1 6 По теплотам сгорания веществ участвующих в реакции найти тепловой эффект образования указанного вещества Дано

1/6. По теплотам сгорания веществ, участвующих в реакции, найти тепловой эффект образования указанного вещества

Дано:
H°с(C5H5N) = –2868,1 кДж/моль
H°(C5H5N) – ?
Решение
Записываем уравнение реакции сгорания пиридина:
C5H5N + 6,25O2 = 5CO2 + 2,5H2O(ж) + 0,5N2
Тепловой эффект данной реакции представляет собой теплоту сгорания пиридина: H°с(C5H5N) = H°р.
Согласно следствию из закона Гесса записываем:
H°р = 5H°(CO2) + 2,5H°(H2O(ж)) – H°(C5H5N)
Выражаем теплоту образования пиридина.
H°(C5H5N) = 5H°(CO2) + 2,5H°(H2O(ж)) – H°р
Справочные данные:
H°(CO2) = –393,51 кДж/моль
H°(H2O(ж)) = –285,83 кДж/моль
H°(C5H5N) = 5 (–393,51) + 2,5 (–285,83) – (–2868,1) = 186,0 кДж/моль.
Ответ: тепловой эффект образования пиридина 186,0 кДж/моль.

1/8. По теплотам сгорания веществ, участвующих в реакции, найти тепловой эффект образования указанного вещества

Дано:
H°с(C12H22O11) = –5647 кДж/моль
H°(C12H22O11) – ?
Решение
Записываем уравнение реакции сгорания сахарозы:
C12H22O11 + 12O2 = 12CO2 + 11H2O(ж)
Тепловой эффект данной реакции представляет собой теплоту сгорания сахарозы: H°с(C12H22O11) = H°р.
Согласно следствию из закона Гесса записываем:
H°р = 12H°(CO2) + 11H°(H2O(ж)) – H°(C12H22O11)
Выражаем теплоту образования сахарозы.
H°(C12H22O11) = 12H°(CO2) + 11H°(H2O(ж)) – H°р
Справочные данные:
H°(CO2) = –393,51 кДж/моль
H°(H2O(ж)) = –285,83 кДж/моль
H°(C12H22O11) = 12 (–393,51) + 11 (–285,83) – (–5647) = –2219,25 кДж/моль.
Ответ: тепловой эффект образования сахарозы –2219,25 кДж/моль.

2/1. По термодинамическим данным, приведенным в табл. 3, найти H°, Qp и Qv указанной реакции

Решение
Уравнение реакции:
2H2 + CO CH3OH(ж)
Согласно следствию из закона Гесса записываем:
H°р = H°(CH3OH(ж)) – H°(CO)
Справочные данные:
H°(CH3OH(ж)) = –238,57 кДж/моль
H°(CO) = –110,52 кДж/моль
H°р = –238,57 – (–110,52) = –128,05 кДж.
Тепловой эффект реакции при постоянном давлении равен энтальпии реакции с обратным знаком.
Qp = –H°р = 128,05 кДж.
Тепловой эффект реакции при постоянном объеме равен:
Qv = Qp – nRT
n — разность числа моль газообразных продуктов и исходных веществ.
n = 0 – 3 = –3.
Qv = 128,05 – (–3) 0,008314 298,15 = 135,49 кДж.
Ответ: H°р = –128,05 кДж; Qp = 128,05 кДж; Qv = 135,49 кДж.

3/7. По термодинамическим данным, приведенным в табл. 3, найти G, Kp и Kc приведенной реакции при указанной температуре

Решение
Уравнение реакции:
2H2 + CO = CH3OH
T = 380 К
В предположении, что теплоемкость при постоянном давлении Cp не зависит от температуры (первое приближение Улиха), ∆GТ = ∆H° – T∆S°, где ∆GТ – изменение изобарного потенциала в результате реакции; ∆S° – изменение энтропии в результате реакции; Т – температура, К; ∆Н° – изменение энтальпии в результате реакции.
Вычислим энтальпию реакции, пользуясь следствием из закона Гесса.
H° = H°(CH3OH) – H°(CO) = –238,57 – (–110,52) = –128,05 кДж.
Вычислим энтропию реакции.
S° = S°(CH3OH) – 2S°(H2) – S°(CO) = 126,8 – 2 130,52 – 197,54 =
= –331,78 Дж/К.
Вычисляем G° при 380 К.
G° = H° – TS° = –128,05 – 380 (–0,33178) = –1,9736 кДж.
Вычисляем константу равновесия Kp.
ln Kp = = 0,6247.
Kp = 1,8677.
Вычисляем константу равновесия Kc.
Kc = Kp (RT)–n
n — разность числа моль газообразных продуктов и исходных веществ.
n = 1 – 3 = –2.
Kc = 1,8677 (8,314 380)2 = 1,86107.
Ответ: G° = –1,9736 кДж; Kp = 1,8677; Kc = 1,86107.

3/10. По термодинамическим данным, приведенным в табл. 3, найти G, Kp и Kc приведенной реакции при указанной температуре

Решение
Уравнение реакции:
4NO + 6H2O 4NH3 + 5O2
T = 500 К
В предположении, что теплоемкость при постоянном давлении Cp не зависит от температуры (первое приближение Улиха), ∆GТ = ∆H° – T∆S°, где ∆GТ – изменение изобарного потенциала в результате реакции; ∆S° – изменение энтропии в результате реакции; Т – температура, К; ∆Н° – изменение энтальпии в результате реакции.
Вычислим энтальпию реакции, пользуясь следствием из закона Гесса.
H° = 4H°(NH3) – 4H°(NO) – 6H°(H2O)
H° = 4 (–46,19) – 4 90,25 – 6 (–241,82) = 905,16 кДж.
Вычислим энтропию реакции.
S° = 4S°(NH3) + 5S°(O2) – 4S°(NO) – 6S°(H2O)
S° = 4 192,6 + 5 205,04 – 4 210,6 – 6 188,72 = –179,12 Дж/К.
Вычисляем G° при 500 К.
G° = H° – TS° = 905,16 – 500 (–0,17912) = 994,72 кДж.
Вычисляем константу равновесия Kp.
ln Kp = = –239,3.
Kp = 1,210–104.
Вычисляем константу равновесия Kc.
Kc = Kp (RT)–n
n — разность числа моль газообразных продуктов и исходных веществ.
n = 9 – 10 = –1.
Kc = 1,210–104 (8,314 500)1 = 5,010–101.
Ответ: G° = 994,72 кДж; Kp = 1,210–104; Kc = 5,010–101.

4/1. Как изменится скорость прямой реакции, протекающей по уравнению FeO + CO Fe + CO2, если уменьшить объем газовой смеси в три раза?

Решение
Уравнение реакции:
FeO + CO Fe + CO2
Данная реакция является гетерогенной. В выражение закона действующих масс входят концентрации газообразных веществ.
Скорость прямой реакции:
пр = kпр [CO] kпр – константа скорости прямой реакции.
Если уменьшить объем газовой смеси в три раза, концентрация [CO] увеличится в 3 раза. Скорость прямой реакции составит:
пр1 = kпр 3[CO] = 3пр.
Ответ: скорость прямой реакции увеличится в 3 раза.

5/13. Найти температуру кипения указанного водного раствора (эбуллиоскопическая постоянная воды 0,52°С)

Дано:
Kэ = 0,52°C
tкип – ?

Решение
Раствор — 50% раствор сахара (молекулярная масса сахара 342).
Запишем закон Рауля для неэлектролитов.
,
где t – понижение температуры замерзания или повышение температуры кипения раствора, К – криоскопическая или эбуллиоскопическая константа, m – масса растворенного вещества, М – его молярная масса, m1 – масса растворителя.
По условию раствор 50%-й, поэтому m = m1.
Kэ = 0,52.
M = 342 г/моль.
Вычисляем температуру кипения.
= 1,52°.
tкип. = 100° + 1,52° = 101,52°C.
Ответ: температура кипения раствора 101,52°C.

6/1. Сосуд для измерения электропроводности наполнен раствором сульфата меди, содержащим 0,1 моля CuSO4 в 1 л. Поверхность каждого электрода 4 см2. Расстояние между ними 7 см. Сопротивление слоя раствора, заключенного между электродами, равно 23 Ом. Определить удельную и эквивалентную электропроводность этого раствора

Дано:
n(CuSO4) = 0,1 моль
V = 1 л
S = 4 см2
l = 7 см
R = 23 Ом
, æ – ?

Решение
Экспериментальное определение электрической проводимости растворов электролитов основано на измерении омического сопротивления ячейки с исследуемым раствором при пропускании переменного тока:
,
где – удельное сопротивление раствора электролита; S – поперечное сечение раствора электролита (площадь электродов); l – расстояние между электродами.
Удельная электропроводность электролита (æ, Ом–1см–1) обратна его удельному сопротивлению:
æ
Следовательно: æ
Вычисляем удельную электропроводность.
æ = = 0,076 Ом–1см–1.
Эквивалентная электропроводность (, Ом–1моль–1см2) связана с удельной электропроводностью соотношением:
= æ ,
где C – нормальность раствора электролита.
Сульфат меди — соль двухвалентного металла. Число эквивалентов равно удвоенному числу молей.
nэ(CuSO4) = 0,1 2 = 0,2 моль экв.
Поскольку объем раствора 1 л, нормальность раствора 0,2 н.
= 0,076 = 380,4 Ом–1моль–1см2.
Ответ: удельная электропроводность раствора 0,076 Ом–1см–1; эквивалентная электропроводность 380,4 Ом–1моль–1см2.

7/2. Как влияют добавки посторонних веществ на поверхностное натяжение воды? Объяснить механизм действия поверхностно-активных веществ

Решение
Добавление в раствор того или иного вещества может привести к следующим результатам:
1) поверхностное натяжение не изменяется (поверхностно-неактивные вещества);
2) поверхностное натяжение увеличивается (поверхностно-инактивные вещества). К ним относятся электролиты, которые в воде диссоциируют с образованием ионов, которые хорошо гидратируются, поэтому ионы интенсивно втягиваются вглубь раствора.
3) поверхностное натяжение уменьшается (поверхностно-активные вещества). К ПАВ относятся органические молекулы с несимметричным строением молекул, состоящие из полярных и неполярных групп — с дифильным строением.
Поверхностно-активные вещества — это, как правило, органические соединения, молекулы которых содержат атомные группы, сильно различающиеся по силе взаимодействия с растворителем, например с водой. Так, в молекулах ПАВ имеются лиофильные и лиофобные (обычно гидрофильные и гидрофобные) группы. Слабое взаимодействие с водой гидрофобных групп вызывает стремление молекулы перейти из водной среды в углеводородную, гидрофильные группы, наоборот, удерживают молекулу в водной среде.
Таким образом, поверхностная активность молекулы обусловливается гидрофобными радикалами, а растворимость в воде — гидрофильными группами. Ионные ПАВ диссоциируют в воде на ионы, один из которых обладают адсорбционной (поверхностной) активностью, поэтому они накапливаются в поверхностном слое, другие (противоионы) не обладают ею, поэтому они уходят в раствор. Таким образом, проявление поверхностной активности моющих веществ обусловлено дифильностью молекулы ПАВ.
Адсорбция гидрофильных групп молекул ПАВ на поверхности раздела фаз (на поверхности загрязнения) вызывает понижение поверхностного натяжения, что и обеспечивает перевод загрязнений в раствор, т. е. отмывку загрязнений с ткани или другой поверхности. На этом и основано применение ПАВ в синтетических моющих средствах.

8/6. Коллоидный раствор получен путем сливания равных объемов растворов A и B различных концентраций. Напишите формулу мицеллы, определите, какие ионы будут вызывать коагуляцию, и установите, какой из электролитов-коагулянтов будет иметь меньший порог коагуляции

Решение
Раствор A — 0,010 н AgNO3
Раствор B — 0,005 н KI
Электролиты-коагуляторы — Na2SO4, Zn(NO3)2
Уравнение реакции:
AgNO3 + KI = AgI + KNO3
Ag+ + I– = AgI
По условию объемы электролитов равны, поэтому в избытке AgNO3 (его концентрация больше).
Согласно правилу Пескова-Фаянса, на твердой поверхности адсорбируются ионы, находящиеся в избытке и имеющие родственную атомную группировку.
По условию объемы электролитов равны, поэтому в избытке AgNO3 (его концентрация больше). Потенциалопределяющими будут ионы Ag+, а противоионами — NO3–.
Формула мицеллы:
{m[AgI] · nAg+ · (n–x)NO3–}x+ · xNO3–
m[AgI] — ядро;
nAg+ — потенциалопределяющие ионы;
(n–x)NO3– — противоионы адсорбционного слоя;
xNO3– — противоионы диффузного слоя.
Частица заряжена положительно, поэтому ионами-коагуляторами будут анионы. Чем больше заряд аниона (по абсолютной величине), тем меньше порог коагуляции. Поэтому из представленных электролитов наименьший порог коагуляции будет у сульфата натрия.

9/1. Определить, сколько растворителя поглотит указанное количество высокомолекулярного соединения при заданной степени набухания %

Решение
Высокомолекулярное соединение — 0,2 кг желатина.
Растворитель — вода.
= 500%.
Если обозначить массу полимера до набухания m0, а массу полимера после набухания m, то отношение можно назвать степенью набухания.

Выраженная таким образом степень набухания численно равна количеству жидкости, поглощенной одним килограммом полимера. Можно также выразить степень набухания в процентах:

Вычисляем массу поглощенной воды.
= 1 кг.
Ответ: масса поглощенного растворителя 1 кг.

Литература
Галинкер И. С., Медведев П. И. Физическая и коллоидная химия. – М.: Высшая школа, 1972. – 304 с.
Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. – М.: Высшая школа, 2009. – 527 с.
Физическая и коллоидная химия / Под ред. А. П. Беляева. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010. – 704 с.
Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. – СПб.: Химия, 1995. – 400 с.
Фролов Ю. Г. Курс коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы. – М.: Химия, 1988. – 464 с.

СилаУма 4.3

О себе - штатный преподаватель одного из ведущих вузов страны. Есть множество публикаций в журналах ВАК. Специализация - менеджмент, экономика и юриспруденция. Область научных интересов - экономические проблемы на макро и микроуровне.

Нанять автора