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

8 g C₃H₈ ir 64 g O₂ reaguoja pagal C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. Kokia H₂O masė m gali susidaryti?

M(C₃H₈) = 44,1M(O₂) = 32M(H₂O) = 18,02 g/mol

m = g

2.StechiometrijaSunkus

Reakcijoje 2Mg + O₂ → 2MgO 4 g Mg sureaguoja visiškai (kitų reagentų perteklius) ir surenkama 4,64 g MgO. Raskite išeigą procentais Y.

M(Mg) = 24,31 g/molM(MgO) = 40,3 g/molfaktinė: 4,64 g

Y = %

3.Molinė koncentracija ir skiedimasVidutinis

Reikia 1000 mL 0,4 mol/L tirpalo, o turite 1,5 mol/L pradinį tirpalą. Kokio tūrio V₁ pradinio tirpalo reikia?

c₁ = 1,5 mol/Lc₂ = 0,4 mol/LV₂ = 1000 mL

V₁ = mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimasSunkus

300 mL 1 mol/L tirpalo sumaišoma su 500 mL tos pačios medžiagos 3 mol/L tirpalo. Raskite mišinio koncentraciją c (tūriai adityvūs).

c₁ = 1 mol/LV₁ = 300 mLc₂ = 3 mol/LV₂ = 500 mL

c = mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnisVidutinis

50 L talpos inde yra 40 g dujų (CH₄), temperatūra 5 °C. Laikykite jas idealiosiomis ir raskite slėgį P.

m = 40 gM = 16,04 g/molV = 50 LT = 5 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnisSunkus

Raskite dujų (N₂) tankį ρ, kai 250 kPa ir 80 °C, laikydami jas idealiosiomis.

M = 28,01 g/molP = 250 kPaT = 80 °CR = 8,314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpijaVidutinis

100 g metalo gabalas (aliuminis, c = 0,897 J/(g·°C)), įkaitintas iki 80 °C, įmetamas į 200 g 21 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą T_f.

m_metal = 100 gc_metal = 0,897 J/(g·°C)T_metal = 80 °Cm_water = 200 gT_water = 21 °Cc_water = 4,18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.Kalorimetrija ir entalpijaSunkus

Naudodami standartines susidarymo entalpijas raskite šilumą q, išsiskiriančią visiškai sudegus 10 g C₂H₆ (M = 30,07 g/mol): 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O(l). q pateikite teigiamu skaičiumi.

ΔH°f(C₂H₆) = −84,7 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 0,8 mol/L H₂ ir 0,8 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 9. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,8 mol/LK_c = 9

[HI] = mol/L

10.Cheminė pusiausvyraSunkus

PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje K_c = 0,01. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 0,4 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [Cl₂].

[PCl₅]₀ = 0,4 mol/LK_c = 0,01

[Cl₂] = mol/L

11.pH ir buferiaiVidutinis

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

c = 0,5 mol/LKa = 1,8 × 10⁻⁵

pH =

12.pH ir buferiaiSunkus

1,00 L buferyje yra 0,2 mol medžiagos „skruzdžių rūgštis“ ir 0,15 mol jos konjuguotosios bazės (Ka = 0,00018). Pridedama 0,02 mol NaOH. Raskite naują pH pH.

n(HA) = 0,2 moln(A⁻) = 0,15 moln(OH⁻) = 0,02 molKa = 0,00018

pH =

13.Reakcijų kinetikaVidutinis

Nulinės eilės reakcijos k = 0,01 mol/(L·min), o pradinė koncentracija 0,8 mol/L. Kiek laiko reikia, kad konversija pasiektų 90%? Raskite t.

k = 0,01 mol/(L·min)C_A0 = 0,8 mol/LX = 90 %

t = min

14.Reakcijų kinetikaSunkus

Pirmos eilės reakcijos k = 0,01 min⁻¹ 20 °C temperatūroje, o aktyvacijos energija 70 kJ/mol. Periodinis reaktorius dabar veikia 45 °C temperatūroje 10 min. Raskite pasiektą konversiją X.

k₁ = 0,01 min⁻¹T₁ = 20 °CE_a = 70 kJ/molT₂ = 45 °Ct = 10 minR = 8,314 J/(mol·K)

X = %

3Tirpalai

1.Stechiometrija

Atsakymas: m = 13,08 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(C₃H₈) = 8/44,1 = 0,1814 mol

n(O₂) = 64/32 = 2 mol

Ribojantysis reagentas

0,1814/1 = 0,1814, 2/5 = 0,4 → C₃H₈

Produkto masė

n(H₂O) = 0,1814·4 = 0,7256 mol

m = 0,7256·18,02 = 13,08 g

Atsakymas

m = 13,08 g

2.Stechiometrija

Atsakymas: Y = 69,97 %

Teorinė išeiga

n(Mg) = 4/24,31 = 0,1645 mol

m = 0,1645·2/2·40,3 = 6,631 g

Išeiga procentais

Y = 4,64/6,631·100 = 69,97%

Atsakymas

Y = 69,97%

3.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: V₁ = 266,7 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 = 0,4·1000/1,5 = 266,7 mL

Atsakymas

V₁ = 266,7 mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: c = 2,25 mol/L

Bendras molių skaičius

n = 1·300 + 3·500 = 1800 mmol

Mišinio koncentracija

c = 1800/800 = 2,25 mol/L

Atsakymas

c = 2,25 mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: P = 115,3 kPa

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

Moliai

n = m/M = 40/16,04 = 2,494 mol

T = 5 + 273,15 = 278,1 K

Slėgis

P = nRT/V = 2,494·8,314·278,1/0,05 = 115,3 kPa

Atsakymas

P = 115,3 kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: ρ = 2,385 kg/m³

Idealiųjų dujų tankis: ρ = PM/(RT).

Pertvarkykite dujų dėsnį

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 80 + 273,15 = 353,1 K

Tankis

ρ = 250·28,01/(8,314·353,1) = 2,385 kg/m³

Atsakymas

ρ = 2,385 kg/m³

7.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: T_f = 26,72 °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

100·0,897·(80 − T_f) = 200·4,18·(T_f − 21)

Išreikškite galutinę temperatūrą

T_f = (89,7·80 + 836·21)/(89,7 + 836) = 26,72 °C

Atsakymas

T_f = 26,72 °C

8.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: q = 518,7 kJ

Reakcijos entalpija

ΔH° = [4·(−393,5) + 6·(−285,8)] − [2·(−84,7) + 7·0] = −3119 kJ

Šiluma duotajai masei

n = 10/30,07 = 0,3326 mol

q = n·|ΔH°/2| = 0,3326·1560 = 518,7 kJ

Atsakymas

q = 518,7 kJ

9.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [HI] = 0,96 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

9 = (2x)²/(0,8 − x)²

Ištraukite kvadratinę šaknį

3 = 2x/(0,8 − x) → x = 0,8·3/(2 + 3) = 0,48 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[HI] = 2x = 0,96 mol/L

Atsakymas

[HI] = 0,96 mol/L

10.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [Cl₂] = 0,05844 mol/L

Pusiausvyros išraiška

0,01 = x²/(0,4 − x) → x² + 0,01·x − 0,004 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

x = (−0,01 + √(0,01² + 4·0,004))/2 = 0,05844 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[Cl₂] = x = 0,05844 mol/L

Atsakymas

[Cl₂] = 0,05844 mol/L

11.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 2,524

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/(0,5 − x) → x = 0,002991 mol/L

pH

pH = −log(0,002991) = 2,524

Atsakymas

pH = 2,524

12.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 3,72

Neutralizacija

n(HA) = 0,2 − 0,02 = 0,18 mol

n(A⁻) = 0,15 + 0,02 = 0,17 mol

Hendersono–Haselbalcho lygtis

pH = 3,745 + log(0,17/0,18) = 3,72

Atsakymas

pH = 3,72

13.Reakcijų kinetika

Atsakymas: t = 72 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).

Sureagavęs kiekis

C_A0·X = 0,8·0,9 = 0,72 mol/L

Laikas

t = C_A0·X/k = 0,72/0,01 = 72 min

Atsakymas

t = 72 min

14.Reakcijų kinetika

Atsakymas: X = 61,53 %

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).

Greičio konstanta naujoje temperatūroje

T₁ = 293,1 K, T₂ = 318,1 K

k₂ = 0,01·e^{−(70000/8,314)·(1/318,1 − 1/293,1)} = 0,09553 min⁻¹

Konversija

X = 1 − e^{−0,09553·10} = 1 − 0,3847 = 61,53 %

Atsakymas

X = 61,53 %

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry