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 H₂ ir 8 g O₂ reaguoja pagal 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Kokia H₂O masė m gali susidaryti?

M(H₂) = 2,016M(O₂) = 32M(H₂O) = 18,02 g/mol

m = g

2.StechiometrijaSunkus

Reakcijoje C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O 6 g C₃H₈ sureaguoja visiškai (kitų reagentų perteklius) ir surenkama 14,01 g CO₂. Raskite išeigą procentais Y.

M(C₃H₈) = 44,1 g/molM(CO₂) = 44,01 g/molfaktinė: 14,01 g

Y = %

3.Molinė koncentracija ir skiedimasVidutinis

Reikia 200 mL 0,1 mol/L tirpalo, o turite 2 mol/L pradinį tirpalą. Kokio tūrio V₁ pradinio tirpalo reikia?

c₁ = 2 mol/Lc₂ = 0,1 mol/LV₂ = 200 mL

V₁ = mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimasSunkus

150 mL 2 mol/L tirpalo sumaišoma su 500 mL tos pačios medžiagos 0,1 mol/L tirpalo. Raskite mišinio koncentraciją c (tūriai adityvūs).

c₁ = 2 mol/LV₁ = 150 mLc₂ = 0,1 mol/LV₂ = 500 mL

c = mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnisVidutinis

10 L talpos inde yra 140 g dujų (N₂), temperatūra 20 °C. Laikykite jas idealiosiomis ir raskite slėgį P.

m = 140 gM = 28,01 g/molV = 10 LT = 20 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnisSunkus

Pastovus dujų (Ar) kiekis pereina iš 100 kPa, 2 L, 15 °C į 550 kPa ir 160 °C. Raskite naują tūrį V₂.

P₁ = 100 kPaV₁ = 2 LT₁ = 15 °CP₂ = 550 kPaT₂ = 160 °C

V₂ = L

7.Kalorimetrija ir entalpijaVidutinis

100 g metalo gabalas (geležis, c = 0,449 J/(g·°C)), įkaitintas iki 130 °C, įmetamas į 150 g 15 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą T_f.

m_metal = 100 gc_metal = 0,449 J/(g·°C)T_metal = 130 °Cm_water = 150 gT_water = 15 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Kalorimetrija ir entalpijaSunkus

Naudodami standartines susidarymo entalpijas raskite reakcijos 2CH₃OH + 3O₂ → 2CO₂ + 4H₂O(l) ΔH°.

ΔH°f(CH₃OH) = −238,7 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 1 mol/L H₂ ir 1 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 64. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [H₂].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 1 mol/LK_c = 64

[H₂] = mol/L

10.Cheminė pusiausvyraSunkus

PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje K_c = 0,04. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 1,5 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 1,5 mol/LK_c = 0,04

[PCl₅] = mol/L

11.pH ir buferiaiVidutinis

Raskite 0,2 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – pieno rūgštis (Ka = 0,00014), pH pH.

c = 0,2 mol/LKa = 0,00014

pH =

12.pH ir buferiaiSunkus

Buferyje yra 0,25 mol/L medžiagos „hipochloritinė rūgštis“ ir 0,2 mol/L jos natrio druskos. Ka = 3 × 10⁻⁸. Raskite buferio pH pH.

[HA] = 0,25[A⁻] = 0,2Ka = 3 × 10⁻⁸

pH =

13.Reakcijų kinetikaVidutinis

Antros eilės reakcijos (−r_A = k·C_A²) periodiniame reaktoriuje k = 0,5 L/(mol·min), o pradinė koncentracija 1,5 mol/L. Kiek laiko reikia, kad konversija pasiektų 50%? Raskite t.

k = 0,5 L/(mol·min)C_A0 = 1,5 mol/LX = 50 %

t = min

14.Reakcijų kinetikaSunkus

Reakcijos greičio konstanta yra 0,05 min⁻¹ 40 °C temperatūroje ir 0,158 min⁻¹ 60 °C temperatūroje. Raskite aktyvacijos energiją E_a.

k₁ = 0,05 min⁻¹T₁ = 40 °Ck₂ = 0,158 min⁻¹T₂ = 60 °CR = 8,314 J/(mol·K)

E_a = kJ/mol

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(H₂) = 10/2,016 = 4,96 mol

n(O₂) = 8/32 = 0,25 mol

Ribojantysis reagentas

4,96/2 = 2,48, 0,25/1 = 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 = 77,99 %

Teorinė išeiga

n(C₃H₈) = 6/44,1 = 0,1361 mol

m = 0,1361·3/1·44,01 = 17,96 g

Išeiga procentais

Y = 14,01/17,96·100 = 77,99%

Atsakymas

Y = 77,99%

3.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: V₁ = 10 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 = 0,1·200/2 = 10 mL

Atsakymas

V₁ = 10 mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: c = 0,5385 mol/L

Bendras molių skaičius

n = 2·150 + 0,1·500 = 350 mmol

Mišinio koncentracija

c = 350/650 = 0,5385 mol/L

Atsakymas

c = 0,5385 mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: P = 1218 kPa

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

Moliai

n = m/M = 140/28,01 = 4,998 mol

T = 20 + 273,15 = 293,1 K

Slėgis

P = nRT/V = 4,998·8,314·293,1/0,01 = 1218 kPa

Atsakymas

P = 1218 kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: V₂ = 0,5466 L

Jungtinis dujų dėsnis: pastoviam idealiųjų dujų kiekiui P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂.

Absoliučiosios temperatūros

T₁ = 288,1 K, T₂ = 433,1 K

Jungtinis dujų dėsnis

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 2·(100/550)·(433,1/288,1) = 0,5466 L

Atsakymas

V₂ = 0,5466 L

7.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: T_f = 22,68 °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

100·0,449·(130 − T_f) = 150·4,18·(T_f − 15)

Išreikškite galutinę temperatūrą

T_f = (44,9·130 + 627·15)/(44,9 + 627) = 22,68 °C

Atsakymas

T_f = 22,68 °C

8.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: ΔH° = −1453 kJ

Reakcijos entalpija

ΔH° = [2·(−393,5) + 4·(−285,8)] − [2·(−238,7) + 3·0] = −1453 kJ

Atsakymas

ΔH° = −1453 kJ

Neigiama: reakcija išskiria šilumą (egzoterminė).

9.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [H₂] = 0,2 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

64 = (2x)²/(1 − x)²

Ištraukite kvadratinę šaknį

8 = 2x/(1 − x) → x = 1·8/(2 + 8) = 0,8 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[H₂] = 1 − x = 0,2 mol/L

Atsakymas

[H₂] = 0,2 mol/L

10.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [PCl₅] = 1,274 mol/L

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 = 2,282

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 = 0,005222 mol/L

pH

pH = −log(0,005222) = 2,282

Atsakymas

pH = 2,282

12.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 7,426

pKa

pKa = 7,523

Hendersono–Haselbalcho lygtis

pH = 7,523 + log(0,2/0,25) = 7,426

Atsakymas

pH = 7,426

13.Reakcijų kinetika

Atsakymas: t = 1,333 min

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

Galinė koncentracija

C_A = 1,5·(1 − 0,5) = 0,75 mol/L

Integruotas antros eilės dėsnis

t = (1/C_A − 1/C_A0)/k = (1,333 − 0,6667)/0,5 = 1,333 min

Atsakymas

t = 1,333 min

14.Reakcijų kinetika

Atsakymas: E_a = 49,9 kJ/mol

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).

Absoliučiosios temperatūros

T₁ = 313,1 K, T₂ = 333,1 K

Išreiškite Ea iš Arenijaus lygties

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8,314·1,151/(-1,917e-4) = 49898 J/mol

E_a = 49,9 kJ/mol

Atsakymas

E_a = 49,9 kJ/mol

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry