Ю.М. Коренев и др. - Задачи и вопросы по общей и неорганической химии с ответами и решениями (1114426), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Для периода полураспада 1,/г 1п(се/0,5со) = Нг/г', Н4/г = 1п2 Для радионуклидов с периодами полураспада (гг/г) 4 и (44/г)г и кон- стантами распада Йг и Йг Йг(14/г)г = Йг(гг/г)г = 1п2 Йг/Йг = (44/г)г/(44/г)4 а) 1,9. 10в. 6) 3,1; в) 3,9 ° 104; г) 2,67 10г 2.1.2. См. 2.1.1.!п(се/с) = Й(т — тд); (т — т,) = !п(се/0,1се)/Й; Й41/г = !п2. (т — те) = (1п10/1п2)14/г ж 27 сут 2.1.3. См. 2.1.1. и = Йс. Считая Й постоянной, получаем: о с и се/с оо/е.
со содержание'4С в современном дереве 5 — 1, с содержание '4С в древесных остатках (г — т,) = 1п(с,/с)/Й; Й14/г — — 1п2 (т — т,) = ()п1,5/1п2)$4/г = 3270 лет 2.1.4. а) Йе = ст ', типичная размерность: моль л ' с ', б) Йг = т г; типичная размерность: с ', в) Йг = с 'т ', типичная размерность: л моль г с '. 2.1.5. В большинстве случаев катализатор, уменьшая энергию активации, увеличивает Йг и Йг, а, следовательно, увеличивает скорость прямой и обратной реакций. 2.
Скорость химических реакций 79 2.1.6. оо = 0,2 [0,02]г - [0,01] = 8 10 "моль л ' ° с ~; из — — 0,2 [0,01]г [0,005] = 1-10 т моль.л ' с '. 2.1.7. цз — — 4,5 ° 10 4 моль л '.с '. 2.1.8. Скорость химической реакции, проходящей через последовательиость элементарных стадий, в предположении быстро устанавливающегося равновесия на первой стадии определяется скоростью медленно протекающей стадии. Следовательно, кинетическое уравнение реакции взаимодействия оксида азота(11) н водорода имеет внд: о = йз[Нг][ХгОг] К = йз/йг = [ХзОг]/[ХО] [ХгОг] = й1 [ХО] /йг и = й1 йз [ХО] [Нг]/йг 2.1.9. В 2 раза.
2.2. Молекуляриость и порядок химических реакций 2.2.1. См. Дикерсон Рч Грей Г., Хейти Дж. Основные законы химии. — Мз Мир, 1982. — Т.2.— С. 350 — 403; Горшков В. И., Кузнецов Н. А. Основы физической химии. — Мз МГУ, 1993.— С. 246 — 304. 2.2.2.
Нулевой. 2.2.3. Нулевой. 2.2.4. е = й [1 ] [ОС! ]". Сопоставим данные опытов 1 и 2, в которых концентрация ОС! не меняется: ~~/сг = (0,002/0,001) = (1,72 ° 10 ~)/(8,62 ° 10 а) = 2, следовательно, тп = 1 (по 1 ) Сопоставим данные опытов 2 и 3, в которых концентрация 1 не меняется: ог/цз = (0,002/0,001)" = (8,62 10 а)/(4,32. 10 а) = 2 и = 1 (по ОС1 ) Суммарный порядок реакции из + и = 2. Поскольку реакция имеет первый порядок по 1 и ОС! и = й [1 ] [ОС1 ]. й можно рассчитать, пользуясь результатами опытов: й = о/([1 ][ОСГ]) 80 Глава 5. Ответы н решения й! =43,0л ° моль '-с ', йг =43,1л моль ' ° с ', йз — — 43,2 л. моль ' ° с ! Отсюда й = (43,1 ш 0,1) л моль ' ° с '.
2.2.5. Зависимость изменения концентрации НгСг04 от времени нелинейна, следовательно, порядок реакции отличается от О. Поскольку зависимость 1пс от т (где с — концентрация НгСг04 в момент времени т) представляет собой прямую, то порядок реакции равен 1, а тангенс угла наклона этой прямой к оси абцисс равен -й. Отсюда я = 1,45 ° 10 г мин !. 2.3. Влияние температуры на скорость химических реакций. Энергия активации 2.3.1.
Запишем уравнение Аррениуса: к = яе ехр[ — Е~,/(ВТ)] или 1п 2 = 1п й, — (Е,/В)(1/Т) Пусть энергия активации второй реакции (Е!!, ) больше энергии активации первой реакции (Ег„,) и Тг > Т!. Тогда для первой реакции: 1п(й~)1 = 1п(йе)1 — (Ег„,/В)(1/Т ) 1п(/гг) = 1п(ЙО) (Ещ,.~/В)(1/Тг) 1п(йг) — 1п(й!) = (Е~„,/В)(1/Т! — 1/2г) = Ег„(Тг — Т!)/(ВТгТг) Аналогично для второй реакции: 1п(кг)п — 1п(й!)и = Еп, (Тг — Т!)/(ВТгТг) Так как Е!!, > Е!„, и Тг > Тг, то Е,'!,(Тг — Т!)/(ВТгТг) > Ег„,(Тг — Т!)/(ВТ!Тг), т. е.
1п[(йг) /(й!) ] > 1п[(йг) /(й!) ] Отсюда Щ /(й1) > (йг) /(/г!) т.е. константа скорости реакции с большей энергией активации увеличивается в большей степени при повышении температуры, чем константа скорости реакции с меньшей энергией активации. 2. Скорость химических реакций 81 2.3.2. Скорость реакции удваивается, йз/й2 = 2. йе ехр[ — Е „т/(ВТ2)) йе ехр[ — Е,„,/(ВТ1)) Е,(Т2 — Т1)/(ВТ1Т2) = 1и 2 Е, = 53,6 кДж моль 1 2.3.3. См. 2.3.2.
Е~т = 81 кДж моль 1. 2.3.4 й 10 'е, мл ° моль " с 1 4,18 6,91 11,90 17,70 1п й 24,45 24,96 25,50 25,90 26 25,5 Я 25 24,5 24 1,1 1,2 1,5 1000/Т Рис. 10. График зависимости 1п5 от 1/Т. 1,5 — 18а = -Еь„,/Я Еь„= В28а = 8,31 10 (25,90 — 24,45)/(1,464 — 1,099) = = 33,0кДж мапь ' 2.3.7. См. 2.3.6. Е, = 103 кДзк ° моль 1. 2.3.8.
а) См. 2.3.1. Е, = ВТ1Т2 1п(йз/й2)/(Тз — Т1) = 96,0 кДж - моль 1. йз ~~- й2 — и; — = 75=1024; 7=4. й1 ' й1 Таким образом, константа скорости реакции при повьппении температуры на каждые 10'С увеличивается в 4 раза. 2.3.5. См. 2.3.4. Скорость реакции увеличится в 43,4 раза. 2.3.6. й = йоехр[ — Е,/(ВТ)];!пй = 1пйе — Е,„,/(ВТ). Т,К 683 747 833 910 10з/Т 1,464 1,339 1,200 1,099 82 Глава е. Ответы и решевия б) Для реакций первого порядка 1п(со/с) = йз(т — те) (т — те) = 1п(се/с)/йз йз при температуре 303 К находим по формуле: 1п йз = !п й1 + Еакт(Тз — Т1)/(ВТ1Тз) Отсюда: йз = 2,2 10 з мин ' и (т — те) = 4,2 10 мин = 70 ч.
2.3.9. См. 2.3.8. а) Е,к, = 276,6 кДж. моль '. б) Для реакций второго порядка 1/с — 1/се = й(т — те). Отсюда (т — те) = (се — с)/(йсес) = 2,86 10'ес = 907 лет 2.3.10. См. 2.3.8. Е,„, = — 1,2 кДж моль ". Если считать, что йе не зависит от температуры, то отрицательное значение энергии активации, найденное опытным путем, указывает на сложный механизм реакции, так как энергия активации элементарного процесса не может быть отрицательной. Таким образом, эту реакцию можно описать кинетическим уравнением третьего порядка, но она не является элементарной тримолекулярной реакцией, а протекает в несколько стадий.
1/Тз = 1/Тз — В(1п йз !п йз)/Еакк Тз = ЕактТз/(Еакт ВТз(1пйз !пйз)] = 320 К 3.1. Стандартные энтальпия, энтропия и энергия Гиббса химических систем К+(г.) + С1 (г.) = КС!(кр.) Екр р (КС1) 2.3.11. См. 2.3.8. а) Е „= 10,7 кДж моль 6) !пйз — 1пйз = Еакт(1/Тз — 1/Тз)/В 3. Химическая термодинамика 3.1.1. Запишем цикл Бориа — Габера: К(кр.) + 0,5С!з(г.) = КС1(кр.) К(г.) = К(кр.) К+(г.) = К(г.) — е С!(г.) = 0,5С1з(г.) С! (г.) = С1(г.) + е а,н;зз (КС!) — ЬНзрз (атомиз.) аНзез (ионна К) — 0,5аНззз (дис.
С!г) — СЭ 3. Химическая термодинамика 83 Е„р р(КС1) =ЬтНвдв(КС1) — ЬНгвв (атомиз. К)— — ЬНввв (иониз. К) — 0,5ЬН~рв (дис. С1в) — СЭ = = — 435,56 — 128,74 — 418,00 — 0,5 238,26 — ( — 363,66) = = — 737,77кДж моль ~ 3.1.2. См. 3.1.1. Е„р р (МаР) = -911,69 кДж моль г. 3.1.3. Поскольку дано Ь7Нввв(А8Вг), запишем реакцию образова- ния А8Вг из простых веществ: А8(кр.) + 0,5Вгв(ж.) = А8Вг(кр.) Е„р р(А8Вг) = — 100,32 — 275,88 — 727,32 — 0,5 192,28 — ( — 347,3) — 30,90 = = -883,26 кДж моль ' 3.1.4. Так как барий образует ион Вав+, то необходимо прн расчете учитывать не только 1 и П потенциалы ионизации, но и удвоенное сродство хлора к электрону. Е„р,р(ВаС1в) = — 859,41 — 192,28 — 961,40 — 500,76 — 238,26 — 2 ( — 363,3) = = — 2025,84 кДж.
моль в Ь„Нввв — — 20,9. 0,5 — 30,9- 0,5 — 36,1 = — 41,1 кДж 3.1.6. Запишем реакции полного и неполного сгорания 1 моль н-СвН,в.. СвНгв(ж.) + 12,50а(г.) = 8СОв(г.) + 9НгО(ж.) (1) СвНвв(ж.) + 8,50в(г.) = 8СО(г.) + 9НвО(ж.) (2) При атом нужно у~ее~~ ЬНввв (нсп. Вгв). 3.1.5. Составим термохимический цикл: 0,5НвБ(г.) = 0,5Нв(г.) + Б (ромб.) 0,5Вгв(г.) = 0,5Вгв(ж.) 0,5Нв(г.) + 0,5Вгт(ж.) = НВг(г.) 0,5НвБ(г.) + 0,5Вгт(г.) = НВг(г.) + Б (ромб.) А Нввв, «Дж 20,9 0,5 — 30,9 0,5 — 36,1 84 Глава 5.
Ответы и решения По закону Гесса ЫНгдв(1) = 8УЗуНгдв[СО2(г.)] + 94вуНгдв[Н20(ж.)] — УзуНгдв[СВН14(ж )] = = — 5470,2 кДж Ь~Нгрдв(2) = 872уНгдв[СО(г.)] + 9угуНгдв[Н20(ж.)] — ВвуНгдв[СВН1в(ж.)] = = — 3206,2 кДж 3.1.7. (1ВН2)200(кр.) + 1,502(г.) = С02(г.) + 2Н20(ж.) + Щг.) По закону Гесса теплота сгорания вещества 42,.Н~В — — Х[пвзуНгдв (продуктов)] — узуН~ВВ (мочевины) Отсюда ЬуН~дв (мочевины) = (Е[пЬуНгдз (продуктов)] — Ь,.Нгдв)/1 УзуН' = [ — 393,5 — 2 285,8 — ( — 632)]/1ве — 333,1кДж моль ~ 3.1.8. СНзСОН(г.) + 2,502(г.) = 2СОг(г.) + 2Н20(ж.) ЬуН.' (СНзСОН) = [(2 ( — 393,5)+ 2- ( — 285,8) — (-1164)]/1 = = — 194,6 кДж ° моль ' 3.1.9.
Составим термохимический цикл: МНВ(г.) + 1,2502(г.) = ХО(г.) + 1,5Н20(ж.) 0,5Х2(г.) + 1,5НгО(ж.) = ХНВ(г.) + 0,7502(г.) у3ггНгдв УзегНгдв УзуН;„(НО) 0,5Хг(г.) + 0,502(г.) = ХО(г.) ЬуНддз(УО) = (ЬегНгдв узегНгдв)/1 = [ — 292,5 — ( — 382,1)]/1 = 89,6 кДж ° моль ' 3.1.10. Составим термохимический цикл: 0,75 ]Х20(г.) + ЗН2(г.) = Х~Н4(ж.) + Н20(ж.) в 0,25 [2увНВ(г.) + 0,50г(г.) = Х2Н4(ж.) + Н20(ж.) ~е2 Н2дв 0 25 [2ХНВ(г.) + ЗХ20(г.) 4М2(г.) + ЗН20(ж.) у3 'ВНгдв — 0,25 ]Нг(г.) + 0,502(г.) = Н20(ж.) Ьу Нг де [Нг 0 (ж.)] У1УН;дв[Н2Н4( .)] Хг(г.) + 2Н2(г.) = Х2Н4(ж.) у1ун;„[Нгн4( .)]= = (075ЬННгдв+025ЬегНгдв 0 25ЬгзНгдв — 0~25ЬуН~~ВВ[Н20 (ж )])/1 = = [0,75 ( — 317) +0,25.
( — 143) — 0,25 ( — 1010) — 0,25 ( — 285,8)]/1= =50,45кДж моль г 3. Химическая термодинамика 85 Отсюда »зуНщв[СН» (Г.)] = = (ЬуН298[С02 (г.)] + 2с3уН298[Н20 (ж.)] — УагН298)у1 = = 74,8 кДж моль ~ЬуУ'98[СН»(г.)] = = сиуН298[СН4(г.)] — пгпгсТ = = — 74,8 + 2 8,314 0,298/1 = — 69,8 кДж моль ~ 3.1.12. Составим термохимический цикл: М8(кр.) + С(кр.) + 1,502(г.) = М8СОз(кр.) ЗМ80(кр.) = ЗМ8(кр.) + 1,502(г,) 2М8(кр.) + С02(г.) = 2М80(кр.) + С(кр.) — 1113,0 кДж 3.601,70 кДж 2 ( — 404,95) кДж М80(кр.) + С02(г.) = М8СОз(кр.) ~гН298 ЬгНздв = 1113г0+ 3 '601~70+ 2 ( 404~95) = 117г8 кДж 3.1.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
