Химия задача. Решение в данном соединении комплексообразователь Fe

• Название: Решение в данном соединении комплексообразователь Fe
• Анкор: Химия задача
• Дата: 14.01.2022
• Размер: 183.02 Kb.
• Имя файла: zadachi.docx
• Тип: Решение; #330625
• страница: 3 из 7

Р е ш е н и е

а) Реакция гетерогенная, тогда согласно закону действующих масс для химической кинетики кинетическое уравнение будет иметь вид:

v = k ∙ {C(H₂)}¹

(твердые вещества не входят в кинетическое уравнение, кинетический порядок по реагентам для элементарных реакций совпадает со стехиометрическими коэффициентами).

Данная реакция является реакцией первого порядка по водороду, общий кинетический порядок реакции – первый.

Увеличение давления приводит к пропорциональному увеличению концентрации газообразных участников процесса, тогда после увеличения давления в 2 раза

v´ = k ∙ {2 ∙ C(H₂)}¹ = 2 ∙ k ∙ C(H₂) = 2v,

т.е. скорость реакции увеличится в 2 раза.

б) Реакция гомогенная, кинетическое уравнение имеет вид:

v = k ∙ {C(H₂)}¹ ∙ {С(С₂Н₄)}¹.

Данная реакция является реакцией первого порядка по водороду и первого порядка по этилену, общий кинетический порядок реакции – второй.

После увеличения давления в 2 раза: v´ = k ∙ {2 ∙ C(H₂)}¹ ∙ {2 ∙ С(С₂Н₄)}¹ = 4 ∙ k ∙ C(H₂) ∙ С(С₂Н₄) = 4v,

т.е. скорость реакции увеличится в 4 раза.

Пример 4.2. Для реакции

аА + bB → Продукты

при увеличении концентрации вещества А в 2 раза скорость реакции выросла в 4 раза, а при увеличении концентрации вещества В в 3 раза скорость реакции не изменилась.

1. 
   определите кинетический порядок по реагентам и общий кинетический порядок реакции;
   
2. 
   рассчитайте константу скорости реакции, если при концентрациях веществ А и В, равных 0,25 и 1,2 моль/л соответственно, скорость реакции составила 31,25 моль/(л ∙ мин); 3) приведите кинетическое уравнение реакции.
   

Р е ш е н и е

1. 
   Согласно закону действующих масс для химической кинетики кинетическое уравнение для приведенной реакции в общем виде будет иметь вид:
   

v = k ∙ {C(A)} ^x ∙ {C(B)} ^y,

где х – кинетический порядок реакции по веществу А, у – кинетический порядок реакции по веществу В.

х и у найдем на основе данных о влиянии изменения концентрации каждого реагента на скорость реакции. а) Для вещества А:

2. 
   Рассчитаем константу скорости, используя данные из условия задачи и приведенное выше кинетическое уравнение:
   

v = k ∙ {C(A)}²;

31,25 = k ∙ 0,25², откуда k = 500 л/(моль ∙ мин).

Единицу измерения константы скорости определили, исходя из анализа размерностей: [моль/(л ∙ мин)] = [k] ∙ [моль/л]². Откуда [k] = [л/(моль ∙ мин)].

3. 
   Окончательный вид кинетического уравнения приведенной реакции имеет вид:
   

v = 500 ∙ {C(A)}².

Оно позволяет рассчитать скорость реакции при заданных значениях концентраций реагентов А и В.

Пример 4.3. а) Как изменится скорость химической реакции при изменении температуры от 10 до 50 ^оС, если температурный коэффициент этой реакции γ = 2.

б) При температуре 20 ^оС реакция заканчивается за 24 мин. Определите время протекания этой реакции при температуре 50 ^оС, если температурный коэффициент γ = 2.

в) При повышении температуры с 20 до 50 ^оС скорость реакции увеличилась в 81 раз. Рассчитайте температурный коэффициент γ этой реакции.
Пример 4.4. а) Вычислите энергию активации некоторой реакции второго порядка, если ее константа скорости при 647 К и 700 К равна 8,97 ∙ 10^‒5 и 1,21 ∙ 10^‒3 л/(моль ∙ с) соответственно.

б) Константа скорости реакции первого порядка при Т = 405 К равна 4,15 ∙ 10^‒5 с^‒1. Вычислите константу скорости при 450 К, если энергия активации этой реакции равна 125,0 кДж/моль.

Пример 5.1. Найдите массу AlCl₃, необходимую для приготовления 2 л (2·10^-3 м³) раствора с массовой долей хлорида алюминия равной 12 %. Плотность раствора 1090 кг/м³. Вычислите молярную концентрацию эквивалента и молярную концентрацию этого раствора.
Р е ш е н и е
1. Определяем молярную массу и молярную массу эквивалента AlCl₃:

M (AlCl₃) = 133,5 г/моль,

M_Э (AlCl₃) = .

2. Находим массу AlCl₃, необходимую для приготовления 2 л его раствора с массовой долей 12 %.

Преобразуем формулу 1:



Масса раствора равна произведению объема раствора (V_р-ра) на его плотность (ρ): = 2 л · 1090 г/л = 2180 г.

Тогда


3. Рассчитаем молярную концентрацию раствора:



4. Определим молярную концентрацию эквивалента:



Пример 5.2. Вычислите водородный показатель (рН): а) раствора соляной кислоты HCl, содержащей 0,0365 г HCl в 100 мл раствора; б) раствора гидроксида калия КОН, содержащего 0,056 г КОН в 100 мл раствора. Известно, что степень диссоциации α = 1 для обоих растворов.
Р е ш е н и е
а) Рассчитаем концентрацию раствора НСl. В первую очередь определим, сколько молей HCl содержится в 100 мл данного раствора. Молярная масса HCl равна 36,5 г/моль.

n(HCl) .

Найдем, сколько молей НСl содержится в 1 л раствора по пропорции:

В 100 мл раствора содержится 0,001 моль НСl,

в 1000 мл раствора содержится х моль НСl,

х = 0,01 моль

Таким образом получили, что концентрация соляной кислоты C(HCl) = 0,01 моль/л.

Учитывая, что соляная кислота является сильным электролитом при диссоциации которой образуется 1 моль H⁺ по уравнению HCl H⁺ + Cl^, то можно записать: C(HCl)  C(H⁺) = 0,01 моль/л.

Зная молярную концентрацию раствора можно рассчитать его рН по формуле:

рН = –lg C(H⁺) = –lg 0,01 = –lg 10^-2 = 2.
б) Находим концентрацию раствора КОН. В первую очередь рассчитаем, сколько молей КОН содержатся в 100 мл данного раствора. Молярная масса КОН равна 56 г/моль.

n(KOH) =

Найдем, сколько молей КОН содержится в 1 л раствора.

В 100 мл раствора содержится 0,001 моль КОН.

В 1000 мл раствора содержится х моль КОН,

х = 0,01 моль.

Таким образом получили, что концентрация КОН: С(KOH) = 0,01 моль/л.

Учитывая, что гидроксид калия является сильным электролитом при диссоциации которого образуется 1 моль OH^ по реакции KOH K⁺ + OH^, то можно записать: C(KOH)  С(OH^)= 0,01 моль/л.

Исходя из ионного произведения воды (5.11), находим концентрацию ионов водорода:



рН раствора рассчитываем по формуле (5.12):

рН = –lg C(H⁺) = –lg 10^-12 = 12.
Пример 5.3. Составьте молекулярные и ионно-молекулярные уравнения гидролиза солей: а) нитрата аммония NH₄NO₃; б) сульфита лития Li₂SO₃; в) ацетата алюминия Al(CH₃COO)₃. Напишите выражение для константы гидролиза и оцените рН среды.


Р е ш е н и е
а) При растворении в воде соль NH₄NO₃ диссоциирует на ионы:
NH₄NO₃ NH + NO.
В первую очередь определим какие ионы соли связывают ионы воды (Н⁺ и ОН ) в малодиссоциирующее соединение. В приведенном примере ион NH связывает гидроксид ион образуя молекулы слабого основания NH₄OH.

Уравнение гидролиза в молекулярной форме

NH₄NO₃ + Н₂О NH₄OH + HNO₃.

Полное молекуляно-ионное уравнение

+ + Н₂О NH₄OH + H⁺ +

Сократим одинаковые ионы в разных частях уравнения и получим сокращенное ионное уравнение гидролиза NH₄NO₃

NH + Н₂O NH₄OH + H⁺.

Реакция среды кислая, рН < 7, т.к. в продуктах реакции в свободном виде присутствует ион H⁺.

Запишем константу гидролиза для сокращенного ионного уравнения учитывая, что данная система находится в состоянии равновесия:



б) Сульфит лития при растворении в воде диссоциирует

Li₂SO₃ 2Li⁺ + SO.

Ионы SO связывают Н⁺ - ионы воды ступенчато, образуя вначале кислые ионы HSO, далее молекулы слабой кислоты H₂SO₃. Практически гидролиз соли ограничивается первой ступенью

Li₂SO₃ + H₂O LiHSO₃ + LiOH

2Li⁺ + SO+ H₂O Li⁺ + HSO + Li⁺ + OH

SO + H₂O HSO + OH,

Из сокращенного ионного уравнения следует, что при гидролизе соли Li₂SO₃ в растворе накапливаются ионы OH, среда щелочная, рН > 7.

Запишем выражение константы гидролиза:



в) Соль ацетата алюминия диссоциирует, образуя ионы
Al(CH₃COO)₃ Al³⁺ + 3CH₃COO.
Ионы Al³⁺ и ион СН₃СОО взаимодействуют с ионами воды, образуя малорастворимое соединение Al(OH)₃ и малодиссоциирующее соединение СН₃СООН. Соли, образованные при взаимодействии слабой кислоты и слабого основания, гидролизуются необратимо и полностью.

Al(CH₃COO)₃ + 3H₂O  Al(OH)₃ + 3CH₃COOH.

рН раствора Al(CH₃COO)₃ зависит от соотношения и . Сравним константы диссоциации полученных веществ (табл. П.6)

<

1,3810^-9  1,7510^-5,

следовательно, реакция среды слабо-кислая, поэтому у таких солей часто обозначается рН  7.

Константа гидролиза:

.
Пример 5.4. Образуется ли осадок малорастворимого соединения CaF₂, если смешать равные объемы растворов Ca(NO₃)₂ и HF с молярной концентрацией 0,003 моль/л?
Р е ш е н и е
Запишем реакцию, которая происходит при смешивании двух растворов в молекулярном и сокращенном ионно-молекулярном виде:

Ca(NO₃)₂ + 2HF  CaF₂ + 2HNO₃

Ca²⁺ + 2 F^  CaF₂

Тогда произведение растворимости CaF₂:

ПР(CaF₂) = [Ca²⁺]·[ F^]² = 4,0· 10^-11 .

Найдем концентрацию ионов в растворе. При смешении равных объемов двух растворов общий объем увеличился в 2 раза, а следовательно концентрация каждого из растворенных веществ уменьшилась вдвое, т.е.:
С(Ca(NO₃)₂)= 1,5·10^-3 моль/л; C(HF) = 1,5·10^-3 моль/л.
Концентрации ионов Са²⁺ и F^ соответственно равны
С(Ca²⁺) = 1,5·10^-3 моль/л; C(F^) = 1,5·10^-3 моль/л;

Находим произведение концентраций ионов Са²⁺ и F^ с учетом выражения ПР:

С(Ca²⁺) ·C²(F^) = 1,5·10^-3  (1,5·10^-3)² = (1,5·10^-3)³ = 3,3710^-9.

Получаем значение 3,37·10^-9  ПР(CaF₂) = 4,0· 10^-11, т.е. осадок CaF₂ образуется.