Растворы и способы выражения их концентрации

Задачи

7.1. Найти значение константы скорости реакции , если при концентрациях веществ А и В, равных соответственно 0,05 и 0,01 моль/л, скорость реакции равна моль/(л´мин).

7.2. Во сколько раз изменится скорость реакции , если концентрацию вещества А увеличить в два раза, а концентрацию вещества В уменьшить в два раза?

7.3. В два сосуда одной и той же вместимости введены: в первый - 1 моль газа А и 2 моля газа В, во второй - 2 моля газа А и 1 моль газа В. Температура в обоих сосудах одинакова. Будет ли различаться скорость реакции между газами А и В в этих сосудах, если скорость реакции выражается: а) уравнением ; б) уравнением ?

7.4. В системе концентрацию увеличили от 0,03 до 0,12 моль/л, а концентрацию хлора - от 0,02 до 0,06 моль/л. Во сколько раз возросла скорость прямой реакции?

7.5. Две реакции протекают при 25°С с одинаковой скоростью. Температурный коэффициент скорости первой реакции равен 2,0; второй - 2,5. Найти отношение скоростей этих реакций при 95°С.

7.6. Чему равен температурный коэффициент скорости реакции, если при увеличении температуры на 30 градусов скорость реакции возрастает в 15,6 раза?

7.7. Температурный коэффициент скорости некоторой реакции равен 2,3. Во сколько раз увеличится скорость этой реакции, если повысить температуру на 25 градусов?

7.8. При некоторой температуре равновесие в системе установилось при следующих концентрациях: 0,006 моль/л; 0,024 моль/л. Найти константу равновесия реакции и исходную концентрацию .

7.9. Константа равновесия реакции равна единице. Сколько процентов вещества А подвергнется превращению, если смешать 3 моля вещества А и 5 молей вещества В?

7.10. После смешивания газов А и В в системе устанавливается равновесие при следующих концентрациях: 0,05 моль/л; 0,02 моль/л. Константа равновесия реакции равна . Найти исходные концентрации веществ А и В.

7.11. В замкнутом сосуде протекает реакция . Константа равновесия реакции равна 0,04; а равновесная концентрация вещества В составляет 0,02 моль/л. Найти начальную концентрацию вещества АВ. Сколько процентов вещества АВ разложилось?

7.12. Константа равновесия реакции равна единице. Начальная концентрация 0,02 моль/л. Сколько процентов вещества А подвергается превращению, если начальные концентрации 0,02; 0,1 и 0,2 моль/л?

7.13. Как зависит скорость химической реакции от концентрации реагирующих веществ? Написать математические выражения для скоростей реакций, протекающих по уравнениям:

а) ; б) ; в) .

7.14. Как изменится скорость реакции , если концентрации исходных веществ увеличить в 4 раза?

7.15. Как изменится скорость реакции, протекающей по уравнению :

а) если увеличить концентрацию кислорода в 2 раза?

б) если, оставив концентрацию кислорода начальной, увеличить втрое концентрацию ?

7.16. Во сколько раз необходимо увеличить для реакции концентрацию сероводорода или оксида серы (IV), чтобы в обоих случаях скорость реакции возросла в 9 раз?

7.17. Реакция между веществами А и В протекает по уравнению . Начальная концентрация вещества А равна 0,3 моль/л, а вещества В - 0,5 моль/л. Константа скорости данной реакции 0,4. Вычислить начальную скорость реакции и скорость реакции по истечении некоторого времени, когда концентрация вещества А уменьшилась на 0,1 моль/л.

7.18. Две реакции между простыми веществами протекают с такой скоростью, что за одну минуту образуется в первой реакции 6 г сероводорода, а во второй реакции 20 г йодоводрода. Какая из этих реакций протекает с большей скоростью?

7.19. На сколько градусов надо повысить температуру, чтобы скорость реакции увеличилась в 64 раза, если температурный коэффициент реакции равен двум?

7.20. Скорость химической реакции при 40°С равна 1 моль/(л´с). Вычислить скорость этой реакции при 80°С, если температурный коэффициент реакции равен четырем.

Раствором называется однородная (гомогенная) система, состоящая из двух или более компонентов, относительные концентрации которых могут изменяться в широких пределах. Наиболее распространенными и важными для практического использования являются жидкие растворы. В случае растворов газов или твердых веществ жидкость является растворителем, а газы или твердые вещества - растворенными веществами. Отношение количества или массы растворенного вещества (или растворителя) к объему или массе раствора называется концентрацией растворенного вещества (или растворителя) в растворе. Наиболее употребительными понятиями, которые служат для выражения концентрации раствора, являются:

1. Молярная концентрация (или молярностъ) - отношение имеющегося в растворе количества растворенного вещества, выраженного в молях, к объему раствора. измеряется в моль/л. Раствор, содержащий в 1 литре п молей растворенного вещества, называется молярным и обозначается как раствор (например, 2М раствор ).

2. Эквивалентная (или нормальная) концентрация - отношение числа эквивалентов растворенного вещества к объему раствора. Раствор, в 1 литре которого имеется п эквивалентов растворенного вещества, называется нормальным (например, запись «2 н. раствор » означает, что 2 моль/л).

3. Моляльная концентрация (или моляльностъ) т - отношение числа молей растворенного вещества к массе растворителя, измеряется в моль/кг. Запись « 2 моль/кг» означает, что в 1 кг растворено 2 моля .

4. Массовая концентрация - отношение массы растворенного вещества (или растворителя) к объему раствора, измеряется в кг/м³, г/см³, г/л и т.п. единицах,

5. Молярная, массовая или объемная доли - отношение числа молей компонента раствора, его массы или объема к общему числу молей, к общей массе или к общему объему раствора, соответственно. Единицами измерения являются либо доли единицы, либо проценты, а также промилле (тысячная часть %) и миллионные и миллиардные доли ( и - и , т.е. 1 часть на миллион или миллиард).

Многие физические свойства жидкого раствора отличаются от таковых для растворителя. К числу таких свойств относится и плотность. С ростом массовой доли растворенного вещества плотность получаемого раствора увеличивается. Для одного и того же растворителя величина относительного увеличения плотности зависит от природы растворенного вещества. Данные о плотности наиболее распространенных растворов солей, кислот и оснований при комнатной температуре имеются в справочной литературе по химии.

Если в качестве реагентов выступают растворы, закон эквивалентов сводится к соотношению

,

в котором и - эквивалентные концентрации (нормальности), а и - объемы растворов веществ, принимающих участие в реакции. На основе закона эквивалентов можно определять эквивалентную концентрацию одного из участвующих в реакции веществ, если известна названная характеристика другого реагента.

Теперь рассмотрим примеры решения задач по данному разделу.

Пример 1. Найти массовую долю азотной кислоты в растворе, в 1 л которого содержится 224 г ( 1,12 г/мл).

Решение. Массовая доля растворенного вещества равна отношению его массы к общей массе раствора. Масса кислоты известна, остается найти массу раствора . Она равна произведению плотности раствора на его объем:

1,12г/мл´1л = 1120 г. Следовательно,

20%.

Ответ: Массовая доля азотной кислоты в растворе .

Пример 2. Какой объем воды надо прибавить к 100 мл 20%-ного (по массе) раствора ( 1,14 г/мл), чтобы получить 5%-ный раствор?

Решение. Масса в обоих растворах одна и та же, различается лишь масса воды. Найдем массу кислоты. Она составляет 20% от массы раствора , т.е. 22,8 г. Масса воды в этом растворе равна 91,2 г.

Теперь определим массу 5%-ного раствора. Для этого составим пропорцию:

22,8 г составляют 5% массы раствора, а

х г - 100%,

откуда 456 г. Вычтя из этой величины массу кислоты (22,8 г) и массу воды в концентрированном растворе (91,2 г), находим массу воды , которую необходимо прибавить к концентрированному раствору:

456 г - 22,8 г - 91, 2 г = 342 г. Откуда дополнительный объем воды:

342 мл ( - плотность воды).

Ответ: Дополнительный объем воды - 342 мл.

Пример 3. Какой объем 0,1 М раствора можно приготовить из 75 мл 0,75 н. раствора?

Решение. Определим сначала молярную концентрацию 0,75 н. раствора кислоты. В основе определения нормальной концентрации лежит количество эквивалентов растворенного вещества, которое равно отношению его массы к эквивалентной массе. Поскольку мы имеем дело с трехосновной кислотой, то ее эквивалентная масса в 3 раза меньше молярной массы. Это означает, что нормальная концентрация численно в 3 раза выше молярной, следовательно, 0,75/3 моль/л = 0,25 моль/л. Чтобы из 0,25 М раствора получить 0,1 М раствор, надо объем увеличить в 0,25/0,1 = 2,5 раза. Таким образом, искомый объем будет равен 75 мл´2,5 = 187,5 мл.

Ответ: Объем 0,1 М раствора равен 187,5 мл.

Пример 4. В какой массе воды нужно растворить 25 г , чтобы получить 8%-ный (по массе) раствор ?

Решение. Найдем массу сухого сульфата и кристаллизационной воды в пятиводном сульфате меди. Мольная масса кристаллогидрата равна 249,7 г/моль, мольная масса безводного сульфата равна 159,6 г/моль. Для нахождения массы без­водного сульфата меди в кристаллогидрате составим пропорцию:

25 г отвечают мольной массе 249,7 г/моль,

а х г _- 159,6 г/моль,

откуда 15,98 г. Тогда масса воды в кристаллогидрате будет равна 25 г - 15,98 г = 9,02 г.

Масса воды в 8%-ном (по массе) растворе может быть найдена из пропорции:

8 % соответствуют 15,98 г,

а 92% - у г,

откуда 183,77 г. Но в кристаллогидрате уже есть 9,02 г воды, следовательно, нужно взять (183,77 г - 9,02 г) = 174,75 г воды для приготовления нужного раствора.

Ответ: Требуемая масса воды 174,75 г.

Дата добавления: 2014-11-29