75 g metalo gabalas (varis, c = 0,385 J/(g·°C)), įkaitintas iki 90 °C, įmetamas į 400 g 18 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą Tf.
Į indą įdedama 0,4 mol/L H₂ ir 0,4 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, Kc = 9. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [H2].
[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,4 mol/LKc = 9
[H2] = mol/L
10.Cheminė pusiausvyraSunkus
PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje Kc = 0,04. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 1,5 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [PCl5].
[PCl₅]₀ = 1,5 mol/LKc = 0,04
[PCl5] = mol/L
11.pH ir buferiaiVidutinis
Raskite 0,2 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – skruzdžių rūgštis (Ka = 0,00018), pH pH.
c = 0,2 mol/LKa = 0,00018
pH =
12.pH ir buferiaiSunkus
Buferyje yra 0,2 mol/L medžiagos „fluoro vandenilio rūgštis“ ir 0,8 mol/L jos natrio druskos. Ka = 0,00068. Raskite buferio pH pH.
[HA] = 0,2[A⁻] = 0,8Ka = 0,00068
pH =
13.Reakcijų kinetikaVidutinis
Pirmos eilės reakcijos periodiniame reaktoriuje k = 0,01 min⁻¹. Kiek laiko reikia, kad konversija pasiektų 95%? Raskite t.
k = 0,01 min⁻¹X = 95 %
t = min
14.Reakcijų kinetikaSunkus
Reakcijos greičio konstanta 20 °C temperatūroje yra 0,05 min⁻¹, o aktyvacijos energija 60 kJ/mol. Raskite greičio konstantą k2 30 °C temperatūroje.
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(CH4) = 8/16,04 = 0,4988 mol
n(O2) = 48/32 = 1,5 mol
Ribojantysis reagentas
0,4988/1 = 0,4988, 1,5/2 = 0,75 → CH4
Produkto masė
n(CO2) = 0,4988·1 = 0,4988 mol
m = 0,4988·44,01 = 21,95 g
Atsakymas
m = 21,95 g
2.Stechiometrija
Atsakymas: Y = 77,99 %
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.
Teorinė išeiga
n(Mg) = 24/24,31 = 0,9872 mol
m = 0,9872·2/2·40,3 = 39,79 g
Išeiga procentais
Y = 31,03/39,79·100 = 77,99%
Atsakymas
Y = 77,99%
3.Molinė koncentracija ir skiedimas
Atsakymas: Vwater = 458,3 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 = 0,5·500/6 = 41,67 mL
Įpilamas vanduo
Vwater = 500 − 41,67 = 458,3 mL
Atsakymas
Vwater = 458,3 mL
4.Molinė koncentracija ir skiedimas
Atsakymas: c = 0,6231 mol/L
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.
Bendras molių skaičius
n = 0,2·150 + 0,75·500 = 405 mmol
Mišinio koncentracija
c = 405/650 = 0,6231 mol/L
Atsakymas
c = 0,6231 mol/L
5.Idealiųjų dujų dėsnis
Atsakymas: P = 574,7 kPa
Idealiųjų dujų dėsnis: PV = nRT, kur n = m/M.
Moliai
n = m/M = 370/39,95 = 9,262 mol
T = 100 + 273,15 = 373,1 K
Slėgis
P = nRT/V = 9,262·8,314·373,1/0,05 = 574,7 kPa
Atsakymas
P = 574,7 kPa
6.Idealiųjų dujų dėsnis
Atsakymas: ρ = 0,8317 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 = 800·4,003/(8,314·463,1) = 0,8317 kg/m³
Atsakymas
ρ = 0,8317 kg/m³
7.Kalorimetrija ir entalpija
Atsakymas: Tf = 19,22 °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
75·0,385·(90 − Tf) = 400·4,18·(Tf − 18)
Išreikškite galutinę temperatūrą
Tf = (28,88·90 + 1672·18)/(28,88 + 1672) = 19,22 °C
Atsakymas
Tf = 19,22 °C
8.Kalorimetrija ir entalpija
Atsakymas: q = 1388 kJ
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.
Cheminė pusiausvyra: reakcijai aA + bB ⇌ cC + dD pusiausvyros konstanta Kc = [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
9 = (2x)²/(0,4 − x)²
Ištraukite kvadratinę šaknį
3 = 2x/(0,4 − x) → x = 0,4·3/(2 + 3) = 0,24 mol/L
Pusiausvyrinė koncentracija
[H₂] = 0,4 − x = 0,16 mol/L
Atsakymas
[H2] = 0,16 mol/L
10.Cheminė pusiausvyra
Atsakymas: [PCl5] = 1,274 mol/L
Cheminė pusiausvyra: reakcijai aA + bB ⇌ cC + dD pusiausvyros konstanta Kc = [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
0,04 = x²/(1,5 − x) → x² + 0,04·x − 0,06 = 0
Išspręskite kvadratinę lygtį
x = (−0,04 + √(0,04² + 4·0,06))/2 = 0,2258 mol/L
Pusiausvyrinė koncentracija
[PCl₅] = 1,5 − 0,2258 = 1,274 mol/L
Atsakymas
[PCl5] = 1,274 mol/L
11.pH ir buferiai
Atsakymas: pH = 2,228
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/(0,2 − x) → x = 0,005911 mol/L
pH
pH = −log(0,005911) = 2,228
Atsakymas
pH = 2,228
12.pH ir buferiai
Atsakymas: pH = 3,77
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]).
pKa
pKa = 3,167
Hendersono–Haselbalcho lygtis
pH = 3,167 + log(0,8/0,2) = 3,77
Atsakymas
pH = 3,77
13.Reakcijų kinetika
Atsakymas: t = 299,6 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 = 0,05
Išreiškite laiką
t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,05)/0,01 = 299,6 min
Atsakymas
t = 299,6 min
14.Reakcijų kinetika
Atsakymas: k2 = 0,1126 min⁻¹
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).