Задачи к семинарам

 ЗАДАЧИ
по физической и коллоидной химии
для студентов аграрного факультета
СЕМИНАР 1
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
ЭЛЕКТРОХИМИЯ
Нарисуйте
на
одном
графике
зависимость
удельной
электропроводности растворов КОН, HCl, KCl, H2SO4 от
концентрации.
Нарисуйте
на
одном
графике
зависимость
молярной
электропроводности растворов HCl, KCl, CH3COOH от разведения.
Константа диссоциации масляной кислоты (С3Н7СООН) равна 1.54·10-5
при Т=298 К. Вычислите степень диссоциации водного раствора
кислоты и молярную электропроводность при бесконечном
разведении, если разведение равно V=1024 л/моль, а молярная
электропроводность – 41.3 См·см·моль-1.
Какой вид будут иметь кривые кондуктометрического титрования
а) раствора NаOH водным раствором НСl? б) раствора NH4OH водным
раствором НСl? Укажите, какие ионы участвуют в электропроводности
на всех участках этой зависимости, в том числе и в точке
эквивалентности.
Какой из металлов Cu, Ag, Pt, Au имеет большую способность
растворятся, если их стандартные электродные потенциалы равны
соответственно 0,34В, 0,80В, 1,2В, 1,5В. Ответ аргументируйте.
Для гальванического элемента Mg│Mg2+║Cu2+,Cu+│Pt
а) Вычислить стандартную ЭДС Е0 , если Е0(Mg2+│ Mg) =-2,38 В,
Е0(Cu2+,Cu+│Pt) =0,164 В.
б) Написать уравнение реакции, протекающей в элементе.
в) Какой электрод является положительным?
г) Рассчитать электродные потенциалы и величину ЭДС элемента,
если с(Mg2+)=0,3 моль/л, с(Cu2+)=0,001 моль/л, а(Cu+)=0,05 моль/л.
д) Рассчитать величину ∆G0 .
Гальванический элемент представлен схемой Co│Co2+║Mg2+│Mg.
Напишите электродные реакции с учетом того, что ЭДС этого элемента
положительна.
Составьте электрохимическую цепь, в которой протекает реакция: Ni2+
+ Be = Be2+ + Ni.
1.
2.
3.
4.
5.
CЕМИНАР 2
Основы термодинамики
Запишите следующие уравнения: а) уравнение первого закона ТД для
изолированной системы; б) уравнение первого закона ТД для закрытой системы;
в) уравнение первого закона ТД для открытой системы.
Какой смысл имеют знаки “+” и “-” перед теплотой, работой и изменением
внутренней энергии?
На какую величину различаются: а) энтальпия от внутренней энергии; б) энергия
Гиббса от энтальпии; в) тепловые эффекты при постоянном давлении и
постоянном объеме?
Какие выводы можно сделать о конкретной химической реакции, протекающей в
стандартных условиях, если изменение следующих ТД функций отрицательно: а)
энтальпии; б) энтропии; в) энергии Гиббса?
Для реакции CO + ½ O2 = CO2 вычислите ΔU298, если известны следующие
данные:
СO(г)
-110.5
СО2(г)
-393.51
О2(г)
0
ΔНобр 298,
кДж/моль
Отличаются ли для данной реакции тепловые эффекты, определенные при
постоянном давлении и при постоянном объеме? Если да, то на какую
величину?
Приведите пример реакции, для которой ΔH=ΔU.
6. Рассчитать тепловой эффект реакции (задание 5) при температуре 350 С.
Теплоемкости веществ: Cp(CO)=29,14 Дж/моль К, Ср(СО2)=37,11Дж/моль К,
Ср(О2)=29,355Дж/моль К.
7. Укажите знак ΔS для реакций: а) NH3(г) + HCl(г)=NH4Cl(тв), б)
СOCl2(г)=CO(г)+Cl2(г). Для реакции а) запишите, как рассчитать изменение
энтропии в ходе реакции, если известны энтропии каждого из веществ.
8. Изменением какой ТД функции определяется возможность самопроизвольного
протекания процесса при: a) p, T= const; b) в изолированной системе?
9. Определите возможность протекания самопроизвольного процесса при
стандартных условиях реакций, для которых: a) ΔH0=-50кДж/моль, ΔS0=+18
Дж/моль К; б) ΔH0=+40кДж/моль, ΔS0=-30 Дж/моль К; ΔH0=-72кДж/моль, ΔS0=20 Дж/моль К
10. (Д/задание) Для некоторой реакции ΔH0=100 кДж/моль, а ΔS0=40 Дж/моль К.
При какой температуре установится равновесие, если и энтальпия и энтропия не
зависят от температуры?
11. (Д/задние) Повторить принцип смещения равновесий Ле-Шателье на примере
реакции образования аммиака.
СЕМИНАР 3
ТЕРМОДИНАМИКА. ХИМИЧЕСКОЕ РАВНОВЕСИЕ
1. Рассмотрим реакцию 4НCl(г)+ О2 = Н2О(г)+2CI2 (г), ΔН= -27 ккал/моль.
Запишите константу равновесия Кр для данной реакции.
•
•
•
•
Какое влияние на равновесную концентрацию CI2 будут оказывать
следующие изменения:
повышение температуры в реакционном сосуде.
уменьшение общего давления.
увеличение концентрации О2
введение катализатора.
2. Изменение стандартной энергии Гиббса для одной реакции ΔG10= -25
кДж/моль, а для другой ΔG10= 35 кДж/моль. Какая из двух реакций
характеризуется большей величиной константы равновесия (расчёт)?
Какая реакция протекает полнее?
3. Рассчитать Кр реакции СаСОз (т) = СаО(т) + СО2 (г) при 773К, если
давление СО2 при этой температуре равно 9.3 10-5 атм.
4. Для реакции N2O4(г) = 2NO2(г) изменение энергии Гиббса при Т=1000К
ΔG0= 6,5 кДж/моль. Парциальные давления газов в смеси в начальный
момент времени были: P(N2O4)=3,7 атм, P(NO2)=1,5 атм. В каком
направлении будет самопроизвольно проткать эта реакция?
5. Константа равновесия реакции CO2(г) + H2(г) = CO(г) + H2O(г) при 1100 К
и 1200 К равна соответственно 0,25 и 0, 36. Определите тепловой
эффект реакции.
Задачи для самоконтроля (Дом задание).
• Константа
равновесия реакции 2SО2 + О2 = 2SО3 при 627 С равна
2.3 10-7 ΔН=-188.5кДж. Рассчитайте константу равновесия при
727 С.
• Для реакции СОCl2(г) = СО(г) + Cl2(г) константы равновесия равны:
при 127 С Кр = 33400, а при 227 С Кр = 1520. Вычислить
стандартную
энтальпию
этой
реакции
в
указанном
температурном интервале.
СЕМИНАР 4
РАСТВОРЫ
1. Плотность 25%-ого водного раствора NaBr равна 1,223 г/см3. Выразить
состав раствора в мольных долях, в величинах моляльной и молярной
концентрации.
Уравнение Клайперона-Клаузиуса (интегральный вид)
2. Мольная теплота испарения воды равна 43,09 кДж/моль. Давление
насыщенного водяного пара при 400С равно 55,3 мм рт ст. Чему равно
давление насыщенного пара при температуре 500С?
2. Изотонический коэффициент Вант-Гоффа
Как рассчитать максимальное значение i для хлоридов кальция, алюминия.
3. Коллигативные свойства растворов:
а) понижение температуры замерзания, повышение температуры
кипения.
3. Чему равна температура кипения 10%-ого раствора глюкозы С6Н12О6?
Эбуллиоскопическая константа Е=0,52 кг·К/моль.
4. Температура кипения раствора, содержащего 6.4 г гормона адреналина
в 360 г CCl4 на 0.49 К выше температуры кипения чистого CCl4. Какова
молярная масса адреналина? (К=5.02 кг·К/моль).
б) понижение давления пара над раствором (закон Рауля)(что называется
давлением насыщенного пара, две формулировки з-на Рауля)
5. Определите не какую величину понизится давление насыщенного пара
над 1 л воды при 298 К, если в ней растворить 17 г Al2(SO4)3. Давление
насыщенного пара воды составляет 3167,2 Па. Кажущуюся степень
диссоциации соли принять равной 0,5.
в) осмос, осмотическое давление (уравнение Вант-Гоффа, изотонические,
гипер- и гипотонические растворы, что происходит с клеткой в этих
растворах)
6. Раствор, содержащий 0,87 моль/л тростникового сахара при 291 К
изотоничен раствору хлорида натрия с концентрацией 0,5 моль/л.
Определить кажущуюся степень диссоциации и изотонический
коэффициент для раствора NaCl.
Задачи для самоконтроля (Д/з):
1.
После растворения 0,9 г органического вещества в 10 г воды её
температура замерзания стала равной -0,930С. Чему равна молярная масса
вещества? Криоскопическая константа К=1,86 кг·К/моль.
2.
Рассчитайте осмотическое давление 0.05 М раствора Na2SO4 при 300К,
если кажущаяся степень диссоциации сульфата натрия α=0.8.
3.
Давление паров над жидким галлием при температуре 10290С равно 0,01
мм рт ст., а при 11540С – 0,1 мм рт ст. Чему равна молярная теплота
испарения галлия?
4.
Рассчитайте осмотическое давление 0.05 М раствора Na2SO4 при 300К,
если кажущаяся степень диссоциации сульфата натрия α=0.8.
СЕМИНАР №5
Адсорбция. Кинетика
1. Гидролиз некоторого гормона – реакция 1-го порядка с константой
скорости 0.125 лет-1. Чему станет равна концентрация 0.010 М раствора
гормона через 6 месяцев? Рассчитайте период полураспада гормона.
2. Реакция первого порядка протекает на 30% за 7 мин. Через какое время
реакция пройдет наполовину, завершится на 99%?
3. С помощью правила Вант-Гоффа вычислите, при какой температуре
реакция закончиться через 15 минут, если при 20оС на это требуется 2
часа. Температурный коэффициент скорости равен 3.
4. Раскручивание двойной спирали ДНК – реакция первого порядка. При
37оС константа скорости равна 4.9·10-4 мин-1, а при 38оС – 8.28·10-4мин1
. Найдите энергию активации этой реакции и константу скорости при
40оС.
5. При какой концентрации величина адсорбции из раствора
валериановой кислоты будет равна 5.1⋅10-10моль/см2 , если при 293 К
изменение концентрации валериановой кислоты на 0.03 моль/л приводит к снижению поверхностного натяжения с 47.5 Дн/см до 42.2 Дн/см.
(Обсудить единицы измерения поверхностного натяжения и адсорбции
в системе СИ и СГС)
СЕМИНАР 6
Коллоидная химия
Задача №1.
Напишите формулу мицеллы золя серы, получаемого по реакции
2H2S(aq) + SO2(g) = 3 S↓ + 2 H2O, с учетом того, что H2S - двухосновная
кислота.
Задача №2.
К какому электроду должны двигаться при электрофорезе коллоидные
частицы гидроокиси железа, полученного гидролизом соли железа(+3).
Приведите формулу мицеллы. Что такое электрофорез?
Какие существуют закономерности электролитной коагуляции золей?
Правило Шульце-Гарди.
Задача №3 (устно).
Какой из электролитов NaCl, CaCl2, AlCl3 будет обладать наибольшим
коагулирующим действием для золя с отрицательно заряженными
коллоидными частицами? Почему?
Задача №4 (устно).
Порог коагуляции золя сульфатом магния меньше, чем нитратом бария.
Как заряжены частицы золя? Что можно сказать о пороге коагуляции
этого же золя фосфатом калия?
Задача №5.
Коагуляция 1,5 л золя сульфида золота наступила при добавлении 570 мл
раствора хлорида натрия с концентрацией 0,2 моль/л. Вычислите порог
коагуляции золя ионами натрия.
Оптические свойства коллоидных растворов. Уравнение Рэлея.
Задача №6.
Каково соотношение радиусов частиц суспензий SiO2 с одинаковой
частичной концентрации, если мутности двух суспензий, определяемые в
одинаковых условиях, отличаются в 1000 раз?
Задача №7.
Как изменится интенсивность рассеянного дисперсией света, если длина
волны света увеличится с 430 нм до 600 нм?
Как влияет рН раствора на форму молекул полиамфолитов? Что такое
изоэлектрическая точка полиэлектролитов?
Задача №8
При рН = 6 инсулин при электрофорезе не движется. К какому электроду
инсулин будет перемещаться в растворе НСl с концентрацией 0,1 моль/л?