнение диссоциации уксусной кислоты:

СН₃СООН↔СН₃СОО^- + Н⁺

2. Напишем выражение константы диссоциации уксусной кислоты:

3. Соляная кислота является сильной и диссоциирует полностью, поэтому [H⁺]=0,2

HCl↔H⁺ + Cl^-

4. Подставим все значения в выражение константы диссоциации уксусной кислоты:

[CH₃COO^-] = 9^.10^-6

Пример 4.Вычислите рН 1%-ного раствора уксусной кислоты. Плотность раствора принять равной 1.

Решение.

Вычислим молярную концентрацию уксусной кислоты, учитывая, что плотность раствора равна 1, тогда объем раствора равен массе и равен 100 мл:

Напишем уравнение диссоциации уксусной кислоты:

х х

СН₃СООН↔СН₃СОО^- + Н⁺

1 моль 1 моль

Напишем выражение константы диссоциации уксусной кислоты:

Подставим все значения в выражение константы диссоциации уксусной кислоты:

х = [H⁺] = 1,7^.10^-3

Вычислим значение рН:

рН = -lg[H+] = - lg 1,7^.10^-3= - (lg1,7 + lg10^-3) = 2,8

Контрольные задания

181. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:

а) CdCl₂ и K₂S;

б) КНSiО₃ и НСl.

Чему равна концентрация каждого иона в насыщенном растворе Ag₃PO₄? Произведение растворимости (ПР) равно 1,3×10^-20.

Ответ: 2,63^.10^-4;7.9^.10^-4

182. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

а) Cu²⁺ + CO₃^2- = CuCO₃↓;

б) 2Н⁺ + 2NO₂^- = NO↑ + NO₂↑ + H₂O.

Исходя из значения произведения растворимости PbСО₃, вычислите массу соли, содержащуюся в 100 мл насыщенного раствора. Произведение растворимости равно
7,5×10^-14.

Ответ: 0,0072 мг

183. Какое из веществ (KHCO₃, CdSO₄ или K₃PO₄) будет взаимодействовать с KOH? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

В растворе HIO концентрации 0,1 М степень диссоциации равна 0,05%. При какой концентрации раствора степень диссоциации увеличится в два раза?

Ответ: 0.025 М

184. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:

а) KHCO₃ и H₂SO₄;

б) MgSO₄ и Na₃PO₄.

Рассчитать концентрацию ионов СlО^- в растворе, 1 л которого содержит 0,1 моля хлорноватистой кислоты НСlО и 0,02 моля соляной кислоты HCl, если последняя диссоциирует полностью.

Ответ: 1,5^.10^-7

185. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

а) 3Bа²⁺ + 2РО₄^3- = Bа₃(РО₄)₂↓;

б) NH₄⁺ + OH^- = NH₄OH.

Чему равна растворимость MnS в моль/л и г/моль? Произведение растворимости равно 2,5×10^-10.

Ответ: 1,58^.10^-5 моль/л;1,37^.10^-3 г/л

186. Какое из веществ: Zn(ОН)₂, CuSO₄ или K₂CrO₄ будет взаимодействовать с КОН? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

В насыщенном растворе фторида стронция концентрация ионов F^- равна 1,1×10^-3 моль/л. Вычислите концентрацию ионов Sr²⁺ в этом растворе. Произведение растворимости равно 2,5×10^-9.

Ответ: 2,1^.10^-3 моль/л

187. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:

а) K₃BO₃ и HNO₃;

б) K₃PO₄ и CaCl₂.

Сколько граммов NaОН находится в состоянии полной диссоциации в 5 л раствора, рН которого равен 12?

Ответ: 2 г

188. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

а) SO₃^2- + 2H⁺ = H₂O + SO₂↑;

б) Hg²⁺ + 4Br^- = [HgBr₄]^2-.

Вычислите рН 0,1 М раствора NH₄OH.

Ответ: 11,12

189. Какое из веществ: KHCO₃, Cu(NO₃)₂ или Ca(OH)₂ будет взаимодействовать с HCl? Выразите эти реакции молекулярными и ионно-молекулярными уравнениями.

Вычислите степень диссоциации синильной кислоты HCN, если в 200 мл раствора ее содержится 5,4 г синильной кислоты.

Ответ: 2,24^.10^-5

190. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения реакций взаимодействия в растворах между:

а) AgNO₃ и ВаСl₂;

б) MnCl₂ и NH₄OH.

Вычислите концентрации всех ионов в 0,1 м. растворе NaCl, K₂SO₄, Na₃PO₄, если степень диссоциации равна 90%.

Ответ: 0,09 М; 0,18 М, 0,09 М; 0,27 М, 0,09 М

191. Составьте молекулярные уравнения реакций, которые выражаются следующими ионно-молекулярными уравнениями:

а) Cd²⁺ + 4NH₄OH = [Cd(NH₃)₄]²⁺ + 4 H₂O;

б) СО₃^2- + 2H⁺ = CO₂↑ + H₂O.

Растворимость BaCrO₄ равна 2,35 мг на 1 л. Вычислите ПР этой соли.

Ответ: 10^-10