Задачи к лабораторному практикуму по физической химии (стр. 4 )

 

Задача 11. Стандартные э. д.с. гальванических элементов

Pt,H2/KOHaq /O2,Pt ; Pt, H2 /KOHaq/Ag2O, Ag

равны 1,299 и 1,180 В соответственно. Вычислите стандартное изменение потенциала Гиббса при окислении серебра по реакции : 4 Ag + O2 = 2 Ag2O

 

Задача 12. Вычислите стандартный электродный потенциал кислородного электрода в кислой среде Е°O2/H+ и константу равновесия реакции

4 FeCl2 + O2 + 4 HCl = 4 FeCl3 + 2 H2O,

если Е°Fe2+, Fe3+ / Pt = 0,77 B; Е° O2/OH- = 0,401B Kw = 1*10 -14

 

Задача 13. Константа равновесия реакции 2Cl2 + 2H2O = O2 + 4Cl- + H+ при 298,2 К равна 1,122*109 атм-1. Вычислите изменение энергии Гиббса в ходе реакции и стандартную электродвижущую силу для элемента, в котором обратимо протекает такая реакция. Проверьте Е° по стандартным электродным потенциалам.

 

Вычисление термодинамических характеристик реакций по э.д.с. гальванических элементов

 

Задача 1. Определить э.д.с. элемента

Pt,H2/HCl/AgCl/Ag/AgCl/HCl/H2,Pt , Р=1 атм m=0,01 m=0,1 Р=1 атм

если при m=0,01 γ± = 0,904, а при m=0,1 γ±= 0,796.

 

Задача 2. Вычислить при 18°С величину диффузионного потенциала на границе двух растворов NaС1, из которых один 0,05 н, а второй 0,005 н. Для простоты расчета считать соль в растворе полностью диссоциированной. Подвижности ионов Na+ и Сl- соответственно равны 42,6 и 66,3 .ом-1*см2. Определить знак более концентрированного раствора NaС1.

 

Задача _3. Суммарный процесс электролиза NaС1 с твердым катодом можно выразить уравнением:

NaCl* n H2O + H2O = NaOH* nH2O + ½ Cl2 + ½ H2

Вычислить теоретический потенциал разложения NaCl при 25°С, если тепловой эффект процесса равен сумме теплот следующих частных реакций:

1) теплота образования NaС1 из элементов:

Na + ½ Cl2 = NaCl ∆H = -411,003 кДж,

2) теплота растворения безводного NaCl в воде ∆Н = 1,883 кДж,

3) теплота образования водного раствора NaОН :

Na+(n+1)H2O=NaOH*nH2O+ ½ H2 ∆Н = - 185,686 кДж.

Температурный коэффициент э.д.с. равен -0,0004 В/К.

 

Задача 4. Температурный коэффициент элемента, работающего за счет реакции

Pb + Hg2Cl2 = PbCl2 + 2Hg, (dЕ/dТ) = 1,45*10-4 В/К. Определите теплоту при равновесной работе элемента и сопоставьте полученную величину с тепловым эффектом реакции при 298 К.

 

Задача 5. Найти тепловой эффект реакции

Cd + PbCl2 + 2,5H2O = CdCl2*2,5H2O + Pb при 298.2 К, если э.д.с. элемента, в котором протекает эта реакция, равна 0.188 В, а (dE/dT)p =- 4,8*10-4 В*К. Найти максимальную работу и теплоту при равновесном протекании реакции.

 

Задача 6. Зависимость э.д.с. от температуры для элемента, в котором протекает реакция:

Zn + Hg2SO4 = ZnSO4 + 2Hg, выражается уравнением:

Е= 1,4328- 1,19*10-3(Т- 288,2 )-7*10-6( Т- 288,2 )2. Найти для этой реакции ∆G, ∆Н и ∆S при 303,2 К.

 

Задача 7. Э.д.с. элемента, работающего за счет реакции,

Ag + ½ Hg2Cl2 = AgCl + Hg, равна 0.0455 В при 25°С и 0,0421 при 20°С. Определить ∆G, ∆S и ∆Н при 25°С.

 

 

Тема 7. Адсорбция

 

Задача 1. Поверхность 1 г активированного угля 1000 м2. Сколько литров аммиака при 25°С и 1 атм может адсорбироваться на поверхности 45 г угля, если принять, что вся поверхность полностью покрыта? Диаметр молекулы аммиака 3*10-8 см.

 

Задача 2. При адсорбции Аr углем при 194 К получены следующие результаты:

Р, Па	31,9*103	130,5*103	290*103
Г, мл/г	5	15,4	24

Рассчитайте постоянные в уравнении Лэнгмюра.

 

Задача 3. При 200 К и парциальном давлении азота 25 мм рт ст на 1 г угля адсорбируется некоторе количество азота. При увеличении давления в 6 раз количество сорбирующегося газа возрастает в 2,5 раза. Определите степень заполнения поверхности при давлении азота 100 мм рт ст.

 

Задача 4. Почему ПАВ лучше адсорбируется из водных растворов на неполярном адсорбенте, а из углеводородных растворителей на полярном адсорбенте ? Приведите примеры таких адсорбентов и нарисуйте расположение молекул адсорбата.

 

Задача 5. Найдено, что 0,106 мг стеариновой кислоты покрывает поверхность воды площадью 500 см2. Молекулярный вес стеариновой кислоты 284, плотность 0,85 г/смЗ. Вычислить площадь, приходящуюся на 1 молекулу стеариновой кислоты и толщину адсорбционной пленки на поверхности воды.

 

Задача 6. Определить адсорбцию по Гиббсу (поверхностный избыток концентрации) уксусной кислоты в водных растворах с концентрациями 0,268 и 0,834 моль/л при 25°С, если поверхностное натяжение этих растворов соответственно равно 0,0483 и 0,0285 н/м, а чистой воды -0,07196?

 

Задача 7. Вычислить адсорбцию по Гиббсу (поверхностный избыток концентрации) хлористого натрия в водных растворах с концентрациями 1,3 и 2,34 моль/л при 18°С, если поверхностное натяжение этих с растворов равно 0,0748 и 0,07693 н/м, а чистой воды - 0,07196?

 

Задача 8. При каком давлении будет происходить десорбция жидкой воды из капилляра с диаметром 0,02 мм при 25°С, если давление насыщенного пара воды над плоской поверхностью равно 23,76 мм рт.ст. при 25°С ?

 

Задача 9. Адсорбция аммиака на угле изучалась при 30 и 80°С. Заданная величина адсорбции получалась при 106 мм рт.ст. при 30°С и при 560 мм рт.ст. при 80°С. Вычислить изостерическую теплоту адсорбции при заданном заполнении поверхности.

 

Тема 8. Химическая кинетика

 

Кинетическое уравнение

 

Задача 1. Скорость тримолекулярной реакции А + 2 В при /А/ = 0,5 моль/л и /В/ = 0,6 моль/л равна 0,018моль/л/мин. Вычислить константу скорости реакции.

 

Задача 2. Скорость тримолекулярной реакции А + 2 В равна 0,5*10-3 л2/моль2*с. Определить скорость реакции при /А/= 0,8 моль/л и /В/= 0,6 моль/л.

 

Задача 3. Скорость реакции равна w = k/А2/В/. При каком соотношении между концентрациями А и В начальная скорость реакции будет максимальна, если сумма парциальных давлений веществ А и В постоянна?

 

Задача 4. В реакции окисления метана СH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O, протекающей с постоянной скоростью в течение 5мин в сосуде, объемом 0,5 л при 500°С образуется 5*10-4 моль воды, которая удаляется из зоны реакции вымораживанием. Рассчитайте скорость изменения давления в Па/мин.

 

Задача 5. Время полупревращения вещества А равно 10 ч. (реакция протекает по закону первого порядка). В сосуд введено некоторое количество этого вещества. Измерения его концентрации, проведенные через 30 и 35 мин. после начала опыта, показали, что за время между двумя этими измерениями распалось 2*10'° частиц. Чему равна начальная концентрация вещества А?

 

Задача 6. Тримолекулярную реакцию оксида азота (II) с хлором Сl2 + 2 N0 → 2 NOCl изучали при постоянном объеме и следующих давлениях исходных газов: РNO= 6.66*103 Па; РCl2 =. 3,33*103 Па. Вычислите время, через которое скорость, реакции уменьшится в пять раз по сравнению с начальной, если константа скорости реакции 5*102 л2/моль2*с, а температура 100°С.

 

Задача 7. Распад вещества А по уравнению реакции А → В + С есть реакция второго порядка, протекающая при 791 К с константой скорости 0,19 л/(моль*с). Реакция протекает при постоянном давлении 1.01*105 Па. Рассчитайте время полупревращения.

 

Задача 8. Определите порядок реакции гидролиза метилацетата и константу скорости реакции, если для нейтрализации равных частей реагирующей смеси израсходовано следующее число мл 0,1 н раствора NaOH:

t, мин	21	41	60	81	108	140	243	1062	∞
v,мл NaOH	0,70	1,30	1,85	2,30	3,00	3,80	5,60	8,90	9,00

 

Задача 9. При изменении начальной концентрации от 1 до 3 моль/л период полупревращения веществ уменьшился с 3 часов до 20 мин. Определить порядок реакции.

 

Задача 10. Константа скорости реакции второго порядка

СH3СООС2H5 + NaOH = СН3СOONa + С2Н5ОН

равна 5,4 л/моль м. Сколько эфира прореагирует за 10 мин. при а=b=0.02 моль/л.

Каковы должны быть исходные концентрации эфира и щелочи (равные), чтобы за это же время прореагировало 98 % эфира?

 

Задача 11. При исследовании термического распада арсина на стекле при 350°С

2AsН3(г) → 2Аs(тв) + 3Н2(г)

обнаружено изменение общего давления в системе со временем:

t, час	0	4,33	10	25,5	37,66	44,75
P, мм рт.ст.	392	403	436,5	453,5	480,5	488,5

Определите порядок реакции и константу скорости.

 

Кинетика сложных реакций

 

Задача 1. Покажите, что третий порядок реакции

2NО + Н2 = 2NОН,

может быть обусловлен любым из механизмов реакции:

а) NO + Н2= NОН2; NOH2 + NO →2 NОН

б) 2 NO = N2О2; Н2 + N2О2 →2 NОН

 

Задача 2. Для обратимой реакции первого порядка  Кравн = 10, а К1=0,5 мин-1. Вычислите время, при котором концентрации веществ А и В станут равными, если начальная концентрация вещества В равна нулю.

Задача 3. В параллельных реакциях первого порядка

Выход вещества В равен 60%, а время превращения А на 1/3 равно 5 минутам. Найдите к1 и к2.

Задача 4. Для некоторой ферментативной реакции константа Михаэлиса равна 0,035 моль/л. Скорость реакции при концентрации субстрата 0,01 моль/л равна 1,15 ´ 10-3 моль/(л´с). Найти максимальную скорость реакции. Объясните смысл константы Михаэлиса и объясните метод её графического определения по экспериментальным данным.

 

Температурная зависимость скорости реакции

 

Задача 1. Вычислите:

а) температурный коэффициент скорости омыления этилацетата щелочью NaОН для каждою температурного интервала,

б) средний температурный коэффициент скорости реакции в пределах от 0 до 25°С,

в) энергию активации, если константа скорости этой реакции меняется с температурой следующим образом:

t, °C	0	10	20	25
К, моль*л-1*мин-1	1,17	2,56	5,08	6,56
t, °C	0	10	20	25
К, моль*л-1*мин-1	1,17	2,56	5,08	6,56
t, °C	0	10	20	25

 

t, °C	0	10	20	25
К, моль*л-1*мин-1	1,17	2,56	5,08	6,56
t, °C	0	10	20	25
t, °C	0	10	20	25
К, моль*л-1*мин-1	1,17	2,56	5,08	6,56

 

Задача 2. При 25°С некоторая реакция заканчивается в 2,5 ч. Принимая температурный коэффициент равным 3, рассчитать при какой температуре реакция закончится в продолжении 20 мин.

Задача 3. Для реакции разложения NО2 по уравнению

2NO2 = 2 NO + О2 энергия активации равна 133888 Дж/моль. Определить, как влияет на рост активности молекул повышение температуры с 157 до 257°С.

 

Задача 4. Константа скорости реакции разложения перекиси водорода йодисто-водородной кислотой Н2O2 + 2 HJ = 2H2O +J2 изменяется с температурой следующим образом:

t,°С 20 30

К, моль л-1 мин-1 4,32 8,38

Вычислить энергию активации и константу скорости реакции при 25°С.

 

Задача 5. При взаимодействии равных концентраций NO2 и СО ( 0,5 моль/л ) при температуре 435 К через 1 час было обнаружено 0,05 моль/л СО2. При какой температуре концентрация СО2 будет вдвое больше при тех же условиях, если Е=29360 кал/моль?

 

Задача 6. Какой должна быть энергия активации, чтобы скорость реакции увеличивалась в 3 раза при возрастании температуры на 10° а) при 300 К и б) при 1000 К?