У реакції 2Na + Cl2 → 2NaCl 24 g Na реагує повністю (інші реагенти в надлишку) і збирають 42,71 g NaCl. Знайдіть вихід у відсотках Y.
M(Na) = 22,99 g/molM(NaCl) = 58,44 g/molфактичний: 42,71 g
Y = %
3.Молярна концентрація й розведенняСередня
Потрібно 1000 mL розчину з концентрацією 0,25 mol/L, а в наявності є вихідний розчин з концентрацією 1 mol/L. Який об’єм V1 вихідного розчину потрібен?
c1 = 1 mol/Lc2 = 0,25 mol/LV2 = 1000 mL
V1 = mL
4.Молярна концентрація й розведенняСкладна
300 mL розчину з концентрацією 1,5 mol/L змішують із 100 mL розчину тієї самої речовини з концентрацією 1,2 mol/L. Знайдіть концентрацію c суміші (об’єми адитивні).
Брусок масою 100 g (матеріал: алюміній, c = 0,897 J/(g·°C)) за температури 80 °C опускають у 100 g води (c = 4,18 J/(g·°C)) за 23 °C у теплоізольованій склянці. Знайдіть кінцеву температуру Tf.
За стандартними ентальпіями утворення знайдіть теплоту q, що виділяється під час повного згоряння 100 g C3H8 (M = 44,1 g/mol): C3H8 + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O(l). Подайте q додатним числом.
У посудину вносять 0,5 mol/L H₂ і 0,5 mol/L I₂, і вони реагують: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, Kc = 16. Знайдіть рівноважну концентрацію [HI].
[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0,5 mol/LKc = 16
[HI] = mol/L
10.Хімічна рівновагаСкладна
PCl₅ розкладається: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, Kc = 0,1 за температури реакції. Спочатку в посудині є лише PCl₅ з концентрацією 0,1 mol/L. Знайдіть рівноважну концентрацію [PCl5].
[PCl₅]₀ = 0,1 mol/LKc = 0,1
[PCl5] = mol/L
11.pH і буфериСередня
Знайдіть pH pH розчину 0,25 mol/L, де розчинена речовина — гіпохлоритна кислота (Ka = 3 × 10⁻⁸).
c = 0,25 mol/LKa = 3 × 10⁻⁸
pH =
12.pH і буфериСкладна
Буфер містить 0,4 mol/L речовини «фтороводнева кислота» і 0,8 mol/L її натрієвої солі. Ka = 0,00068. Знайдіть pH pH буфера.
[HA] = 0,4[A⁻] = 0,8Ka = 0,00068
pH =
13.Хімічна кінетикаСередня
Реакція з кінетичним рівнянням −rA = k·CA² має k = 0,05 L/(mol·min) і починається з 1,5 mol/L. Знайдіть концентрацію CA через 15 min.
k = 0,05 L/(mol·min)CA0 = 1,5 mol/Lt = 15 min
CA = mol/L
14.Хімічна кінетикаСкладна
Реакція першого порядку має константу швидкості 0,1 s⁻¹ при 40 °C і енергію активації 75 kJ/mol. Знайдіть передекспоненційний множник A у рівнянні Арреніуса.
Стехіометрія: зрівняне рівняння рахує частинки, а не грами. Переведіть масу в моль за n = m/M, використайте коефіцієнти рівняння як мольне співвідношення, а потім поверніться до маси: m = n·M. Якщо реагентів два, лімітуючий реагент — той, що закінчується першим і визначає кількість продукту.
Кількість речовини кожного реагенту
n(Fe2O3) = 6/159,69 = 0,03757 mol
n(CO) = 20/28,01 = 0,714 mol
Лімітуючий реагент
0,03757/1 = 0,03757, 0,714/3 = 0,238 → Fe2O3
Маса продукту
n(CO2) = 0,03757·3 = 0,1127 mol
m = 0,1127·44,01 = 4,961 g
Відповідь
m = 4,961 g
2.Стехіометрія
Відповідь: Y = 70,01 %
Стехіометрія: зрівняне рівняння рахує частинки, а не грами. Переведіть масу в моль за n = m/M, використайте коефіцієнти рівняння як мольне співвідношення, а потім поверніться до маси: m = n·M. Якщо реагентів два, лімітуючий реагент — той, що закінчується першим і визначає кількість продукту.
Теоретичний вихід
n(Na) = 24/22,99 = 1,044 mol
m = 1,044·2/2·58,44 = 61,01 g
Вихід у відсотках
Y = 42,71/61,01·100 = 70,01%
Відповідь
Y = 70,01%
3.Молярна концентрація й розведення
Відповідь: V1 = 250 mL
Молярна концентрація: концентрація c = n/V у mol/L, де n = m/M. Під час розведення додають розчинник, але не розчинену речовину, тож кількість речовини не змінюється: c₁·V₁ = c₂·V₂. Коли змішують два розчини однієї речовини, кількості речовини додаються, як і об’єми.
Об’єм вихідного розчину
V1 = c2·V2/c1 = 0,25·1000/1 = 250 mL
Відповідь
V1 = 250 mL
4.Молярна концентрація й розведення
Відповідь: c = 1,425 mol/L
Молярна концентрація: концентрація c = n/V у mol/L, де n = m/M. Під час розведення додають розчинник, але не розчинену речовину, тож кількість речовини не змінюється: c₁·V₁ = c₂·V₂. Коли змішують два розчини однієї речовини, кількості речовини додаються, як і об’єми.
Загальна кількість речовини
n = 1,5·300 + 1,2·100 = 570 mmol
Концентрація суміші
c = 570/400 = 1,425 mol/L
Відповідь
c = 1,425 mol/L
5.Рівняння стану ідеального газу
Відповідь: P = 961,6 kPa
Рівняння стану ідеального газу: PV = nRT, де n = m/M.
Молі
n = m/M = 160/44,01 = 3,636 mol
T = 45 + 273,15 = 318,1 K
Тиск
P = nRT/V = 3,636·8,314·318,1/0,01 = 961,6 kPa
Відповідь
P = 961,6 kPa
6.Рівняння стану ідеального газу
Відповідь: V2 = 14,94 L
Об’єднаний газовий закон: для сталої кількості ідеального газу P1V1/T1 = P2V2/T2.
Абсолютні температури
T1 = 283,1 K, T2 = 423,1 K
Об’єднаний газовий закон
V2 = V1·(P1/P2)·(T2/T1) = 10·(400/400)·(423,1/283,1) = 14,94 L
Відповідь
V2 = 14,94 L
7.Калориметрія й ентальпія
Відповідь: Tf = 33,07 °C
Теплота й ентальпія: для нагрівання речовини потрібна теплота q = m·c·ΔT. У калориметрі теплота, віддана гарячим тілом, дорівнює теплоті, отриманій холодним. Зміну ентальпії реакції знаходять за ентальпіями утворення: ΔH° = ΣΔH°f(продукти) − ΣΔH°f(реагенти), кожну множать на її коефіцієнт.
Тепловий баланс
100·0,897·(80 − Tf) = 100·4,18·(Tf − 23)
Виразіть кінцеву температуру
Tf = (89,7·80 + 418·23)/(89,7 + 418) = 33,07 °C
Відповідь
Tf = 33,07 °C
8.Калориметрія й ентальпія
Відповідь: q = 5034 kJ
Теплота й ентальпія: для нагрівання речовини потрібна теплота q = m·c·ΔT. У калориметрі теплота, віддана гарячим тілом, дорівнює теплоті, отриманій холодним. Зміну ентальпії реакції знаходять за ентальпіями утворення: ΔH° = ΣΔH°f(продукти) − ΣΔH°f(реагенти), кожну множать на її коефіцієнт.
Хімічна рівновага: для реакції aA + bB ⇌ cC + dD константа рівноваги Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), де беруть рівноважні концентрації. Таблиця ICE (початкове, зміна, рівновага) пов’язує початкові кількості з рівноважними через одне невідоме x, помножене на коефіцієнти.
Хімічна рівновага: для реакції aA + bB ⇌ cC + dD константа рівноваги Kc = [C]c[D]d/([A]a[B]b), де беруть рівноважні концентрації. Таблиця ICE (початкове, зміна, рівновага) пов’язує початкові кількості з рівноважними через одне невідоме x, помножене на коефіцієнти.
Вираз константи рівноваги
0,1 = x²/(0,1 − x) → x² + 0,1·x − 0,01 = 0
Розв’яжіть квадратне рівняння
x = (−0,1 + √(0,1² + 4·0,01))/2 = 0,0618 mol/L
Рівноважна концентрація
[PCl₅] = 0,1 − 0,0618 = 0,0382 mol/L
Відповідь
[PCl5] = 0,0382 mol/L
11.pH і буфери
Відповідь: pH = 4,063
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] і pOH = −log₁₀[OH⁻], причому pH + pOH = 14 при 25 °C. Сильні кислоти й основи дисоціюють повністю. Слабка кислота — лише частково: Ka = x²/(c − x), де x = [H₃O⁺]. Буфер зі слабкої кислоти та спряженої основи підпорядковується рівнянню Гендерсона–Гассельбаха: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
Рівновага
HA ⇌ H⁺ + A⁻: дисоціює x mol/L кислоти.
Ka = x²/(0,25 − x) → x = 8,659 × 10⁻⁵ mol/L
pH
pH = −log(8,659 × 10⁻⁵) = 4,063
Відповідь
pH = 4,063
12.pH і буфери
Відповідь: pH = 3,469
pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] і pOH = −log₁₀[OH⁻], причому pH + pOH = 14 при 25 °C. Сильні кислоти й основи дисоціюють повністю. Слабка кислота — лише частково: Ka = x²/(c − x), де x = [H₃O⁺]. Буфер зі слабкої кислоти та спряженої основи підпорядковується рівнянню Гендерсона–Гассельбаха: pH = pKa + log([A⁻]/[HA]).
pKa
pKa = 3,167
Гендерсон–Гассельбах
pH = 3,167 + log(0,8/0,4) = 3,469
Відповідь
pH = 3,469
13.Хімічна кінетика
Відповідь: CA = 0,7059 mol/L
Швидкість реакції: для реакції першого порядку −dC/dt = kC, тож C = C₀·e−kt, а період напівперетворення ln 2/k не залежить від концентрації. Для реакції другого порядку 1/C = 1/C₀ + kt. Константа швидкості зростає з температурою за Арреніусом: k = A·e−Ea/(RT).
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).