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

10 g Mg ir 48 g O₂ reaguoja pagal 2Mg + O₂ → 2MgO. Kokia MgO masė m gali susidaryti?

M(Mg) = 24,31M(O₂) = 32M(MgO) = 40,3 g/mol

m = g

2.StechiometrijaSunkus

Reakcijoje CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O 8 g CH₄ sureaguoja visiškai (kitų reagentų perteklius) ir surenkama 18,66 g CO₂. Raskite išeigą procentais Y.

M(CH₄) = 16,04 g/molM(CO₂) = 44,01 g/molfaktinė: 18,66 g

Y = %

3.Molinė koncentracija ir skiedimasVidutinis

Reikia 200 mL 0,1 mol/L tirpalo, o turite 6 mol/L pradinį tirpalą. Kiek vandens V_water reikia įpilti į pradinį tirpalą?

c₁ = 6 mol/Lc₂ = 0,1 mol/LV₂ = 200 mL

V_water = mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimasSunkus

200 mL 0,2 mol/L tirpalo sumaišoma su 500 mL tos pačios medžiagos 0,3 mol/L tirpalo. Raskite mišinio koncentraciją c (tūriai adityvūs).

c₁ = 0,2 mol/LV₁ = 200 mLc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 500 mL

c = mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnisVidutinis

30 L talpos inde yra 470 g dujų (CH₄), temperatūra 70 °C. Laikykite jas idealiosiomis ir raskite slėgį P.

m = 470 gM = 16,04 g/molV = 30 LT = 70 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnisSunkus

Raskite dujų (Ar) tankį ρ, kai 750 kPa ir 190 °C, laikydami jas idealiosiomis.

M = 39,95 g/molP = 750 kPaT = 190 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpijaVidutinis

200 g metalo gabalas (varis, c = 0,385 J/(g·°C)), įkaitintas iki 100 °C, įmetamas į 250 g 22 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą T_f.

m_metal = 200 gc_metal = 0,385 J/(g·°C)T_metal = 100 °Cm_water = 250 gT_water = 22 °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 0,4 mol/L H₂ ir 0,4 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 49. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,4 mol/LK_c = 49

[H₂] = mol/L

10.Cheminė pusiausvyraSunkus

PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje K_c = 0,08. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 0,8 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 0,8 mol/LK_c = 0,08

[Cl₂] = mol/L

11.pH ir buferiaiVidutinis

Raskite 0,05 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – benzenkarboksirūgštis (Ka = 6,3 × 10⁻⁵), pH pH.

c = 0,05 mol/LKa = 6,3 × 10⁻⁵

pH =

12.pH ir buferiaiSunkus

1,00 L buferyje yra 0,2 mol medžiagos „acto rūgštis“ ir 0,25 mol jos konjuguotosios bazės (Ka = 1,8 × 10⁻⁵). Pridedama 0,05 mol NaOH. Raskite naują pH pH.

n(HA) = 0,2 moln(A⁻) = 0,25 moln(OH⁻) = 0,05 molKa = 1,8 × 10⁻⁵

pH =

13.Reakcijų kinetikaVidutinis

Pirmos eilės reakcijos periodiniame reaktoriuje k = 0,01 min⁻¹. Kiek laiko reikia, kad konversija pasiektų 60%? Raskite t.

k = 0,01 min⁻¹X = 60 %

t = min

14.Reakcijų kinetikaSunkus

Reakcijos aktyvacijos energija 60 kJ/mol. 40 °C temperatūroje ji per lėta. Iki kokios temperatūros T₂ (°C) ją reikia pašildyti, kad ji vyktų 2 kartų greičiau?

E_a = 60 kJ/molT₁ = 40 °Ck₂/k₁ = 2R = 8,314 J/(mol·K)

T₂ = °C

3Tirpalai

1.Stechiometrija

Atsakymas: m = 16,58 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(Mg) = 10/24,31 = 0,4114 mol

n(O₂) = 48/32 = 1,5 mol

Ribojantysis reagentas

0,4114/2 = 0,2057, 1,5/1 = 1,5 → Mg

Produkto masė

n(MgO) = 0,2057·2 = 0,4114 mol

m = 0,4114·40,3 = 16,58 g

Atsakymas

m = 16,58 g

2.Stechiometrija

Atsakymas: Y = 85,01 %

Teorinė išeiga

n(CH₄) = 8/16,04 = 0,4988 mol

m = 0,4988·1/1·44,01 = 21,95 g

Išeiga procentais

Y = 18,66/21,95·100 = 85,01%

Atsakymas

Y = 85,01%

3.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: V_water = 196,7 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 = 0,1·200/6 = 3,333 mL

Įpilamas vanduo

V_water = 200 − 3,333 = 196,7 mL

Atsakymas

V_water = 196,7 mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: c = 0,2714 mol/L

Bendras molių skaičius

n = 0,2·200 + 0,3·500 = 190 mmol

Mišinio koncentracija

c = 190/700 = 0,2714 mol/L

Atsakymas

c = 0,2714 mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: P = 2787 kPa

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

Moliai

n = m/M = 470/16,04 = 29,3 mol

T = 70 + 273,15 = 343,1 K

Slėgis

P = nRT/V = 29,3·8,314·343,1/0,03 = 2787 kPa

Atsakymas

P = 2787 kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: ρ = 7,781 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 = 750·39,95/(8,314·463,1) = 7,781 kg/m³

Atsakymas

ρ = 7,781 kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: T_f = 27,35 °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

200·0,385·(100 − T_f) = 250·4,18·(T_f − 22)

Išreikškite galutinę temperatūrą

T_f = (77·100 + 1045·22)/(77 + 1045) = 27,35 °C

Atsakymas

T_f = 27,35 °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: [H₂] = 0,08889 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

49 = (2x)²/(0,4 − x)²

Ištraukite kvadratinę šaknį

7 = 2x/(0,4 − x) → x = 0,4·7/(2 + 7) = 0,3111 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[H₂] = 0,4 − x = 0,08889 mol/L

Atsakymas

[H₂] = 0,08889 mol/L

10.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [Cl₂] = 0,2161 mol/L

Pusiausvyros išraiška

0,08 = x²/(0,8 − x) → x² + 0,08·x − 0,064 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

x = (−0,08 + √(0,08² + 4·0,064))/2 = 0,2161 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[Cl₂] = x = 0,2161 mol/L

Atsakymas

[Cl₂] = 0,2161 mol/L

11.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 2,759

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 = 0,001744 mol/L

pH

pH = −log(0,001744) = 2,759

Atsakymas

pH = 2,759

12.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 5,046

Neutralizacija

n(HA) = 0,2 − 0,05 = 0,15 mol

n(A⁻) = 0,25 + 0,05 = 0,3 mol

Hendersono–Haselbalcho lygtis

pH = 4,745 + log(0,3/0,15) = 5,046

Atsakymas

pH = 5,046

13.Reakcijų kinetika

Atsakymas: t = 91,63 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 = 0,4

Išreiškite laiką

t = −ln(1 − X)/k = −ln(0,4)/0,01 = 91,63 min

Atsakymas

t = 91,63 min

14.Reakcijų kinetika

Atsakymas: T₂ = 49,71 °C

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e^−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

Absoliučioji temperatūra

T₁ = 313,1 K

Iš Arenijaus lygties išreiškite T₂

1/T₂ = 1/313,1 − 8,314·ln(2)/60000 = 3,193 × 10⁻³ − 9,605 × 10⁻⁵ = 3,097 × 10⁻³ K⁻¹

T₂ = 322,9 K = 49,71 °C

Atsakymas

T₂ = 49,71 °C

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry