50 g metalo gabalas (švinas, c = 0,129 J/(g·°C)), įkaitintas iki 90 °C, įmetamas į 200 g 25 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą Tf.
Į indą įdedama 0,2 mol/L H₂ ir 0,2 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, Kc = 50. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [H2].
[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,2 mol/LKc = 50
[H2] = mol/L
10.Cheminė pusiausvyraSunkus
PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje Kc = 0,04. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 1 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [Cl2].
[PCl₅]₀ = 1 mol/LKc = 0,04
[Cl2] = mol/L
11.pH ir buferiaiVidutinis
Raskite 0,1 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – pieno rūgštis (Ka = 0,00014), pH pH.
c = 0,1 mol/LKa = 0,00014
pH =
12.pH ir buferiaiSunkus
Buferyje yra 0,25 mol/L medžiagos „pieno rūgštis“ ir 0,8 mol/L jos natrio druskos. Ka = 0,00014. Raskite buferio pH pH.
[HA] = 0,25[A⁻] = 0,8Ka = 0,00014
pH =
13.Reakcijų kinetikaVidutinis
Pirmos eilės reakcijos periodiniame reaktoriuje k = 0,15 min⁻¹. Kiek laiko reikia, kad konversija pasiektų 60%? Raskite t.
k = 0,15 min⁻¹X = 60 %
t = min
14.Reakcijų kinetikaSunkus
Pirmos eilės reakcijos greičio konstanta 30 °C temperatūroje yra 0,002 s⁻¹, o aktyvacijos energija 100 kJ/mol. Raskite Arenijaus lygties priešeksponentinį daugiklį A.
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) = 24/24,31 = 0,9872 mol
n(O2) = 24/32 = 0,75 mol
Ribojantysis reagentas
0,9872/2 = 0,4936, 0,75/1 = 0,75 → Mg
Produkto masė
n(MgO) = 0,4936·2 = 0,9872 mol
m = 0,9872·40,3 = 39,79 g
Atsakymas
m = 39,79 g
2.Stechiometrija
Atsakymas: Y = 88,07 %
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) = 4/24,31 = 0,1645 mol
m = 0,1645·2/2·40,3 = 6,631 g
Išeiga procentais
Y = 5,84/6,631·100 = 88,07%
Atsakymas
Y = 88,07%
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 = 0,05·200/1 = 10 mL
Atsakymas
V1 = 10 mL
4.Molinė koncentracija ir skiedimas
Atsakymas: c = 1,944 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 = 1,5·250 + 2,5·200 = 875 mmol
Mišinio koncentracija
c = 875/450 = 1,944 mol/L
Atsakymas
c = 1,944 mol/L
5.Idealiųjų dujų dėsnis
Atsakymas: V = 28,77 L
Idealiųjų dujų dėsnis: PV = nRT, kur n = m/M.
Moliai
n = 320/44,01 = 7,271 mol
T = 60 + 273,15 = 333,1 K
Tūris
V = nRT/P = 7,271·8,314·333,1/700 = 28,77 L
Atsakymas
V = 28,77 L
6.Idealiųjų dujų dėsnis
Atsakymas: ρ = 1,251 kg/m³
Idealiųjų dujų tankis: ρ = PM/(RT).
Pertvarkykite dujų dėsnį
PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)
T = 150 + 273,15 = 423,1 K
Tankis
ρ = 100·44,01/(8,314·423,1) = 1,251 kg/m³
Atsakymas
ρ = 1,251 kg/m³
7.Kalorimetrija ir entalpija
Atsakymas: Tf = 25,5 °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
50·0,129·(90 − Tf) = 200·4,18·(Tf − 25)
Išreikškite galutinę temperatūrą
Tf = (6,45·90 + 836·25)/(6,45 + 836) = 25,5 °C
Atsakymas
Tf = 25,5 °C
8.Kalorimetrija ir entalpija
Atsakymas: ΔH° = −890,3 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
0,04 = x²/(1 − x) → x² + 0,04·x − 0,04 = 0
Išspręskite kvadratinę lygtį
x = (−0,04 + √(0,04² + 4·0,04))/2 = 0,181 mol/L
Pusiausvyrinė koncentracija
[Cl₂] = x = 0,181 mol/L
Atsakymas
[Cl2] = 0,181 mol/L
11.pH ir buferiai
Atsakymas: pH = 2,435
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/(0,1 − x) → x = 0,003672 mol/L
pH
pH = −log(0,003672) = 2,435
Atsakymas
pH = 2,435
12.pH ir buferiai
Atsakymas: pH = 4,359
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 = 3,854
Hendersono–Haselbalcho lygtis
pH = 3,854 + log(0,8/0,25) = 4,359
Atsakymas
pH = 4,359
13.Reakcijų kinetika
Atsakymas: t = 6,109 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)/0,15 = 6,109 min
Atsakymas
t = 6,109 min
14.Reakcijų kinetika
Atsakymas: A = 3,406 × 10¹⁴ s⁻¹
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).