Задачи по химии (90
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова Кафедра общей и экспериментальной физики
Р. Ф. Балабаева
Задачи по химии
Рекомендовано Научно-методическим советом университета
для студентов, обучающихся по специальности Радиотехника и направлению Телекоммуникации
Ярославль 2009
1
УДК54+537.86
ББК Г 5я73
Б 20
Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2009 года
Рецензент кафедра общей и экспериментальной физики
Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова
Б 20 |
Балабаева, Р. Ф. Задачи по химии / Р. Ф. Балабаева; |
Яросл. гос. ун-т. – Ярославль : ЯрГУ, 2009. – 35 с. |
Все представленные задачи подобраны в соответствии с программой лекционного курса. Материал разбит на 7 разделов, каждый из которых можно прорабатывать независимо от других. Для контроля правильности решения задач приведены ответы.
Задачник предназначен для студентов, обучающихся по специальности 210302 Радиотехника и направления 210400 Телекоммуникации (дисциплина "Химия", блок ЕН), очной формы обучения.
УДК54+537.86
ББК Г 5я73
♥ Ярославский государственный университет, 2009
2
1.Основные понятия и законы химии
1.В каком объеме в литрах при н.у. содержится 6.02•1024 атомов азота?
Ответ: 112 л.
2.Определить формулу соединения, содержащего 32,43% Na, 22,55% серы и 45,02% кислорода.
Ответ: Na2SO4.
3. В состав вещества входят 30,7% калия, 25,2% серы и 44% кислорода. Вывести простейшую формулу этого соединения.
Ответ: K2S2O7. |
молекулярную |
формулу |
соединения, |
4. Вывести |
содержащего 54,5% углерода, 36,4% кислорода, 9,1% водорода, если его плотность по пропану равна двум.
Ответ: C4H8O2 – масляная кислота.
5. Наибольшее число молекул содержится при нормальных условиях в 10 л:
а) сероводорода; б) воды; в) хлороводорода; г) водорода.
6. В сосуде объемом 20 л содержится одинаковое число молекул кислорода и водорода. Давление в нем равно 101,3 кПа.
Ошибочным является одно из следующих утверждений:
а) молекулы водорода движутся быстрее, чем молекулы кислорода;
б) в единицу времени со стенками сосуда сталкивается в среднем большее число молекул водорода, чем кислорода;
в) в сосуде находится равное число молей каждого газа; г) если из системы удалить кислород, то давление
уменьшится до 25,3 кПа.
7. Определить массу водорода, образующегося при взаимодействии 6,02•1021 атомов цинка с соляной кислотой.
Ответ: 0,02 г.
8. Какая масса (г) CaCO3 должна быть израсходована для получения 67,2 л оксида углерода (4), измеренного при н.у.?
Ответ: 300 г.
9. На весах уравновешены два стаканчика с соляной кислотой. В один стаканчик добавили некоторое количество металлического цинка, а в другой – такое же количество
3
металлического магния. Изменится ли равновесие после окончания реакций (кислота взята в избытке), если:
а) стаканчики открыты; б) стаканчики герметически закрыты;
в) стаканчики герметически закрыты при помощи ненадутых воздушных шариков?
10.При разложении нитрита аммония получено 7 л азота при температуре 27○С и давлении 760 мм рт. ст. Сколько соли было подвергнуто разложению?
Ответ: 18 г.
11.При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с кислотой выделяется 4,03 л водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить молярную массу эквивалента металла и его атомную массу.
Ответ: 9 г, 27 г.
12. При нагревании 20,06 г металла было получено
21,66 оксида. Найдите молярную массу эквивалента металла.
Ответ: 100,3 г.
13.Рассчитать молярную массу эквивалента кислоты, если на нейтрализацию 0,009 кг ее израсходовано 0,008 кг гидроксида натрия.
Ответ: 45 г.
14.При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 2,98 г хлорида некоторого одновалентного металла, образуется 2,2 г его сульфида. Вычислить молярную массу эквивалента металла.
Ответ: 39 г.
15.При восстановлении водородом оксида металла массой 2,68 г образовалась вода массой 0,648 г. Вычислить молярную массу эквивалента металла.
Ответ: 29,2 г.
4
2.Концентрации растворов
испособы их выражения
16.Сколько граммов NaOH потребуется для приготовления трех литров 10-процентного раствора, плотность которого
1,103 г/мл? Ответ: 332,7 г.
17.Сколько граммов азотной кислоты содержится в 200 мл 0,1 М раствора?
Ответ: 1,26 г.
18.Какова молярность раствора, в 300 мл которого содержится 10,5 г КОН?
Ответ: 0,625 моль/л.
19.Сколько воды надо прибавить к 200 мл 68% раствора
HNO3 (плотность 1,4 г/мл), чтобы получить 10-процентный раствор?
Ответ: 1624 г.
20.Сколько миллилитров 96-процентного H2SO4 (плотность 1,84 г/мл) нужно взять для приготовления 1 л 0,5 н раствора?
Ответ: 13,84 мл.
21.Имеется 2 н раствор Ba(OH)2. Как приготовить из него 1 л 0,1н раствора?
22.Определить массовую долю NaOH (в процентах) в 2 н растворе плотностью 1,08 г/мл.
Ответ: 7,4%.
23.Какова будет массовая доля кислоты в растворе, если к
40 мл 96-процентного раствора HNO3 (плотность 1,5 г/мл) прилить 30 мл 48-процентного раствора HNO3 (плотность
1,3 г/мл)?
Ответ: 77,1%.
24.Плотность водного раствора NaCl, содержащего 8 г соли на 100 г раствора, равна 1,0541 г/мл. Рассчитать молярную и моляльную концентрации раствора.
Ответ: 1,44 моль/л; 1,49 моль/кг.
25.Раствор KNO3 содержит 192,6 г соли в 1 л раствора плотностью 1,1432 г/мл. Рассчитать концентрации: а) моляльную; б) молярную; в) в массовых долях (%); г) в мольных долях.
5
Ответ: а) 2 моль/кг; б) 1,91 моль/л; в) 16,85%; г) 0,965 и 0,035.
26.Упарили вдвое (по объему) 4 л 10% раствора NaCl плотностью 1,07 г/мл. Определить молярную концентрацию нового раствора.
Ответ: 3,65 моль/л.
27.Колба заполнена сухим HCl. Затем колбу заполнили водой. Определить массовую долю кислоты в растворе.
Ответ: 0,16%.
28.К раствору соляной кислоты объемом 1 мл прибавили раствор нитрата серебра, взятый в избытке. Масса выпавшего осадка равна 0,287 г. Вычислить молярную концентрацию кислоты.
Ответ: 2 моль/л.
29.При полном растворении некоторого количества кальция
в500 г воды образуется раствор гидроксида кальция, которым можно нейтрализовать 20мл 50-процентного раствора серной кислоты плотностью 1,4 г/мл. Определить массовую долю гидроксида кальция в растворе.
Ответ: 2,11%.
30.В 100 мл раствора содержится смесь серной и соляной кислот. После нейтрализации кислот едким натром и выпаривания образовалось 13,2 г безводных солей. Определить молярные концентрации кислот в растворе, если для нейтрализации 10 мл такого раствора расходуется 40 мл 0,5 н раствора NaOH.
Ответ: 0,8 моль/л (HCl); 0,6 моль/л (H2SO4).
6
3.Энергетика химических процессов
31.Чему равно изменение энтальпии одного моля воды при переходе воды из жидкого состояния при 20○C в лед с температурой 0○C (процесс осуществляется в обычных
атмосферных условиях, теплоту плавления принять λ=6 кДж/моль).
Ответ: -7,5 кДж. 32. Для реакции
4A(ТВ)+5B2(г)=2A2B5(г)
∆U298=15ккал. Определить ∆H298 для этой реакции. Ответ: 13,2 ккал.
33. Вычислить стандартную энтальпию образования уксусной кислоты, используя следующие данные:
1) CH3COOH(Ж)+2O2=2CO2(Г)+2H2O(Ж) ∆H1=-871,54кДж. 2) C(ГР.)+O2=CO2(Г) ∆H2=-393,5 кДж.
3) H2+1/2O2=H2O(Ж) ∆H3=-285,8 кДж. Ответ: -487,06 кДж.
34.Стандартная энтальпия сгорания ∆СH○298 твердого нафталина (C10H8) равна -1231,6 ккал/моль. Продукт сгорания – CO2 и жидкая вода. Найти стандартную энтальпию образования нафталина при 25○C.
Ответ: 17,82 ккал.
35.Используя следующие данные:
Вещество |
∆fH○300, ккал/моль |
Cp○, кал/(моль•К) |
A |
0 |
5,00+0,002Т |
B |
-50 |
7,00 |
AB2 |
-80 |
8,00 |
а) Вывести выражение для зависимости ∆H○ от температуры
для реакции A+2B=AB2.
б) Оценить ∆H○ для этой реакции при 1000 К.
Ответ: 23390-11Т-0,001Т2; 11390 кал.
36. Вывести уравнение зависимости ∆H○ от температуры для приведенной ниже реакции. Конечное уравнение должно содержать только Т и числа.
7
АТВ+2В2(Г)=АВ4(Г) |
∆H○300=500ккал. |
|
|
|
|||
Ср(АТВ)=5+3•10-3Т, кал/(моль•К). |
|
|
|
||||
Ср(В2,Г)=6+4•10-3Т, кал/(моль•К). |
|
|
|
||||
Ср(АВ4,Г)=7+5•10-3Т, кал/(моль•К). |
|
|
|
||||
Ответ: 503270-10Т-0,003Т2. |
|
|
|
||||
37. Определить энтальпию плавления льда при -10○С из |
|||||||
следующих |
данных: |
Ср(H2O,ТВ)=9 |
|
кал/(моль•К), |
|||
Ср(H2O,Ж)=18 кал/(моль•К), теплота плавления льда при 273К |
|||||||
равна 1435 кал/моль. |
|
|
|
|
|
||
Ответ: 1345 кал/моль. |
|
|
|
|
|||
38. Стандартная энтальпия сгорания ∆СH○298 |
кристаллической |
||||||
бензойной кислоты (C6H5COOH) до CO2(Г) |
и H2O(Ж) равна -771,72 |
||||||
ккал/моль. Найти ∆fH○298, ∆fU○298, ∆fH○373 |
бензойной кислоты из |
||||||
простых веществ. Принять, что в данном интервале температур |
|||||||
теплоемкости веществ постоянны: |
|
|
|
||||
Cp○, кал/(моль•К) |
|
C6H5COOH(КР) С(ГР) |
Н2(Г) О2(Г) |
||||
|
35,1 |
2,0 |
4,9 5,0 |
||||
Ответ: -91,589 ккал; -89,205 ккал; -91,484 ккал. |
|
||||||
39. Определить тепловой эффект реакции |
|
|
|||||
2NaCl(ТВ)=Na2Cl2(Г) |
|
|
∆fH○298(NaCl,ТВ)= |
||||
при |
р=1,013•105 |
Па и |
Т=800К, если |
||||
-411,3 кДж/моль |
и |
∆fH○298(Na2Cl2,Г)= |
=-564,0 кДж/моль. |
||||
Изменение энтальпии Na2Cl2(Г), находящегося в стандартном |
|||||||
состоянии от 298К до 800К, ∆(H○800- H○298)=40,9 кДж/моль. Для |
|||||||
NaCl(ТВ) |
считать, что Ср в интервале температур 200-800К |
||||||
постоянна и равна 55 Дж/(моль•К). Определить тепловой эффект |
|||||||
при постоянном объеме и Т=298К. |
|
|
|
||||
Ответ: 244,3 кДж; 256,1 кДж. |
|
|
|
||||
40. |
200 г олова (теплоемкость 6,1 кал/(г-ат.•К)) с исходной |
температурой 100○С и 100 г воды с исходной температурой 25○С погружены вместе в калориметр. Приняв, что теплоемкость постоянна, и что тепло не было потеряно или получено от окружающей среды или калориметра, найти: а) конечную температуру системы; б) изменение энтропии для олова, воды и для олова и воды вместе.
Ответ: -2,07 кал/К; 2,32 кал/К; 0,25 кал/К.
8
41.2 моля идеального одноатомного газа при начальном давлении 1 атм и 300 К были проведены через следующий цикл, все стадии которого обратимы: изотермическое сжатие до 2 атм (I), изобарическое нагревание до 400 К (II) и возвращение в начальное состояние по пути р=а+bT (а и b- постоянные) (III). Изобразить цикл на диаграмме р-Т и вычислить ∆U и ∆S рабочего тела для каждой стадии цикла.
Ответ: I: 0, -2,77 кал/К; II: 600 кал, 2,88 кал/К; III: -600 кал, -0,1 кал/К.
42.Определить ∆S, ∆H и ∆U процесса
1 моль H2O(ж, 20○С, 1атм )→ 1моль H2O(г, 250○С, 1атм ),
имея следующие данные: Ср(г)=8,6 кал/(моль•К), теплота испарения воды при 100○С и 1 атм составляет 9720 кал/моль.
Ответ: 33,28 кал/К; 12450 кал; 11410 кал.
43. Рассчитать абсолютную энтропию 1 моля металлического урана при 20 К, если его теплоемкость при этой температуре
равна СV=0,727 кал/(моль•К). |
|
Ответ: 0,242 э.е. |
|
44. Определить энтропию смеси, образующейся в процессе |
|
смешения 1л СО2 и 3л N2 при 25○С и 1 атм, если стандартные |
|
значения энтропии |
газов равны: S○298(СО2)=51,77 э.е. и |
S○298(N2)=45,77 э.е. |
|
Ответ: 7,922 э.е. |
|
45. Теплоемкость |
Ср (кал/(моль•К)) некоторого вещества |
имеет следующие значения: |
|
Ср(тв)=4,0•10-5Т3 |
0 < Т < 50К |
Ср(тв)=5,0 |
50 ≤ Т < 150 |
Ср(ж)=6,0 |
150 < Т < 400К |
Температура плавления 150 К. ∆H○ПЛ=300 кал/моль.
а) Вычислить мольную энтропию этого вещества в жидком состоянии при 300К.
б) Рассчитать мольную энтальпию плавления, энтропию плавления и энергию плавления Гиббса при 100 К.
Ответ: 13,32 э.е.; 250 кал/моль; 1,59 э.е;91 кал/моль.
46. Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F и ∆G при расширении 5 молей кислорода от 100 до 1000 литров при 25○С.
Ответ: 0; 0; 22,9 кал/К; -6,8 ккал; -6,8 ккал.
9
47.Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F и ∆G при переходе воды в пар при 100○С и 1 атм. При этой температуре и давлении мольный объем воды равен 18мл, а мольный объем пара 30,2 л. Теплота испарения воды при этой температуре равна 9,71 ккал/моль.
Ответ: 8979,3 кал; 9710 кал; 26,03 кал/К; -730,7 кал; 0.
48.Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F, ∆G и конечные V и T при адиабатическом расширении до 1 атм 1 л кислорода, взятого при
25○С и давлении 5 атм, если S○298(О2)=49,01 э.е.
Ответ: -110 кал; -154 кал; 0; 968,2 кал; 924,2 кал.
49. Вычислить ∆F○ и ∆G○ процесса перехода 1 моля бензола в газообразное состояние при температуре кипения 80,2○С и р=1 атм. Определить разность внутренних энергий в этих состояниях, если изменение энтропии в этом процессе равно
20,8 э.е.
Ответ: -702,2 кал; 0; 6647,6 кал.
50.Имеется два источника тепла, температура которых
Т1=400К и Т2=300К, а теплоемкости С1=25 кал/К и С2=30 кал/К. Найти работу при обратимом выравнивании температур. Определить конечную температуру при необратимом выравнивании температур.
Ответ: 195,5 кал; 345,4 К.
51.Показать, что в изолированной системе самопроизвольный процесс затвердевания бензола при -5°С
возможен. Изменение энтропии в этом процессе S = -8,5 э.е., а тепловой эффект затвердевания Н = -2360 кал/моль.
52.Пойдёт ли образование воды согласно реакции
H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(ж) при 298 К,
если Н=-68317 кал/моль.
53.В водном растворе проходит реакция:
Y2 + H2S = 2HY+S |
H0 |
= -73,3 кДж. |
В газовом состоянии веществ реакция протекает в |
||
противоположном направлении: |
||
2HY + S = Y2 + H2S |
H0 |
= -20,9 кДж. |
Почему? |
|
|
54. Рассчитайте изменение энтропии в реакциях
H2O(г) = H2(г) + 1/2O2(г),
CaO(кр) + CO2(г) = CaCO3(кр).
10