close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

1539.Задачи по химии Балабаева Р Ф

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Ярославский государственный университет им. П. Г. Демидова
Кафедра общей и экспериментальной физики
Р. Ф. Балабаева
Задачи по химии
Рекомендовано
Научно-методическим советом университета
для студентов, обучающихся по специальности Радиотехника
и направлению Телекоммуникации
Ярославль 2009
1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 54+537.86
ББК Г 5я73
Б 20
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного издания. План 2009 года
Рецензент
кафедра общей и экспериментальной физики
Ярославского государственного университета им. П. Г. Демидова
Б 20
Балабаева, Р. Ф. Задачи по химии / Р. Ф. Балабаева;
Яросл. гос. ун-т. – Ярославль : ЯрГУ, 2009. – 35 с.
Все представленные задачи подобраны в соответствии
с программой лекционного курса. Материал разбит на
7 разделов, каждый из которых можно прорабатывать
независимо от других. Для контроля правильности
решения задач приведены ответы.
Задачник предназначен для студентов, обучающихся
по специальности 210302 Радиотехника и направления
210400 Телекоммуникации (дисциплина "Химия", блок
ЕН), очной формы обучения.
УДК 54+537.86
ББК Г 5я73
© Ярославский государственный университет, 2009
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Основные понятия и законы химии
1. В каком объеме в литрах при н.у. содержится 6.02•1024
атомов азота?
Ответ: 112 л.
2. Определить формулу соединения, содержащего 32,43% Na,
22,55% серы и 45,02% кислорода.
Ответ: Na2SO4.
3. В состав вещества входят 30,7% калия, 25,2% серы и 44%
кислорода. Вывести простейшую формулу этого соединения.
Ответ: K2S2O7.
4. Вывести
молекулярную
формулу
соединения,
содержащего 54,5% углерода, 36,4% кислорода, 9,1% водорода,
если его плотность по пропану равна двум.
Ответ: C4H8O2 – масляная кислота.
5. Наибольшее число молекул содержится при нормальных
условиях в 10 л:
а) сероводорода; б) воды; в) хлороводорода; г) водорода.
6. В сосуде объемом 20 л содержится одинаковое число
молекул кислорода и водорода. Давление в нем равно 101,3 кПа.
Ошибочным является одно из следующих утверждений:
а) молекулы водорода движутся быстрее, чем молекулы
кислорода;
б) в единицу времени со стенками сосуда сталкивается в
среднем большее число молекул водорода, чем кислорода;
в) в сосуде находится равное число молей каждого газа;
г) если из системы удалить кислород, то давление
уменьшится до 25,3 кПа.
7. Определить массу водорода, образующегося при
взаимодействии 6,02•1021 атомов цинка с соляной кислотой.
Ответ: 0,02 г.
8. Какая масса (г) CaCO3 должна быть израсходована для
получения 67,2 л оксида углерода (4), измеренного при н.у.?
Ответ: 300 г.
9. На весах уравновешены два стаканчика с соляной
кислотой. В один стаканчик добавили некоторое количество
металлического цинка, а в другой – такое же количество
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
металлического магния. Изменится ли равновесие после
окончания реакций (кислота взята в избытке), если:
а) стаканчики открыты;
б) стаканчики герметически закрыты;
в) стаканчики герметически закрыты при помощи ненадутых
воздушных шариков?
10. При разложении нитрита аммония получено 7 л азота при
температуре 27○С и давлении 760 мм рт. ст. Сколько соли было
подвергнуто разложению?
Ответ: 18 г.
11. При взаимодействии 3,24 г трехвалентного металла с
кислотой выделяется 4,03 л водорода, измеренного при
нормальных условиях. Вычислить молярную массу эквивалента
металла и его атомную массу.
Ответ: 9 г, 27 г.
12. При нагревании 20,06 г металла было получено
21,66 оксида. Найдите молярную массу эквивалента металла.
Ответ: 100,3 г.
13. Рассчитать молярную массу эквивалента кислоты, если на
нейтрализацию 0,009 кг ее израсходовано 0,008 кг гидроксида
натрия.
Ответ: 45 г.
14. При
пропускании
сероводорода
через
раствор,
содержащий 2,98 г хлорида некоторого одновалентного металла,
образуется 2,2 г его сульфида. Вычислить молярную массу
эквивалента металла.
Ответ: 39 г.
15. При восстановлении водородом оксида металла массой
2,68 г образовалась вода массой 0,648 г. Вычислить молярную
массу эквивалента металла.
Ответ: 29,2 г.
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Концентрации растворов
и способы их выражения
16. Сколько граммов NaOH потребуется для приготовления
трех литров 10-процентного раствора, плотность которого
1,103 г/мл?
Ответ: 332,7 г.
17. Сколько граммов азотной кислоты содержится в 200 мл
0,1 М раствора?
Ответ: 1,26 г.
18. Какова молярность раствора, в 300 мл которого
содержится 10,5 г КОН?
Ответ: 0,625 моль/л.
19. Сколько воды надо прибавить к 200 мл 68% раствора
HNO3 (плотность 1,4 г/мл), чтобы получить 10-процентный
раствор?
Ответ: 1624 г.
20. Сколько миллилитров 96-процентного H2SO4 (плотность
1,84 г/мл) нужно взять для приготовления 1 л 0,5 н раствора?
Ответ: 13,84 мл.
21. Имеется 2 н раствор Ba(OH)2. Как приготовить из него 1 л
0,1н раствора?
22. Определить массовую долю NaOH (в процентах) в 2 н
растворе плотностью 1,08 г/мл.
Ответ: 7,4%.
23. Какова будет массовая доля кислоты в растворе, если к
40 мл 96-процентного раствора HNO3 (плотность 1,5 г/мл)
прилить 30 мл 48-процентного раствора HNO3 (плотность
1,3 г/мл)?
Ответ: 77,1%.
24. Плотность водного раствора NaCl, содержащего 8 г соли
на 100 г раствора, равна 1,0541 г/мл. Рассчитать молярную и
моляльную концентрации раствора.
Ответ: 1,44 моль/л; 1,49 моль/кг.
25. Раствор KNO3 содержит 192,6 г соли в 1 л раствора
плотностью 1,1432 г/мл. Рассчитать концентрации: а) моляльную;
б) молярную; в) в массовых долях (%); г) в мольных долях.
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ответ: а) 2 моль/кг; б) 1,91 моль/л; в) 16,85%; г) 0,965 и 0,035.
26. Упарили вдвое (по объему) 4 л 10% раствора NaCl
плотностью 1,07 г/мл. Определить молярную концентрацию
нового раствора.
Ответ: 3,65 моль/л.
27. Колба заполнена сухим HCl. Затем колбу заполнили
водой. Определить массовую долю кислоты в растворе.
Ответ: 0,16%.
28. К раствору соляной кислоты объемом 1 мл прибавили
раствор нитрата серебра, взятый в избытке. Масса выпавшего
осадка равна 0,287 г. Вычислить молярную концентрацию
кислоты.
Ответ: 2 моль/л.
29. При полном растворении некоторого количества кальция
в 500 г воды образуется раствор гидроксида кальция, которым
можно нейтрализовать 20мл 50-процентного раствора серной
кислоты плотностью 1,4 г/мл. Определить массовую долю
гидроксида кальция в растворе.
Ответ: 2,11%.
30. В 100 мл раствора содержится смесь серной и соляной
кислот. После нейтрализации кислот едким натром и
выпаривания образовалось 13,2 г безводных солей. Определить
молярные концентрации кислот в растворе, если для
нейтрализации 10 мл такого раствора расходуется 40 мл 0,5 н
раствора NaOH.
Ответ: 0,8 моль/л (HCl); 0,6 моль/л (H2SO4).
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Энергетика химических процессов
31. Чему равно изменение энтальпии одного моля воды при
переходе воды из жидкого состояния при 20○C в лед с
температурой 0○C (процесс осуществляется в обычных
атмосферных
условиях,
теплоту
плавления
принять
λ=6 кДж/моль).
Ответ: -7,5 кДж.
32. Для реакции
4A(ТВ)+5B2(г)=2A2B5(г)
∆U298=15ккал. Определить ∆H298 для этой реакции.
Ответ: 13,2 ккал.
33. Вычислить
стандартную
энтальпию
образования
уксусной кислоты, используя следующие данные:
1) CH3COOH(Ж)+2O2=2CO2(Г)+2H2O(Ж) ∆H1=-871,54кДж.
2) C(ГР.)+O2=CO2(Г) ∆H2=-393,5 кДж.
3) H2+1/2O2=H2O(Ж) ∆H3=-285,8 кДж.
Ответ: -487,06 кДж.
34. Стандартная энтальпия сгорания ∆СH○298 твердого
нафталина (C10H8) равна -1231,6 ккал/моль. Продукт сгорания –
CO2 и жидкая вода. Найти стандартную энтальпию образования
нафталина при 25○C.
Ответ: 17,82 ккал.
35. Используя следующие данные:
Cp○, кал/(моль•К)
Вещество
∆fH○300, ккал/моль
A
0
5,00+0,002Т
B
-50
7,00
-80
8,00
AB2
○
а) Вывести выражение для зависимости ∆H от температуры
для реакции A+2B=AB2.
б) Оценить ∆H○ для этой реакции при 1000 К.
Ответ: 23390-11Т-0,001Т2; 11390 кал.
36. Вывести уравнение зависимости ∆H○ от температуры для
приведенной ниже реакции. Конечное уравнение должно
содержать только Т и числа.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
АТВ+2В2(Г)=АВ4(Г) ∆H○300=500ккал.
Ср(АТВ)=5+3•10-3Т, кал/(моль•К).
Ср(В2,Г)=6+4•10-3Т, кал/(моль•К).
Ср(АВ4,Г)=7+5•10-3Т, кал/(моль•К).
Ответ: 503270-10Т-0,003Т2.
37. Определить энтальпию плавления льда при -10○С из
следующих
данных:
Ср(H2O,ТВ)=9
кал/(моль•К),
Ср(H2O,Ж)=18 кал/(моль•К), теплота плавления льда при 273К
равна 1435 кал/моль.
Ответ: 1345 кал/моль.
38. Стандартная энтальпия сгорания ∆СH○298 кристаллической
бензойной кислоты (C6H5COOH) до CO2(Г) и H2O(Ж) равна -771,72
ккал/моль. Найти ∆fH○298, ∆fU○298, ∆fH○373 бензойной кислоты из
простых веществ. Принять, что в данном интервале температур
теплоемкости веществ постоянны:
C6H5COOH(КР) С(ГР) Н2(Г) О2(Г)
○
Cp , кал/(моль•К)
35,1
2,0 4,9 5,0
Ответ: -91,589 ккал; -89,205 ккал; -91,484 ккал.
39. Определить тепловой эффект реакции
2NaCl(ТВ)=Na2Cl2(Г)
при р=1,013•105 Па и Т=800К, если ∆fH○298(NaCl,ТВ)=
-411,3 кДж/моль и ∆fH○298(Na2Cl2,Г)= =-564,0 кДж/моль.
Изменение энтальпии Na2Cl2(Г), находящегося в стандартном
состоянии от 298К до 800К, ∆(H○800- H○298)=40,9 кДж/моль. Для
NaCl(ТВ) считать, что Ср в интервале температур 200-800К
постоянна и равна 55 Дж/(моль•К). Определить тепловой эффект
при постоянном объеме и Т=298К.
Ответ: 244,3 кДж; 256,1 кДж.
40. 200 г олова (теплоемкость 6,1 кал/(г-ат.•К)) с исходной
температурой 100○С и 100 г воды с исходной температурой 25○С
погружены вместе в калориметр. Приняв, что теплоемкость
постоянна, и что тепло не было потеряно или получено от
окружающей среды или калориметра, найти: а) конечную
температуру системы; б) изменение энтропии для олова, воды и
для олова и воды вместе.
Ответ: -2,07 кал/К; 2,32 кал/К; 0,25 кал/К.
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
41. 2 моля идеального одноатомного газа при начальном
давлении 1 атм и 300 К были проведены через следующий цикл,
все стадии которого обратимы: изотермическое сжатие до 2 атм
(I), изобарическое нагревание до 400 К (II) и возвращение в
начальное состояние по пути р=а+bT (а и b- постоянные) (III).
Изобразить цикл на диаграмме р-Т и вычислить ∆U и ∆S
рабочего тела для каждой стадии цикла.
Ответ: I: 0, -2,77 кал/К; II: 600 кал, 2,88 кал/К; III: -600 кал,
-0,1 кал/К.
42. Определить ∆S, ∆H и ∆U процесса
1 моль H2O(ж, 20○С, 1атм )→ 1моль H2O(г, 250○С, 1атм ),
имея следующие данные: Ср(г)=8,6 кал/(моль•К), теплота
испарения воды при 100○С и 1 атм составляет 9720 кал/моль.
Ответ: 33,28 кал/К; 12450 кал; 11410 кал.
43. Рассчитать абсолютную энтропию 1 моля металлического
урана при 20 К, если его теплоемкость при этой температуре
равна СV=0,727 кал/(моль•К).
Ответ: 0,242 э.е.
44. Определить энтропию смеси, образующейся в процессе
смешения 1л СО2 и 3л N2 при 25○С и 1 атм, если стандартные
значения энтропии газов равны: S○298(СО2)=51,77 э.е. и
S○298(N2)=45,77 э.е.
Ответ: 7,922 э.е.
45. Теплоемкость Ср (кал/(моль•К)) некоторого вещества
имеет следующие значения:
0 < Т < 50К
Ср(тв)=4,0•10-5Т3
Ср(тв)=5,0
50 ≤ Т < 150
Ср(ж)=6,0
150 < Т < 400К
Температура плавления 150 К. ∆H○ПЛ=300 кал/моль.
а) Вычислить мольную энтропию этого вещества в жидком
состоянии при 300К.
б) Рассчитать мольную энтальпию плавления, энтропию
плавления и энергию плавления Гиббса при 100 К.
Ответ: 13,32 э.е.; 250 кал/моль; 1,59 э.е;91 кал/моль.
46. Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F и ∆G при расширении 5 молей
кислорода от 100 до 1000 литров при 25○С.
Ответ: 0; 0; 22,9 кал/К; -6,8 ккал; -6,8 ккал.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
47. Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F и ∆G при переходе воды в пар при
100 С и 1 атм. При этой температуре и давлении мольный объем
воды равен 18мл, а мольный объем пара 30,2 л. Теплота
испарения воды при этой температуре равна 9,71 ккал/моль.
Ответ: 8979,3 кал; 9710 кал; 26,03 кал/К; -730,7 кал; 0.
48. Найти ∆U, ∆H, ∆S, ∆F, ∆G и конечные V и T при
адиабатическом расширении до 1 атм 1 л кислорода, взятого при
25○С и давлении 5 атм, если S○298(О2)=49,01 э.е.
Ответ: -110 кал; -154 кал; 0; 968,2 кал; 924,2 кал.
49. Вычислить ∆F○ и ∆G○ процесса перехода 1 моля бензола в
газообразное состояние при температуре кипения 80,2○С и
р=1 атм. Определить разность внутренних энергий в этих
состояниях, если изменение энтропии в этом процессе равно
20,8 э.е.
Ответ: -702,2 кал; 0; 6647,6 кал.
50. Имеется два источника тепла, температура которых
Т1=400К и Т2=300К, а теплоемкости С1=25 кал/К и С2=30 кал/К.
Найти работу при обратимом выравнивании температур.
Определить
конечную
температуру
при
необратимом
выравнивании температур.
Ответ: 195,5 кал; 345,4 К.
51. Показать,
что
в
изолированной
системе
самопроизвольный процесс затвердевания бензола при -5°С
возможен. Изменение энтропии в этом процессе ΔS = -8,5 э.е., а
тепловой эффект затвердевания ΔН = -2360 кал/моль.
52. Пойдёт ли образование воды согласно реакции
H2(г) + 1/2O2(г) = H2O(ж) при 298 К,
если ΔН=-68317 кал/моль.
53. В водном растворе проходит реакция:
Y2 + H2S = 2HY+S ΔH0 = -73,3 кДж.
В газовом состоянии веществ реакция протекает в
противоположном направлении:
2HY + S = Y2 + H2S ΔH0 = -20,9 кДж.
Почему?
54. Рассчитайте изменение энтропии в реакциях
H2O(г) = H2(г) + 1/2O2(г),
CaO(кр) + CO2(г) = CaCO3(кр).
○
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обсудите знаки изменения энтропии. Предскажите
направление процессов при стандартной температуре.
55. Предскажите, какая из реакций возможна:
CaCl2(кр) + F2(г) = CaF2(кр) + Cl2(г),
CaF2(кр) + Cl2(г) = CaCl2(кр) + F2(г).
56. Чем можно объяснить, что при стандартных условиях
невозможна реакция, протекающая по уравнению
ΔH0298 = -2,85 кДж
H2(г) + CO2(г) = CO(г) + H2O(ж)
Определить ΔG0298 этой реакции.
Ответ: 19,91 кДж.
57. При какой температуре наступит равновесие системы
4HCl(г) + O2(г) = 2H2O(г) + 2Cl2(г) ΔH0298 = -114,2 кДж
Что в этой системе является более сильным окислителем:
хлор или кислород и при каких температурах?
Ответ: 891 K.
58. Восстановление Fe2О3 водородом протекает по уравнению
Fe2О3(кр) + 3H2(г) = Fe(кр) + 3Н2О(г)
ΔH0298 = 96,61 кДж
Возможна ли эта реакция при стандартных условиях, если
изменение энтропии ΔS0298= = 0,1387 кДж/моль? При какой
температуре начинается восстановление оксида железа?
Ответ: 696 К.
59. Вычислить ΔG0500 для реакции
FeCO3(кр) = FeO(кр) + CO2(г),
если известны следующие данные: ΔF0298 = 25,92 ккал,
FeCO3(кр)
FeO(кр)
CO2(г)
Ср, кал/(моль·К)
11,63 + 26,8·10-3Т
38,0
6,85 + 8,53·10-3Т
S0298, э.е.
22,2
14,2
51,1
Ответ: 16,24 ккал.
60. Вычислить ΔG0973 для реакции
CO(г) + 2H2(г) = CH3OH(г),
если имеются следующие данные:
CO(г)
H2(г)
CH3OH(г)
ΔfH0298 ккал/(моль·К)
-26,4
0
-48,1
S0298, э.е.
47,3
31,2
56,8
Ответ: 37,3 ккал.
11
Ср, кал/(моль·К)
7,0
6,9
4,9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Химическая кинетика и равновесие
61. Реакция протекает по уравнению:
4A + B = 2C + P.
Во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной
реакций, если концентрации веществ увеличить в два раза? В
какую сторону сместится равновесие?
Ответ: возрастут в 32 и 16 раз; равновесие сместится в
сторону прямой реакции.
62. Вычислить во сколько раз возрастёт скорость реакции при
увеличении температуры на 40°C, если температурный
коэффициент реакции равен 3?
Ответ: в 81 раз.
63. При 353 К реакция заканчивается за 20 сек. Сколько
времени длится реакция при 293К, если температурный
коэффициент реакции равен 2,5?
Ответ: 4879 сек.
64. Реакция протекает по уравнению:
Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SO3 + S.
Как изменится скорость реакции после разбавления
реагирующей смеси в 4 раза?
Ответ: уменьшится в 16 раз.
65. Вычислить, при какой температуре реакция закончится за
45 минут, если при 293 К на это требуется 3 часа. Температурный
коэффициент равен 3,2.
Ответ: 304,9 К.
66. В начальный момент протекания реакции
N2 + 3H2 = 2NH3
концентрации были равны (моль/л): азота – 1,5; водорода –
2,5; аммиака – 0. Каковы концентрации азота и водорода при
концентрации аммиака, равной 0,5 моль/л?
Ответ: 1,25 моль/л; 1,75 моль/л.
67. При синтезе аммиака равновесие установилось при
следующих концентрациях реагирующих веществ: C(N2) =
2,5 моль/л; С(H2) = 1,8 моль/л; С(NH3) = 3,6 моль/л. Рассчитать
константу равновесия этой реакции и исходные концентрации
азота и водорода.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ответ: 0,89; 4,3 моль/л; 7,2 моль/л.
68. Определить равновесную концентрацию водорода в
реакции
2HY = H2 + Y2,
если исходная концентрация HY составляет 0,55 моль/л, а
константа равновесия равна 0,12.
Ответ: 0,14 моль/л.
69. Реакция протекает по уравнению
2А = В.
Исходная концентрация вещества А равна 0,2 моль/л.
Константа равновесия реакции 0,5. Вычислить равновесные
концентрации реагирующих веществ.
Ответ: 0,015 моль/л; 0,17 моль/л.
70. В каком направлении сместится равновесие реакции
2CO + 2H2 = CH4 + CO2,
если концентрации всех реагирующих веществ уменьшить в
три раза?
71. Равновесие в системе:
2NO2 = 2NO + O2
при
некоторой
температуре
установилось
при
концентрациях: C(NO2) = 0,06 моль/л; С(NO) = 0,24 моль/л; С(O2)
= 0,12 моль/л. Определить константу равновесия и рассчитать
исходную концентрацию NO2.
Ответ: 1,92; 0,3 моль/л.
72. Константа равновесия реакции
Fe3O4(тв) + CO(г) = 3FeO(тв) + CO2(г)
при 600°С равна 1,15. Смесь 1 моля Fe3O4, 2 молей CO,
0,5 моля FeO и 0,3 моля CO2 нагрета до 600°C при общем
давлении 5 атм. Определить количество каждого вещества при
равновесии.
Ответ: количество в молях: Fe3O4 – 0,07; CO – 1,07; FeO –
3,29; CO2 – 1,23.
73. При 300 К константа равновесия для реакции
N2O4(г) = 2NO2(г)
равна 0,174. Какой будет кажущаяся молярная масса
равновесной смеси N2O4 и NO2, полученной при диссоциации
чистой N2O4 под давлением 1 атм при этой температуре?
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ответ: 76,5 г/моль.
74. При каком давлении должен находиться PCl5 при 250°C,
чтобы степень его превращения в PCl3 и Cl2 составляла 30%? Кр =
1,78.
Ответ: 18 атм.
75. Используя приведённые ниже данные, вычислить
константу равновесия при 25°С для реакции
3C2H2(г) = C6H6(г).
Можно ли рекомендовать этот процесс в качестве
практического метода получения бензола?
ΔfG0298 ккал/моль
C2H2(г) 50
C6H6(г) 29,76
Ответ: 1,6·1088.
76. Чистые окись цинка и окись углерода находятся в
соприкосновении при 1300 К и общем давлении 1 атм до тех пор,
пока реакция
ZnO(тв) + CO(г) = Zn(г) + CO2(г)
не достигнет равновесия. Плотность смеси стала равна
0,344 г/л. Найти: а) молярную массу газовой смеси; б) мольную
долю CO, прореагировавшей с ZnO и в) константу равновесия Kр
для данной реакции.
Ответ: а) 36,7 г/моль; б) 0,196; в) 4,00·10-2 атм.
77. Даны следующие значения ΔfG0 ккал/моль при 25°С:
CO(г)
-32,708
CO2(г)
-94,260
H2O(г)
-54,635
H2O(ж)
-56,69
а) найти ΔG0298 и Кр для реакции
CO(г) + H2O(г) = CO2(г) + H2(г),
б) определить давление пара воды при 25°С.
Ответ: а) -6,818 ккал и 1·105; б) 3,12·10-2 атм.
78. а) Чистый бромистый йод вводится в сосуд с постоянным
объёмом при 25°С до тех пор, пока его парциальное давление
(прежде чем начнётся реакция) достигнет 0,5 атм. После
достижения равновесия в реакции
2YBr = Y2(тв) + Br2(г)
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
при 25°С парциальное давление брома будет равно 0,17 атм.
Найти константу равновесия Kр.
б) Бромистый йод находился при 25°С и постоянном общем
давлении 0,5 атм. до тех пор, пока в процессе его диссоциации не
установилось равновесие. В присутствии твёрдого йода
парциальное давление паров йода равно 4,0·10-4 атм. Определить
парциальное давление брома в равновесной смеси, приняв, что
бром не конденсируется в жидкость.
Ответ: а) 6,64 атм-1; б) 0,29 атм.
79. Для реакции
3Fe2O3(тв) = 2Fe3O4(тв) + 1/2O2(г)
ΔH0298 = 55,5 ккал, ΔG0298 = 46,5 ккал. Рассчитать Кр при
а) 25°С; б) 125°C.
Ответ: 7,9·10-35; 1,3·10-24.
80. Смесь из 90% CH4 и 10% H2 (проценты мольные)
реагирует при 900 К по реакции
CH4 = 2H2 + C(тв).
Общее давление 1,2 атм. Найти равновесный состав смеси,
если ΔfG0900(CH4) = 2030 кал/моль.
Ответ: CH4 – 0,23; H2 – 0,77.
81. При 450 К степень диссоциации PCl5 на PCl3 и Cl2 при
p=1 мм.рт.ст. составляет 89%. Рассчитать степень диссоциации
PCl5 при 210°C и при p=10 мм.рт.ст. Энтальпии образования PCl5
и PCl3 равны -376,0 и -289,5 кДж/моль соответственно. Считать,
что энтальпия реакции не зависит от температуры.
Ответ: 72%.
82. Рассчитать парциальное давление CO2 в системе CaCO3,
CaO, CO2 при 298 К и p=1 атм. При какой температуре CaCO3
начнёт распадаться (CaCO3 = CaO + CO2)?
Вещество
CaCO3
CaO
CO2
S0298, Дж/(моль·К)
88,7
39,8
213,8
-ΔfH0298 кДж/моль
1208,0
636,0
393,8
Ответ: 2,4·10-23 атм.; 1080,7 К.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
83. Для реакции
2NH3 = N2 + 3H2
рассчитать Кс при 230°C. Справочные данные:
NH3
H2
N2
ΔfH0298 кДж/моль
S0Т, Дж/(моль·К)
-45,9
0
0
-10,1+35,61·lnT
-33,5+28,81·lnT
25,7+29,11·lnT
Считать ΔСр = const и равной 44,3 Дж/(моль•К).
Ответ: 0,0069 (моль/л)2.
84. Найти давление газа над NH4Br(кр) для реакции
NH4Br(кр) = NH3(г) + HBr(г) при 600 К
Вещество
NH4Br
NH3
HBr
ΔfH0298, кДж/моль
-270,1
-46,2
-34,1
S0298, Дж/(моль·К)
112,8
192,6
198,6
Ср, Дж/(моль·К)
88,7
35,6
28,0
Считать, что теплоёмкости постоянны в интервале 298 –
600 К.
Ответ: 0,154 атм.
85. При нагревании 1 моля ClF3(г) в объёме 2 л до 300°С
разложению на Cl2 и F2 подверглось 0,1% препарата. Определить
ΔfH0298(ClF3).
Справочные данные:
Вещество
ClF3
Cl2
F2
S0298, Дж/(моль·К)
282
223
202,7
Ср, Дж/(моль·К)
60,1
33,9
31,3
Считать ∆Ср постоянной.
Ответ: -126, 45 кДж/моль.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Окислительно-восстановительные
реакции и электрохимические процессы
86. Подобрать коэффициенты в уравнениях следующих
реакций методом составления электронно-ионных уравнений:
1) K2Cr2O7+KY+H2SO4→K2SO4+Cr2(SO4)3+Y2+H2O
2) KMnO4+HCl→MnCl2+Cl2+H2O+KCl
3) KBr+KBrO3+H2SO4→Br2+K2SO4+H2O
4) KMnO4+Na2SO3+NaOH→Na2MnO4+ K2SO4+ H2O
5) Cr2O3+KNO3+KOH→K2CrO4+KNO2+ H2O
6) FeSO4+KMnO4+ H2SO4→ K2SO4+MnSO4+Fe2(SO4)3+ H2O
7) Br2+HClO+ H2O →HBrO3+HCl
8) H2S+ H2SO3→S+ H2O
9) MnO2+KClO3+KOH→ K2MnO4+KCl+ H2O
10) Cu2S+HNO3→Cu(NO3)2+ H2SO4+NO+ H2O
87. Составить два элемента, в одном из которых медь
являлась бы катодом, а в другом – анодом. Написать уравнения
реакций, проходящих при работе этих элементов, и указать
приблизительные величины их электродвижущих сил.
88. Гальванический элемент состоит из магниевой и
железной пластинок, погруженных в молярные растворы солей
этих металлов. Определить э.д.с. элемента. Какой из металлов
расходуется при работе элемента? Выразить молекулярным и
ионным уравнениями проходящую при этом реакцию.
Ответ: 1,93 В.
89. Гальванический элемент состоит из серебряного
электрода, погруженного в 1 М раствор азотнокислого серебра, и
нормального водородного электрода. Какие химические
процессы будут происходить у электродов этого элемента при его
работе? Определить величину его э.д.с.
Ответ: 0,8 В.
90. Какие химические процессы происходят у электродов при
работе гальванического элемента, состоящего из медной и
серебряной пластинок, погруженных в молярные растворы
азотнокислой меди и азотнокислого серебра? Указать величину
э.д.с этого элемента.
Ответ: 0,46 В.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
91. Рассчитать э.д.с. элемента, образованного никелевым
электродом, погруженным в 0,1 М раствор сернокислого никеля,
и медным электродом, погруженным в 0,2 М раствор
сернокислой меди. Выразить молекулярным и ионным
уравнениями происходящую при работе элемента реакцию.
Ответ: 0,61 В.
92. Какие процессы будут происходить у электродов при
работе гальванического элемента, составленного из пластинок
алюминия и серебра, погруженных: первая в 0,01 М раствор
алюминиевой соли, а вторая – в 2 М раствор азотнокислого
серебра? Какова будет э.д.с. этого элемента?
Ответ: 2,52 В.
93. Электродвижущая сила элемента, состоящего из медного
и свинцового электродов, опущенных в молярные растворы
соответствующих солей, равна 0,47 В. Изменится ли величина
электродвижущей силы, если взять 0,001 М растворы? Ответ
подтвердить расчетом.
94. Составить схему гальванического элемента, содержащего
кадмиевую пластинку, погруженную в 1 М раствор соли кадмия,
и медную пластинку, погруженную в 0,001 М раствор соли меди.
Записать уравнения процессов на электродах и определить э.д.с.
Ответ: 0,68 В.
95. Железная и цинковая пластинки, будучи погружены
каждая в отдельности в разбавленную серную кислоту,
растворяются в ней с выделением водорода. Что изменится, если
опустить их обе одновременно в сосуд с кислотой, соединив
концы проводником? Будут ли они обе растворяться? У
поверхности какой пластины будет выделяться водород? Ответ
мотивируйте.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Законы электролиза
96. Определить время электротехнического меднения и
необходимое для нанесения пленки меди толщиной 10 мкм при
плотности тока j=10-2 А/см2. Выход по току равен 100%.
Плотность меди равен 8,9 кг/м3.
Ответ: 2705 с.
97. Какой толщины слой алюминия растворяется при
анодном полировании подложки площадью 10 см2 при силе тока
1 А в течение 30 мин. Выход по току 50%. Плотность алюминия
равна 2,7 кг/м3.
Ответ: 31 мкм.
98. Сколько времени потребуется для растворения пленки
никеля толщиной 1 мкм с площади 1 см2 при силе тока 10-2А?
Выход по току 50%. Плотность никеля – 8,8·103 кг/м3.
Ответ: 575 с.
99. Определить время, необходимое для нанесения пленки
никеля толщиной 1 мкм на подложку площадью 100 см2. Сила
тока 1 А. Выход по току 60%. Плотность никеля – 8,8·103 кг/м3.
Ответ: 482 с.
100. Какой толщины пленка золота образуется при
электролизе раствора HAuCl4 при плотности тока j=10-1 А/см2 и
времени 30 мин? Выход по току 100%. Плотность золота –
19,3·103 кг/м3.
Ответ: 63,5 мкм.
101. Сколько времени требуется для получения катодного
слоя индия толщиной 10 мкм из электролита, содержащего
сульфит индия, на пластине площадью 5 см2 и силе тока 0,5 А?
Выход по току 70%. Плотность индия – 7,4·103 кг/м3.
Ответ: 177 с.
102. Рассчитать силу тока, необходимую для растворения
медной фольги толщиной 100 мкм с площади 1 см2 в течение
90 секунд. Выход по току 100%. Плотность меди – 8,9·103 кг/м3.
Ответ: 3 А.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
103. Рассчитать время лужения медной платы в электролите,
содержащем хлорид олова (II). Площадь платы 10 см2 , сила тока
0,5 А. Толщина слоя олова 20 мкм. Выход по току 100%.
Плотность олова – 7,3·103 кг/м3.
Ответ: 475 с.
104. На сколько уменьшится толщина никелевого анода
площадью 10 см2 при его электрохимическом травлении в
течение 1 часа при силе тока 0,1 А? Выход по току 60%.
Плотность никеля – 8,8·103 кг/м3.
Ответ: 7,5 мкм.
105. Серебрение пластины проводилось в течение 0,5 часа
при плотности тока 10-2А/см2. Определить толщину покрытия.
Выход по току 50%. Плотность серебра – 10,5·103 кг/м3.
Ответ: 9,5 мкм.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Правило фаз.
Диаграммы состояния однокомпонентных
и двухкомпонентных систем
106. Указать точные условия, при которых справедлива
формула f=n-k+2, где f – число степеней свободы, n – число
компонентов и k – число фаз.
107. Доказать, что на диаграмме “давление – температура”
линия равновесия жидкость – пар в однокомпонентной системе
всегда должна иметь положительный наклон.
108. Некоторое вещество существует в двух твердых
модификациях ά и β, а также в виде жидкости и пара. Под
давлением 1 атм при низкой температуре ά устойчивее, чем β, а β
при более высокой температуре переходит в жидкость. ά имеет
плотность больше, а β – меньше, чем жидкость. Изобразить
фазовую диаграмму “давление – температура”, указав значение
каждой точки, линии и области.
109. Некоторое вещество существует в двух твердых фазах Q
и R, а также в виде жидкости и пара. В следующих тройных
точках наблюдаются устойчивые равновесия.
Давление, атм.
Фазы
Температура, ○С
10
1
Q, R, n
80
10
R, ж, n
50
1000
Q, R, ж
а) Изобразить фазовую диаграмму “давление – температура”
этого вещества. Обозначить фазу (или фазы) в каждой области
диаграммы.
б) Выбрать форму с большей плотностью вблизи 50○С и
100 атм: Q и R, R и ж, Q и ж.
Если не можете решить, объясните, почему.
Ответ: ρQ>ρR; ρЖ>ρR.
110. Простое вещество X существует в трех твердых
аллотропных модификациях 1, 2 и 3 соответственно. Вблизи
тройной точки 1-2-3 S2> S3>S1 и V3> V1>V2 (S – удельная
энтропия, V – удельный объем). Начертить три линии,
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
соответствующие двухфазным равновесиям вблизи тройной
точки 1-2-3 на диаграмме “давление – температура”. Обозначить
все линии и области.
111. В исследовании воды при давлениях вплоть до 3000 атм
получены следующие тройные точки:
Давление, атм.
Фазы
Температура, ○С
3
+0,008
6,1·10
n, ж, ледI
-22,0
2450
ледI, ледII, ж
-34,7
2100
ледI, ледII, ледIII
Под давлением в 1660 атм ледI и ледII находятся в
равновесии при -60○С. ЛедII имеет плотность больше, чем у
льдаIII, который плотнее жидкости. Изобразить схематически
фазовую диаграмму “давление – температура” для воды от -60○С
до 0○С и от 0 до 3000 атм. Обозначить каждую область. Показать
наклон каждой кривой. Пренебречь кривыми, которые
неразличимы в масштабе диаграммы.
112. Изобразить
схематически
фазовую
диаграмму
“температура – состав” бинарной системы А-В, имеющей одну
эвтектическую
точку,
одну
перетектическую
точку
(соответствующую инконгруэнтному плавлению соединения АВ)
и не имеющей твердых растворов. Обозначить все области.
113. А и В образуют два химических соединения. А2В
плавится при 800○С. АВ2 разлагается при 700○ на твердый В и
жидкую фазу. Твердые растворы в системе не образуются.
а) Построить для системы А-В фазовую диаграмму
“температура – состав”. Обозначить каждую область.
б) Жидкий расплав, содержащий 70% В медленно
охлаждается от 1100 до 400○С. Построить график зависимости
температуры процесса от времени.
Au
Pb
114. Температуры плавления, ○С
1063
327
Инконгруэнтная температура
Au2Pb
AuPb2
○
плавления, С 418 254
Ат.% Pb в расплаве
44
71
○
Эвтектическая точка: AuPb2+ Pb, 215 С; 84 ат.% Pb. Твердые
растворы не образуются. Построить фазовую диаграмму
“температура – ат.%”. Обозначить каждую область.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
115. CaF2 и CaCl2 полностью смешиваются в жидком
состоянии. Следующие данные получены при охлаждении
различных жидких растворов CaF2 и CaCl2.
Температура
Температура
CaCl2, мол %
при завершении
начала
○
затвердевания, ○С
затвердевания, С
0
1300
1300
30
1050
737
40
950
737
50
820
737
58
737
644
60
735
644
70
700
644
80
644
644
90
710
644
100
774
774
а) Построить фазовую диаграмму “температура – мол.%”.
Обозначить каждую область.
б) Описать с помощью кривой охлаждения изменение
температуры со временем, когда смесь, состоящая из 55 мол.%
СaCl2 и 45 мол.% CaF2 охлаждается от 1000 до 600○С.
116–123 (рис. 1–8) Проанализировать диаграмму состояния
двухкомпонентной системы:
• указать фазовый состав всех областей диаграммы состояния
(обозначенных цифрами в кружке), химические соединения в
данной системе и записать реакции, по которым они образуются;
• провести анализ фазовых превращений для сплавов,
указанных составов и построить для них кривую охлаждения;
• определить качественно и количественно фазовый и
химический составы системы при заданной температуре. Масса
сплава 100 г.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
№
задачи
№ задания
1
2
Система
А-В
116
A-Ti, B-Ge
117
A-Ru, B-Sc
118
A-Ga, B-Ba
119
A-Si, B-As
120
A-V, B-B
121
A-Ge, B-Ba
122
A-Hg, B-Ba
123
A-Cu, B-Ba
№
сплава
I
II
III
I
II
I
II
I
II
I
II
I
II
I
II
I
II
Содержание В,
ат.%
20
43
75
60
95
70
85
30
60
10
35
60
80
60
90
30
60
3
№
сплава
t0 C
I
II
1500
1700
I
II
I
II
I
II
I
II
I
II
I
II
I
II
1600
1300
450
425
1150
1050
1750
2100
1050
600
600
400
700
500
Стандартные энтальпии образования и абсолютные энтропии
S0298 некоторых веществ
Вещество
H2
CO2
CO
Н2О
Н2О
HCl
O2
Cl2
CaO
CaCО3
Состояние
газ
газ
газ
газ
жидкость
газ
газ
газ
кристалл
кристалл
ΔfH0298 кДж/моль
0
-393,51
-110,52
-241,83
-285,84
-92,31
0
0
636,0
1208,0
24
S0298, Дж/(моль·К)
130,59
213,65
197,91
188,72
69,94
186,68
205,03
222,95
39,8
88,7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложения
Рис. 1
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 4
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 5
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 6
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 7
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 8
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ряд стандартных электродных потенциалов
Равновесная
электродная
реакция
Li++e=Li
Na++e=Na
Mg2++2e=Mg
Al3++3e=Al
Zn2++2e=Zn
Fe2++2e=Fe
H+(10-7M)+e=½H2
Cd2++2e=Cd
Е○, В
-3,05
-2,71
-2,37
-1,66
-0,76
-0,44
-0,41
-0,40
Равновесная
электродная
реакция
Ni2++2e=Ni
Sn2++2e=Sn
Pb2++2e=Pb
H++e=½H2
Cu2++2e=Cu
Ag++e=Ag
Au3++3e=Au
33
Е○, В
-0,25
-0,14
-0,13
0,00
+0,34
+0,80
+1,50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Оглавление
1. Основные понятия и законы химии ...................................................... 3
2. Концентрации растворов и способы их выражения ........................... 5
3. Энергетика химических процессов ....................................................... 7
4. Химическая кинетика и равновесие .................................................... 12
5. Окислительно- восстановительные реакции и электрохимические
процессы ............................................................................................................. 17
6. Законы электролиза............................................................................... 19
7. Правило фаз. Диаграммы состояния однокомпонентных и
двухкомпонентных систем ............................................................................... 21
Приложения ............................................................................................... 25
........................................................... Ошибка! Закладка не определена.
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учебное издание
Балабаева Римма Фроловна
Задачи по химии
Редактор, корректор И. В. Бунакова
Компьютерная верстка Е. Л. Шелеховой
Подписано в печать 04.06.2009 г. Формат 60х84/16.
Бумага тип. Усл. печ. л. 2,09. Уч.-изд. л. 1,56.
Тираж 100 экз. Заказ
.
Оригинал-макет подготовлен
в редакционно-издательском отделе ЯрГУ.
Отпечатано на ризографе.
Ярославский государственный университет.
150000 Ярославль, ул. Советская, 14.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Р. Ф. Балабаева
Задачи по химии
38
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
115
Размер файла
3 397 Кб
Теги
балабаева, 1539, задачи, химия
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа