Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения Екатеринбург

Скачать 0.96 Mb.

Название	Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения Екатеринбург
страница	4/15
Тип	Методические указания

filling-form.ru > Туризм > Методические указания

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 15

2.3. Химическое равновесие

Состояние системы, при котором скорости прямой и обратной реакции равны, называют химическим равновесием. Состояние равновесия характеризуют константой равновесия (К_с).

Гомогенная система:

2SO_{2 (г)}+ O_{2 (г)}

2SO_3(г)

где [ ] – равновесные концентрации веществ.

Гетерогенная система:

Fe₂O_{3 (т)} + 3H_{2 (г)}

3 Fe _(т) + 3H₂O_(г) .

В выражение константы равновесия гетерогенной реакции, как и в выражение закона действия масс, входят только концентрации веществ, находящихся в жидкой или газообразной фазе, так как концентрации твёрдых веществ остаются, как правило, постоянными.

Принцип Ле Шателье. На состояние равновесия системы влияют давление, концентрация реагирующих веществ и температура. Система может находиться в состоянии равновесия бесконечно долго. Если изменить условия его существования, равновесие будет нарушено. Со временем установится новое состояние равновесия, но с другими равновесными концентрациями. Переход из одного равновесного состояния в другое называют смещением равновесия. Качественно определить направление смещения равновесия позволяет принцип Ле Шателье (1884): если находящаяся в истинном равновесии система подвергается внешнему воздействию, равновесие смещается в направлении, которое способствует ослаблению этого воздействия.

Пример 1. Для реакции N_{2 (г)} + 3H_{2 (г)}

2NH_{3 (г)} при изменении параметров равновесие смещается: 1) с увеличением

2) с увеличением Р
Пример 2. В системе А_(г) + 2В_(г)

D_(г) равновесные концентрации, моль/л: [A] = 0,06; [B] = 0,12; [D] = 0,216. Найти константу равновесия реакции и исходные концентрации веществ А и В.

Решение. Константа равновесия данной реакции выражается уравнением

Обозначим исходные концентрации веществ С⁰, концентрации прореагировавших веществ – С^прор; С⁰= С^прор+ [ ].

Согласно уравнению реакции

С_А ^прор = [D], С_А⁰ = С_А ^прор + [А] = 0,216 + 0,06 = 0,276 моль/л.

С_В ^прор =2 [D], С_В⁰ = С_В ^прор + [В] =2× 0,216 + 0,12 = 0,552 моль/л.
Задания к подразделу 2.3

При синтезе аммиака в равновесии находится 1 моль водорода, 2 моль азота и 8 моль NH₃. Во сколько раз исходное количество N₂ больше равновесного?
В замкнутом сосуде протекает обратимый процесс диссоциации

PCl_{5 (г)}

PCl_{3 (г)} + Cl_{2 (г)}. Начальная концентрация PCl₅ равна 2,4 моль/л. Равновесие установилось после того, как 33,3% PCl₅ продиссоциировало. Вычислить равновесные концентрации всех веществ и К_с.

В сосуде емкостью 1 л при 410 ^оС смешали 1 моль H₂ и 1 моль I₂. Вычислить, при каких концентрациях устанавливается химическое равновесие, если константа равновесия равна 48.
В сосуде объемом 0,5 л находятся 0,5 моль H₂ и 0,5 моль N₂. При некоторой температуре к моменту установления равновесия образовалось

0,02 моль NH₃. Вычислить константу химического равновесия.

В обратимой реакции CO _(г) + Cl_{2 (г)} COCl_{2 (г)} установились следующие равновесные концентрации веществ, моль/л: [CO] = 0,1; [Cl₂] = 0,4; [COCl₂] = 4. Вычислить К_равн и исходные концентрации Cl₂ и CO.
Определить объемный состав смеси в момент равновесия для системы

C_графит + O_{2 (г)}

CO_{2 (г)}, если при 1300 ^оС К_с = 0,289.

Равновесие в системе CO_(г) + H₂O_(г) H_2(г) + CO_2(г) установилось при следу-ющих концентрациях веществ, моль/л: [CO] = 0,04; [H₂O] = 0,08; [CO₂] = 0,08. Вычислить К_c и начальные концентрации CO и H₂O.
Константа равновесия системы 2N_{2 (г)} + O_{2 (г)} 2N₂O _(г) равна 1,21. Равновесные концентрации, моль/л: [N₂] = 0,72; [N₂O] = 0,84. Рассчитать исходную и равновесную концентрации кислорода.
Равновесие в системе CO _(г)+ H₂O _(г) H_{2 (г)} + CO_{2 (г)} установилось при сле-дующих концентрациях веществ, моль/л: [CO] = 1; [H₂O] = 4; [H₂] = [CO₂] = 2. Вычислить равновесные концентрации, которые установились после повышения концентрации CO в три раза. В каком направлении сместится равновесие?
Рассчитать константу равновесия реакции CO_{(г) +}Cl_{2 (г)} COCl_{2 (г)}, если исходные концентрации CO и Cl₂ составляли 4 моль/л, а равновесная концентрация COCl₂ равна 2 моль/л.
Равновесие в системе 2CO _(г) + O_{2 (г)} 2CO_{2 (г)} установилось при следующих концентрациях веществ, моль/л: [CO] = 1,2; [O₂] = 0,1; [CO₂] = 4. Вычислить исходную концентрацию CO.
Определить направление смещения равновесия при увеличении давления в системе 2CO _(г) 2CO_{2 (г) +}С_(г). Ответ пояснить.
Константа равновесия процесса CO _(г) + Cl_{2 (г)} COCl_{2 (г)} при определенных условиях равна 4. Равновесные концентрации веществ составляют, моль/л: [Cl₂]= 0,5; [COCl₂] = 2. Определить равновесную концентрацию CO.
При каких условиях в равновесной системе N_2(г) + 3H_2(г) 2NH_3(г),DH⁰₂₉₈ = – 92,4 кДж можно максимально увеличить выход NH₃?
Исходные концентрации оксида азота (II) и хлора в гомогенной системе 2NO_(г) + Cl_2(г) 2NOCl _(г) составляют соответственно 0,5 и 0,2 моль/л. Вычислить К_с, если к моменту наступления равновесия прореагировало 20% оксида азота (II).
Две реакции протекали с такой скоростью, что за единицу времени в первой реакции образовалось 3 г сероводорода, а во второй 10 г йодоводорода. Какая из реакций протекала с большей средней скоростью? Ответ пояснить.
В сосуде объемом 2 л смешали газ А (4,5 моль) и газ В (3 моль). Газы А и В реагируют в соответствии с уравнением А + В = С. Через 20 с в системе образовалось 2 моль газа С. Определить среднюю скорость реакции. Сколько моль газов А и В осталось в системе?
Равновесие гомогенной системы 4HCl_(г) + O_2(г) 2H₂O _(г)+ 2Cl_2(г)установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ, моль/л: [H₂O] = 0,14; [Сl₂] = 0,14; [HCl] = 0,20; [O₂] = 0,32. Вычислите исходные концентрации хлористого водорода и кислорода.
Вычислите константу равновесия для системы CO_(г) + H₂O_(г) СO_2(г)+ H_{2 (г)},

если равновесные концентрации веществ, моль/л: [CO] = 0,004; [H₂O] = 0,084; [CO₂] = 0,016; [H₂] = 0,016.

Константа равновесия гомогенной системы CO_(г)+ H₂O_(г) СO_2(г) + H_2(г) при некоторой температуре равна 1. Вычислите равновесные концентрации реаги-рующих веществ, если исходные концентрации, моль/л: С_CO = 0,10; С_H₂_O= 0,40.

Задания 81-100. Напишите математическое выражение К_с (константы химического равновесия) для обратимых реакций и укажите направление смещения равновесия при изменении условий:

а) уменьшении парциального давления одного из исходных газообразных веществ; б) понижении давления; в) повышении температуры.

Номер задания	Уравнение реакции	DН⁰, кДж/моль
	2N₂O _(г) + O₂ _(г) 4NO _(г)	196
	4NH_3(г) + 5 O_{2 (г)} 4NO _(г) + 6 H₂O_(г)	908
	2H₂S _(г) + 3 O_{2 (г)} 2 SO_{2 (г)} + 2 H₂O _(г)	1038
	CO_{2 (г)} + H_{2 (г)} CO_(г) + H₂O_(г)	41
	2 H_{2 (г)} + O_{2 (г)} 2 H₂O _(г)	– 484
	2 SO_{2 (г)} + O_2(г) 2SO_3(г)	– 196
	2NO_(г) + O_{2 (г)} 2 NO_{2 (г)}	– 112
	Fe₃O_{4 (т)} + H_{2 (г)} 3 FeO _(т) + H₂O_(г)	62
	FeO _(т) + H_{2 (г)} Fe _(т) + H₂O _(г)	– 272
	C_{( графит)} + H₂O_(г) CO_(г) + H_{2 (г)}	131
	CO_(г) + H₂O_(г) CO_{2 (г)}+ H_2(г)	– 41
	SO_{3 (г)} + H_{2 (г)} SO_{2 (г)} + H₂O_(г)	– 144
	H_{2 (г)} + Cl_{2 (г)} 2HCl_(г)	– 184
	FeO _(т) + CO_(г) Fe_(т) + CO_{2 (г)}	– 11
	2ZnS _(т) + 3 O_{2 (г)} 2 ZnO _(т) + 2SO_{2 (г)}	– 878
	N_{2 (г)} + 3 H_{2 (г)} 2 NH_{3 (г)}	– 92
	СaCO_{3 (т)} СaO _(т) + CO_{2 (г)}	175
	2 MgCl_{2 (т)} + 2 O_{2 (г)} 2 MgO _(т) + 2 Cl_{2 (г)}	82
	Сa(OH)_{2 (т)} CaO_(т) + H₂O_(г)	48
	H₂O_(г) + CO_(г) CO_{2 (г)} + H_{2 (г)}	– 41

3.РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

3.1. Концентрация растворов
Важнейшей характеристикой количественного содержания компонентов в системе является концентрация растворов.

Концентрацией растворов называют определенное массовое (или объемное) содержание растворенного вещества в определенном массовом (или объемном) количестве растворителя или раствора.

Существуют несколько методов выражения концентрации растворов. Рассмотрим самые распространенные из них (табл.3.1).

Таблица 3.1

Методы выражения концентрации растворов	Обозначение и размерность применяемых величин
Массовая доля растворенного вещества – это отношение массы растворенного вещества к общей массе раствора:	- массовая доля растворенного вещества, безразмерная величина
	m_В- масса растворенного вещества, г
	m_Р-РА- масса раствора, г
	V - объем раствора, мл
	ρ - плотность раствора, г/мл
Процентная концентрация:	С_% - процентная концентрация, %
	m _В- масса растворенного вещества, г
	m_Р-РА- масса раствора, г
Молярная концентрация, или молярность, – число молей растворенного вещества в 1 дм³ (1 литр) раствора:	С_М- молярная концентрация , или молярность; иногда обозначают М
	- количество (число моль) растворенного вещества, моль
	V - объем раствора, дм³ (л)
	m_В- масса растворенного вещества, г
	М_В- молярная масса растворенного вещества, г/моль

Для более рационального решения предложенных задач можно применять вспомогательные формулы (табл.3.2).

Таблица 3.2

Формула	Применение
m_Р-РА = V·ρ	Для вычисления массы раствора
	Для воды при 4 ^оС (1мл = 1 см³)
	Для перехода от процентной к молярной концентрации
	Для перехода от молярной к процентной концентрации
	Для нахождения количества вещества
m_1Р-РА+ m_2Р-РА= m_Р-РА	При сливании двух растворов различных концентраций массы первого и второго растворов складываются
m_1В+ m_2В= m_В	При сливании двух растворов различных концентраций массы растворенных веществ, содержащихся в растворах, складываются
m_1В= m_2В	При разбавлении растворов водой масса вещества, содержащегося в растворе, остается неизменной

При решении задач необходимо обращать особое внимание на размерность применяемых величин и обязательно приводить их в соответствие друг другу. Поэтому при подстановке численных значений в формулы надо указывать размерность величин. Решение задач оформлять обязательно в соответствии с приведенными ниже примерами.
Примеры решения типичных задач
Пример 1. Задача на разбавление.

Какой объем 95%-ного раствора серной кислоты (r =1,84 г/мл) надо взять для приготовления 400г 10%-ного раствора кислоты?

Приготовление раствора означает, что концентрированный раствор разбавляют водой. При этом остается неизменной масса растворенного вещества.

Кратко запишем условия задачи, обозначив параметры исходного раствора с индексом 1, приготовляемого раствора с индексом 2.

Дано: Решение:

С_%₁=95% · Из выражения для процентной концентрации r₁ =1,84 г/мл приготовляемого раствора выразим необходимую

m_{2 Р-РА}=400 г массу растворенного вещества (серной кислоты):

C

_%₂=10%

(1)

Найти: V₁=? · Определяем массу серной кислоты (m_1В) в исходном

растворе:

так как m_1Р-РА= V₁·ρ₁, то

(2)

Поскольку m_1В=m_2В, то приравниваем выражения (1) и (2).

Расчет

Ответ: объем 95%-ного раствора серной кислоты равен 22,9 мл.

Пример 2. Задача с расчетом по уравнению химической реакции.

Какая масса 25%-ного раствора гидроксида калия расходуется на нейтрализацию 75 г 15%-ного раствора уксусной кислоты?

Обозначим параметры, относящиеся к уксусной кислоте, индексом 1, гидроксиду калия – индексом 2.

Дано: Решение:

C_%₁= 15% · Уравнение реакции нейтрализации:

m₁_Р_-_РА=75 г СH₃COOH + KOH = CH₃COOK + H₂O

C_%₂= 25% · Рассчитаем массу растворенного вещества,

содержащегося в растворе уксусной кислоты:

Найти: m_2Р-РА=?

· Определяем количество вещества (уксусной кислоты), содержащееся в растворе:

· По уравнению реакции

. Рассчитаем

· Найдем массу растворенного вещества, содержащегося в растворе гидроксида калия:

· Определяем массу раствора гидроксида калия, содержащего данное количество растворенного вещества – гидроксида калия:

Ответ: 42 г – масса раствора гидроксида калия, которая расходуется на реакцию с уксусной кислотой.
Пример 3. Задача на приготовление раствора соли из кристаллогидрата

В 450 г воды растворили 50 г CuSO₄×5H₂O. Вычислить процентное содержание кристаллогидрата (CuSO₄×5H₂O) и безводной соли (CuSO₄) в растворе.

Обозначим параметры раствора кристаллогидрата с индексом 1, раствора безводной соли с индексом 2.

Дано: Решение:

=450г · Найдем общую массу раствора:

m

_1В= 50г m_Р-РА= m_1Р-РА= m_2Р-РА= + m_1В^.

Найти: m_Р-РА= 450г + 50г = 500 г.

С_%₁, С_%₂= ?

Рассчитаем процентное содержание кристаллогидрата в растворе:

Определим массу безводной соли в растворе:

· Процентное содержание безводной соли в растворе:

Ответ: 10% – содержание кристаллогидрата в растворе, 6,39% – содержание безводной соли в растворе.
Пример 4. Задача на расчет молярной концентрации, если известна процентная концентрация.

Определить молярную концентрацию 36,2% - го (по массе) раствора соляной кислоты, плотность которого равна 1,18 г/мл.

Дано: Решение:

С_%= 36,2 % · Из выражения для процентной концентрации

r = 1,18г/мл данного раствора выразим необходимую массу

растворенного вещества (соляной кислоты):

Найти: С_М=?

(1)

· Подставляем массу соляной кислоты (m_В) в формулу, выражающую молярную концентрацию раствора и, учитывая, что m_Р-РА = V·ρ, записываем формулу перехода от процентной концентрации к молярной:

. (2)

· Для приведения размерности применяемых величин в соответствие выразим плотность раствора в г/л r =1,18·10³г/л, тогда объем раствора получится в литрах и сокращается, формула приобретает следующий вид:

. (3)

· Производим расчет, используя формулу (3) для перехода от процентной концентрации к молярной:

Ответ: 11,7моль/л.

Пример 5. Задача на определение процентной концентрации, если известна молярная концентрация раствора.

Определить процентное содержание растворенного вещества в 1,68 М растворе H₂SO₄, плотность которого равна 1,1 г/мл.

Дано: Решение:

С_М= 1,68 моль/л · Расчет произведем, используя формулу из табл.3.2

r = 1,1г/мл для перехода от молярной концентрации к процентной

(вывод формулы можно произвести самостоятельно,

Найти: С_%=? используя пример 4):

Ответ: 15 %.

Задания к подразделу 3.1
Каждое задание содержит по две задачи (а,б).

а) К 500 мл раствора соляной кислоты (ρ = 1,10 г/мл) прибавили 2,5 л воды, после чего раствор стал 4%-ным. Определите процентное содержание растворенного вещества в исходном растворе. б) Определите молярную концентрацию 10%-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,06 г/мл).
а) Определите молярную концентрацию раствора сульфата калия, в 200 мл которого содержится 1,74 г растворенного вещества. б) Определите процентное содержание растворенного вещества 1 М раствора нитрaта никеля(II), плотность которого 1,08 г/мл.
а) Определите молярную концентрацию 10%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,07 г/мл). б) Сколько мл воды следует прибавить к 100 мл

20%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,14 г/мл) для получения 5%-ного раствора?

а) В каком объеме воды следует растворить 32,2 г Na₂SO₄×10H₂O, чтобы получить 5%-ный раствор сульфата натрия? б) Определите процентное содержание растворенного вещества 0,9 М раствора H₃PO₄ (ρ = 1,05 г/мл).
а) Сколько граммов медного купороса СuSO₄×5H₂O и воды требуется для приготовления 150 г 8%-ного раствора в расчете на безводную соль?

б) Определите молярную концентрацию 27%-ного раствора соляной кислоты

(ρ = 1,14 г/мл).

а) До какого объема следует разбавить 1,5 л 20%-ного раствора хлорида аммония (ρ = 1,06 г/мл), чтобы получить 10%-ный раствор (ρ = 1,03 г/мл)?

б) Сколько миллилитров 70%-ного раствора нитрата калия (ρ = 1,16 г/мл) требуется для приготовления 0,5 л 0,2 М раствора?

а) Сколько граммов кристаллической соды Na₂CO₃×10H₂O надо взять для приготовления 2 л 0,2 М раствора Na₂CO₃? б) Cколько миллилитров 36%-ного раствора соляной кислоты (ρ = 1,18 г/мл) требуется для приготовления 4 л 0,5 М раствора?
а) К 1 л 20%-ного раствора гидроксида натрия (ρ = 1,22 г/мл) прибавили

10 л воды. Определите процентное содержание растворенного вещества в полученном растворе. б) Определите молярную концентрацию 8%-ного раствора сульфата натрия (ρ = 1,08 г/мл).

а) Сколько миллилитров 10%-ного раствора Na₂CO₃ (ρ = 1,10г/мл) следует прибавить к 1 л 2%-ного раствора (ρ = 1,02 г/мл), чтобы получить 3%-ный раствор этой соли? б) Определите процентное содержание растворенного вещества в 2 М растворе гидроксида натрия (ρ = 1,08 г/мл).
а) Сколько миллилитров воды следует прибавить к 25 мл 40%-ного раствора KOH (ρ =1,40 г/мл), чтобы получить 2%-ный раствор? б) Сколько миллилитров 96 % -ного раствора серной кислоты (ρ = 1,84 г/мл) требуется для приготовления 300 мл 0,5 М раствора?
а) Сколько граммов медного купороса СuSO₄×5H₂O следует добавить к 150 мл воды, чтобы получить 5%-ный раствор СuSO₄? б) Сколько миллилитров 30%-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,84 г/мл) требуется для приготовления 250 мл 0,5 М раствора?
а) Определите процентное содержание растворенного вещества в 0,25 М растворе гидроксида натрия (ρ = 1,01 г/мл). б) Сколько миллилитров 0,1 М раствора HCl можно приготовить из 20 мл 0,5 М раствора этой кислоты?
а) Определите молярную концентрацию 10%-ного раствора соляной кислоты (ρ = 1,05 г/мл). б) Сколько миллилитров 30%-ной азотной кислоты с ρ= 1,18 г/мл требуется для приготовления 250 мл 11%-ного раствора

(ρ = 1,07 г/мл)?

а) Сколько миллилитров 30%-ного раствора KOH (ρ = 1,29 г/мл) требуется для приготовления 300 мл 0,1 М раствора? б) К 760 мл 20%-ного раствора NaOH (ρ = 1,22 г/мл) прибавили 140 мл 10%-ного раствора NaOH (ρ = 1,11 г/мл). Определите процентное содержание растворенного вещества.
а) К 50 мл 96%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,84 г/мл) прибавили 50 мл воды. Определите процентное содержание растворенного вещества в полученном растворе. б) Определите молярную концентрацию 72%-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,43 г/мл).
а) Определите молярную концентрацию 6%-ного раствора фосфорной кис-лоты (ρ = 1,03 г/мл). б) Определите процентное содержание растворенного вещества раствора, полученного смешением 10 мл 96%-ного раствора азотной кислоты (ρ=1,50г/мл) и 20мл 48%-ного раствора НNO₃ (ρ = 1,30 г/мл).
а) До какого объема следует разбавить 500 мл 20%-ного раствора хлорида натрия (ρ = 1,15 г/мл), чтобы получить 4,5%-ный раствор (ρ = 1,03 г/мл)?

б) Определите молярную концентрацию 50%-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,31 г/мл).

а) Определите молярную концентрацию 60%-ного раствора серной кислоты (ρ = 1,50 г/мл). б) Сколько миллилитров 32%-ного раствора азотной кислоты (ρ = 1,19 г/мл) требуется для приготовления 300 мл 0,75 М раствора?
а) Сколько миллилитров 0,2 М раствора азотной кислоты необходимо для нейтрализации 80 мл 0,6 М раствора NaOH? б) Определите процентное содержание растворенного вещества в 1,5 М растворе KOH (ρ = 1,07 г/мл).
а) Определите молярную концентрацию 10%-ного раствора карбоната натрия (ρ = 1,10г/мл). б) Сколько миллилитров 30%-ного раствора NH₄OH (ρ = 0,90 г/мл) требуется для получения 400 мл 2 М раствора?

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 15

	Методические указания ен. 01 Математика методические указания и контрольные задания по Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения по специальности Техническое обслуживание и ремонт автомобильного...		Методические указания по выполнению контрольных работ Комплексная... Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения по специальности
	Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования		Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Государственное автономное профессиональное образовательное учреждение саратовской области
	Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Федеральное агентство РФ по рыболовству федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение		Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
	Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Ярославский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования		Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Федеральное агентство РФ по рыболовству федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
	Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Федеральное агентство РФ по рыболовству федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение		Методические указания и контрольные задания для студентов заочной... Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение «Альменевский аграрно-технологический техникум»

Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения Екатеринбург

2.3. Химическое равновесие

Похожие: