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

6 g CH₄ ir 16 g O₂ reaguoja pagal CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Kokia H₂O masė m gali susidaryti?

M(CH₄) = 16,04M(O₂) = 32M(H₂O) = 18,02 g/mol

m = g

2.StechiometrijaSunkus

Reakcijoje 2Na + Cl₂ → 2NaCl 16 g Na sureaguoja visiškai (kitų reagentų perteklius) ir surenkama 35,79 g NaCl. Raskite išeigą procentais Y.

M(Na) = 22,99 g/molM(NaCl) = 58,44 g/molfaktinė: 35,79 g

Y = %

3.Molinė koncentracija ir skiedimasVidutinis

Reikia 250 mL 0,5 mol/L tirpalo, o turite 2,5 mol/L pradinį tirpalą. Kiek vandens V_water reikia įpilti į pradinį tirpalą?

c₁ = 2,5 mol/Lc₂ = 0,5 mol/LV₂ = 250 mL

V_water = mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimasSunkus

200 mL 0,1 mol/L tirpalo sumaišoma su 400 mL tos pačios medžiagos 0,3 mol/L tirpalo. Raskite mišinio koncentraciją c (tūriai adityvūs).

c₁ = 0,1 mol/LV₁ = 200 mLc₂ = 0,3 mol/LV₂ = 400 mL

c = mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnisVidutinis

30 L talpos inde yra 500 g dujų (N₂), temperatūra 100 °C. Laikykite jas idealiosiomis ir raskite slėgį P.

m = 500 gM = 28,01 g/molV = 30 LT = 100 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnisSunkus

Raskite dujų (He) tankį ρ, kai 500 kPa ir 120 °C, laikydami jas idealiosiomis.

M = 4,003 g/molP = 500 kPaT = 120 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpijaVidutinis

50 g metalo gabalas (cinkas, c = 0,388 J/(g·°C)), įkaitintas iki 100 °C, įmetamas į 300 g 24 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą T_f.

m_metal = 50 gc_metal = 0,388 J/(g·°C)T_metal = 100 °Cm_water = 300 gT_water = 24 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Kalorimetrija ir entalpijaSunkus

Naudodami standartines susidarymo entalpijas raskite reakcijos 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O(l) ΔH°.

ΔH°f(C₄H₁₀) = −125,6 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393,5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285,8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = kJ

9.Cheminė pusiausvyraVidutinis

Į indą įdedama 0,2 mol/L H₂ ir 0,2 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 4. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,2 mol/LK_c = 4

[H₂] = mol/L

10.Cheminė pusiausvyraSunkus

PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje K_c = 0,1. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 1,5 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 1,5 mol/LK_c = 0,1

[Cl₂] = mol/L

11.pH ir buferiaiVidutinis

Raskite 0,01 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – acto rūgštis (Ka = 1,8 × 10⁻⁵), pH pH.

c = 0,01 mol/LKa = 1,8 × 10⁻⁵

pH =

12.pH ir buferiaiSunkus

Buferyje yra 0,4 mol/L medžiagos „skruzdžių rūgštis“ ir 0,1 mol/L jos natrio druskos. Ka = 0,00018. Raskite buferio pH pH.

[HA] = 0,4[A⁻] = 0,1Ka = 0,00018

pH =

13.Reakcijų kinetikaVidutinis

Reakcijos, kurios greičio dėsnis −r_A = k·C_A², k = 1 L/(mol·min), o pradinė koncentracija 0,5 mol/L. Raskite koncentraciją C_A po 20 min.

k = 1 L/(mol·min)C_A0 = 0,5 mol/Lt = 20 min

C_A = mol/L

14.Reakcijų kinetikaSunkus

Reakcijos greičio konstanta 40 °C temperatūroje yra 0,1 min⁻¹, o aktyvacijos energija 40 kJ/mol. Raskite greičio konstantą k₂ 65 °C temperatūroje.

k₁ = 0,1 min⁻¹T₁ = 40 °CT₂ = 65 °CE_a = 40 kJ/molR = 8,314 J/(mol·K)

k₂ = min⁻¹

3Tirpalai

1.Stechiometrija

Atsakymas: m = 9,01 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(CH₄) = 6/16,04 = 0,3741 mol

n(O₂) = 16/32 = 0,5 mol

Ribojantysis reagentas

0,3741/1 = 0,3741, 0,5/2 = 0,25 → O₂

Produkto masė

n(H₂O) = 0,25·2 = 0,5 mol

m = 0,5·18,02 = 9,01 g

Atsakymas

m = 9,01 g

2.Stechiometrija

Atsakymas: Y = 88 %

Teorinė išeiga

n(Na) = 16/22,99 = 0,696 mol

m = 0,696·2/2·58,44 = 40,67 g

Išeiga procentais

Y = 35,79/40,67·100 = 88%

Atsakymas

Y = 88%

3.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: V_water = 200 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 = 0,5·250/2,5 = 50 mL

Įpilamas vanduo

V_water = 250 − 50 = 200 mL

Atsakymas

V_water = 200 mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: c = 0,2333 mol/L

Bendras molių skaičius

n = 0,1·200 + 0,3·400 = 140 mmol

Mišinio koncentracija

c = 140/600 = 0,2333 mol/L

Atsakymas

c = 0,2333 mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: P = 1846 kPa

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

Moliai

n = m/M = 500/28,01 = 17,85 mol

T = 100 + 273,15 = 373,1 K

Slėgis

P = nRT/V = 17,85·8,314·373,1/0,03 = 1846 kPa

Atsakymas

P = 1846 kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: ρ = 0,6123 kg/m³

Idealiųjų dujų tankis: ρ = PM/(RT).

Pertvarkykite dujų dėsnį

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 120 + 273,15 = 393,1 K

Tankis

ρ = 500·4,003/(8,314·393,1) = 0,6123 kg/m³

Atsakymas

ρ = 0,6123 kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: T_f = 25,16 °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

50·0,388·(100 − T_f) = 300·4,18·(T_f − 24)

Išreikškite galutinę temperatūrą

T_f = (19,4·100 + 1254·24)/(19,4 + 1254) = 25,16 °C

Atsakymas

T_f = 25,16 °C

8.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: ΔH° = −5755 kJ

Reakcijos entalpija

ΔH° = [8·(−393,5) + 10·(−285,8)] − [2·(−125,6) + 13·0] = −5755 kJ

Atsakymas

ΔH° = −5755 kJ

Neigiama: reakcija išskiria šilumą (egzoterminė).

9.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [H₂] = 0,1 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

4 = (2x)²/(0,2 − x)²

Ištraukite kvadratinę šaknį

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

Pusiausvyrinė koncentracija

[H₂] = 0,2 − x = 0,1 mol/L

Atsakymas

[H₂] = 0,1 mol/L

10.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [Cl₂] = 0,3405 mol/L

Pusiausvyros išraiška

0,1 = x²/(1,5 − x) → x² + 0,1·x − 0,15 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

x = (−0,1 + √(0,1² + 4·0,15))/2 = 0,3405 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[Cl₂] = x = 0,3405 mol/L

Atsakymas

[Cl₂] = 0,3405 mol/L

11.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 3,382

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/(0,01 − x) → x = 0,0004154 mol/L

pH

pH = −log(0,0004154) = 3,382

Atsakymas

pH = 3,382

12.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 3,143

pKa

pKa = 3,745

Hendersono–Haselbalcho lygtis

pH = 3,745 + log(0,1/0,4) = 3,143

Atsakymas

pH = 3,143

13.Reakcijų kinetika

Atsakymas: C_A = 0,04545 mol/L

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).

Integruotas antros eilės dėsnis

1/C_A = 1/C_A0 + kt = 2 + 1·20 = 22 L/mol

C_A = 1/22 = 0,04545 mol/L

Atsakymas

C_A = 0,04545 mol/L

14.Reakcijų kinetika

Atsakymas: k₂ = 0,3114 min⁻¹

Absoliučiosios temperatūros

T₁ = 313,1 K, T₂ = 338,1 K

Arenijaus santykis

ln(k₂/k₁) = −(40000/8,314)·(1/338,1 − 1/313,1) = 1,136

k₂ = 0,1·e^1,136 = 0,3114 min⁻¹

Atsakymas

k₂ = 0,3114 min⁻¹

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry