Из выражения для константы диссоциации уксусной кислоты:K = [CH3COO-][H+]/[CH3COOH], выразим концентрацию ионов водорода: [H+] = K*([CH3COOH]/[CH3COO-])Ввиду того, что кислота- слабая, [CH3COOH] = Скисл, т.

е концентрации кислоты.В то же время, ацетат натрия- соль и сильный электролит, поэтому[CH3COO-] = Ссоль.Тогда, [H+] = K*(Скисл/Ссоль)Если прологарифмировать выражение и поменять знак на противоположный, получим:- lg[H+] = - lgK - lg(Скисл/Ссоль).При этом, - lg[H+] = pH, - lgK = pKa.В итоге, pH = pKa - lg(Скисл/Ссоль).Теперь можно решить задачу.Определим молярную концентрацию соли.Сн = m/Mr*V = 1,64/82*0,1 = 0,2моль/л.[H+] = K*(Cкисл/Ссоль) =1,74*10-5(0,2/0,2)=1,74* 10-5.pH = - lg[H+] = -lg1,74*10-5 = 4,76.8.5. Изменение рН буферного раствора.Задание.Как изменится рН ацетатной буферной смеси, содержащей по0,2 моль/л. кислоты и ацетата натрия, при добавлени к1 л. ее0,05 мольNaOH? Решение.pH = pKa - lg(Cкисл/Ссоль) = 4,76 - lg(0,2/0,2) =4,76.После добавления 0,05 мольNaOH:Cкисл = 0,2 - 0,05 = 0,15моль/л Ссоль = 0,2 + 0,05 = 0,25моль/лpH = pKa - lg(Cкисл/Ссоль) = 4,76 - lg(0,15/0,25) =4,98.9. Равновесие химических процессов. Константа равновесия, принцип Ле-Шателье.Выражение константы равновесия для реакции aA + bB <--> cC + dD K = ([C]c * [D]d) / ([A]a * [B]b)Принцип Ле-Шателье:Если на систему, находящуюся в равновесии, оказатькакое-либовоздействие, равновесие сместится таким образом, что оказанное воздействие уменьшится.9.1. Смещение равновесия. Задание.Для равновесной системы:2SO2 + O2 <=> 2SO3 + Qопределить, в какую сторону сместится равновесие при: а) увеличении давления, б) увеличении температурыв) увеличении концентрации кислорода.Решение.Из принципа Ле-Шательеследует, что:а) При увеличении давления равновесие должно сместиться таким образом, чтобы
скомпенсировать это увеличение, т.е. в ту сторону, которая повлечет за собой снижение давления. Из уравнения видно, что слева3 моль газов, а справа- 2. Значит, сместив равновесие вправо, кол-вомоль газов уменьшится и давление снизится. Вывод: сместится вправо.б) При увеличении температуры равновесие должно сместиться таким образом, чтобы скомпенсировать это увеличение, т.е. в ту сторону, которая повлечет за собой снижение температуры. Видно(+ Q), что реакция идет с выделением тепла. Значит, для отвода тепла должна идти обратная реакция. Вывод: сместится в сторону обратной реакции, т.е. влево. в) При увеличении концентрации кислорода, как очевидно, должен идти процесс, в котором кислород расходуется, чтобы скомпенсировать увеличение его концентрации. То есть, прямая реакция. Вывод: сместится вправо.9.2. Контанта равновесия и концентрации.Задание.Константа равновесия реакции А + В= С+ D равна1. Начальная концентрация[B]0 = [А]0 = 2 моль/л. Сколько процентов вещества А подвергается превращению?Решение.Запишем выражение для константы равновесия. К= [С]*[D]/[А]*[В]. Поскольку К= 1, значит, [А]*[В] = [С]*[D]Обозначим количество прореагировавшего вещества как Х.Из уравнения следует, что В прореагирует столько же, сколько и А, т.е. тоже Х. И из уравнения же следует, что образуется Х моль[С] и Х моль[D].Тогда равновесные концентрации составят:[A]= (2 - x) моль/л.[B]= (2 - x) моль/л.[C]= x моль/л.[D]= x моль/л.Из выражения [А]*[В] = [С]*[D],(2-х)(2-х)=х2Решая уравнение, получаем: Х= 1.Значит, вещества А прореагировало1 моль/л, что составляетw = 1*100%/2 = 50%.9.3. Определение константы равновесия.Задание.Исходная смесь состоит из 0,30 моль/лH2 и0,20 моль/лN2. Равновесие наступит, когда прореагирует0,24 моль/лH2, вычислите константу равновесия(К) химической реакции3H2(г) + N2(г) = 2NH3(г).Решение.Запишем выражение для константы равновесия. K = [NH3]2/[H2]3[N2]Из условия: [H2] = 0,30 - 0,24 = 0,06.Далее, из уравнения видно, что соотношениеH2 : N2 = 3:1,Значит, если прореагировало0,24 моль водорода, то азота прореагировало- 0,24/3 = 0,08 моль.[N2] = 0,2 - 0,08 = 0,12моль/л.Наконец,[NH3] = 0,24*(2/3) = 0,16моль/л.Подставляем все числа в уравнение:K = [NH3]2/[H2]3[N2] = 0,162/(0,063*0,12) = 987.9.4. Равновесные концентрации.Задание.Исходные концентрации А и В равны 0,05моль/дм3.Вычислите равновесные концентрации А, В, и Д в системе А+ В= С+ D, если равновесная концентрация С равнялась0,01 моль/дм3. Вычислите константу равновесия.Решение.Т.к. в начальный момент времени С0( С) = C0(D) = 0, то равновесные концентрации веществ будут равны:[A]= 0,04 моль/дм3[B]= 0,04 моль/дм3[С] = 0,01моль/дм3[D]= 0,01 моль/дм3Константа равновесия:Kc = [C]*[D] / ([A]*[B]) = 0,01*0,01 / (0,04*0,04) = 6,25 * 10-2.9.5. Константа равновесия, равновесные концентрации.Задание.Равновесие реакции 2NО+ О2 <--> 2NО2 при некоторой температуре установилось при следующих концентрациях реагирующих веществ: [NО] = 0,2; [О2] = 0,1; [NО2] = 0,1 моль/л. Вычислить константу равновесия и первоначальную концентрацию окиси азота.Решение.Константа равновесия:К = [NО2]2 / ([NО]2 * [О2]) = 0,12 / (0,22 * 0,1) = 2,5.В начальный момент концентрация оксида азота (IV) была равна0. В момент равновесия в одном литре системы образовалось0,1 мольNO2. Из уравнения реакции видно, что на образование0,1 мольNO2 затрачивается0,1 мольNO. Т.о. начальная концентрация оксида азота(II) будет равна:Со(NО) = ([NО]*V + [NО2]*V) / V = [NО] + [NО2] = 0,2 + 0,1 = 0,3моль/л.9.6. Константа равновесия, энергия Гиббса.Задание.Вычислите константу равновесия реакции N2 + 3H2 = 2NH3 при25 градусах цельсия, если стандартная энергия Гиббса образования аммиака равняется-16,71 кДж/моль.Решение.Воспользуемся формулой: G = - R*T*lnKУчтем при этом, что аммиака образуется по реакции2 моль, а размерность энергии Гиббса в кДж, которую переведем джоули.G = - R*T*lnK = - 2,3RTlgKlgK = 16,71*2*1000/2,3*8,31*298 = 5,87. K = 105,87 = 741310.10. Скорость химических реакций. Правило Вант-Гоффа.Закон действия масс.Правило Вант-Гоффа:При повышении температуры на каждые 10 градусов скорость реакции возрастаетпримерно в 2-4раза. v2 = v1*y t/10.v - скорость реакции.y (гамма) - температурный коэффициент скорости- число, характеризующее ускорение реакции при нагревании на10 градусов.t - разность температур.Закон действия масс:Скорость химической реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.Например, для реакцииaА+ bВ= С, v = k*[A]a[B]b,k - константа скорости, [A] и[B] - концентрации реагирующих веществ, a иb - стехиометрические коэффициенты.10.1. Зависимость скорости реакции от температуры. Задание.При 0 оС реакция, для которой температурный коэффициент равен2, заканчивается за120 сек.Расчитайте, при какой температуре эта реакция закончится за15 сек.?Решение.Скорость реакции возрастет в v2/v1 = 120/15 = 8 раз. По уравнениюВант-Гоффа,v2/v1= y t/10.8 = 2t/10, t/10 = 3, откуда разность температурt = 30 градусов.t = 0 + t = 30 оС.10.2., 10.2.1. Скорость и температурный коэффициент. Задание 2.За какое время закончится реакция при 30 оС, если при10 градусах она заканчивется за20 минут?Температурный коэффициент равен 2.Решение.По уравнению Вант-Гоффа, скорость возрастет вv2/v1 = yt/10 =2(30-10)/10 = 22 = 4раза.Реакция закончится за t = 20/4 = 5 минут.Задание 2.1.При 0 градусов Цельсия реакция заканчивается за1 час21 минуту, а при40 оС за1 минуту.Определить температурный коэффициент реакции.Решение.1 час21 минута равен81 минутам. Отсюда, скорость возросла вv2/v1 = 81/1 = 81 раз.t/10 = (40 - 0)/10 = 4. v2/v1 = yt/10. 81 = y4.y = 3.10.3. Скорость и давление.Задание.Во сколько раз изменится скорость реакции 2СО(г.) + О2(г.) = 2СО2 при увеличении давления в2 раза и неизменной температуре?Решение.Запишем закон действия масс для данной реакции. w1 = k*[CO]2[O2].Увеличение давления в 2 раза означает увеличение концентраций в2 раза. w2 = k*[2CO]2[2О2] = 8k*[CO]2[О2]w2/w1 = 8k*[CO]2[О2]/k*[CO]2[О2] = 8раз.10.4. Скорость и концентрация.Задание.Во сколько раз уменьшится скорость реакции 2NO + O2 = 2NO2 при разбавлении смеси реагирующих газов в3 раза?Решение.w1 = k*[NO]2[O2]При разбавлении смеси реагирующих газов в 3 раза- в3 раза падает концентрация. w2 = k*[1/3]2[1/3] = (1/27)k*[NO]2[O2]w2/w1 = 1/27.То есть, уменьшится в27 раз.11. Энергетика химических процессов. Закон Гесса, расчет теплового эффекта, энтропия, энергия Гиббса.Закон Гесса гласит:Тепловой эффект химической реакции зависит от начального и конечного состояния веществ и не зависит от пути перехода.Следствие:Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образованияпродуктов реакции и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты.Hх.р. = Σ H0298(конечные) - Σ H0298(исходные)11.1. Определение энтальпии реакции. Задание.Определить изменение энтальпии химической реакции и ее тепловой эффект. 2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2OРешение.По справочнику определим энтальпии образования компонентов.H0(NaOH) =-426кДж/моль.H0(H2SO4) =-813кДж/моль.H0(H2O) =-285кДж/моль.H0(Na2SO4) =-1387кДж/моль.По следствию из закона Гесса определим изменение энтальпии реакции:Hх.р. = [ HNa2SO4 + 2 HH2O] - [ HH2SO4 + 2 HNaOH] == [-1387+2(-285)]-[-813+2(-426)]= - 1957 -(-1665)= - 292кДж/моль.Определим тепловой эффект: Q = - Hх.р. = 292 кДж.11.2. Определение теплоты сгорания.Задание.Вычислите теплоту сгорания этилена С2Н4(Г) + 3O2 = 2СO2(Г) + 2H2O(Г) если теплота его образования равна52,3 кДж/моль. Каков тепловой эффект сгорания5 л. этилена?Решение.Определим изменение энтальпии реакции по закону ГессаПо справочнику определим энтальпии образования компонентов, кДж/моль:H0(C2H4(г)) = 52.H0(CO2(г)) = - 393.H0(H2O(г)) = - 241.Hх.р. =[2*(-393)+2*(-241)]- [52,3 + 0] =-1320кДж/моль.Количество выделившегося тепла при сгорании 1 моль этиленаQ = - Hх.р. = 1320 кДжКоличество теплоты, выделяющейся при сгорании5 л. этилена: Q1 = Q * V / Vm = 1320 * 5 / 22,4 = 294,6 кДж.11.3. Температура наступления равновесия.Задание.Определить температуру, при которой наступит равновесие системы:
CH4(г) + CO2(г) = 2CO (г) + 2H2(г)Hх.р. = + 247,37кДж.Решение.Критерием возможности протекания химической реакции служит энергия Гиббса, G. G < 0, реакция возможна.G= 0, порог возможности.G> 0, реакция невозможна.Сэнтальпией и энтропией энергия Гиббса связана соотношением:G= H - T S.Отсюда, для наступления равновесия(достижения порога), должно выполниться соотношение:T = H/ SОпределим изменение энтропии по следствию из закона Гесса. CH4(г) + CO2(г) = 2CO (г) + 2H2(г)S0х.р. = [2*S0(CO) + 2*S0(H2)] - [S0(CH4) + S0(CO2)]Выписав из справочника соотв. значения, решаем:S0х.р. = (2*198 + 2*130) - (186 + 213) = 656 - 399 = 257Дж/моль*К = 0,257кДж/моль*К.T = H/ S = 247,37/0,257 = 963 оК.11.4. Знак изменения энтропии.Задание.Не производя вычислений, определить знак изменения энтропии процессов:1.H2O(г)--->H2O(ж)2.2H2S + O2 = 2S(тв.) + 2H2O(ж)3.(NH4)2CO3(тв.) = 2NH3 + CO2 + H2O (все продукты газообразны).Решение.Поскольку энтропия - мера неупорядоченности системы, то выполняется общая закономерность:S(тв.) < S(жидкость) < S(газ).В свете этого проанализируем задачу.1.Из газа конденсируется