Задачи к лабораторному практикуму по физической химии (стр. 3 )

 

1.Определите по диаграмме плавкости состав химического соединения и верхний температурный предел его устойчивости.

 

2. Какие фазы находятся в равновесии в условиях обозначенных точками от 1 до 10? Сколько степеней свободы у систем, обозначенных точками?

 

3. Укажите температуры начала и конца кристаллизации для жидких систем, содержащих 40 и 95 мольн. % В. Постройте кривые охлаждения.

 

4. При каком составе система имеет самую низкую температуру кристаллизации?

 

5. Укажите температуру начала и конца плавления и состав первых капель жидкости для системы, содержащей 80 мольн. % В.

 

6. Укажите при охлаждении каких по составу расплавов можно получить твердую фазу из кристаллов химического соединения.

 

7. Покажите на диаграмме стрелками изменения состава фаз при охлаждении системы, содержащей 40 мольн. % В, от 650 до 300 °С.

 

8. 100 молей смеси, содержащей 20 мольн. % А находятся при 425 °С. Каков состав и количества молей фаз?

 

9. Какой компонент и в каком количестве выделится в твердом состоянии при охлаждении 45 молей смеси, содержащей 35 мольн. % В от 600 до 500 °С?

 

10. Какое минимальное количество и какого компонента надо добавить к системе при 450 °С, содержащей 200 молей смеси с 85 мольн % В, чтобы она расплавилась без изменения температуры?

 

11. Какое минимальное количество и какого компонента надо добавить к системе из 200 молей смеси, содержащей 85 мольн % В, при 450 °С, чтобы она полностью закристаллизовалась без изменения температуры?

 

Тема 5. Электропроводность растворов электролитов.

Молярная и удельная электропроводности растворов электролитов

 

Задача 1. Рассчитайте электрическую проводимость 1М раствора АgNО3 при 291 К, если расстояние между электродами 5см, площадь каждого электрода 2см2. Молярная электрическая проводимость этого раствора 94,3 См*см2*моль-1.

 

Задача 2. Молярная электрическая проводимость 0,5 М раствора К2SO4 при 298 К равна 162,7 См*см2*моль-1. Определите удельную электрическую проводимость при этой температуре.

 

Задача 3. Удельная электропроводность 0,1 М раствора АgNО3 при 291 К равна 0,00943 См*см-1. Молярная электропроводность данного раствора при бесконечном разбавлении 115,5 См*см2*моль-1. Найти кажущуюся концентрацию ионов серебра в растворе.

 

Задача 4. Удельная электропроводность насыщенного раствора труднорастворимой соли ТlВr при 20 °С равна 2,158*10-4 См*см-1, а удельная электропроводность применяемой воды 0,44*10-7 См*см-1.Сумма предельных подвижностей ионов равна 138,3 См*см2*моль-1. Вычислите растворимость соли ТlВr в г/л.

 

Задача 5. Вычислите предельную молярную электропроводность пропионовой кислоты при 25°С, если эти величины для С2Н5СООNа, НС1 и NаС1 равны соответственно 85,9; 426,2 и 126,5 См*см2*моль-1.

 

Задача 6. Вычислите степень диссоциации и рН раствора уксусной кислоты 1,6*10-4 М при 298 К. Константа диссоциации 1,75*10-5

 

Задача 7. Константа диссоциации гидроксида аммония при 298К равна 1,77*10-5. Вычислите концентрацию ионов ОН-, Н+ и рН 0.1М NH4ОН. Ионное произведение воды 1,008*10-14.

 

Задача 8. Как изменится рН 0.1М раствора NH4ОН при добавлении NH4Cl до концентрации его 1 моль*л-1? (Использовать данные задачи 7)

 

Подвижности ионов и числа переноса

 

Задача 1. Определите абсолютную скорость движения иона NH4+, если удельная электропроводность полностью диссоциированного 0,0001 М раствора NH4Cl равна 1,49*10-5 См*см-1, а подвижность иона С1- равна 76,3 См*см2г*моль-1.

 

Задача 2. Через раствор СdС12 пропускали постоянный ток между платиновыми электродами в течение 1 ч. Сила тока равна 0,2 А. Число переноса tCd2+= 0,414. Найти убыль СdС12 в католите и анолите.

 

Задача 3. Раствор, содержащий 0,0025 моля SO42- на 100 г H2O подвергнут электролизу в аппарате Гитторфа между инертными электродами. Реакция на аноде

2 H2O → 4H+ + O2 + 4ē

В конце опыта анодное пространство содержало 100 г H2O и, как установлено титрованием, 0,01 моля Н+. Число переноса Na+ 0,39. Определите число молей и SO42- в анодном пространстве.

 

Задача 4. Водный раствор K4Fe(CN)6 с исходной концентрацией 1М/л подвергался электролизу при 298 К в аппарате Гитторфа с платиновыми электродами до тех пор, пока через него не прошло 0,01 Фарадея электричества. Реакция на аноде :

[Fе(СN)6]4- → [Fе(СN)6]3- + ē

После электролиза раствор, находящийся в анодном пространстве, содержал 100 г H2O и 0, 1015 моля Fе (общее количество).

а) Сколько молей [Fе(СN)6]4- прореагировало на аноде ?

б) Сколько молей [Fе(СN)6]4- поступило в анодное пространство или ушло из анодного пространства ?

в) Вычислите подвижность иона [Fе(СN)6]4- при бесконечном разведении, если для иона К+ она равна 73,52 См*см2*моль-1.

г) Вычислите число переноса [Fе(СN)6]4- в K4Fe(CN)6.

 

Задача 5. Водный раствор NaBr и Вr2 использован в опыте Гитторфа. Реакции на электродах :

2 Вr - → Вr2 + 2 Вr2 + 2 ē →2 Вr—

После электролиза в анодном пространстве в 100 г H2O содержалось 0,11 молей Вr2 и 0,092 молей NaBr, а в католите в 100 г H2O содержалось 0,09 Вr2 молей и 0,108 моле NaBr. Определите числа переноса ионов Nа+ и Вr- в растворе. Учтите количество Вr2 в начале опыта в каждом отделении.

 

Активности и коэффициенты активности в растворах электролитов

 

Задача 1. Вычислите активность Na2SO4, НС1, Рb(NO3)2 в растворах с концентрацией данного электролита m = 1 моль/1000 г по данным о среднем коэффициенте активности, взятом из справочника /М/.

 

Задача 2. Вычислите ионную силу, средние коэффициенты активности ионов по уравнению Дебая-Хюккеля и активности солей в растворах MgSO4 с моляльностью 0,005моль/1кг H2O и LaCl3 с моляльностью 0,002 моль/кг H2O .

 

Задача 3. Для 0,1 m раствора Cr2(SO4)3 средняя ионная активность γ± = 0,0458. Вычислите среднюю ионную моляльность (m±), активность (а±), общую активность (а) электролита и активности ионов SO42- и Cr3+ при 298 К.

 

Задача 4. Растворимость Ва(IO3)2 при 25 °С равна 8*10-4 моль/л. Определите растворимость этой соли: а) в 0,1 М растворе KNО3; б) в 0,03 М растворе Ва(NО3)2. Воспользуйтесь предельным законом Дебая-Хюккеля.

 

Задача 5. Определите растворимость бромида серебра в 0,001 m KBr при 25°С. Произведение растворимости бромида серебра возьмите из справочника /М/. Воспользуйтесь предельным законом теории Дебая-Хюккеля.

 

Задача 6. Вычислите произведение растворимости Са(ОН)2 при 298 К. Растворимость гидроксида кальция 0,155 г/100г воды. Для расчета γ± используйте уравнение Дебая-Хюккеля.

 

 

Тема 6. Электродвижущие силы

 

Гальванические элементы и электроды (полуэлементы). Уравнение Нернста

 

 

Задача 1. Каково соотношение э.д.с. записанных ниже гальванических элементов и стандартных потенциалов полуэлементов при их измерении с помощью нормального водородною электрода?

 

Mgs/ Mg2+aq // H+aq / H2 g,Pt s

Pt ,H2 / H+// Cu2+/ Cu

Pt / Hg / Hg2+// H+/ H2,Pt

Pt ,H2/ H+//Cd2+ / Cd

 

Пользуясь таблицами стандартных электродных потенциалов рассчитайте величины и знаки э.д.с. этих элементов.

 

Задача 2. Запишите какие реакции по форме записи гальванических элементов, представленных ниже, должны протекать в стандартных условиях на электродах и в системах в целом. Определите по значениям стандартных электродных потенциалов, взятых из справочника, будут ли эти реакции самопроизвольными.

Pt ,H2 / H2SO4 / HgSO4 / Hg / Pt

Pt ,H2 / HBr / Br2 / Pt

Co / CoSO4 / HgSO4/ Hg / Pt

Cu/ CuSO4 // H2SO4 / H2,Pt

Sn / SnSO4 / Hg2SO4 / Hg / Pt

Pt H2 / H2SO4//ZnSO4 / Zn

Zn / ZnSO4//NiCl2/ Ni

Ag/AgCl /KCl //AgNO3/Ag

 

Задача 3. Составьте электрохимические цепи, в которых, протекают суммарные реакции :

Ni2+ + Be = Be2++ Ni

Cl2 + Mg = 2 Cl- + Mg2+

2 AgCl + Mg = MgCl2 + 2Ag

2 CuCl + Mg = MgCl2 + 2 Cu

2 Ag + J2 = 2AgJ

Ag2+ + Fe2+ = Ag + Fe3+

 

Назовите, к какому типу электродов относятся полуэлементы этих гальванических элементов.

 

Задача 4. Э.д.с. элемента Cd / CdJ2 aq / AgJ / Ag равна 0,2860 В при 25 °С. Определить активность CdJ2 в растворе.

 

Задача 5. Приведите схему элемента, в котором протекает реакция:

H2 (газ, 1 атм) + J2 (тв) = 2 HJ ( водн. раствор, а=1)

Вычислите Е°, ∆G , k. Как будет записана константа равновесия и чему будет равно Е°, если реакцию записать так:

1/2H2(газ, 1 атм) + 1/2J2 (тв) = HJ (водн. раствор а=1)?

 

Задача 6. Вычислите э. д.с. при 25 °С элемента

Ag / AgCl / NaCl (a=1) / Hg2Cl2 / Hg

из следующих значений изобарных потенциалов образования (кал/моль): AgCl (тв) - 26 187; Hg2Cl2 (тв) - 50274.

 

Задача 7. Вычислить э.д.с. концентрационного элемента, изображенного схемой

Cu/0,001 M CuSO4/насыщ. KCl/0,1М CuSO4/Cu,

если коэффициенты активности 0,001 М раствора CuSO4 и 0,1 М раствора CuSO4 соответственно равны 0,74 и 0,16.

 

Задача 8. Вычислите стандартный электродный потенциал электрода Fe3+/Fe по данным справочника для электродов Fe2+/Fe и Fe3+/Fe2+.

 

Задача 9. Используя значения электродных потенциалов, вычислите константы равновесия при 25°С следующих реакций в водном растворе и напишите схемы элементов и реакции на электродах:

а) Fe + 2CrCl3 = FeCl2 + 2CrCl2

б) Fe(NO3)2 + 1/2Hg2(NO3)2 = Fe(NO3)3 + Hg

 

Задача 10. Электродвижущая сила элемента

Ag , AgJ (тв) / KJ(0,1M)//AgNO3(0,001M)/Ag при 25°С равна Е = 0,762 В. Средний ионный коэффициент активности в 1 М раствора KJ равен γ±= 0,65, а в 0,001m растворе AgNO3 - 0,98. Вычислите произведение растворимости и растворимость AgJ в 1 М растворе KJ. Стандартные электродные потенциалы возьмите из справочника.