Общая и биоорганическая химия
Способы выражения концентрации растворов. Электрические свойства коллоидных систем. Адсорбция на твердой поверхности. Ионное произведение воды. Водородный и гидроксильный показатели. Аэрозоли, особенности их физических свойств. Практическое значение паст.
| Рубрика | Химия |
| Вид | учебное пособие |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.09.2017 |
| Размер файла | 1,3 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Ответ: [Н+] = 6,0.10-3 моль/л ; рОН = 11,78.
26. Рассчитайте рН раствора, полученного смешением 25 мл 0,5 М раствора HCl, 10 мл 0,5 М раствора NaOH и 15 мл воды ( = 1). Ответ: 0,82.
27. Каким значением рН характеризуется раствор СН3СООН ( = 1 г/мл), в котором её массовая доля составляет 0,6 %? Сколько воды надо прибавить к этому раствору объёмом 1 л, чтобы значение рН стало равным 3. Kа = 1,75.105. Ответ: 3,49; 0,8 л.
28. В нормальном желудочном соке содержание соляной кислоты колеблется в пределах от 0,07 до 0,15%. Рассчитайте пределы изменения рН. Ответ: 1,72 - 1,39.
29. Венозная кровь имеет рН 7,33, а артериальная рН 7,36. Вычислите число ионов водорода в 100 мл крови.
Ответ: в венозной 2,77.1015, в артериальной - 2,59.1015.
30. Во сколько раз концентрация водородных ионов в крови (7,36) больше, чем в спинномозговой жидкости (рН 7,53)? Ответ: 1,413 раза.
31. Чему равны концентрация ионов водорода и pH раствора муравьиной кислоты (HCOOH), если = 0,03, Ka = 1,8 . 104? Ответ: 6. 103 моль/л, 2,22.
32. Рассчитайте константу гидролиза NH4Cl, зная, что Кb = 1,77.105.
Ответ: 5,65.1010.
33. Вычислите Kгидр. фторида калия, зная, что Kа = 6,5.104. Ответ:1,538.1011
34. Рассчитайте константы гидролиза следующих солей: HCOONa, HCOONH4, NH4NO3, зная, что Kа = 1,77.104, Kb = 1,77.105.
Ответ: 5,65.1011; 3,19.106; 5,65.1010.
35. Определите степень гидролиза и рН 0,005 N раствора KCN, если Ка = 4,9.1010. Ответ: 0,063; 11,61.
36. Какая из двух солей гидролизуется в большей степени: а) KCN или KSCN (K(HCN) = 7,9.1010, K(HSCN) = 1,4.101); б) Na2S или NaHS (K1а = 6.108 , K2а = 1.1014)? Ответ подтвердите расчетом.
37. Как объяснить взаимоусиление гидролиза двух солей при смешивании их растворов? В каких случаях наблюдается это явление?
1.4 БУФЕРНЫЕ РАСТВОРЫ
Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.
Теоретическое пояснение: кислотность среды является важной характеристикой различных биологических жидкостей. Так, в плазме артериальной крови в здоровом организме значение рН колеблется в пределе от 7,36 до 7,44. Изменение рН крови на 0,2 - 0,3 единицы приводит к патологическим нарушениям. В организме имеется ряд регуляторов, поддерживающих концентрацию ионов водорода биологических жидкостей на постоянном уровне. К таким регуляторам относятся буферные системы.
Растворы слабых кислот или слабых оснований в присутствии их солей прояв-ляют буферное действие: рН таких растворов мало изменяется при разбавлении и при добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или щёлочи.
Для вычисления концентрации ионов Н+ и рН в буферных растворах слабых кислот HАn и их солей, образованных сильным основанием, применяют уравнения:
где pKa = lg Ka.
Аналогично можно рассчитать концентрацию ионов ОН и рН в буферных растворах слабых оснований (KtOH) и их солей, образованных сильной кислотой:
,
, где pKb = lg Kb.
Если буферный раствор состоит из средней (Kt2An) и кислой солей (KtHAn) двухосновной кислоты H2An, то рН вычисляется по формуле:
,
где pKa2 = lg Ka2, показатель константы диссоциации кислоты H2An по второй ступени.
Если буферная смесь образована кислыми солями (Kt2HАn и KtH2An) трехосновной кислоты H3An, то для расчета применяют уравнение:
Важной характеристикой буферной системы является её ёмкость. Число эквивалентов кислоты или щёлочи, необходимое для смещения рН 1 л буферного раствора на одну единицу, называют буферной ёмкостью:
приV(буф.p-pa) = 1 л, в общем виде:
где Х формула кислоты или щёлочи.
Чем больше в данную систему можно добавить кислоты или щелочи без изменения рН, тем больше буферная ёмкость. Чем больше концентрации компонентов буферной смеси, тем меньше изменение рН от добавления кислоты или щелочи. Максимальное буферное действие оказывает раствор, компоненты которого взяты в равных количествах и в больших концентрациях. При этом рН= рК.
Лабораторная работа.
Приготовление буферных растворов и определение буферной ёмкости
Задачи работы: приготовить буферные растворы с различным значением рН. Определить влияние разбавления, добавления сильных электролитов на значение рН буферных растворов. Определить потенциометрически изменение рН буферных растворов с различным соотношением кислоты и соли при добавлении сильной кислоты или сильного основания. Опередить буферную ёмкость раствора.
Оборудование и реактивы: рН-метр, колбы, пипетки, 0,1 М растворы уксусной кислоты, ацетата натрия, гидро- и дигидрофосфатов натрия, аммиака и хлорида аммония, дистиллированная вода.
Опыт 1. Приготовление буферных растворов.
Выполнение работы: в одну колбу налить равные объемы (по 25 мл) 0,1М растворы уксусной кислоты и ацетата натрия, в другую 0,1 М растворы гидро- и дигидрофосфатов натрия, в третью - 0,1 М растворы аммиака и хлорида аммония. Рассчитать рН буферных растворов и проверить рН приготовленных буферных растворов с помощью индикаторной бумаги или рН-метра. Результаты занести в таблицу:
|
Буферный раствор |
Компоненты |
Константа ионизации |
Рассчитанное значение рН |
Измеренное значение рН |
|
|
Ацетатный |
CH3COOH + CH3COONa |
Ka = 1,75.10?5 |
|||
|
Фосфатный |
NaH2PO4 + Na2HPO4 |
Ka2= 6,31. 10?8 |
|||
|
Аммонийный |
NH3 + NH4Cl |
Kb = 1,75.10?5 |
Опыт 2. Влияние разбавления на рН буферных растворов.
Выполнение работы: в одну колбу налить 20 мл, в другую - 1 мл ацетатного буфера, приготовленного в первом опыте. Раствор в первой колбе развести в 2 раза, а во второй - в 100 раз. При помощи рН-метра определить рН разведенных буферных растворов и сравнить с исходным значением рН. В отчете следует привести наблюдаемые явления и дать объяснения.
Опыт 3. Зависимость буферной ёмкости раствора от его состава.
Выполнение работы: приготовить 2 серии из пяти колб буферных растворов. В каждую колбу налить по 100 мл ацетатного буфера с буферным соотношением: 90:10; 70:30; 50:50; 30:70 и 10:90.
Измерить рН исходных буферных растворов при помощи рН-метра. Во все буферные смеси первой серии добавить по 2 мл 0,1 н раствора NаОН, а второй серии - 2 мл 0,1н раствора НСl, тщательно перемешать растворы и снова измерить рН. Рассчитать в каждом случае буферную ёмкость по кислоте и основанию. Результаты занести в таблицу.
|
Буферное соотношение |
Исходное значение рН |
рН после добавления NaOH |
рН |
Буферная ёмкость по основанию |
рН после добавления HCl |
рН |
Буферная ёмкость по кислоте |
|
|
100 |
||||||||
|
90:10 |
||||||||
|
70:30 |
||||||||
|
50:50 |
||||||||
|
30:70 |
||||||||
|
10:90 |
Построить на основании полученных данных график зависимости буферной ёмкости по кислоте и основанию от соотношения количества кислоты и соли буферного раствора.
В отчете объяснить ход кривых зависимости буферной ёмкости от соотношения количеств компонентов буферной системы, объяснить, почему ход кривых различный.
Примеры решения задач
Пример 1. К 15 мл 0,03 М раствора НСООН добавили 15 мл 0,03 М раствора
НСООNa. Вычислите рН полученного буферного раствора. Ka=1,77.104.
|
Дано: V1 = V2 = 15 мл C1 = C2 = 0,03 моль/л Ka = 1,77.104 pН = ? |
Решение: I вариант: 1) [HCOO] в буферном растворе = 15.0,03/30 = 0,015 моль/л 2) [HCOOH] в буферном растворе = 15.0,03/30 = 0,015 моль/л 3) |
II вариант:
Решение задачи можно упростить, если учесть, что объём буферного раствора входит и в числитель и в знаменатель данного выражения:
Ответ: 3,75.
Пример 2. Как изменится рН буферной смеси, образованной 0,1 М раствором
СН3СООН и 0,1 М раствором СН3СООNa при добавлении: а) 0,001 М раствора HCl; б) 0,001 М раствора NaOH? Ka = 1,8. 105.
Решение: В буферной смеси
= = 1,8.105,
pH = pKa = lg1,8. 105 = 4,75.
При добавлении соляной кислоты:
0,001 0,001 0,001
CH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl
[CH3COOH] = 101 + 103 = 1,01.101 (моль/л)
[CH3COONa] = 101 103 = 0,99.101 (моль/л)
[H+] = = 1,76.105 (моль/л)
При добавлении щелочи:
CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
[H+] = = 1,76.105; pH = lg 1,76.105 = 5 0,24 = 4,76.
Ответ: практически не меняется.
Пример 3. Рассчитайте буферную ёмкость сыворотки крови по кислоте, если на титрование 50 мл сыворотки для изменения рН от 7,4 до 7,0 было затрачено 10 мл 0,1 N раствора HCl.
|
Дано: pН1 = 7,4 pH2 = 7,0 V(p-pa HCl) = 10 мл C(HCl) = 0,1 моль/л B(HCl) = ? V(сыв.) = 50 мл |
Решение: (HCl) = 10.103.0,1=1.103 (моль) pH = pH1 pH2 = 7,4 7,0 = 0,4 B(HCl) = = 0,05 (моль/л). |
Вопросы и задачи для самоподготовки
Какие растворы (смеси) называют буферными?
Что называют сопряженной кислотой, сопряженным основанием? Приведите примеры протолитических реакций.
На какие типы делятся буферные растворы? Приведите примеры.
Каков механизм буферного действия на примере ацетатного буферного раствора?
Каков механизм буферного действия на примере аммиачного буферного раствора?
Как рассчитать концентрацию ионов Н+ в буферном растворе кислотного типа?
Как рассчитать концентрацию ионов Н+ в буферном растворе основного типа?
Как объяснить тот факт, что при добавлении небольших количеств сильных кислот, щелочей и разбавлении кислотность раствора практически не меняется?
Как рассчитываются значения рН в буферных растворах кислотного и основного типа?
Что понимают под буферной ёмкостью и буферной силой раствора?
К 20 мл 1%-ного раствора NH4NO3 (= 1 г/мл) добавили 1 мл 0,5М раствора аммиака. Раствор разбавили в мерной колбе до 100 мл. Вычислите рН полученного раствора. Kb = 1,8.105, pKb = 4,75. Ответ: 8,55.
К 25 мл 0,2 М раствора KH2PO4 прибавили 15 мл 0,2 М раствора K2HPO4. Вычислите рН полученного раствора. Ka2 = 6,3.108, pKa2 = 7,21. Ответ: 6,98.
Вычислите рН ацетатной буферной смеси, состоящей из 200 мл 0,1N раствора кислоты (Ka=1,8.105) и 100 мл 0,05 N раствора её соли. Ответ: 4,148
К 12 мл 0,03 М раствора НСООН прибавили 15 мл 0,15 М раствора НСООK. Вычислите рН полученого раствора. Ka = 1,8.104, pKa = 3,75.
Ответ: 4,55.
Вычислите рН раствора, в 500 мл которого содержится 1 г НСООН и 1 г НСООK. Ka = 1,8.104, pKa = 3,75. Ответ: 3,49.
Смешали поровну 0,5%-ные растворы аммиака и нитрата аммония. Найдите рН полученного раствора, плотность которого 1 г/мл. Kb= 1,8.105, pKb = 4,75. Ответ: 9,92.
Сколько мл 0,2 М раствора карбоната натрия надо добавить к 10 мл 0,3 М раствора гидрокарбоната натрия, чтобы получить раствор с рН = 10?
Ka2 = 4,7.1011, pKa2 = 10,33. Ответ: 7 мл.
Сколько (г) Na2CO3 надо добавить к 100 мл 0,3 М раствора NaHCO3, чтобы получить раствор с рН 10? Ka1 = 4,4.107, pKa1= 6,36; Ka2 = 4,7.1011, pKa2 = 10,33. Ответ: 1,487 г.
Какое количество уксусной кислоты надо добавить к 1 л 1М раствора ацетата натрия, чтобы раствор стал нейтральным? рК(СН3СООН) = 4,75. Ответ: 0,0056 моль.
Вычислите значение рН буферного раствора, приготовленного смешением
31 36 мл 0,2 н раствора хлорида аммония и 23 мл 0,1 н раствора аммиака. рК(NH3) = 4,75. Ответ: 8,755.
Как изменится рН фосфатного буфера, приготовленного смешением по 100 мл 0,1М раствора дигидрофосфата калия и 0,3М раствора гидрофосфата натрия, при добавлении 10 мл 0,2М раствора гидроксида натрия? рК2(Н3РО4) = 7,21. Ответ: увеличится на 0,128.
Точка перехода фенолфталеина при рН 8,5. При рН > 8,5 он малиновый, а при рН < 8,5 бесцветный. Какое количество хлорида аммония необходимо добавить к 50 мл 0,1 н раствора аммиака, чтобы в присутствии фенол-фталеина раствор был окрашенным? рК(NH3) = 4,75. Ответ: 0,028 моль.
Какой объем 0,01 н раствора гидроксида натрия надо добавить к 100 мл 0,005 М раствора уксусной кислоты, чтобы концентрация ионов водорода в смеси стала 1,75.10?5 моль/л? рК(СН3СООН) = 4,75. Ответ: 25 мл.
К 100 мл крови для изменения рН от 7,36 до 7,0 надо добавить 36 мл 0,05 н раствора хлороводорода. Рассчитайте буферную ёмкость крови по кислоте. Ответ: 0,05 моль/л.
Сколько (в моль эквивалентов) щелочи нужно добавить к 1 мл буферного раствора, чтобы изменить рН от 7,36 до 7,50, если буферная емкость его равна 0,034 моль/л? Ответ: 4,76.106 моль.
В какой из биологических жидкостей: в желудочном соке (рН = 1,5 - 2,5), в кишечном соке (рН = 7,5 - 8,2) или в крови (рН = 7,36) будет наибольшая концентрация НСО3?, если рК(Н2СО3) = 6,1?
1.5 ГЕТЕРОГЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ
Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.
Теоретическое пояснение: в насыщенном растворе малорастворимого электролита KtAn устанавливается химическое равновесие: KtAn(тв) Kt+(р-р) + An(р-р), которое количественно характеризуется при постоянной температуре константой гетерогенного равновесия, называемой произведением растворимости (ПР): ПР(KtAn) = [Kt+].[An].
Произведение [Kt+].[An] называют ионным произведением и обозначают ИП(KtAn).
В насыщенном растворе электролита ПР(KtAn) = ИП(KtAn), в ненасыщен-ном ? ПР(KtAn) > ИП(KtAn), в пересыщенном: ПР(KtAn) < ИП(KtAn).
Концентрация электролита Х в насыщенном растворе называется раствори-мостью (s(X) в моль/л):
где L(X) растворимость электролита в г/л. Связь между растворимостью и произведением растворимости электролита KtnAnm в общем виде выражается формулой
.
Например, для Са3(РО4)3
Лабораторная работа
Исследование гетерогенных равновесий на реакциях ионного обмена
Задачи работы: изучить гетерогенное равновесие на примерах реакций ионного обмена.
Оборудование и реактивы: пробирки, растворы серной кислоты, аммиака, щелочи (NaOH или KOH), солей (Na2SO4, NH4Cl), твердые соли (хлорид аммония, ацетат натрия), лакмусовая бумага.
Опыт 1. Образование осадка сульфата бария
Выполнение работы: в 2 пробирки налить по 5 6 капель растворов H2SO4 и Na2SO4. Добавить в каждую из них по несколько капель раствора BaCl2. Что наблюдается? Написать ионно-молекулярные уравнения реакций и выражение для произведения растворимости образовавшейся соли.
Опыт 2. Выделение газа
Выполнение работы: к 5 6 каплям раствора NH4Cl добавить такой же объём раствора NaOH или KOH. Содержимое пробирки нагреть и поднести к её отверстию влажную лакмусовую бумажку. Наблюдать, что происходит. Написать ионно-молекулярные уравнения реакций.
Опыт 3. Образование осадка гидроксида магния
Выполнение работы: в 2 пробирки налить по 5 6 капель раствора аммиака и добавить в одну из них около 0,1 г твёрдого NH4Cl. Прибавить к обоим растворам по 3 4 капли раствора MgCl2. Наблюдать, что происходит. Написать выражение для произведения растворимости гидроксида магния, уравнение реакции и объяснить результаты обоих опытов.
Опыт 4. Влияние температуры
Выполнение работы: в две пробирки налить по 2 мл раствора ZnCl2. Определить реакцию среды с помощью универсального индикатора. В раствор одной из пробирок опустить кусочек цинка и нагреть. Сравнить окраску раствора с цинком с исходной. Как изменилась окраска индикатора? Почему? Какой газ выделяется? Какова роль нагревания? Написать уравнения реакций.
Примеры решения задач
Пример 1. В 1 л воды растворяется 2,88.106 г AgI. Вычислите ПР(AgI).
|
Дано: V(H2O) = 1 л m(AgI) = 2,88.106г. ПР(AgI) = ? |
Решение: AgI (тв) Ag+(р-р) + I(р-р) ПР(AgI) = [Ag+].[I] [Ag+] = [I] = C(AgI) = |
V(p-pa) V(H2O) = 1 л, M(AgI) = 235 г/моль
2) C(AgI) = = 1,225.108 (моль/л)
3) ПР(AgI) = (1,225.108)2 = 1,5.1016.
Ответ: 1,5.1016
Пример 2. Образуется ли осадок Fe(OH)3 в растворе, содержащем 1,5.103 моль/л FeCl3 и 5.105 моль/л NaOH? ПР(Fe(OH)3) = 3,8.1038.
|
Дано: C(FeCl3)= 1,5.103моль/л C(NaOH) = 5.105 моль/л ПP(Fe(OH)3) = 3,8.1038 ИП ПР ? |
Решение: Fe(OH)3(тв) Fe3+(р-р) + 3 OH(р-р) ПP(Fe(OH)3) = [Fe3+].[OH]3 [Fe3+] = C(FeCl3) = 1,5.103 моль/л [OH] = C(NaOH) = 5.105 моль/л ИП(Fe(OH)3) = [Fe3+].[OH]3 = 1,5.103.(5.105)3 = 1,9.106 |
4) ИП >> ПР, следовательно, осадок образуется.
Ответ: осадок образуется.
Пример 3. При какой концентрации ионов Al3+ будет образовываться осадок
Al(OH)3 из раствора с рН = 6? ПР(Al(OH)3) = 5,1.1033.
|
Дано: pH = 6 ПР(Al(OH)3) = 5,1.1033 [Al3+] = ? |
Решение: Al(OH)3(тв) Al3+(р-р) + 3 OH(р-р) [OH] = ; |
[H+] = 10pH = 106 (моль/л);
[OH] = 1014/106 = 108 (моль/л);
[Al3+] = = 5,1.109 (моль/л).
Ответ: 5,1.109 моль/л.
Пример 4. В растворе содержатся ионы кальция, свинца и стронция с концентрацией 1.10?3 моль/л. В этот раствор по каплям внесли раствор сульфата натрия до концентрации этой соли до 1.10?3 моль/л. На основе расчетов докажите возможность выпадения солей в осадок и их последовательность осаждения. ПР[CaSO4] = 2,4.10?5; ПР[PbSO4] = 1,3.10?8; ПР[SrSO4] = 7,6.10?7.
Решение:
Me2+ + SO42? = MeSO4
1) ИП[CaSO4] = [Me2+].[ SO42?] = 1.10?3 . 1.10?3 =1.10?6 < ПР[CaSO4] = 2,4.10?5, осадок CaSO4 не образуется;
2) ИП[PbSO4] = [Me2+].[ SO42?] = 1.10?3 . 1.10?3 =1.10?6 > ПР[PbSO4] = 1,3.10?8, осадок PbSO4 образуется;
3) ИП[SrSO4] = [Me2+].[ SO42?] = 1.10?3 . 1.10?3 =1.10?6 > ПР[SrSO4] = 7,6.10?7, осадок SrSO4 образуется.
4) В первую очередь выпадает PbSO4, т.к. у неё ПР наименьшая.
Вопросы и задачи для самоподготовки
Какое равновесие называют гетерогенным?
Выведите выражение произведения растворимости (ПР) малорастворимой соли на примере AgCl. При каких условиях осадки выпадают, растворяются и находятся в равновесии с насыщенным раствором? Сравните ионное произведение (ИП) с произведением растворимости (ПР).
Как влияет на растворимость вещества введение в его насыщенный раствор одноимённого иона? Ответ мотивируйте.
Выведите формулы для расчёта ПР по известной растворимости (s) для случаев: а) BaSO4; б) Mn(OH)2; в) Cr(OH)3; г) Mg3(PO4)2; д) KtnAnm.
Сколько (г) CaSO4 растворяется в 1 л воды, если ПР(CaSO4) = 6,1.105? Ответ: 1,062 г.
В 1 л воды растворяется 0,001215 г Са3(РО4)2. Вычислите ПР(Са3(РО4)2). Ответ: 1.1025.
Какая из солей более растворима в воде и во сколько раз: хлорид или хромат серебра, если ПР(AgCl)= 1,1.1010, ПР(Ag2CrO4) =1,6.1012? V(p-pa) = V(H2O).
Ответ: хромат серебра, в 7,3 раза по молям, в 16 раз по массе.
Сколько (г) AgBr содержится в 10 л насыщенного раствора, если ПР(AgBr) = 4.1013. Ответ: 1,19.103г.
Сколько (г) BaSO4 содержится в 100 л насыщенного раствора, если ПР(BaSO4) = 1.1010 . Ответ: 0,233 г.
Сколько (г) NaOH надо прибавить к 20 мл 5.105М раствора МgCl2, чтобы образовался осадок Mg(OH)2? ПР(Mg(OH)2) = 1,2.1011. Изменением объема при добавлении щелочи и выпадении осадка пренебречь. Ответ: 3,92.104 г.
Сколько мл 2М раствора HCl необходимо прибавить к 20 мл 0,03М раствора Pb(NO3)2, чтобы образовался осадок PbCl2? ПР(PbCl2) = 2,4.104.
Ответ: 0,894 мл.
Образуется ли осадок CaSO4, если к 0,1М раствору CaCl2 добавить равный объём 0,1 М раствора H2SO4? ПР(CaSO4) = 6,1.105. Ответ: образуется.
При каком значении рН начнется образование осадка Mg(OH)2 из 0,02 М раствора MgSO4? ПР(Mg(OH)2) = 1,2.1011. Ответ: 9,38.
ПР (СаС2О4) = 2,67.109. Чему равна растворимость оксалата кальция в г/л? Ответ: 6,61.103.
В 100 мл насыщенного раствора содержится 2,156.103 г соли Ag2CrO4. Вычислите ПР соли. Ответ: 1,1.1012
При каком значении рН начнется выпадение осадка Fe(OH)2 из 0,1 М раствора FeCl2 при добавлении щелочи? ПР(Fe(OH)2) = 1.1015.
Ответ: при рН = 7.
17. В растворе содержатся сульфат-, хромат- и оксалат-ионы с концентрацией 1.10?3 моль/л. В этот раствор по каплям внесли раствор хлорида стронция до концентрации этой соли до 1.10?3 моль/л. На основе расчетов докажите возможность выпадения солей в осадок и их последовательность осаждения. ПР[SrSO4] = 3,2.10?7; ПР[SrCrO4] = 3,6.10?5; ПР[SrC2O4] = 5,6.10?8.
18. Произведение растворимости. В растворе содержатся хлорид-, бромид- и йодид-ионы с концентрацией 1. .10?6 моль/л. В этот раствор по каплям внесли раствор нитрата серебра до концентрации этой соли до 1.10?5 моль/л. На основе расчетов докажите возможность выпадения солей в осадок и их последовательность осаждения. ПР[AgCl] = 1,8.10?10; ПР[AgBr] = 5,7.10?13; ПР[AgI] = 8,3.10?17.
1.6 КОЛЛИГАТИВНЫЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ
Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.
Теоретическое пояснение: различают идеальные и реальные растворы. В идеальных растворах компоненты смешиваются, как идеальные газы, без изменения объема и энтальпии. Свойства идеальных растворов (давление насыщенного пара, температуры кипения и замерзания, осмотическое давление), не зависящие от природы веществ и определяемые лишь концентрацией (количеством) вещества называются коллигативными. Знание этих свойств позволяет определять молекулярную массу, степень диссоциации растворенного вещества, осмотическую концентрацию раствора.
Осмотическое давление в растворе проявляется только тогда, когда раствор отделен от растворителя полупроницаемой мембраной. На основании опытных данных было установлено, что осмотическое давление раствора пропорционально концентрации растворенного вещества (Х) и абсолютной температуре: Росм. = C(X).R.T (закон Вант-Гоффа), где R - газовая постоянная (8,314 Дж/(моль.K).
Закон справедлив для разбавленных растворов неэлектролитов. В случае сильноразбавленных растворов С(Х) в(Х). В концентрированных растворах неэлектролитов и водных растворах электролитов наблюдаются отклонения от закона. Для учёта межмолекулярных взаимодействий Вант-Гофф ввёл поправочный коэффициент, названный изотоническим коэффициентом (i):
Росм.= i.C(X).R.T
Для растворов неэлектролитов i = 1. Для водных растворов электролитов i > 1, максимальное его значение равно числу ионов в молекуле электролита:
NaCl (k = 2), CaCl2 (k = 3), Na3PO4 (k = 4), Al2(SO4)3 (k = 5).
Давление насыщенного пара присуще каждой жидкости. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным. При растворении в жидкости нелетучего вещества давление пара раствора понижается по сравнению с чистым растворителем. Разность между давлениями называется понижением давления пара растворителя (p = p0 - p). Если это понижение отнести к р0, то оно называется относительным понижением
()
и оно равно молярной доле растворенного вещества (закон Рауля):
или
где n - число молей растворенного вещества, N число молей растворителя.
В случае реальных растворов в это уравнение вводится изотонический коэффициент
Температура кипения и кристаллизации растворов зависят от давления пара над растворами. Жидкость закипает тогда, когда давление её пара достигает внешнего атмосферного давления. Вследствие понижения давления пара растворителя над раствором температура кипения раствора всегда выше температуры кипения чистого растворителя. Разность между температурами кипения раствора и растворителя называется повышением температуры кипения (tкип. или Tкип.).
Жидкость кристаллизуется (затвердевает) тогда, когда давление её пара становится равным давлению насыщенного пара над соответствующей твёрдой фазой. Давление пара льда достигается у водного раствора при более низкой температуре, чем у растворителя (воды).
Разность между температурами кристаллизации растворителя и раствора называют понижением температуры кристаллизации (tкрист. или Tкрист.). Температуру кристаллизации иногда называют температурой замерзания.
Понижение температуры кристаллизации, повышение температуры кипения раствора пропорционально концентрации растворённого вещества (следствия из закона Рауля):
tкрист.= K. в(X), tкип.= Е. в(X)
где K и Е коэффициенты пропорциональности, называемые криоскопической и эбулиоскопической постоянными, соответственно.
Если в(X) = 1 моль/кг, то K = tкрист., Е = tкип.. В этом заключён их физический смысл.
K и Е зависят от химической природы растворителя и не зависят от природы растворённого вещества.
Для реальных растворов: tкрист.= i .K. в(X), tкип.= i. Е. в(X).
С помощью закона Рауля и следствий из него можно вычислять молекулярные массы растворённых веществ:
,
Метод криометрии (установления молярной массы по температурам замерзания растворов) используют и для определения осмотической концентрации биологических, агрономических и лекарственных средств (кровь, молоко, клеточный сок, растворы для инъекций, почвенные растворы). Она представляет собой суммарную концентрацию частиц (ионов, молекул) в растворе и выражается в условных единицах (моль/кг растворителя), т.к. молекулярные массы компонентов неизвестны.
Примеры решения задач
Пример 1. Вычислите осмотическое давление раствора, содержащего в 1,5 л 135 г глюкозы С6Н12О6 при 00С.
|
Дано: V(p-pa) = 1,5 л m(С6Н12О6) = 135г Pосм. = ? t = 00C, T = t0C + 273 M(С6Н12О6) = 180 г/моль |
Решение: С(С6Н12О6) = = 0,5 (моль/л); Pосм. = C.R.T = 0,5.8,31.273 = 1134,315 (кПа) Ответ: 1134,315 кПа. |
Пример 2. Определите молярную массу вещества, если в 5 л его раствора содержится 25г вещества. Осмотическое давление этого раствора равно 23 кПа при 200С.
|
Дано: V(p-pa) = 5 л P = 23 кПа t = 200C M(X) =? T = t0C + 273 |
Решение: 1) С(Х) = = 0,0945 (моль/л); 2) М(Х) = = 52,9 (г/моль) Ответ: 52,9 г/моль. |
Пример 3. Сколько (г) глюкозы С6Н12О6 должен содержать 1 л раствора, чтобы его осмотическое давление было таким же, как и раствора, содержащего при той же температуре в 1 л 34,2 г сахарозы С12Н22О11?
|
Дано: V(p-pa1) = 1 л V(p-pa 2) = 1 л m(С12Н22О11) = 34,2 г P1 = P2 m(С6Н12О6) = ? M1(С6Н12О6) = 180г/моль M2(С12Н22О11)= 342 г/моль |
Решение: по условию Р1 = P2, следовательно С1 = С2 С2 = = 0,1 (моль/л) m1 = C1.M1.V1 = 0,1.180.1 = 18 (г). Ответ: 18 г. |
Пример 4. Какова степень электролитической диссоциации () дихлоруксусной кислоты в 0,01 М растворе, если при 300 K этот раствор создает осмотическое давление 43596,4 Па?
|
Дано: С(СHCl2COOH) =0,01моль/л Pосм. = 43596,4 Па = ? |
Решение: Росм. = i .C(X).R.T,
|
где k число ионов, на которые распадается молекула данного электролита: СHCl2COOH СHCl2COO + H+
По уравнению
k = 2,
Ответ: 0,75 (75%).
Пример 5.Что произойдёт с эритроцитами при 310 K в 2%-ном растворе глюкозы (плотность раствора 0,006 г/мл)?
|
Дано: T = 310 K (C6H12O6) = 2% 1,006 г/мл Росм. = ? M(C6H12O6) = 180 г/моль |
Решение: Росм. = C(X).R.T = 1) Росм. = = 287,951 (кПа) 2) Росм.(р-ра глюкозы) < Росм.(крови), следовательно, в таком растворе произойдёт гемолиз. |
Пример 6. Вычислите давление пара раствора, содержащего 34,2 г сахарозы С12Н22О11 в 180 г воды при 300С, если давление паров воды при этой температуре равно 0,42.105 Па.
|
Дано: m(С12Н22О11) = 34,2 г m(H2O) = 180 г P0 = 4,2.104 Па P = ? M(С12Н22О11) = 342 г/моль M(H2O) = 18 г/моль |
Решение: n = (С12Н22О11) = 34,2/342 = 0,1 моль N = (H2O) = 180/18 = 10 моль P = = 4,16.104 Па Ответ: 4,16.104 Па. |
Пример 7. Определите молярную массу вещества, если над раствором, содержащим 21 г вещества в 400 г ацетона, давление пара равно 21854,4 Па. Давление пара ацетона при этой температуре равно 23939,35 Па.
|
Дано: m(в-ва) = 21 г m((СН3)2СО) = 400 г P1 = 21854,4 Па P0 = 23939,35 Па M(в-ва) = ? M ((СН3)2СО) = 58 г/моль |
Решение: N = ((СН3)2СО) = 400/58 = 6,9 (моль) 2) ; ; n = 0,658; |
3) M(в-ва) = 21/ 0,658 = 32 (г/моль).
Ответ: 32 г/моль.
Пример 8. Определите температуру кипения и замерзания раствора, содержащего 1 г нитробензола в 10 г бензола. Е(С6Н6) = 2,570, K(C6H6) = 5,10. Температура кипения чистого бензола равна 80,20С, а замерзания 5,40С.
|
Дано: m(C6H5NO2) = 1г m(C6H6) = 10 г K(C6H6) = 5,10 Е(С6Н6) = 2,570 tкип. = 80,20C tзам. = 5,40C tкип. (p-pa) = ? tзам. (p-pa) = ? M(C6H5NO2) = 123 г/моль |
Решение: 1) в(Х) = в(C6H5NO2) = = 0,813 (моль/кг) 2) tзам.= K. в(X) .= 5,1.0,813 = 4,150, tкип.= Е. в(X) .= 2,57.0,813 = 2,090; 3) tкип.= 80,2 + 2,09 = 82,290С tзам.= 5,4 4,15 = 1,250С Ответ: 82,290С; 1,250С. |
Пример 9. Определите молярную массу вещества, если 4 г его растворены в 110 г этанола С2Н5ОН, и раствор кипит при 78,620С. Е(С2Н5ОН) = 1,220, температура кипения спирта 78,30С.
|
Дано: m(в-ва) = 4 г m(C2H5OH) = 110 г E(C2H5OH) = 1,220 t = 78,30C M(в-ва) = ? |
Решение: tкип.= 78,62 78,3 = 0,320 2) tкип.= Е. в(X) = M(в-ва) = = 138,64 (г/моль). |
Ответ: 138,64 г/моль.
Вопросы и задачи для самоподготовки
1. Какие физико-химические свойства называют коллигативными? Перечислите.
2. От чего зависит количественное выражение этих свойств?
3. Какие мембраны называются полупроницаемыми? Приведите примеры материалов, обладающих свойством избирательной проницаемости.
4. Какое давление называют осмотическим? В каких приборах оно определяется?
5. От каких факторов зависит осмотическое давление и каким уравнением эта зависимость выражается?
6. В каких случаях растворы электролитов при одной и той же температуре имеют одинаковое осмотическое давление? Как называют такие растворы?
7. Какой раствор по отношению к другому называют: а) гипертоническим; б) гипотоническим? В сторону какого из них должен быть направлен осмос?
8. Дайте формулировку и приведите математическое выражение закона Рауля.
9. Какие два следствия вытекают из закона Рауля?
10. Когда жидкости затвердевают (кристаллизуются), закипают?
11. Какие константы называют криоскопической, эбулиоскопической константой? Зависят ли они от природы растворённого вещества и растворителя?
12. Верно ли утверждение, что все одномоляльные водные растворы неэлектролитов: а) закипают при 100,520С, б) кристаллизуются при 1,860С? Ответ мотивируйте.
13. Что называют изотоническим коэффициентом (i)? Каков его физический смысл? Каковы методы экспериментального определения?
14. Как связаны между собой степень электролитической диссоциации (ионизации) и изотонический коэффициент?
15. Как определяют молекулярные массы растворённых веществ по коллигативным свойствам? Приведите формулы для расчёта.
16. Вычислите осмотическое давление раствора, в 1 л которого содержится 0,2 моля неэлектролита: а) при 00С; б) при 180С. Ответ: 4,54.105 Па; 4,84.105 Па.
17. Определите осмотическое давление раствора, в 1 л которого содержится 18,4 г глицерина (С3Н8О3) при 00С. Ответ: 454 кПа.
18. Вычислите осмотическое давление раствора, в 5 л которого содержится 171 г сахарозы С12Н22О11 при 250С. Ответ: 247,6 кПа.
19. 400 мл раствора содержит 2 г растворённого вещества при 270С. Осмотическое давление раствора 1,216.105 Па. Определите молярную массу растворённого вещества. Ответ: 102,5 г/моль.
20. Раствор сахарозы С12Н22О11 при 00С оказывает осмотическое давление 7,1.105Па. Сколько (г) сахарозы содержится в 250 мл такого раствора?
Ответ: 26,76 г.
21. Сколько (г) этанола С2Н5ОН надо растворить в 500 мл воды, чтобы осмотическое давление этого раствора при 200С составляло 4,052.105 Па. V(p-pa) = V(H2O). Ответ: 3,83 г.
22. Осмотическое давление раствора при 270С равно 1,32.105Па. Какова молярная концентрация этого раствора? Ответ: 0,053 моль/л.
23. Осмотическое давление раствора при 100С равно 1,2.105 Па. Какова молярность этого раствора? Ответ: 0,05 моль/л.
24. Сколько (г) этанола С2Н5ОН должен содержать 1 л раствора, чтобы его осмотическое давление было таким же, как и раствора, содержащего в 1 л при той же температуре 4,5 г формальдегида СН2О? Ответ: 6,9 г.
25. Определите молярную массу растворённого вещества, если раствор, содержащий в 0,5 л 6 г вещества, при 170С обладает осмотическим давлением 4,82.105 Па. Ответ: 60 г/моль.
26. Определите, будут ли при одной и той же температуре изотоническими 3%-ные водные растворы сахарозы С12Н22О11 и глицерина С3Н8О3. Плотности растворов примите равными 1 г/мл. Ответ подтвердите расчетами.
Ответ: не будут.
27. Рассчитайте осмотическое давление при 310 K 20%-ного водного раствора глюкозы ( 1,08 г/мл), применяемого для внутривенного введения при отёке лёгкого. Каким будет этот раствор по отношению к крови, если учесть, что Росм. крови равно 740 780 кПа? Ответ: 3091,3 кПа; гипертоническим.
28. Рассчитайте осмотическое давление 0,01 М раствора хлорида калия при 310K, если изотонический коэффициент равен 1,96. Каким будет этот раствор по отношению к плазме крови (Росм. крови равно 740 780 кПа)?
Ответ: 50,5 кПа; гипотоничен.
29. Осмотическое давление раствора гемоглобина в воде, содержащего 124 г/л при 17оС равно 0,04338 атм. Рассчитайте молекулярную массу гемоглобина. Ответ: 67814 г/моль.
30. Рассчитайте осмотическое давление при 0оС в мм вод.ст. и понижение температуры кристаллизации 1%-ного альбумина (молекулярная масса 68000). Ответ: 34,1 мм вод.ст; 0,00028.
31. Вычислите давление пара 30%-ного водного раствора карбамида СО(NН2)2 при 500С. Давление пара воды при этой температуре равно 12,33 кПа.
Ответ: 10,93 кПа.
32. Определите давление пара раствора, содержащего 1,212.1023 молекул вещества в 500 г воды при 1000С, если давление пара воды при этой температуре равно 101,3 кПа. Ответ: 100,58 кПа.
33. Давление пара раствора, содержащего 20 г растворённого вещества в 180 г воды равно 3,64 кПа. Определите молярную массу растворённого вещества, если давление пара воды при этой температуре равно 3,78 кПа.
Ответ: 52 г/моль.
34. Понижение давления пара над раствором, содержащим 5,4 г вещества в 180 г воды, при 800С и над чистым растворителем при той же температуре равно 144 Па. Определите молярную массу растворённого вещества.
Ответ: 180 г/моль.
35. Давление пара воды при 300С составляет 4245,2 Па. Сколько (г) сахарозы С12Н22О11 следует растворить в 800 г воды, для получения раствора, давление пара которого на 33,3 Па меньше давления пара воды? Вычислите процентную концентрацию сахарозы в растворе. Ответ: 119,8 г; 13%.
36. Давление пара воды при 500С равно 12334 Па. Вычислите давление пара раствора, содержащего 50 г этиленгликоля С2Н4(ОН)2 в 900 г воды.
Ответ: 12140 Па.
37. Давление пара водного раствора неэлектролита при 800С равно 33310 Па. Сколько (моль) воды приходится на 1 моль растворённого вещества в этом растворе? Давление пара воды при этой температуре равно 47375 Па.
Ответ: 2,4 моль.
38. Рассчитайте молярную массу неэлектролита, если при 200С давление пара над 63%-ным водным раствором этого неэлектролита равно 1399,4 Па. Давление паров воды при этой температуре равно 2335,42 Па. Ответ: 47 г/моль.
39. При какой температуре кипит раствор, содержащий 90 г глюкозы С6Н12О6 в 1000 г воды? Е(H2O) = 0,52. Ответ: 100,260С.
40. В какой массе воды следует растворить 46 г глицерина С3Н8О3, чтобы получить раствор с температурой кипения 100,1040С. Е(H2O) = 0,52.
Ответ: 2,5 кг.
41. Вычислите массовую долю (в %) глицерина С3Н8О3 в водном растворе, температура кипения которого 100,390С. Е(H2O) = 0,52. Ответ: 6,45%.
42. Определите массовую долю (в %) сахарозы С12Н22О11 в водном растворе, если раствор закипает при 101,040С. Е(H2O) = 0,52. Ответ: 40,62%.
43. Раствор, содержащий 27 г вещества в 1000 г воды, кипит при 100,0780С. Определите молярную массу растворённого вещества. Е(H2O) = 0,52.
Ответ: 180 г/моль.
44. Раствор, содержащий 0,162 г серы в 20 г бензола С6Н6, кипит при темпе-ратуре на 0,0810 выше, чем чистый бензол. Рассчитайте молярную массу серы. Сколько атомов содержится в одной молекуле серы? Е(С6Н6) = 0,52.
Ответ: 256 г/моль; 8 атомов.
45. При растворении 13,0 г неэлектролита в 400 г диэтилового эфира температура кипения повысилась на 0,453 K. Определите молекулярную массу растворенного вещества. Е(эфира) = 2,02. Ответ: 145 г/моль.
46. Водный раствор сахарозы С12Н22О11 замерзает при 1,10С. Определите массовую долю (в %) сахарозы в растворе. K(H2O) = 1,86. Ответ: 16,8%.
47. Вычислите массу воды, в которой следует растворить 300 г глицерина С3Н8О3, для получения раствора, замерзающего при 20С. K(H2O) = 1,86. Ответ: 3 кг.
48. Вычислите температуру замерзания 20%-ного раствора глицерина С3Н8О3 в воде. K(H2O) = 1,86. Ответ: 5,05С.
49. При какой температуре замерзает 4%-ный раствор этанола С2Н5ОН в воде? K(H2O) = 1,86. Ответ: 1,70С.
50. В 100 г воды растворили 4 г вещества. Полученный раствор замерзает при 0,930С. Определите молярную массу растворённого вещества. K(H2O) = 1,86. Ответ: 80 г/моль.
51. Раствор, содержащий 2,175 г растворённого вещества в 56,25 г воды, замерзает при 1,20С. Определите молярную массу растворённого вещества. K(H2O) = 1,86. Ответ: 60 г/моль.
52. 1,6 г вещества растворены в 250 г воды. Полученный раствор замерзает при 0,20С. Определите молярную массу растворённого вещества. K(H2O) = 1,86. Ответ: 59,52 г/моль.
53. Какой из растворов будет замерзать при более низкой температуре: 10%-ный раствор глюкозы С6Н12О6 или 10%-ный раствор сахарозы С12Н22О11? Ответ подтвердите расчетами. Ответ: глюкозы.
54. Определите формулу вещества, содержащего 39,34% углерода, 8,20% водорода и 52,46% серы, если раствор 0,2 г этого вещества в 26 г бензола замерзает при температуре на 0,3180 ниже, чем чистый бензол. K(С6Н6) = 0,52. Ответ: C4H10S2.
55. Определите понижение температуры замерзания крови, если осмотическое давление при 37оС равно 7,63 атм. Ответ: 0,56.
Глава 2. ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ И БИОЭНЕРГЕТИКИ. ТЕРМОХИМИЯ
Изучение данной темы способствует формированию следующих компетенций: ОК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-5.
Теоретическое пояснение: тепловые эффекты химических реакций связаны с изменением внутренней энергии системы при переходе от исходных веществ (U1) к продуктам реакции (U2): U = U2 U1. Изменение внутренней энергии не зависит от пути перехода, а зависит от начального и конечного состояний системы, определяемых давлением (р), объёмом (V) и температурой (Т):
Q = U + A (I начало термодинамики)
где Q - теплота, А - работа расширения. При постоянном давлении работа расширения А равна р.v= p. (V2 V1), где V1 и V2 объём системы в исходном (начальном, V1) и конечном состояниях (V2). Т а к и м о б р а з о м:
Qp = (U2 U1) + p.(V2 V1) = (U2 + p.V2) (U1 + p.V1).
Сумму U + p.v = Н называют энтальной
H = U + p.V.
Тепловой эффект реакции при изобарном процессе Qp равен изменению энтальпии H:
Qp = H2 - H1 = H
Для изобарного процесса:
H = Hкон Hисх.
Для изохорного процесса тепловой эффект реакции Qv равен изменению внутренней энергии системы (U = Uкон - Uисх):
Qv = U2 - U1 = U.
Термохимические расчеты основаны на законе Гесса и следствиях из него.
Для реакции А D , H, протекающей через промежуточные стадии:
A B, H1
B C, H2
C D, H3
по закону Гесса:
H = H1 + H2 + H3
или по многоугольнику Гесса (в нашем примере четырехугольнику):
А H D
H1 H3
B H2 C
тепловой эффект прямого превращения или через промежуточные стадии равен:
H = H1 + H2 + H3
Закон Гесса распространяется не только на химические реакции, но и на все процессы, сопровождающиеся тепловыми эффектами: фазовые превращения, растворение, кристаллизацию, испарение и т.д.
В соответствии со следствиями из закона Гесса для реакции общего вида:
aA + bB = cC + dD
Hреак.= H(прод.) H(исх. веществ) =
[c.H(C) + d.H(D)] [a.H(A) + b.H(B)]
Hреак. = Hсгор.(исх. веществ) Hсгор. (продуктов) =
[a.Hсгор. (A) + b.Hсгор. (B)] [с.Hсгор. (C) + d.Hсгор. (D)]
Химические реакции протекают как с уменьшением энтальпии (экзотермические реакции, H < 0), так и с увеличением энтальпии (эндотермические реакции, H > 0).
Направление, в котором самопроизвольно (т.е. без каких-либо внешних воздействий) протекает химическая реакция, определяется совместным действием двух факторов: энтальпийного, H < 0 и энтропийного, S > 0 (точнее T.S).
Для вычисления изменения энтропии химической реакции применяют первое следствие из закона Гесса:
Sреакции = S(продуктов) S(исх. в-в).
О знаке изменения энтропии можно судить по изменению объёма системы:
1) S > 0, если V2 > V1; т.к.V2 V1 = V , то V > 0.
2) S < 0, если V2 < V1; т.к. V2 V1 = V , то V < 0
В природе самопроизвольно протекают только те процессы, которые сопровождаются уменьшением энергии Гиббса:
G < 0 при p = const, T = const (G = G2 - G1 ).
Самопроизвольный переход системы из начального состояния (G1) в конечное (G2) возможен при условии G1 > G2 (G < 0). Если G1 = G2, (G = 0), то система находится в равновесии.
Энергия Гиббса связана с энтальпийным и энтропийным факторами:
G = H T.S (2ое начало термодинамики).
Для вычисления G реакции пользуются первым следствием из закона Гесса:
Gреакции = G(продуктов) G(исх. в-в)
Обычно расчеты H, S, G производят при стандартных условиях: р = 101,3 кПа, Т = 298 К.
Способность веществ к химическому взаимодействию называют химическим сродством. Мерой химического сродства служит изменение энергии Гиббса. Чем более отрицательна величина G, тем больше реакционная способность веществ.
Анализ соотношения G = Н T.S показывает, что:
1) если H < 0 и S > 0, то G < 0 при любых температурах;
2) если H < 0 и S < 0, то G < 0 при достаточных низких температурах, т.е. при |H| > |T.S|;
3) если H > 0 и S > 0, то G < 0 при достаточно высоких температурах, т.е. при |T. S| > |H|;
4) если H > 0 и S < 0, то G > 0 при любых температурах.
Примеры решения задач
Пример 1. Энтальпии образования NO и NO2 равны соответственно 21,6 и 7,43 ккал/моль. Вычислите тепловой эффект реакции: 2NO + O2 = 2NO2 в кДж.
|
Дано: H(NO) = 21,6 ккал/моль |
Решение: 1) Нреак. = 2.H(NO2) 2.H(NO) = |
|
|
H(NO2)= 7,43 ккал/моль Hреакции = ? 1ккал = 4,18 кДж |
2.7,43 2.21,6 = 28,34 (ккал); 2) Hреак.= 28,34 .4,18 = 118,46 (кДж); Ответ: 118,46 кДж. |
Пример 2. Теплоты сгорания ацетилена и этана равны соответственно 1300 и 1540 кДж/моль. Чему равна теплота гидрирования ацетилена до этана?
|
Дано: Hсгор.(C2H2) = 1300кДж/моль Hсгор.(C2H6)= 1540кДж/моль Hреакции = ? |
Решение: C2H2 + 2H2 = C2H6 Hсгор.(H2) = Hобр.(H2O) = 286 (кДж/моль) |
Hреакции = [Hсгор.(C2H2) + 2. Hсгор.(H2)] Hсгор.(C2H6) =
1300 2.286 + 1540 = 332 (кДж)
Ответ: 332 кДж.
Пример 3. Вычислите теплоту образования кристаллогидрата СaCl2.6H2O из безводной соли (теплоту гидратации) по следующим данным: теплота растворения CaCl2.6H2O равна +18,02 кДж/моль, теплота растворения CaCl2 равна 72,9 кДж/моль.
Решение: 1) составим треугольник Гесса:
CaCl2.6H2O
Hгидрат. Hрастворения (CaCl2.6H2O)
CaCl2, H2O CaCl2
Hрастворения (CaCl2)
По треугольнику Гесса:
Hрастворения (CaCl2) = Hгидр. + Hрастворения (CaCl2.6H2O)
Hгидр. = Нрастворения (CaCl2) Hрастворения (CaCl2.6H2O) =
72,9 18,02 = 90,92 (кДж/моль). Ответ: 90,92 кДж/моль.
Пример 4. Рассчитайте изменение энергии Гиббса для процесса окисления глюкозы C6H12O6(к) + 6O2(г) = 6СО2(г) + 6Н2О(ж) при температуре 37°, если Нсгор.(С6Н12О6)= 2801 кДж/моль, а энтропии веществ равны (в Дж/моль.K): S(C6H12O6) = 210, S(O2) = 205, S(CO2) = 213, S (H2O) = 70.
Решение:
1) Sреакции = Sf(продуктов) ? Sf(исх. в-в) = [6.Sf(CO2) + 6.Sf(H2O)]
[Sf(C6H12O6) + 6.Sf(O2)] = 6.213 + 6.70 (210 + 6.205) = 58 (Дж/моль.K)
2) G = H T. S = 2801 310.258.103 = 2881(кДж/моль )
3) G << 0, что свидетельствует о самопроизвольном протекании процесса окисления глюкозы в организме. H < 0 (экзотермическая реакция), S > 0, т.е. и энтальпийный, и энтропийный факторы способствуют протеканию реакции.
Вопросы и задачи для самоподготовки
1. Что называют системой в химической термодинамике? Какова классификация систем?
2. Какие условия состояния системы называются стандартными?
3. Что называют функцией состояния системы? Перечислите функции состояния.
4. Какую энергию называют внутренней энергией системы (U)?
5. Какова формулировка I начала термодинамики? Запишите математическое выражение этого закона.
6. При каких условиях изменение внутренней энергии (U) равно теплоте, получаемой системой из окружающей среды?
7. Какой процесс называют изобарным? На что затрачивается теплота, получаемая системой в условиях постоянного давления?
8. Каким уравнением определяется энтальпия и её изменение?
9. При каких условиях изменение энтальпии (H) равно теплоте, получаемой системой из окружающей среды?
10. Какой закон является основным законом термохимии? Дайте формулировку.
11. Что называется тепловым эффектом химической реакции? Какие уравнения называются термохимическими?
12. Что называют теплотой: а) образования; б) сгорания веществ? В каких единицах их выражают?
13. Перечислите следствия, вытекающие из закона Гесса. Для каких определений они используются в термохимических расчётах?
14. В изолированных системах все самопроизвольные процессы протекают в сторону увеличения беспорядка. Как изменяется при этом энтропия?
15. Какую тенденцию системы выражает: а) энтальпийный; б) энтропийный фактор?
16. Какая функция состояния системы даёт количественную характеристику одновременного влияния энтальпийного и энтропийного факторов? Каким уравнением это выражается?
Подобные документы
Проблема строения вещества. Обобщение процессов, происходящих в химических системах. Понятие растворения и растворимости. Способы выражения концентрации растворов. Электролитическая диссоциация. Устойчивость коллоидных систем. Гальванические элементы.
курс лекций [3,1 M], добавлен 06.12.2010Коллоидная химия как наука, изучающая физико-химические свойства гетерогенных, высоко-дисперсных систем и высоко-молекулярных соединений. Производство и методы очищения коллоидных растворов. Применение гелей в пищевой промышленности, косметике и медицине.
презентация [6,3 M], добавлен 26.01.2015Мономолекулярная адсорбция на твёрдой поверхности. Уравнение изотермы Ленгмюра. Хроматография, коллоидная химия и дисперсные системы. Оптические свойства коллоидов. Свойства межфазовой границы. Лиофильные и лиофобные золи. Получение лиофобных золей.
реферат [216,6 K], добавлен 27.06.2010Сущность и определяющие признаки коллоидных систем. Основные свойства и строение растворов такого типа. Характеристика эффекта Тиндаля. Различия гидрозолей и органозолей. Способы образования коллоидных систем, специфические свойства, сфера применения.
презентация [2,2 M], добавлен 22.05.2014Понятие "ионное произведение воды" и "водородный показатель среды". Эмульсионный способ химической очистки особо загрязненных тканей. Факторы, влияющие на химическое равновесие. Области применения ферментов. Расчет концентрации компонентов эмульгатора.
контрольная работа [69,5 K], добавлен 26.10.2010Регуляция осмотического давления в организме. Ионное произведение воды. Определение водородного показателя и молярной концентрации ионов водорода. Обеспечение буферных растворов. Значение активной реакции среды. Ферменты класса оксидоредуктаз, гликолиз.
контрольная работа [1008,5 K], добавлен 08.07.2011Основные понятия и законы химии. Классификация неорганических веществ. Периодический закон и Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Основы термодинамических расчетов. Катализ химических реакций. Способы выражения концентрации растворов.
курс лекций [333,8 K], добавлен 24.06.2015Классификация методов титриметрического анализа. Посуда в титриметрическом анализе и техника работы с ней. Способы выражения концентрации растворов. Взаимосвязь различных способов выражения концентрации растворов. Молярная концентрация эквивалента.
реферат [40,8 K], добавлен 23.02.2011Особенности водородной связи в жидкой воде, льду и водяном пару. Биохимические процессы конструктивного обмена или анаболизма и факторы стойкости дисперсных систем. Классификация водных микроорганизмов и способы их питания. Понятие кислотности воды.
контрольная работа [26,0 K], добавлен 12.11.2010Методы аналитической химии, количественный и качественный анализ. Окислительно-восстановительные системы. Способы выражения концентрации растворов и их взаимосвязь. Классификация методов титриметрического анализа. Молекулярный спектральный анализ.
методичка [329,3 K], добавлен 08.06.2011
