Маругин, В..А. Неорганическая химия

5.Вычислите молярную массу эквивалента M(э) кислоты и основания в следующей реакции: 2H2S + Cu(OH)2 = Cu(HS)2 + 2H2O.

6.Сколько литров газа (н.у.) выделится, если сгорит 116 г бутана?

7.Заполните таблицу

Вещество		Молярная		Объем	Масса,		Количество	Число
(B)		масса		газа V(B),	m(B),г		вещества,	молекул
		M(B), г/моль		л, (н.у.)			n(B), моль
F2				1,12
Na2CO3					212
				Вариант 14
1.	Напишите уравнения реакции между следующими веществами:
		сульфат цинка и гидроксид натрия.
2.	Дайте ответы на следующие вопросы:
а) найдите по таблице растворимости, какое соединение выпадает в осадок
(уравнение реакции в вопросе 1);
б) рассчитайте, сколько граммов (m) и молей (n) этого соединения образу-
ется, если в реакцию вступит				96,9 г сульфата цинка.

3.Найдите массовую долю элемента ω(%) цинка в сульфате цинка.

4.Вычислите молярную массу эквивалента M(э) сульфата цинка.

5.Вычислите молярную массу эквивалента M(э) кислоты и основания в следующей реакции: H2SO4 + Zn(OH)2 = ZnSO4 + 2H2O.

6.Сколько литров газа (н.у.) выделится, если сгорит 120 г этана?

7.Заполните таблицу

Вещество	Молярная	Объем	Масса,	Количество	Число
(B)	масса	газа V(B),	m(B),г	вещества,	молекул
	M(B), г/моль	л, (н.у.)		n(B), моль
He				10
К2CO3			69

51

Вариант 15

1. Напишите уравнения реакции между следующими веществами: нитрат бария и фосфат калия.

2. Дайте ответы на следующие вопросы:

а) найдите по таблице растворимости, какое соединение выпадает в осадок (уравнение реакции в вопросе 1);

б) рассчитайте, сколько граммов (m) и молей (n) этого соединения образуется, если в реакцию вступит 65,25 г нитрата бария.

3.Найдите массовую долю ω(%) азота в нитрате бария.

4.Вычислите молярную массу эквивалента M(э) нитрата бария.

5.Вычислите молярную массу эквивалента M(э) кислоты и основания в следующей реакции: H2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + 2H2O.

6.Сколько литров газа (н.у.) выделится, если сгорит 1000 л метана?

7.Заполните таблицу

Вещество		Молярная		Объем	Масса,	Количество	Число
(B)		масса		газа V(B),	m(B),г	вещества,	молекул
		M(B), г/моль		л, (н.у.)		n(B), моль
HCl				56
КNO3							1,8.1024
				Вариант 16
1.	Напишите уравнения реакции между следующими веществами:
			сульфат цинка и карбонат натрия.
2.	Дайте ответы на следующие вопросы:

а) найдите по таблице растворимости, какое соединение выпадает в осадок (уравнение реакции в вопросе 1);

б) рассчитайте, сколько граммов (m) и молей (n) этого соединения образуется, если в реакцию вступит 96,9 г сульфата цинка.

3.Найдите массовую долю элемента ω(%) цинка в сульфате цинка.

4.Вычислите молярную массу эквивалента M(э) сульфата цинка.

52

5.Вычислите молярную массу эквивалента M(э) кислоты и основания в следующей реакции: H2SO4 + Zn(OH)2 = ZnSO4 + 2H2O.

6.Сколько литров газа (н.у.) выделится, если сгорит 180 г этана?

7.Заполните таблицу

Вещество	Молярная	Объем	Масса,	Количество	Число
(B)	масса	газа V(B),	m(B),г	вещества,	молекул
	M(B), г/моль	л, (н.у.)		n(B), моль
He				5
Na2CO3			53

Тест по теме: СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

1. Фактор эквивалентности H3PO4 в реакции:
равен:	а) 1;	H3PO4 +2NaOH = Na2HPO4+2H2O
		б) 1/2;		в) 1/3;		г) 3.
2. При сгорании 16 г серы выделится газа (н.у.):
	а) 22,4 л; б)		11,2 л;		в) 5,6 л;	г) 2,8 л.
3. Молярная масса эквивалента H3PO4 в реакции:
равна:	H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O
	а) 3;	б) 98/1 = 98;		в) 98/2 = 49;		г) 98/3 = 32,7.
4. Масса 11,2 л (н.у.) водорода равна:
	а) 1 г;	б) 2 г;	в) 0,5 г;		г) 4 г.
5. Массовая доля азота ω(%) азота в NH4NO3 равна:
	а) 35%;	б) 70%;		в) 17,5%; г) 8,75%.

6. При пропускании 1,12 л (н.у.) углекислого газа через раствор гидроксида бария образуется осадок в количестве:

а) 197 г; б) 19,7 г; в) 9,85 г; г) 98,5 г.

53

ГЛАВА 3. СКОРОСТЬ И ЭНЕРГЕТИКА ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ.

ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ

Изучить: Хомченко, стр. 111 – 138; Глинка, стр. 158 – 192.

Вопросы для подготовки

Скорость химической реакции

1.Что такое скорость химической реакции?

2.От чего зависит скорость химической реакции?

3.Как читается закон действующих масс?

4.Каков физический смысл константы скорости химической реакции?

5.Как читается правило Вант-Гоффа?

6.Что такое температурный коэффициент реакции?

7.Что такое катализатор?

Химическое равновесие

1.Что такое обратимые химические реакции?

2.Что такое химическое равновесие?

3.Что такое константа химического равновесия?

4.От чего зависит константа химического равновесия?

5.Как читается принцип Ле Шателье?

6.В каком направлении смещается химическое равновесие: а) при изменении концентрации реагирующих веществ; б) при изменении давления; в) при изменении температуры?

Термохимия

1.Какой закон называют первым началом термодинамики?

2.Что такое теплота образования сложного вещества?

3.Отличие термохимического уравнения от обычного химического?

54

4.Что такое тепловой эффект процесса?

5.Как рассчитать количество выделяющейся теплоты в результате сгорания определенного количества вещества?

В этом разделе объединены разнообразные задачи по темам «Скорость химической реакции», «Химическое равновесие», «Термохимические расчеты», В темах «Скорость химической реакции», «Химическое равновесие» ключевую роль играет закон действующих масс. В химической кинетике он выражает зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. В учении о химическом равновесии этот закон связывает равновесные концентрации реагентов и продуктов обратимой реакции. В теме «Термохимические расчеты» даны задачи на расчеты выделяющейся теплоты в результате

химической реакции.

Задачи на расчет скорости химической реакции

Под скоростью химической реакции понимают число молекул вещества,

вступившего в реакцию или образовавшегося в результате реакции за единицу времени в единице объёма системы (для гомогенной реакции) или на единице площади поверхности раздела фаз (для гетерогенной реакции).

Скорость гомогенной химической реакции выражают в моль/(л·с).

Скорость химической реакции зависит от:

-природы реагирующих веществ;

-концентрации реагирующих веществ;

-температуры;

-давления;

-площади реагирующих веществ;

-катализатора.

55

Основной закон химической кинетики – закон действующих масс (открыт в 1867 г. Гульдбергом и Вааге) – устанавливает зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ:

скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ, возведённых в степень их стехиометрических

коэффициентов.
Для необратимой химической реакции				mA + nB → математическое вы-
ражение закона действующих масс выглядит следующим образом:
			V = k CAm CBn ,	(3.1)
где	V	-	скорость реакции, моль/(л·с);
	сА, сВ - концентрации веществ А и В, моль/л;
	m, n - стехиометрические коэффициенты реагирующих веществ;
	k	-	константа скорости реакции.

Константа скорости реакции k служит мерой реакционной способности молекул и показывает зависимость скорости реакции от природы реагирующих веществ. При постоянной температуре является постоянной величиной.

В математическое выражение закона действующих масс не входят концентрации веществ, находящихся в твердом состоянии, т.к. твердые вещества реагируют лишь на поверхности раздела фаз, и их концентрации практически постоянны.

Пример 1. Напишите математическое выражение закона действующих масс для следующих химических реакций:

а) N2 + 3H2 →

б) 4Al + 3O2 →

Решение.

Согласно выражению (3.1) пишем:

а) V= k·c(N2)·c3(H2)

б) V= k·c3(O2)

56

Al - твердое вещество, поэтому концентрация Al в уравнение закона действующих масс не входит.

Пример 2. Во сколько раз увеличится скорость реакции N2 + 3H2→

при увеличении давления в 2 раза?

Решение.

Математическое выражение для скорости данной химической реакции

запишем следующим образом:

V1= k·с1(N2)·[с1(H2)]3

При повышении давления в 2 раза концентрации реагирующих веществ N2 и Н2 в реакционном сосуде увеличиваются в 2 раза и становятся равными:

с2(N2) = 2с1(N2) и с2(H2) = [2с1(H2)] соответственно.

Следовательно, математическое выражение для новой скорости химической реакции запишется следующим образом:

V2 = k·2с1(N2)·[2с1(H2)]3

Разделим второе выражение на первое, сокращаем одинаковые сомножители и получаем:

	V2	=	k 2c1(N2) [2c1(H2)]3						=	2 23 k c1(N2) [c1(H 2)]3						=16
	V							3
1			k c (N	2	) c (H	2	)	]		k c (N	2	)	[c (H	2	)]
		1			[1				1				1

Ответ: Скорость реакции после увеличения давления в 2 раза возрастет в 16 раз.

Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант – Гоффа (1874 г.):

при повышении температуры на каждые 10 градусов скорость большинства химических реакций увеличивается в 2 − 4 раза.

57

Для вычисления скорости реакции при изменении температуры надо пользоваться следующей формулой:

		V2	∆Τ
			= γ10 ,	(3.2)
		V
	1

где V2 - скорость реакции при повышенной температуре Т2; V1 – скорость реакции при исходной температуре Т1; ∆Т – разность температур (Т2 – Т1);

γ – температурный коэффициент скорости химической реакции.

Пример 3. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры с 20 до 40оС, если температурный коэффициент скорости реакции равен 3?

Решение. Подставив в математическое выражение (3.2) числовые значения температур и температурного коэффициента скорости реакции, получаем:

		V2	40-20
			=3 10	= 32 = 9.
		V
	1

Ответ: при повышении температуры на 20оС скорость реакции возрастет в

9 раз.

Задачи на химическое равновесие

Реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных реагирующих веществ в конечные продукты, называют необратимыми. При необратимых реакциях идёт образование осадков, газов, малодиссоциирующих веществ или выделение большого количества энергии.

Реакции, протекающие одновременно в двух взаимно противоположных направлениях, называют обратимыми (слева направо – прямая, справа налево – обратная). Состояние системы реагирующих веществ, при котором скорости прямой и обратной реакций равны, называют химическим динамическим равновесием; установившиеся постоянные концентрации реагирующих веществ –

58

равновесными. Равновесные концентрации обозначают формулами веществ, заключёнными в квадратные скобки, например: [H2], [CO2].

При постоянной температуре для обратимой реакции

mA + nB pC + qD,

где	А, В, С, D – формулы реагирующих веществ;

m, n, p, q – стехиометрические коэффициенты,

в определенный момент времени наступает состояние химического равновесия, когда скорость прямой реакции становится равной скорости обратной реакции

VПР = VОБР

Состояние химического равновесия количественно характеризуется величиной константы химического равновесия (К).

При неизменной температуре константа равновесия показывает соотношение между концентрациями продуктов реакции и исходных веществ, т.е. яв-

ляется количественной характеристикой равновесия:

		[С]р[D]q
	К =	m	n	,	(3.3)
		[А]	[B]
где	[А], [B] - концентрации исходных веществ;
	[C], [Д] - концентрации продуктов реакции;
	m, n, p, q - стехиометрические коэффициенты.

Численное значение К характеризует выход продуктов реакции.

Чем больше величина К, тем сильнее равновесие смещено вправо, тем больше продуктов реакции образуется.

Величина константы равновесия зависит от природы реагирующих ве-

ществ и температуры; не влияют на величину К концентрации реагирующих веществ и катализатор.

59

Для гетерогенных реакций в выражение константы равновесия не входят концентрации веществ, находящихся в твёрдом состоянии.

Пример 4. Напишите выражение константы химического равновесия для следующих обратимых химических реакций:

а) N2 + O2 2NO

б) CO2 + C 2CO

Решение. Согласно выражению (3.3) пишем:

	а) K =	[NO]2		;
		[N2 ][O	2 ]

б) K = [CO]2 . [CO2 ]

Концентрация углерода (С) в выражение константы равновесия не входит, т.к. углерод (С) твердое вещество.

Задачи на смещение химического равновесия.

При изменении одного из параметров реакционной системы (температуры, концентрация, давления, если участвуют газообразные вещества) равновесие нарушается, и концентрации всех реагирующих веществ изменяются до тех пор, пока не установится новое равновесие, но уже при других значениях равновесных концентраций. Такой переход реакционной системы от одного состояния равновесия к другому называют смещением (или сдвигом) химического равновесия. Направление смещения химического равновесия определяется

принципом Ле Шателье:

если изменить одно из условий, при которых система находится в равновесии (концентрацию, температуру, давление), то равновесие сместится в том направлении, которое препятствует произведенному изменению.

Правила смещения химического равновесия при внешнем воздействии:

60