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 CH₄ ir 20 g O₂ reaguoja pagal CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Kokia CO₂ masė m gali susidaryti?

M(CH₄) = 16,04M(O₂) = 32M(CO₂) = 44,01 g/mol

m = g

2.StechiometrijaSunkus

Reakcijoje N₂ + 3H₂ → 2NH₃ 12 g N₂ sureaguoja visiškai (kitų reagentų perteklius) ir surenkama 13,27 g NH₃. Raskite išeigą procentais Y.

M(N₂) = 28,02 g/molM(NH₃) = 17,03 g/molfaktinė: 13,27 g

Y = %

3.Molinė koncentracija ir skiedimasVidutinis

Reikia 100 mL 0,05 mol/L tirpalo, o turite 2 mol/L pradinį tirpalą. Kiek vandens V_water reikia įpilti į pradinį tirpalą?

c₁ = 2 mol/Lc₂ = 0,05 mol/LV₂ = 100 mL

V_water = mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimasSunkus

100 mL 0,4 mol/L tirpalo sumaišoma su 50 mL tos pačios medžiagos 0,1 mol/L tirpalo. Raskite mišinio koncentraciją c (tūriai adityvūs).

c₁ = 0,4 mol/LV₁ = 100 mLc₂ = 0,1 mol/LV₂ = 50 mL

c = mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnisVidutinis

30 L talpos inde yra 420 g dujų (CH₄), temperatūra 15 °C. Laikykite jas idealiosiomis ir raskite slėgį P.

m = 420 gM = 16,04 g/molV = 30 LT = 15 °CR = 8,314 J/(mol·K)

P = kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnisSunkus

Pastovus dujų (He) kiekis pereina iš 250 kPa, 2 L, 10 °C į 650 kPa ir 110 °C. Raskite naują tūrį V₂.

P₁ = 250 kPaV₁ = 2 LT₁ = 10 °CP₂ = 650 kPaT₂ = 110 °C

V₂ = L

7.Kalorimetrija ir entalpijaVidutinis

100 g metalo gabalas (cinkas, c = 0,388 J/(g·°C)), įkaitintas iki 90 °C, įmetamas į 150 g 23 °C vandens (c = 4,18 J/(g·°C)) termiškai izoliuotame inde. Raskite galutinę temperatūrą T_f.

m_metal = 100 gc_metal = 0,388 J/(g·°C)T_metal = 90 °Cm_water = 150 gT_water = 23 °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 0,5 mol/L H₂ ir 0,5 mol/L I₂, ir jie reaguoja: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, K_c = 64. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [HI].

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,5 mol/LK_c = 64

[HI] = mol/L

10.Cheminė pusiausvyraSunkus

PCl₅ skyla: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, reakcijos temperatūroje K_c = 0,02. Pradžioje inde yra tik PCl₅, jo koncentracija 1,5 mol/L. Raskite pusiausvyrinę koncentraciją [PCl₅].

[PCl₅]₀ = 1,5 mol/LK_c = 0,02

[PCl₅] = mol/L

11.pH ir buferiaiVidutinis

Raskite 0,5 mol/L tirpalo, kurio medžiaga – skruzdžių rūgštis (Ka = 0,00018), pH pH.

c = 0,5 mol/LKa = 0,00018

pH =

12.pH ir buferiaiSunkus

1,00 L buferyje yra 0,2 mol medžiagos „pieno rūgštis“ ir 0,25 mol jos konjuguotosios bazės (Ka = 0,00014). Pridedama 0,05 mol NaOH. Raskite naują pH pH.

n(HA) = 0,2 moln(A⁻) = 0,25 moln(OH⁻) = 0,05 molKa = 0,00014

pH =

13.Reakcijų kinetikaVidutinis

Reakcijos, kurios greičio dėsnis −r_A = k·C_A², k = 0,8 L/(mol·min), o pradinė koncentracija 0,5 mol/L. Raskite koncentraciją C_A po 2 min.

k = 0,8 L/(mol·min)C_A0 = 0,5 mol/Lt = 2 min

C_A = mol/L

14.Reakcijų kinetikaSunkus

Dviem eksperimentais matuojamas reakcijos A → produktai pradinis greitis. Kai C_A0 = 0,1 mol/L, greitis 0,005 mol/(L·s); kai C_A0 = 0,2 mol/L, greitis 0,0141 mol/(L·s). Raskite reakcijos eilę n pagal A.

C_A0,1 = 0,1 mol/Lr₁ = 0,005 mol/(L·s)C_A0,2 = 0,2 mol/Lr₂ = 0,0141 mol/(L·s)

n =

3Tirpalai

1.Stechiometrija

Atsakymas: m = 13,75 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) = 8/16,04 = 0,4988 mol

n(O₂) = 20/32 = 0,625 mol

Ribojantysis reagentas

0,4988/1 = 0,4988, 0,625/2 = 0,3125 → O₂

Produkto masė

n(CO₂) = 0,3125·1 = 0,3125 mol

m = 0,3125·44,01 = 13,75 g

Atsakymas

m = 13,75 g

2.Stechiometrija

Atsakymas: Y = 90,97 %

Teorinė išeiga

n(N₂) = 12/28,02 = 0,4283 mol

m = 0,4283·2/1·17,03 = 14,59 g

Išeiga procentais

Y = 13,27/14,59·100 = 90,97%

Atsakymas

Y = 90,97%

3.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: V_water = 97,5 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 = 0,05·100/2 = 2,5 mL

Įpilamas vanduo

V_water = 100 − 2,5 = 97,5 mL

Atsakymas

V_water = 97,5 mL

4.Molinė koncentracija ir skiedimas

Atsakymas: c = 0,3 mol/L

Bendras molių skaičius

n = 0,4·100 + 0,1·50 = 45 mmol

Mišinio koncentracija

c = 45/150 = 0,3 mol/L

Atsakymas

c = 0,3 mol/L

5.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: P = 2091 kPa

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

Moliai

n = m/M = 420/16,04 = 26,18 mol

T = 15 + 273,15 = 288,1 K

Slėgis

P = nRT/V = 26,18·8,314·288,1/0,03 = 2091 kPa

Atsakymas

P = 2091 kPa

6.Idealiųjų dujų dėsnis

Atsakymas: V₂ = 1,041 L

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

Absoliučiosios temperatūros

T₁ = 283,1 K, T₂ = 383,1 K

Jungtinis dujų dėsnis

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 2·(250/650)·(383,1/283,1) = 1,041 L

Atsakymas

V₂ = 1,041 L

7.Kalorimetrija ir entalpija

Atsakymas: T_f = 26,9 °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

100·0,388·(90 − T_f) = 150·4,18·(T_f − 23)

Išreikškite galutinę temperatūrą

T_f = (38,8·90 + 627·23)/(38,8 + 627) = 26,9 °C

Atsakymas

T_f = 26,9 °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: [HI] = 0,8 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/(0,5 − x)²

Ištraukite kvadratinę šaknį

8 = 2x/(0,5 − x) → x = 0,5·8/(2 + 8) = 0,4 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[HI] = 2x = 0,8 mol/L

Atsakymas

[HI] = 0,8 mol/L

10.Cheminė pusiausvyra

Atsakymas: [PCl₅] = 1,337 mol/L

Pusiausvyros išraiška

0,02 = x²/(1,5 − x) → x² + 0,02·x − 0,03 = 0

Išspręskite kvadratinę lygtį

x = (−0,02 + √(0,02² + 4·0,03))/2 = 0,1635 mol/L

Pusiausvyrinė koncentracija

[PCl₅] = 1,5 − 0,1635 = 1,337 mol/L

Atsakymas

[PCl₅] = 1,337 mol/L

11.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 2,027

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 = 0,009397 mol/L

pH

pH = −log(0,009397) = 2,027

Atsakymas

pH = 2,027

12.pH ir buferiai

Atsakymas: pH = 4,155

Neutralizacija

n(HA) = 0,2 − 0,05 = 0,15 mol

n(A⁻) = 0,25 + 0,05 = 0,3 mol

Hendersono–Haselbalcho lygtis

pH = 3,854 + log(0,3/0,15) = 4,155

Atsakymas

pH = 4,155

13.Reakcijų kinetika

Atsakymas: C_A = 0,2778 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 + 0,8·2 = 3,6 L/mol

C_A = 1/3,6 = 0,2778 mol/L

Atsakymas

C_A = 0,2778 mol/L

14.Reakcijų kinetika

Atsakymas: n = 1,496

Pradinių greičių metodas: kai r = k·Cⁿ, palyginus du bandymus, kurie skiriasi tik pradine koncentracija, k dingsta: r₂/r₁ = (C₂/C₁)ⁿ. Padvigubinus C, pirmos eilės reakcijos greitis padvigubėja, o antros eilės – padidėja keturis kartus.

Santykiai

r₂/r₁ = 0,0141/0,005 = 2,82

C₂/C₁ = 0,2/0,1 = 2

Eilė

n = ln(2,82)/ln(2) = 1,496

Atsakymas

n = 1,496

ExamProblems · examproblems.com/courses/general-chemistry