Примеры решения задач по курсу химии 1. Закончите уравнения реакций: P2O5+Ca(OH)2= Sn+O2= SnCl4+NaOH= Sn(OH)4+NaOH= [Mg(OH)]2CO3+HCl= Ge+O2= Al+NH3= AlH3+O2= SiH4→T SiH4+O2= Какие реакции можно использовать в технологии получения плёнок (каких), составить ионные уравнения реакций (где возможно). Решение: P2O5+3Ca(OH)2= Ca3(PO4) 2+ 3H2O Sn+O2= SnO2
SnCl4+4NaOH= 4NaCl+Sn(OH)4 Sn(OH)4+4NaOH= Na4SnO4+4H2O [Mg(OH)]2CO3+4HCl=2MgCl2+CO2+3H2O Ge+O2= GeO2 2Al+2NH3=2AlH3+N2 2AlH3+O2=Al2O3+3H2O SiH4→TSi+2H2 SiH4+2O2=SiO2+2H2O 2. При растворении в соляной кислоте 5,4 г сплава алюминия с цинком объём выделившегося водорода, приведённый к н. у. составил 3,8 л. Какой процентный состав сплава? Решение: Пусть х – масса алюминия в сплаве, тогда:
Находим V(H2), выделившийся при реакции Al с HCl: x, г(Al) – y, л(H2) 54 г(Al) – 67,2 л(H2) y = (67,2*x)/5,4 л. Находим V(H2), выделившийся при реакции Zn с HCl: z = ((5,4 г - x)*22,4)/65 Общий V(H2) при реакции сплава с HCl = 3,8 л, следовательно: z + y = 3,8 (л), тогда находим массу Al: (67,2 * x)/54+((5,4-x)*22,4)/64=3,8 (л). 22,4*(3x/54+(5,4-x)/64)=3,8 (22,4*46x+97,2)/1152=3,8 46x+97,2=3,8*1152/22,4 46x+97,2=195,4 46x=98,2 x = 2,14 (г) – масса алюминия. Находим m (Zn): 5,4 – 2,14 = 3,26 (г)
W(Al) = (2,14/5,4)*100% = 39,6% W(Zn) = (3,26/5,4)*100% = 60,4% Ответ: состав сплава: 39,6% Al и 60,4% Zn. 3. Вычислить изменение энергии Гиббса для химической реакции: 4CO(Г)+2SO2(Г)=S2(T)+4CO2(Г), при 25оС по стандартным значениям энтальпий образования и абсолютных энтропий. Реакция проводится между чистыми веществами: На основании вычисленной энергии Гиббса сделать вывод о возможности реакции?
Измениться ли направление процесса при повышении температуры до 100о Какую роль при этом играют энтальпийный и энтропийный факторы? Решение: 4СO(r)+2SO2(r)=S2(T)+4CO2(r) Найдём изменения энтальпии: Найдём изменение энтропии: Зависимость энергии Гиббса реакции описывается уравнением при стандартной температуре t=250C (T=298 K): 1) При t=1000C (T=373
K): При стандартной температуре значение ( ) свидетельствует о том что реакция смещается вправо, в сторону продуктов реакции, при ( ) но т. к. менее электроотрицательнее, то процесс смещения идет в право в меньшей степени. А если было бы >0 то реакция изменила бы направление в обратную сторону. Энтропийный и энтальпийный факторы определяют направление реакций, если энтропия не меняется , то фактором, определяющим направление реакции, служит энтальпия, если то и то это идет процесс с выделением тепла.
Если же , то система может перейти только в состоянии с большей энтропией , из-за знака минус изменение энергии Гиббса . 4. Исходя из теплот реакций окисления As2O3 кислородом и озоном As2O3+O2= As2O5 3As2O3+2O3= 3As2O5 Вычислить теплоту образования озона из молекулярного кислорода 3/2O2→O3. Решение: Первое уравнение умножим на 3: 3As2O3+3O2=3As2O5 3As2O3+2O3=3As2O5
Вычтем из первого уравнения второе: 3O2=2O3 или 3/2О2=О3. - процесс самопроизвольно протекать не может. 5. Константа равновесия реакции FeO(T)+COFe(T)+CO2 при некоторой температуре равна 0,5. Найти равновесные концентрации CO и CO2, если начальные концентрации этих веществ составляли: [CO]=0,05 моль/л, [CO2]=0,01 моль/л. Решение: FeO(T)+CO Fe(T)+CO2 К=0,5. Начальные концентрации [CO]=0,05моль/л; [CO2]=0,01моль/л.
По мере течения реакции концентрация исходных веществ уменьшается, а концентрация продуктов реакции увеличивается. Изменение концентрации идет в строгом соответствии со стехиометрическими соотношениями, которые берутся из уравнения реакции, примем изменение концентрации [СО] до равновесия равному Х моль/л тогда в момент равновесия его концентрация станет 0,05-Х, а у СО2 увеличится на Х, т.е. будет 0,01+Х. Коэффициенты в уравнении одинаковы n(CO)=n(CO2).
Bi. Точка С – расплав, насыщенный Te и Bi. Линии ликвидуса и солидуса делят диаграмму на несколько полей: 1- ненасыщенный расплав Bi и Te (С = 2 – 1 + 1 = 2); 2 – расплав компонентов Bi и Te и кристаллы Te (С = 2 – 2 + 1 = 1); 3 – расплав компонентов Bi и Te и кристаллы Bi (С = 2 – 2 + 1 = 1); 4 и 5 - кристаллы Bi и Te (С = 2 – 2 + 1 = 1). Кривые охлаждения построены на рисунке 2.
Все пробы, одинаковые по массе, но разные по концентрации, характеризуются точкой 3. Температурные остановки 5-6 на кривых охлаждения при 0 и 100% Bi указывают на то, что чистые компоненты кристаллизуются при постоянной температуре t(A) и t(E) (С = 1 – 2 + 1 = 0). Участки 3-5 и 6-7 соответствуют охлаждению чистых компонентов в жидком и твёрдом состояниях соответственно (С = 1 – 1 + 1 = 1). Кривые охлаждения 15, 20 и 80%: участок 3-4 отвечает охлаждению
состава (С = 2 – 1 + 1 = 2). Точке 4 соответствует температура начала кристаллизации одного из компонентов (15, 20% - Te, 80% - Bi). За счёт выделяющейся теплоты кристаллизации в точке 4 наблюдается излом, но температура кристаллизации расплава не сохраняется постоянной, так как его состав непрерывно меняется, а число степеней свободы равно 1 (С = 2 – 2 + 1 = 1). На участке 4-5 в системе продолжается кристаллизация
Te (15 и 20%) и Bi (80%) и каждой температуре соответствует определённый состав насыщенного расплава, который постепенно меняется до эвтектического. Расплав, соответствующий точке 5 становится насыщенным относительно обоих компонентов (точка C на диаграмме), начинается кристаллизация эвтектики, состоящей из кристаллов Te и Bi. Число степеней свободы уменьшается до нуля (С = 2 – 3 + 1 = 0) и температура остаётся постоянной до полного затвердевания смеси (участок 5-6).
Продолжительность температурной остановки тем больше, чем ближе состав исходного расплава к составу эвтектики. Участок 6-7 соответствует охлаждению двухфазной системы в твёрдом состоянии (С = 2 – 2 + 1 = 1). Правило фаз Гиббса – в равновесной системе, на которую из внешних факторов оказывают влияние только температура и давления, число степеней свободы равно числу компонентов минус число фаз плюс два. Фаза – часть гетерогенной системы, ограниченная поверхностью раздела и характеризующаяся в отсутствие
внешнего поля сил одинаковыми химическими, физическими и термодинамическими свойствами во всех своих точках. Компонентом называют индивидуальное химическое вещество, которое является составной частью системы, может быть выделено из неё и существовать самостоятельно. Эвтектика – есть смесь из нескольких (двух или более) компонентов, имеющая определённую характерную структуру, и дающая при температуре своего плавления расплав – раствор, насыщенный относительно всех
компонентов, входящих в состав. 8. Возможно ли существование однокомпонентной системы, состоящей из четырёх фаз? Как доказать? Решение: Для однокомпонентной системы правило фаз Гиббса принимает вид: C = 1 – Ф + 2 = 3 – Ф. Если минимальное число степеней свободы равно нулю (система инвариантна), то Ф = 3. Значит, в равновесной однокомпонентной системе могут существовать максимально три фазы (т, ж, г).