Bendroji chemija: pasiruošimo paketas

Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 14 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.

Nauji uždaviniai Atgal į kursą

Spausdinimo lange pasirinkite „Išsaugoti kaip PDF“, kad nuosavą kopiją išsaugotumėte savo įrenginyje.

1Formulės ir metodai

Stechiometrija

Moliai: n = m/M
Koncentracija: c = n/V
Molių santykis: naudokite išlygintos reakcijos lygties koeficientus
Ribojantysis reagentas: tas, kuris baigiasi pirmas
Išeiga procentais: faktinė / teorinė × 100%

Metodas

Užrašykite ir išlyginkite cheminę lygtį.
Duotą masę paverskite moliais: n = m/M.
Koeficientus naudokite kaip molių santykį ir raskite reikiamos medžiagos molių skaičių.
Atgal į masę perskaičiuokite pagal m = n·M. Kai yra du reagentai, pirmiausia raskite ribojantįjį reagentą.

Molinė koncentracija ir skiedimas

Molinė koncentracija: c = n/V (mol/L)
Moliai: n = m/M
Skiedimas: c₁V₁ = c₂V₂
Maišymas: c = (c₁V₁ + c₂V₂)/(V₁ + V₂)

Metodas

Masę į molius perskaičiuokite pagal n = m/M.
Tūrį perskaičiuokite į litrus.
Molinė koncentracija c = n/V, mol/L.
Skiedžiant molių skaičius nekinta: c₁V₁ = c₂V₂.

Idealiųjų dujų dėsnis

Idealiųjų dujų dėsnis: pV = nRT
Dujų konstanta: R = 8,314 J/(mol·K)
Jungtinis dujų dėsnis: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
Moliai: n = m/M
Temperatūra: T[K] = T[°C] + 273,15

Kalorimetrija ir entalpija

Šiluma: q = m·c·ΔT
Vanduo: c = 4,18 J/(g·°C)
Kalorimetras: atiduota šiluma = gauta šiluma
Reakcijos entalpija: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

Cheminė pusiausvyra

Pusiausvyros konstanta: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
ICE lentelė: Pradinė (Initial), pokytis (Change, ×koeficientas), pusiausvyra (Equilibrium)
Kvadratinė lygtis: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

Metodas

K_c užrašykite kaip produktų ir reagentų santykį, kiekvieną pakėlę jo koeficiento laipsniu.
Sudarykite ICE lentelę: pradinės koncentracijos (Initial), pokytis (Change, x kart koeficientai), pusiausvyra (Equilibrium).
Pusiausvyros išraiškas įrašykite į K_c ir išspręskite x atžvilgiu.
Patikrinkite, ar x pakankamai mažas aproksimacijai; kitu atveju spręskite kvadratinę lygtį.

pH ir buferiai

pH: pH = −log[H⁺]
pOH: pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
Silpnoji rūgštis: [H⁺] ≈ √(K_a·c)
Buferis: pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])
Skiedimas: c₁V₁ = c₂V₂

Metodas

Nustatykite, ar rūgštis ar bazė yra stiprioji (visiškai disocijuoja), ar silpnoji.
Stiprioji rūgštis: [H⁺] lygi jos koncentracijai. Stiprioji bazė: pirmiausia raskite [OH⁻].
Silpnoji rūgštis: išspręskite K_a = x²/(c − x), kur x = [H⁺].
pH = −log[H⁺], o 25 °C temperatūroje pH + pOH = 14.

Reakcijų kinetika

Pirmoji eilė: ln(C_A/C_A0) = −kt
Pusėjimo trukmė (pirmoji eilė): t_½ = ln 2/k
Antroji eilė: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
Arenijus: k = A·e^−E_a/(RT)
Dvi temperatūros: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

2Uždaviniai

1.StechiometrijaVidutinis

16 g C₃H₈ ir 10 g O₂ reaguoja pagal C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. Kokia CO₂ masė m gali susidaryti?

M(C₃H₈) = 44,1M(O₂) = 32M(CO₂) = 44,01 g/mol

m = g

2.StechiometrijaSunkus

Reakcijoje 2Mg + O₂ → 2MgO 24 g Mg sureaguoja visiškai (kitų reagentų perteklius) ir surenkama 24,67 g MgO. Raskite išeigą procentais Y.

M(Mg) = 24,31 g/molM(MgO) = 40,3 g/molfaktinė: 24,67 g

Y = %

3.Molinė koncentracija ir skiedimasVidutinis

Reikia 200 mL 0,5 mol/L tirpalo, o turite 4 mol/L pradinį tirpalą. Kiek vandens V_water reikia įpilti į pradinį tirpalą?

c₁ = 4 mol/Lc₂ = 0,5 mol/LV₂ = 200 mL

V_water = mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimasSunkus

300 mL 0,8 mol/L tirpalo sumaišoma su 250 mL tos pačios medžiagos 2,5 mol/L tirpalo. Raskite mišinio koncentraciją c (tūriai adityvūs).

c₁ = 0,8 mol/LV₁ = 300 mLc₂ = 2,5 mol/LV₂ = 250 mL

c = mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnisVidutinis

Kokį tūrį V užima 330 g dujų (CO₂), kai 450 kPa ir 90 °C? Laikykite jas idealiosiomis.

m = 330 gM = 44,01 g/molP = 450 kPaT = 90 °CR = 8,314 J/(mol·K)

V = L

6.Idealiųjų dujų dėsnisSunkus

Raskite dujų (Ar) tankį ρ, kai 650 kPa ir 190 °C, laikydami jas idealiosiomis.

M = 39,95 g/molP = 650 kPaT = 190 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpijaVidutinis

100 g metalo gabalas (aliuminis, c = 0,897 J/(g·°C)), įkaitintas iki 160 °C, įmetamas į 400 g 23 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą T_f.

m_metal = 100 gc_metal = 0,897 J/(g·°C)T_metal = 160 °Cm_water = 400 gT_water = 23 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Kalorimetrija ir entalpijaSunkus

Naudodami standartines susidarymo entalpijas raskite šilumą q, išsiskiriančią visiškai sudegus 20 g C₂H₅OH (M = 46,07 g/mol): C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l). q pateikite teigiamu skaičiumi.

ΔH°f(C₂H₅OH) = −277,7 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

9.Cheminė pusiausvyraVidutinis

Į indą įdedama 0,1 mol/L H₂ ir 0,1 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 16. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,1 mol/LK_c = 16

[HI] = mol/L

10.Cheminė pusiausvyraSunkus

PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje K_c = 0,08. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 0,1 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 0,1 mol/LK_c = 0,08

[PCl₅] = mol/L

11.pH ir buferiaiVidutinis

Raskite 0,05 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – acto rūgštis (Ka = 1,8 × 10⁻⁵), pH pH.

c = 0,05 mol/LKa = 1,8 × 10⁻⁵

pH =

12.pH ir buferiaiSunkus

Buferyje yra 0,4 mol/L medžiagos „fluoro vandenilio rūgštis“ ir 0,1 mol/L jos natrio druskos. Ka = 0,00068. Raskite buferio pH pH.

[HA] = 0,4[A⁻] = 0,1Ka = 0,00068

pH =

13.Reakcijų kinetikaVidutinis

Pirmos eilės reakcijos periodiniame reaktoriuje k = 0,3 min⁻¹. Kiek laiko reikia, kad konversija pasiektų 80%? Raskite t.

k = 0,3 min⁻¹X = 80 %

t = min

14.Reakcijų kinetikaSunkus

Reakcijos greičio konstanta 25 °C temperatūroje yra 0,02 min⁻¹, o aktyvacijos energija 55 kJ/mol. Raskite greičio konstantą k₂ 65 °C temperatūroje.

k₁ = 0,02 min⁻¹T₁ = 25 °CT₂ = 65 °CE_a = 55 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

3Tirpalai

1.Stechiometrija

Atsakymas: m = 8,252 g

Stechiometrija: išlyginta lygtis skaičiuoja daleles, ne gramus. Masę paverskite moliais pagal n = m/M, lygties koeficientus naudokite kaip molių santykį, tada grįžkite prie masės pagal m = n·M. Kai yra du reagentai, ribojantysis reagentas yra tas, kuris sunaudojamas pirmas ir lemia susidarančio produkto kiekį.

Kiekvieno reagento moliai

n(C₃H₈) = 16/44,1 = 0,3628 mol

n(O₂) = 10/32 = 0,3125 mol

Ribojantysis reagentas

0,3628/1 = 0,3628, 0,3125/5 = 0,0625 → O₂

Produkto masė

n(CO₂) = 0,0625·3 = 0,1875 mol

m = 0,1875·44,01 = 8,252 g

Atsakymas

m = 8,252 g

2.Stechiometrija

Atsakymas: Y = 62,01 %

Teorinė išeiga

n(Mg) = 24/24,31 = 0,9872 mol

m = 0,9872·2/2·40,3 = 39,79 g

Išeiga procentais

Y = 24,67/39,79·100 = 62,01%

Atsakymas

Y = 62,01%

3.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: V_water = 175 mL

Molinė koncentracija: koncentracija c = n/V, išreikšta mol/L, kur n = m/M. Skiedžiant pridedama tirpiklio, bet ne ištirpusios medžiagos, todėl molių skaičius nekinta: c₁·V₁ = c₂·V₂. Sumaišius du tos pačios medžiagos tirpalus, moliai sudedami, kaip ir tūriai.

Pradinio tirpalo tūris

V₁ = c₂·V₂/c₁ = 0,5·200/4 = 25 mL

Įpilamas vanduo

V_water = 200 − 25 = 175 mL

Atsakymas

V_water = 175 mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: c = 1,573 mol/L

Bendras molių skaičius

n = 0,8·300 + 2,5·250 = 865 mmol

Mišinio koncentracija

c = 865/550 = 1,573 mol/L

Atsakymas

c = 1,573 mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: V = 50,31 L

Idealiųjų dujų dėsnis: PV = nRT, kur n = m/M.

Moliai

n = 330/44,01 = 7,498 mol

T = 90 + 273,15 = 363,1 K

Tūris

V = nRT/P = 7,498·8,314·363,1/450 = 50,31 L

Atsakymas

V = 50,31 L

6.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: ρ = 6,744 kg/m³

Idealiųjų dujų tankis: ρ = PM/(RT).

Pertvarkykite dujų dėsnį

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 190 + 273,15 = 463,1 K

Tankis

ρ = 650·39,95/(8,314·463,1) = 6,744 kg/m³

Atsakymas

ρ = 6,744 kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: T_f = 29,98 °C

Šiluma ir entalpija: medžiagai įkaitinti reikia q = m·c·ΔT šilumos. Kalorimetre karšto kūno atiduota šiluma lygi šalto kūno gautai šilumai. Reakcijos entalpijos pokytis randamas iš susidarymo entalpijų: ΔH° = ΣΔH°f(produktai) − ΣΔH°f(reagentai), kiekvieną padauginus iš jos koeficiento.

Šilumos balansas

100·0,897·(160 − T_f) = 400·4,18·(T_f − 23)

Išreikškite galutinę temperatūrą

T_f = (89,7·160 + 1672·23)/(89,7 + 1672) = 29,98 °C

Atsakymas

T_f = 29,98 °C

8.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: q = 593,3 kJ

Reakcijos entalpija

ΔH° = [2·(−393,5) + 3·(−285,8)] − [1·(−277,7) + 3·0] = −1367 kJ

Šiluma duotajai masei

n = 20/46,07 = 0,4341 mol

q = n·|ΔH°/1| = 0,4341·1367 = 593,3 kJ

Atsakymas

q = 593,3 kJ

9.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [HI] = 0,1333 mol/L

Cheminė pusiausvyra: reakcijai aA + bB ⇌ cC + dD pusiausvyros konstanta K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b), kur imamos pusiausvyrinės koncentracijos. ICE lentelė (pradinė, pokytis, pusiausvyra) per vieną nežinomąjį x, padaugintą iš koeficientų, susieja pradinius kiekius su pusiausvyriniais.

Pusiausvyros išraiška

16 = (2x)²/(0,1 − x)²

Ištraukite kvadratinę šaknį

4 = 2x/(0,1 − x) → x = 0,1·4/(2 + 4) = 0,06667 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[HI] = 2x = 0,1333 mol/L

Atsakymas

[HI] = 0,1333 mol/L

10.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [PCl₅] = 0,04202 mol/L

Pusiausvyros išraiška

0,08 = x²/(0,1 − x) → x² + 0,08·x − 0,008 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

x = (−0,08 + √(0,08² + 4·0,008))/2 = 0,05798 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[PCl₅] = 0,1 − 0,05798 = 0,04202 mol/L

Atsakymas

[PCl₅] = 0,04202 mol/L

11.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 3,027

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] ir pOH = −log₁₀[OH⁻], o 25 °C temperatūroje pH + pOH = 14. Stiprios rūgštys ir bazės jonizuojasi visiškai. Silpna rūgštis – tik iš dalies: Ka = x²/(c − x), kur x = [H₃O⁺]. Buferis iš silpnos rūgšties ir jos konjuguotosios bazės atitinka Hendersono–Haselbalcho lygtį: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).

Pusiausvyra

HA ⇌ H⁺ + A⁻: jonizuojasi x mol/L rūgšties.

Ka = x²/(0,05 − x) → x = 0,0009397 mol/L

pH

pH = −log(0,0009397) = 3,027

Atsakymas

pH = 3,027

12.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 2,565

pKa

pKa = 3,167

Hendersono–Haselbalcho lygtis

pH = 3,167 + log(0,1/0,4) = 2,565

Atsakymas

pH = 2,565

13.Reakcijų kinetika

Atsakymas: t = 5,365 min

Reakcijos greitis: pirmos eilės reakcijai −dC/dt = kC, todėl C = C₀·e^−kt, o pusėjimo trukmė ln 2/k nepriklauso nuo koncentracijos. Antros eilės reakcijai 1/C = 1/C₀ + kt. Greičio konstanta didėja su temperatūra pagal Arenijaus lygtį: k = A·e^−Ea/(RT).

Konversija ir koncentracija

C/C₀ = 1 − X = 0,2

Išreiškite laiką

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,2)/0,3 = 5,365 min

Atsakymas

t = 5,365 min

14.Reakcijų kinetika

Atsakymas: k₂ = 0,276 min⁻¹

Absoliučiosios temperatūros

T₁ = 298,1 K, T₂ = 338,1 K

Arenijaus santykis

ln(k₂/k₁) = −(55000/8,314)·(1/338,1 − 1/298,1) = 2,625

k₂ = 0,02·e^2,625 = 0,276 min⁻¹

Atsakymas

k₂ = 0,276 min⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry