Вариант 10

Задача 3. Вычислить молярную массу эквивалента следующих веществ:

H₂Cr₂O₇ Fe(OH)₃ BaMnO₄

Задача 4. На нейтрализацию 40 мл раствора щелочи израсходовано 24 мл 0,5 М раствора H₂SO₄. Какова нормальность раствора щёлочи? Какой объём 0,5 н. раствора HCl потребовался бы для этой же цели?

Задача 5. Смешаны 1,4 л 3% (по массе) раствора NaOH и 2 л 3,5% (по массе) раствора KOH. Плотность обоих растворов равна 1,1 г/мл. Вычислить эквивалентную и молярную концентрации полученного раствора щёлочи.

Вариант 11

Задача 3. Вычислить молярную массу эквивалента следующих веществ:

H₂SO₄ Bi(OH)₃ MgSO₄

Задача 4. Какова нормальная и моляльная концентрация 28% (по массе) раствора гидроксида калия плотностью 1,263 г/см³ ?

Задача 5. Смешали 100 мл 0,2 н. раствора серной кислоты ( = 1 г/мл) и 200 мл раствора с мольной долей H₂SO₄, равной 0,29 ( = 1,6 г/мл). Рассчитать массовую долю полученного раствора.

Вариант 12

Задача 3. Вычислить молярную массу эквивалента следующих веществ:

H₄SiO₄ Al(OH)₃ NaNO₂

Задача 4. Какой объём раствора H₂SO₄ (=1,143 г/мл) с массовой долей растворённого вещества 20% потребуется для приготовления 127 г раствора этой кислоты с массовой долей 11%?

Задача 5. Имеется раствор, в 1 л которого содержится 18,9 г HNO₃, и раствор, содержащий в 1 л 3,2 г NaOH. В каком объёмном отношении нужно смешать эти растворы для получения раствора, имеющего нейтральную реакцию?

Вариант 13

Задача 3. Вычислить молярную массу эквивалента следующих веществ:

H₂S₂O₇ LiOH Ca(ClO)₂

Задача 4. Для нейтрализации раствора, содержащего 0,106 г соды, израсходовано 12 мл раствора серной кислоты. Чему равен титр кислоты?

Задача 5. Какой объём 8% (по массе) раствора HCl (=1,1 г/мл) следует добавить к 4 мл 0,5 н. HCl для получения 1 н. раствора?

Вариант 14

Задача 3. Вычислить молярную массу эквивалента следующих веществ:

H₆TeO₆ Ca(OH)₂ KIO₄

Задача 4. К 100 мл 0,3 н. раствора сульфата натрия добавили 200 мл 0,54 М раствора этой же соли. Вычислить нормальную концентрацию полученного раствора.

Задача 5. Какую массу раствора HNO₃ с массовой долей 22% следует добавить к 500 г раствора той же кислоты с массовой долей 60% для получения раствора с массовой долей 50%?

Вариант 15

Задача 3. Вычислить молярную массу эквивалента следующих веществ:

H₂SiO₃ Mg(OH)₂ Na₂SeO₃

Задача 4. Какой объём 8 н. раствора KOH следует добавить к 5 л 2 н. раствора KOH для получения 5 н. раствора?

Задача 5. Для полного осаждения BaSO₄ из 100 г 15% (по массе) раствора BaCl₂ потребовалось 14,4 мл H₂SO₄. Найти нормальность раствора серной кислоты.

3. Скорость химических реакций

При определении понятия скорости химической реакции необходимо различать гомогенные и гетерогенные реакции. Если реакция протекает в гомогенной системе, например, в растворе или в смеси газов, то она идет во всем объеме системы. Скоростью гомо­ген­ной реакции называется количес­тво вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате ре­ак­ции за единицу времени в единице объема системы. Поскольку отношение числа молей вещества к объему, в котором оно распределено, есть молярная концентрация вещества, скорость гомоген­ной реакции можно также определить как изменение концентрации в едини­цу времени какого-либо из веществ: исходного реагента или продукта реак­ции. Чтобы результат расчета всегда был положительным, независимо, от того, производится он по реагенту или продукту, в формуле используется знак «±»:

.

В зависимости от характера реакции время может быть выражено не только в секундах, как требует система СИ, но также в минутах или часах. В ходе реакции величина ее скорости не постоянна, а непрерывно изменяется: уменьшается, так как уменьшаются концентрации исходных веществ. Выше­при­веденный расчет дает среднее значение скорости реакции за некоторый интервал времени Δτ = τ₂ – τ₁. Истинная (мгновенная) скорость определяется как предел к которому стремится отношение ΔС/Δτ при Δτ → 0, т. е. истин­ная скорость равна производной концентрации по времени.

Для реакции, в уравнении которой есть стехиометрические коэффици­енты, отличающиеся от единицы, значения скорости, выраженные по разным веществам, неодинаковы. Например для реакции А + 3В = D + 2Е расход вещества А равен одному молю, вещества В – трем молям, приход вещества Е – двум молям. Поэтому υ_(А) = ⅓υ_(В) = υ_(D) =½υ_(Е) или υ_(Е). = ⅔υ_(В).

Если реакция протекает между веществами, находящимися в различ­ных фазах гетерогенной системы, то она может идти только на поверхности раздела этих фаз. Например, взаимодействие раствора кислоты и куска ме­талла происходит только на поверхности металла. Скоростью гетерогенной реакции называется количество вещества, вступающего в реакцию или образующегося в результате реакции за единицу времени на единице поверхности раздела фаз:

.

Зависимость скорости химической реакции от концентрации реаги­рую­щих веществ выражается законом действующих масс: при постоянной тем­пе­ратуре скорость химической реакции прямо пропорциональна произве­де­нию молярных концентраций реагирующих веществ, возведенных в степе­ни, равные коэффициентам при формулах этих веществ в уравнении реакции. Тогда для реакции

2А + В → продукты

справедливо соотношение υ ~ ·С_А²·С_В, а для перехода к равенству вводится коэффициент пропорциональности k, называемый константой скорости реакции:

υ = k·С_А²·С_В = k·[А]²·[В]

(молярные концентрации в формулах могут обозначаться как буквой С с со­ответствующим индексом, так и формулой вещества, заключенной в квадрат­ные скобки). Физический смысл константы скорости реакции – скорость реакции при концентрациях всех реагирующих веществ, равных 1 моль/л. Размерность константы скорости реакции зависит от числа сомно­жи­телей в правой части уравнения и может быть с^–1; с^–1·(л/моль); с^–1·(л²/моль²) и т. п., то есть такой, чтобы в любом случае при вычислениях скорость реакции выражалась в моль·л^–1·с^–1.

Для гетерогенных реакций в уравнение закона действия масс входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрация вещества, находящегося в твердой фазе, представ­ляет постоянную величину и входит в константу скорости, например, для процесса горения угля С + О₂ = СО₂ закон действия масс записывается:

υ = k^I·const·[O₂]·= k·[O₂],

где k = k^I·const.

В системах, где одно или несколько веществ являются газами, скорость реакции зависит также и от давления. Например, при взаимодействии водо­рода с парами иода H₂ + I₂ =2HI скорость химической реакции будет определяться выражением:

υ = k·[H₂]·[I₂].

Если увеличить давление, например, в 3 раза, то во столько же раз уменьшится объем, занимаемый системой, и, следовательно, во столько же раз увеличатся концентрации каждого из реагирующих веществ. Скорость реакции в этом случае возрастет в 9 раз

Зависимость скорости реакции от температуры описывается прави­лом Вант-Гоффа: при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции увеличивается в 2‑4 раза. Это означает, что при повыше­нии темпера­туры в арифметической прогрессии скорость химической реакции возрастает в геометрической прогрессии. Основанием в формуле прогрессии является температурный коэффициент скорости реакции γ, показывающий, во сколько раз увеличива­ется скорость данной реакции (или, что то же самое – константа скорости) при росте температуры на 10 градусов. Математически правило Вант-Гоффа выражается формулами:

или

где и – скорости реакции соответственно при начальнойt₁ и конечной t₂ температурах. Правило Вант-Гоффа может быть также выражено следую­щими соотношениями:

; ; ; ,

где и– соответственно скорость и константа скорости реакции при тем­пературеt ; и– те же величины при температуреt +10n; n – число «десятиградусных» интервалов (n =(t₂–t₁)/10), на которые изменилась температура (может быть числом целым или дробным, положительным или отрицательным).

Примеры решения задач

Пример 1. Как изменится скорость реакции 2СO + О₂ = 2СО₂ , протекающей в закрытом сосуде, если увеличить давление в 2 раза?

Решение:

Скорость указанной химической реакции определяется выражением:

υ_нач = k·[СО]²·[О₂].

Увеличение давления приводит к увеличению концентрации обоих реагентов в 2 раза. С учетом этого перепишем выражение закона действующих масс:

υ₁ = k·[2СО]²·[2О₂] = k·2² [СО]²·2[О₂] = 8k·[СО]²·[О₂] = 8 υ_нач .

Ответ: Скорость реакции увеличится в 8 раз.

Пример 2. Вычислить, во сколько раз увеличится скорость реакции, если повысить температуру системы от 20 °С до 100 °С, приняв значение температурного коэффициента скорости реакции равным 3.

Решение:

Отношение скоростей реакции при двух разных температу­рах связано с температурным коэффициентом и изменением температуры формулой:

Вычисление:

Ответ: Скорость реакции увеличится в 6561 раз.

Пример 3. При изучении гомогенной реакции А + 2В = 3D установле­но, что в течение 8 минут протекания реакции количество вещества А в реак­торе уменьшилось с 5,6 моль, до 4,4 моль. Объем реакционной массы состав­лял 56 л. Вычислить среднюю скорость химической реакции за исследован­ный промежуток времени по веществам А, В и D.

Решение:

Используем формулу в соответствии с определением понятия «средняя скорость химической реакции» и подставляем численные значения, получая среднюю скорость по реагенту А:

.

Из уравнения реакции следует, что по сравнению со скоростью убыли вещества А скорость убыли вещества В вдвое больше, а скорость увеличения количества продукта D – втрое больше. Следовательно:

υ_(А) = ½υ_(В) =⅓υ_(D)

и тогда υ_(В) = 2υ_(А) = 2·2,68·10^–3 = 6, 36·10^–3 моль·л^–1·мин^–1;

υ_(D) = 3υ_(А) = 3·2,68·10^–3 = 8, 04·10^–3 моль·л^–1·мин^–1

Ответ: υ_(А) =2,68·10^–3 моль·л^–1·мин^–1; υ_(В) = 6, 36·10^–3 моль·л^–1·мин^–1; υ_(D) = 8, 04·10^–3 моль·л^–1·мин^–1.

Пример 4. Для определения константы скорости гомогенной реакции А + 2В → продукты было проведено два опыта при различных концентрациях вещества В и измерена скорость реакции.

СВ, моль/л	0,1	0,3
υ ×10^6, моль·л^–1·с^–1	1,050	9,540

Концентрация вещества А поддерживалась постоянной и равной 1 моль/л. Вычислить среднее значение константы скорости реакции и указать размерность константы скорости.

Решение:

Скорость указанной химической реакции определяется выражением:

υ = k·[А]·[В]²,

откуда константа скорости:

k = υ /[А]·[В]².

Производим расчет по данным двух измерений:

k₁ = 1,050·10^–6 моль·л^–1·с^–1/(1 моль/л·(0,1 моль/л)²) = 1,050·10^–8 л²·моль^–2·с^–1;

k₂ = 9,540·10^–6 моль·л^–1·с^–1/(1 моль/л·(0,3 моль/л)²) = 1,060·10^–8 л²·моль^–2·с^–1;

и определяем среднее значение константы скорости реакции:

k = (k₁ + k₂)/2 = (1,050·10^–8 + 1,060·10^–8)/2 = 1,055·10^–8 л²·моль^–2·с^–1.

Ответ: k = 1,055·10^–8 л²·моль^–2·с^–1.