Примеры решения задач по курсу химии

Томский межвузовский центр дистанционного образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра промышленной электроники (ПрЭ) Контрольная работа № 1

по дисциплине «Химия»

Примеры решения задач по курсу химии

Выполнил:

студент ТМЦДО специальности 200 700

2005г

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)+2SO_2(Г)=S_2(T)+4CO_2(Г),

при 25^оС 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 100^о Какую роль при этом играют энтальпийный и энтропийный факторы?

Решение:

4СO_(r)+2SO_2(r)=S_2(T)+4CO_2(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 ито 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=О_3.

— 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). Для момента равновесия концентрации взяты равновесны.

0,025−0,5Х=0,01+Х или 1,5Х=0,015

т. е. Х=n=0,01моль/л отсюда в момент равновесия:

[CO₂]₁=0,01+0,01=0,02моль/л

[CO]₁=0,05−0,01=0,04моль/л Ответ: [CO₂]=0,02моль/л; [CO]=0,04моль/л.

6. В состоянии равновесия системы CO₂+H₂=CO+H₂O_(Г) реакционная смесь имела объёмный состав: 22% CO₂, 42% H₂, 17% CO, 20% H₂O. Вычислить K_p и K_c для этой реакции при 1900 К и давлении 98 501 Па.

Решение:

Для вычисления константы равновесия K_p воспользуемся парциальными давлениями реагирующих веществ:

Определим парциальные давления реагирующих веществ:

Определяем K_p:

Между K_p и K_c существует следующая взаимосвязь:

где — разность между числом молей газообразных веществ продуктов реакции и исходных веществ:

=2−2=0, следовательно: .

Ответ: K_p = K_c = 0,37.

7. Постройте диаграмму состояния систем висмут-теллур по следующим данным:

По построенной диаграмме:

а) Определите тип диаграммы и её особенности;

б) Примените правило фаз Гиббса для всех полей, линий и характерных точек на этой диаграмме;

в) Постройте кривые охлаждения для сплавов, содержащих 0, 20, 15, 52, 80 и 100% висмута.

Сформулируйте правило фаз Гиббса, что называется фазой, компонентом, эвтектикой?

Решение:

Данная диаграмма представляет собой диаграмму плавкости. В точках, А и Е системы инвариантны. Правило фаз для них выглядит как: С = 1 — 2 + 1 = 0. При температурах выше t (A) и t (E) чистые компоненты находятся в расплаве (С = 1 — 1 + 1 = При температурах ниже t (A) и t (E) в твёрдом состоянии (С = 1 — 1 + 1 = 1).

Точка, А характеризует температуру плавления Te, точка E характеризует температуру плавления Bi.

Линия ABCDE — линия ликвидуса.

Линия FCG — линия эвтектики, линия солидуса.

Линия AH — линия солидуса Te.

Линия EJ — линия солидуса Bi.

Линия ABC — расплав, насыщенный Te.

Линия CDE — расплав, насыщенный 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).