Методичка Ермолаевой с условием ДЗ по химии (PDF) (967443), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

Перечисленные структурные типы отличаются числом формульныхединиц в элементарной кубической ячейке (соответственно 1, 4, 4) и соотношениемпараметра элементарной ячейки (ребра куба) а и межионного расстояния(кратчайшего расстояния) d.По исходным данным можно определить межионное расстояние d и затемрассчитать параметр элементарной ячейки а для всех трех вариантов. Повычисленному параметру элементарной ячейки рассчитываем плотность вещества исравниваем с приведенным в условии задачи значением. Определяем структурныйтип по совпадению рассчитанного и заданного значения плотности.Определим межионное расстояние d = Rкат + R анион =1,36 + 1,40 = 2,76·10-10м.Рассчитаем параметр элементарной ячейки а:для структурного типа CsCl (объемноцентрированный куб) а = 2d/3 = 2·2,76/1,732 = 3,187·10-10м;для структурного типа NaCl (примитивный куб)-10а = 2d = 2·2,76 = 5,52·10 м;для структурного типа ZnS (алмазоподобная решетка)-10а=4d/3= 4·2,76/1,732 = 6,374·10 м.Рассчитываем плотность вещества по формуле  = m/V = (ZM)/(NA a3), где Z –число формульных единиц, M – молярная масса вещества, NA – число Авогадро, a3 –объем кубической элементарной ячейки:для структурного типа CsCl  = 1·0,15334кг/моль / [6,02·1023моль-1· (3,187·10-10м )3] = 7864 кг/м3=7,864 г/см3;для структурного типа NaCl  = 4·0,15334кг/моль / [6,02·1023моль-1· (5,52·10-10м )3] = 6053 кг/м3 = 6,053 г/см3;для структурного типа ZnS -28 = 4·0,15334кг/моль / [6,02·1023моль-1· (6,374·10-10м )3] =2369 кг/м3 =2,369 г/см3.Рассчитанное значение плотности совпадает с заданным только в случаеструктурного типа NaCl, для которого координационные числа катиона и анионаравны 6.Раздел «Окислительно-восстановительные реакции»Одним из методов подбора коэффициентов к окислительно-восстановительнойреакции (ОВР) является метод ионно-электронных уравнений (метод полуреакций),в котором уравнения процессов восстановления и окисления, т.е.

отдельныеполуреакции, записывают с учетом реально существующих в растворе частиц(ионов сильных электролитов, молекул слабых электролитов, газов илитруднорастворимых соединений с указанием среды: нейтральной H2O, кислотнойH+, щелочной OH-).В водных растворах связывание или присоединение избыточных атомовкислорода окислителем и восстановителем происходит по-разному в разных средах.В кислой среде избыток кислорода у окислителя в левой части полуреакциисвязывается ионами водорода с образованием молекулы воды в правой части, внейтральной и щелочной средах избыток кислорода связывается молекулами воды собразованием гидроксид- иона по уравнениям:Ox + a H+ +ze  Red + b H2O,(кислая среда),Ox + c H2O+ze  Red + d OH-,(нейтральная или щелочная среда),где Ox – окислитель (например, MnO4-) , Red – восстановленная форма окислителя(например, Mn2+), ze – количество электронов, принятое окислителем, a, b, c, d –стехиометрические коэффициенты.Присоединение избыточного кислорода восстановителем в кислой инейтральной среде осуществляется молекулами воды с образованием ионовводорода, в щелочной среде – гидроксид-ионами с образованием молекул воды поуравнениям:Red + a H2O  Ox + bH+ + ze,(кислая или нейтральная среда)Red + c OH-  Ox + d H2O + ze,( щелочная среда).Пример 1.

Подберите коэффициенты к ОВР, используя метод ионно-электронныхуравнений (метод полуреакций):29KMnO4 + SO2 + KOH  K2MnO4 + K2SO4 + H2O.1. Расставив степени окисления атомов, находим окислитель и восстановитель влевой части уравнения+7+4+6+6KMnO4 + SO2 +KOH  K2MnO4 + K2SO4 + H2Oокислитель восстановитель(Ox )(Red )2. Записываем уравнения процессов окисления и восстановления, составляя длякаждой полуреакции ионно-электронный и материальный баланс (количествоодинаковых атомов и сумма зарядов в левой и правой частях полуреакции должнобыть равным ):MnO-4 + e  MnO42- ,(процесс восстановления)SO2 + 4 OH-  SO42- + 2 H2O + 2e ,(процесс окисления).В полуреакции окисления молекула SO2 присоединяет два атома кислорода, которыев щелочной среде могут образовывать молекулы воды или OH—ионы.3.

Исходя из электронейтральности веществ в растворе, находим дополнительныемножители к наименьшему общему кратному количества участвующих в реакцииэлектронов и суммируем уравнения процессов окисления и восстановления:MnO-4 + e  MnO42-2SO2 + 4 OH- -2e  SO42- + 2 H2O12 MnO-4 + SO2 + 4 OH-  2 MnO42- + SO42- + 2 H2Oили в молекулярной форме2 KMnO4 + SO2 + 4 KOH  2 K2MnO4 + K2SO4 + 2H2O.4. Проводим проверку подобранных коэффициентов по материальному балансуатомов элементов в левой и правой частях уравнения.Раздел «Химическая термодинамика»Пример1.Определите стандартный тепловой эффект реакцииNH3(г) + HCl(г) = NH4Cl(к) при: а) изобарном ее проведении - ∆r H 0298;б) изохорном ее проведении - ∆r U 0298 .30Решение.

Стандартный тепловой эффект реакции изобарного процесса всоответствии с законом Гесса определяется по уравнению:∆ r H 0298 = ∆ f H 0298(NH4Cl)  ∆ f H 0298 (NH3)  ∆ f H 0298 (HCl), где ∆ f H 0298 –стандартная энтальпия образования компонента, приведенная в приложении 1.Подставим данные и получим:∆ r H 0298 = (-315,39) – (-46,19) – (-92,30) = - 176,90 кДж; реакция экзотермическая,т.к. ∆ r H 0298  0.Стандартный тепловой эффект изохорного процесса ∆ r U0298 можно вычислитьчерез стандартный тепловой эффект изобарного процесса по уравнению:∆ r U 0298 = ∆ r H 0298 – ∆·RT,где ∆ - изменение количества моль газов вреакции.

Для данной реакции ∆ = - n(NH3)- n(HCl)= -1 –1 = -2. Подставим данные иполучим:∆ r U 0298 = - 176,90.103 – (-2).8,314.298 = - 171944,86 Дж  -172 кДжПример 2.Рассчитайте значение стандартной энтальпии реакции образования хлорида сурьмы(III) из простых веществ по следующим термохимическим уравнениям:1. Sb(к) + 5/2 Cl2 (г) = SbCl5 (ж)ΔH0 298, 1 = - 440 кДж2.

SbCl3 (к) + Cl2 (г) = SbCl5 (ж)ΔH0 298, 2 = - 57 кДжРешение. Уравнение образования SbCl3 из простых веществ:Sb(к) + 3/2 Cl2 (г) = SbCl3 (к) (3)можно получить, если из уравнения (1) вычесть уравнение (2)Sb(к) + 5/2 Cl2 (г) SbCl3 (к)  Cl2 (г) = SbCl5 (ж)  SbCl5 (ж)илиSb(к) + 3/2 Cl2 (г) = SbCl3 (к) ,откуда следует, чтоΔH3 = ΔH1 ΔH2 = (- 440)  ( - 57) = - 383 кДж илистандартная энтальпия образования 1 моль хлорида сурьмы (III) равнаΔH 0298= - 383 кДж/мольПример 3.Рассчитайте энтропию 1моль кремния в растворе меди, в котором его массовая доля составляет 1,2%, полагая, что раствор является идеальнымРешение. Энтропия 1 моль i–ого компонента в растворе определяется поуравнению: Si = Si0 – Rln xi (1), где Si - энтропия компонента в смеси, Si0 энтропия чистого компонента, xi – молярная доля компонента, равная длядвухкомпонентного раствора отношению количества моль растворенного веществаn1 к сумме количества моль растворенного вещества n1 и растворителя n2 :xi = =n1n1  n2(2).

По условию n1 =1, а n2 определим из массовой доли , равнойm1n1 M 1m1  m2 n1 M 1  n2 M 2(3), где m1 и m2 – масса растворенного вещества ирастворителя, а M1 и M2 – их молекулярные массы. Из уравнения (3) выразим n2:n2=n1 M 1 (1   )(4) и, подставив в уравнение (2), получим выражение для молярнойM 2доли x1:31xi =n11(5).n1 M 1 (1   )M1n1 1(1   )M 2M 2Подставим в уравнение (5) данные и найдем численное значение x1x1 =1=0,0267.28,0851(1  0,012)63,54.0,012Энтропия 1 моль кремния равна S 0=18,33 Дж/(моль.К), в растворе энтропия 1моль кремния станет равной S=18,33-8,314· ln 0,0267=48,45 Дж/(моль.К).Пример 4.Для гетерогенной реакции NH3 (г) + HCl (г) = NH4Cl(к)рассчитайте стандартное изменение энергии Гиббса  r GT 0 и константу равновесияK0 при температуре T=700K.

Укажите, в каком направлении протекает реакция приданной температуре и направление смещения равновесия при увеличениитемпературы. При обосновании направления смещения равновесия используйтеуравнение изобары химической реакции.Решение. Стандартное изменение энергии Гиббса  r GT 0 может быть вычислено поуравнению:  r GT0 = ∆ r H0298 - T∆ r S0298 (1), где ∆rH0298 - изменение энтальпииреакции (тепловой эффект реакции) при стандартных условиях, ∆r S0298 – изменениеэнтропии реакции при стандартных условиях.Расчет ∆rH0298 для данной реакции приведен в примере 2, согласно которому∆rH0298 = - 176,9 кДж.∆r S0298 рассчитаем по уравнению: ∆r S0298 =S0(NH4Cl) – S0(NH3)- S0(HCl).Подставляя термодинамические данные из Приложения 1, получим∆r S0298 = 94,56 - 192,5 – 186,7 = - 284,64 Дж/К.Стандартное изменение энергии Гиббса r GТ0 при T=700K равно:rGТ0 = - 176,9 – 700.(- 284,64).10-3 = - 92,1 кДж.

Характеристики

Список файлов книги