Элективный дистанционный курс Полезная химия в задачах

МОУ СОШ п. Тарбагатай Петровск- Забайкальского района Забайкальского края.
Дистанционный курс по химии
«Полезная химия в задачах»
Выполнила : Шишмарёва С.Л.
Категория: высшая
Пояснительная записка
Данный курс предназначен для учащихся девятых классов в рамках предпрофильного обученияэНаучиться решать задачи по химии – дело непростое, но выполнимое. Чтобы его освоить, надо применять логику и здравый смысл, не допуская мысли о чудесах. Надо помнить: какие бы удивительные химические явления не происходили, вещество никогда не возникает из ничего и не исчезает бесследно, оно может лишь превращаться в другие вещества. Как только это главное правило усвоено, схемы решения задач приобретают красивую простоту. В курсе приведены рациональные схемы решения задач, основанные на формульном ( алгебраическом ) методе. Он заключается в выводе зависимости искомой величины от величин, данных в условии задачи. Это позволяет после подстановки их значений сразу же, минуя промежуточные расчёты, получить результат. Формульный метод исключает накопление ошибок при округлении результатов промежуточных расчётов при решении задач «по действиям» и поэтому является предпочтительным. При прохождении данного курса учащиеся повторяют основные понятия и законы химии, детально знакомятся с приемами решения типовых задач и самостоятельно решают задачи, условия которых представляют собой не просто наборы числовых величин, а маленькие рассказы по химии. Предлагаемые задачи касаются разных сторон нашего быта, повседневной жизни и досуга, условий жизни человека и сохранения окружающей среды. В них приведены важные сведения о здоровье и гигиене человека, советы по рациональному использованию различных веществ, рассмотрены проблемы экологии, приведены исторические сведения. Такие задачи помогают расширить кругозор учащихся, повысить их интерес к химии, способствуют повышению мотивации учения. Таким образом данный курс является мотивационной основой для выбора профиля естественно- научного направления.
Цель курса: Создать мотивационную основу для выбора профиля.
Задачи:
1 Изучить рациональные схемы решения задач, основанные на формульном ( алгебраическом ) методе.
2 Повторить основные понятия и законы химии
3 Детально познакомить учащихся с приемами решения типовых задач.
4 Расширить кругозор учащихся, повысить их интерес к химии на основе самостоятельного решения познавательных задач по химии.
Курс состоит из нескольких разделов. В каждом сначала раскрываются теоретические основы темы, усвоение которых учащиеся показывают, выполняя тест. Затем следует детальный разбор типовых задач по данной теме, а итогом –самостоятельное решение задач-маленьких рассказов по химии по следующим направлениям: химия чистит, стирает, убирает; химия и красота, химия на кухне; садовая химия; химия и природа; химический музей; великие имена, великие открытия.
Форма обучения дистанционная, что способствует созданию условий для самостоятельной творческой деятельности учащихся, разгружает дневное время учеников и даёт дополнительные возможности для дополнительных консультаций учителя.
В ходе изучения курса: учащиеся
Тематическое планирование.
№ Название раздела Название занятий Количество часов Итого
1 Основные понятия и стехиометрические законы химии. Лекция.1 Основные понятия и стехиометрические законы химии
Тест.
Решение типовых задач по теме «Основные понятия и стехиометрические законы химии»
Самостоятельная работа 1
1
1
2 5 ч
2 Химические реакции. Расчёты по уравнениям реакций. Лекция.1Закон сохранения массы веществ. Расчёты по уравнению реакции.
Лекция 2 Расчёты на избыток, на практический выход.
Тест
Решение типовых задач по уравнениям реакций.
Самостоятельная работа 1
1
1
1
1 5ч
3 Тепловой эффект
химической реакции. Лекция 1 Решение типовых задач
Тест
Решение типовых задач по теме «Тепловой эффект химической реакции»
Самостоятельная работа 1
1
1
1 4 ч
4 Массовая доля. Степень чистоты вещества Лекция 1 Массовая доля. Степень чистоты вещества
Тест
Решение типовых задач по теме «Массовая доля. Степень чистоты вещества»
Самостоятельная работа 1
1
1
1 4 ч
5 Химическая кинетика. Скорость химических реакций Лекция 1 Скорость химических реакций
Лекция 2 Влияние природы реагента на скорость химической реакции
Тест
Решение типовых задач по теме «Скорость химических реакций»
Самостоятельная работа 1
1
1
1
1 5 ч
6 Химическая кинетика
Химическое равновесие Лекция 1 Химическое равновесие
Лекция 2 Сдвиг химического равновесия
Тест
Решение типовых задач по теме «Химическое равновесие»
Самостоятельная работа 1
1
1
1
1 5 ч
7 Свойства растворов. Процентная и молярная концентрация Лекция 1 Свойства растворов. Процентная и молярная концентрация
Тест
Решение типовых задач по теме «Растворы»
Самостоятельная работа
2
1
1
1 5ч
8 Итоговый тест 1ч
34 ч
Лекция 1
1 Основные понятия и стехиометрические законы химии.
Относительная атомная масса.
Атомы элементов характеризуются определённой массой. Например, масса атома Н равна 1, 67х 10-24г, атома С -1, 995 х 10-23 , атома О - 2,66 х 10-23. Пользоваться такими малыми значениями неудобно, поэтому введено понятие об относительной атомной массе Аr – отношение массы атома данного элемента к атомной единице массы ( 1, 6605х .10-24 г) Значения Аr элементов приведены в Периодической системе.
Относительная молекулярная масса. Количество вещества. Постоянная Авогадро.
Атомы и молекулы очень малы. Вещества, участвующие в реакции состоят из огромного количества частиц, массой которых пользоваться неудобно. Поэтому пользуются такими понятиями как моль. Установлено, что 12 г. углерода содержат 6,02 х 1023 атомов С(Аr=12), 28 г азота N2 содержит то же количество молекул (Мr=28), 18 г воды Н2О – то же число молекул (Мr=18). Таким образом, количество вещества, содержащее 6, 02 х1023 частиц обозначается n и составляет 1 моль. 1 моль содержит 6, 02 х1023 частиц вещества (атомов, молекул) и называется числом Авогадро. (NA) NA= 6, 02 х1023 моль-1Молярная масса
Это масса 1 моля, содержащего 6, 02 х10 частиц вещества (М). Её можно высчитать. Она равно отношению массы вещества ( массы всех молей) к количеству вещества ( к числу частиц вещества) М в-ва= mn.
Закон постоянства состава.
Установлен в 1799г французским химиком Ж.Л. Прустом. Каким бы способом ни было получено вещество, его химический состав и свойства остаются неизменными.
1.5. Закон Авогадро. Молярный объём газа. Относительная плотность газа.
В химических реакциях массу газообразных веществ часто заменяют объёмами. Основной газовый закон выдвинул в 1811г итальянский химик А.Авогадро, а в 1885 г. интерпретировал итальянский химик С. Канницаро. В равных объёмах различных газов при одинаковых условиях содержится одинаковое количество веществ. Первое следствие закона. При одинаковых условиях равные количества различных газов занимают равные объёмы. 1 моль любого газа занимает при нормальных условиях 22,4 л. VМ= 22,4л\моль. VМ=Vв-ваn. Отсюда, зная, что количество молей n=mМr, Vв-ва =Vв-ва х n в-ва = 22,4 х m в-ваMв-ва.
Второе следствие из закона Авогадро: молярная масса первого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительную плотность первого газа по второму. То есть относительная плотность газа по другому газу показывает, во сколько раз масса первого газа больше, чем масса второго. D (H2)=13, то есть М газа= 13 х 2=26. В сложном веществе массовая доля – это доля от единицы или от 100 %.
Массовая доля элемента в сложном веществе.
Это отношение массы элемента к массе всей молекулы вещества. W в-ва=Мэ-таМв-ваТест к лекции №1
1 Отношение массы атома данного элемента к атомной единице массы – это
a. относительная молекулярная масса в количество вещества
б относительная атомная масса г молярный объём
Число Авогадро равно.
а 6, 02 х1023 в 1, 995 х 10-23б 1, 67х 10-24 г 2,66 х 10-23Определить молярную массу серной кислоты, если масса вещества равна 9,8 граммов, а количество молей вещества составляет 0,1 моль.
а 19,6 г\моль в 98 г\мольб 392г\моль г 196г\моль
Закон постоянства состава выдвинул.
а А. Авогадро в С Канницаро.
б Ж.Л. Пруст г Д. Дальтон
1 моль водорода при нормальных условиях занимает
а 22,4 л\моль в 2,24 л\мольб 44,8 л\моль г 224л\моль
Чему равна молярная масса метана если относительная плотность по водороду равна 8.
а 24 г\моль в 4 г\мольб 32г\моль г 16 г\мольЛекция № 2
Решение типовых задач по теме «Основные понятия и стехиометрические законы химии»
Задача №1. В стратосфере на высоте 20-30 км. Находится слой озона О3, защищавший Землю от мощного ультрофиолетового излучения Солнца. Если бы не «озоновый экран» в атмосфере, то фотоны с большой энергией достигали бы поверхности Земли и уничтожали на ней всё живое. Подсчитано, что в среднем на каждого жителя Москвы в воздушном пространстве над городом ( вплоть до самой границы стратосферы) приходится по 150 моль озона. Сколько молекул О3 и какая масса озона приходится в среднем на одного москвича?
Дано:
n (O3)=150 моль N(O3)=?
М(О3)= 48г\моль m(O3)=?
NA= 6, 02 х1023
Решение
В решении задачи используется уравнение, связывающее между собой число частиц N(O3) в данной порции вещества n (O3) и постоянную Авогадро NA, а именно: n (O3) = N(O3) х NA = 150 х 6, 02 х1023 [моль х моль-1] = 9,03 х 1025 ; m (O3) = n (O3) х М (O3) = 150 х 48 [моль х г \ моль] = 7200г=7,2кг.
Ответ: в воздушном пространстве над городом на каждого москвича приходится 7,2 кг. Озона, или 9,03 х 1025 молекул (O3).
Задача №2
Круговорот азота в природе включает а) «биологическую фиксацию» при помощи клубеньковых бактерий; б) процессы окисления при атмосферных электрических разрядах. Во время грозы в воздухе образуется некоторое количество оксида азота неизвестного состава. Установлено, что абсолютная массаодной молекулы этого оксида составляет 4, 99 х 1023 г Определите, какая формула этого вещества.
Решение. Чтобы остановить формулу оксида азота NxOy, который получается во время грозы, достаточно узнать молярную массу этого соединения. Известные к этому времени оксиды азота состава NO, N2O, N2O3, NO2, N2O4, N2O5. Имеют молярные массы, равные соответственно 44, 30, 76, 46, 92 и 108 г\моль. Запишем это уравнение, связывающее между собой молярную массу вещества М ( NxOy), абсолютную массу молекул Ммол.( NxOy) и постоянную Авогадро NA: М ( NxOy) =М мол. ( NxOy) х NA= 4,99 х 1023 г х 6, 02 х1023 [г х моль-1]=30 г\моль. Молярная масса, равная 30 г\моль, отвечает монооксиду азота – NO
Ответ: Формула образовавшегося во время грозы оксида азота - NO
Задача №3
Монооксид углерода ( угарный газ) – опасный загрязнитель атмосферы. Он снижает способность гемоглобина крови к переносу кислорода, вызывает болезни сердечно- сосудистой системы, снижает активность работы мозга. Из-за неполного сжигания природного топлива ежегодно на Земле образуется 5 х 108 т СО. Определите, какой объём при нормальных условиях займёт угарный газ, образующийся на нашей планете по этой причине.
Дано:
m(CO) =5 х 108 т=5 х 1014 г V (СО)=?
М (СО)= 28 г\мольVМ = 22,4 л\мольРешение
В решении задачи используются уравнения, связывающие между собой количество вещества, массу и молярную массу.
n (CO)= m (CO)M(CO), а также количество газообразного вещества, его объём и молярный объём: n (CO)= V(CO)VМ. Следовательно, m (CO)M(CO) = V(CO)VМ. Отсюда
V (СО)= VМ х m (CO)M(CO)= 22,4 л\моль х 5 х 1014г28г\моль =4 х 1014 л =4 х 1011 м3 =400км3Ответ: 4 х 1014 л, или 4 х 1011 м3, или 400км3Самостоятельная работа к лекции № 2
Химия чистит, стирает, убирает.
Задача №1
В доме разбился медицинский термометр, а всю ртуть собрать не удалось. Между тем ртуть обладает высокой летучестью, а её пары ядовиты. Вычислите массу и объём жидкой ртути, содержащие 2,5 х 1019 атомов Hg. Плотность жидкой ртути составляет 13, 59 г\см3.
Ответ; 8,3мг и 6, 1х 10-4 см3 ртути.
Домашняя аптечка.
Задача №2
Полоскание полости рта и горла растворами пероксида водорода помогает справиться с инфекцией и избавиться от неприятного запаха. Особенно удобно использовать для этой цели гидроперит- комплексное соединение пероксида водорода с карбамидом состава (NH)2CO х Н2О2 Рассчитайте массовую долю пероксида водорода в гидроперите.
Ответ: W (H2O2) =36, 15%
Химия и красота
Задача № 3
Врачи считают, что причина перхоти –болезнетворные микроорганизмы. Самые распространённые шампуни от перхоти содержат сульсен- дисульфид селена SeS2 , а также салициловую кислоту и серосодержащие соединения цинка. Лечебные шампуни могут содержать и другие антисептические средства. Рассчитайте содержание в массовых долях: а) селена; б) серы в дисульфиде селена.
Ответ: а) : W (Se)= 55, 18%, б) W (S)= 44, 82%
Химия на кухне
Задача №4
Витамин С (аскорбиновая кислота) предохраняет от цинги, повышает иммунитет. Источники этого витамина в питании – свежие и консервированные овощи, фрукты и ягоды. Особенно богаты аскорбинкой плоды шиповника, смородина, петрушка, укроп, а среди дикорастущих – крапива, кислица, черемша. Аскорбиновая кислота неустойчива: при нагревании на воздухе легко окисляется до дегидроаскорбиновой кислоты, не имеющей витаминных свойств. Это обстоятельство надо учитывать при кулинарной обработке овощей и фруктов. Суточная потребность организма в витамине С-75-100мг. Сколько лимонов надо съедать ежесуточно, чтобы удовлетворить потребности организма в витамине С? Примите среднюю массу одного лимона равной 100 г, а содержание аскорбиновой кислоты в нём – 0,5%
Ответ: ежесуточно надо съедать около 1\5 части лимона.
Химия и природа
Задача №5
Океан, как насос: в полярных широтах он поглощает своими холодными водами диоксид углерода, а в экваториальных и тропических зонах, где вода тёплая, он отдаёт СО2 в атмосферу. В этом обменном процессе между атмосферой и океаном участвуют ежегодно 100млрд. т. СО2. Сколько молекул диоксида углерода вовлечено в этот процесс?
Ответ: 1,37 х 1039 молекул СО2Химический музей
Задача №6
Знаменитый бриллиант с зеленовато- голубым отливом – алмаз «Орлов» -венчал скипетр монархов Российской империи. Рассчитайте, сколько атомов углерода образуют этот алмаз, если его масса составляет 40 г.
Ответ: N(С) = 2,01 х 1024.
Химический словарь
Пероксид водорода- Н2О2 – бесцветная жидкость, неограниченно растворимая в воде, т. Кипения 1500 С( с разложением). Сильный окислитель.
Карбамид- (NH)2CO х Н2О2 мочевина- бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, температура плавления 132,70 С. Продукт белкового обмена в организме человека и животных, выводится мочой.
Гидроперит - (NH)2CO х Н2О2 -бесцветное кристаллическое вещество- комплексное соединение пероксида водорода с карбамидом.
Сульсен- дисульфид селена SeS2- жёлто-оранжевый порошок, нерастворимый в воде.
Аскорбиновая кислота (витамин С) – органическое вещество сложного строения- бесцветные кристаллы, чувствительные к нагреванию. Участвует в обменных процессах в организме.
Диоксид углерода (углекислый газ СО2)- бесцветный газ, затвердевает при обычном давлении при -780 С, образует «сухой лёд». Относительно хорошо растворим в воде, образует слабую угольную кислоту.
Лекция 3
2 Химические реакции. Расчёты по уравнениям реакций.
Закон сохранения массы веществ.
Основной закон природы – закон сохранения массы веществ. Выдвинут М.В. Ломоносовым. « Все перемены, в натуре встречающиеся, такого суть состояния, что сколько чего у одного тела отнимется, столько присовокупится к другому» А. Лавуазье доказал закон сохранения массы. Современная формулировка закона: масса реагентов равна массе продуктов реакции. Объяснение закона на атомно- молекулярном уровне: в ходе реакции происходит только перегруппировка атомов молекул реагентов в молекулы продуктов, число же атомов, а следовательно и масса остаются неизменными.
Расчёты по уравнениям реакций.
Уравнение реакции показывает количественное соотношение реагентов, прореагировавших без остатка с образовавшимися продуктами. Например,
1Аl(OH)3 +3HCl = 1 Аl Cl3 + 3H2O
На основе правильно составленных уравнений можно вести расчёт количества и массы реагентов и продуктов, известно количество ( масса) одного из веществ реакции. Для химической реакции выполняется следующее соотношение/
n(AlOH31 =n(HCl)3 = nALCL31 =n (H2O)3 , где n количество веществ. Если количество одного из веществ известно, то можно рассчитать количество остальных. От количества веществ можно перейти к их массам:
mAlOH31M (AlOH3 = m(HCl)3M(HCl = mALCL31M (AlCl3) = m(H2O)3(H2O) , где m-масса веществ. Если масса одного из веществ известна, то можно рассчитать массы остальных веществ. Для газообразных веществ чаще определяют не массы, а объёмы, используя такую же схему вычислений.
Избыток и недостаток реагентов.
Часто один из веществ бреется в избытке, а другой в недостатке. Определение вещества, который взят в избытке, например (НСl), проводят по неравенствам:
n(AlOH31 nобщ.(HCl)3= n HCl +nизб.НСl3Где n общ. HCl-общее (взятое в избытке )количество вещества, n HCl –стехиометрическое (необходимое) для реакции количество и n изб HCl- избыточное ( не реагирующее) количество вещества HCl, причём n общ. HCl= n HCl + n изб HCl. Избыточное количество вещества HCl реагировать не будет, поэтому расчёт получаемых количеств продуктов необходимо вести только по количеству вещества, взятого в недостатке
2.4 Практический выход продукта
Количество продукта реакции, которое получается в соответствии с расчётом по уравнению реакции, называется теоретическим количеством n теорет. Однако в конкретных условиях проведения реакции может случиться так, что продукта образуется меньше, чем ожидалось в соответствии с уравнением реакции (практическое количество nпракт.) Отношение количества продукта НСl, полученного практически, к теоретическому ( рассчитанному по уравнению реакции) называется практическим выходом продукта и обозначается ή НСL или w;
W НСL= nпр. НСL : nтеорет. НСLАналогичные выражения существуют для массы или объёма газообразного продукта. Практический выход продукта – это доля от единицы или от 100%, то есть теоретического выхода. Это означает, что W НСL ≤ 1(≤ 100%).
Тест к лекции №3
1 Основной закон природы выдвинут учёным.
а) М.В. Ломоносов в) Д. Дальтон
б) А. Лавуазье г) С. Канницаро2 Уравнение реакции показывает
а) массу вступивших в реакцию веществ
б) количественное соотношение реагентов, прореагировавших без остатка с образовавшимися продуктами
в) состав вступивших в реакцию и образовавшихся в результате молекул веществ
г) число атомов вступивших в реакцию и образовавшихся веществ.
3 Расчёт получаемых количеств продуктов необходимо вести только
а) по количеству вещества, взятого в недостатке
б) по количеству вещества, взятого в избытке
в) по количеству вещества, взятого в недостатке и в избытке
4 Отношение количества продукта, полученного практически, к теоретическому ( рассчитанному по уравнению ( рассчитанному по уравнению реакции) называется
а) теоретическим выходом б) массовой долей
б) количеством вещества в) практическим выходом
Лекция № 4
Примеры решения задач по теме Расчёты по уравнениям реакций.
Задача №1
При рентеноскопическом исследовании организма человека применяют так называемые рентгеноконтрастные вещества. Так перед просвечиванием желудка пациенту дают выпить суспензию труднорастворимого сульфата бария, не пропускающего рентгеновское излучение. Какие количества оксида бария и серной кислоты потребуется для получения 100г сульфата бария?
Дано:
m( BaSO4) = 100г n (ВаО)=?
М ( BaSO4) = 233г\моль n (Н2SO4) =?
Решение
Запишем уравнение реакции: ВаО + Н2SO4= BaSO4 + Н2O
В соответствии с коэффициентами уравнения реакции, которые в нашем случае все равны 1, для получения заданного количества BaSO4 требуются:
n (ВаО)= n (BaSO4 ) = m(BaSO4 )M(BaSO4 = 100г233г\моль = 0,43моль;
n (Н2SO4) = n (BaSO4 ) = m(BaSO4 )M(BaSO4 = 100г233г\моль = 0,43моль;
Ответ: 0, 43 моль оксида бария и 0, 43 моль серной кислоты.
Задача № 2
Важнейшая проблема в промышленном производстве удобрений- получение так называемого «связанного азота». В настоящее время её решают путём синтеза аммиака из азота и водорода. Какой объём аммиака (при н. у.) можно получить в этом процессе, если объём исходного водорода равен 300 л., а практический выход – 43%?Дано:
V(H2)= 300л V (NH3)=? (н.у.)
W(NH3) =43%=0,43
Решение. Запишем уравнение реакции:
N2 +3H2 = 2 NH3
Объём аммиака V (NH3), который можно получить в соответствии с условием задачи, составляет.
V (NH3)практ. = V (NH3)теорет. х W(NH3)= 23 V(H2) х W(NH3 )=23 х 300л х 0,43= 86л
Ответ: 86 л. при н. у.
Задача № 3
Самый эффективный способ обезвреживания загрязнённых сточных вод химических предприятий- обработка промышленных стоков веществами, осаждающими вредные примеси в виде труднорастворимых соединений. При этом реагент –осадитель может оказаться как в избытке, так и в недостатке. Во втором случае, очевидно, требуемая степень очистки стоков не будет достигнута. Предприятие подаёт на участок водоочистки сточную воду, содержащую 3,31 кг. Нитрата свинца (ІІ). Осаждение катионов свинца ведут, добавляя к раствору 1,26 кг карбоната натрия. Определите, какой реагент и в каком количестве взят в избытке. Рассчитайте также массу выпадающего осадка малорастворимого РbСО3.
Дано:
m(Рb(NО3 )2 = 3,31кг = 3310г
m(Nа2 СО3 ) = 1, 27 кг=1270г
М (Рb(NО3 )2 = 331 г\мольМ(Nа2 СО3 ) = 106 г\мольМ(РbСО3.) = 267 г\мольЧто в избытке - Рb(NО3 или Nа2 СО3 ?Решение. Запишем уравнение реакции.
Рb(NО3 )2 + Nа2 СО3 = РbСО3 + 2 Nа NО3
Прежде всего требуется определить количество нитрата свинца (ІІ) и карбоната натрия:
n (Рb(NО3 )2 = m(Рb(NО3 )2 М (Рb(NО3 )2= 3310г331г\моль=10моль
n (Nа2 СО3 ) = m(Nа2 СО3 )М(Nа2 СО3 ) = 1270г106 г\моль 12 моль
В соответствии с коэффициентами уравнения реакции
n (Рb(NО3 )2 \ 1=1моль; n (Nа2 СО3 ) \1моль= 12 моль
12 моль больше, чем 10 моль
Следовательно, в избытке находится карбонат натрия, причём в соответствии с коэффициентами уравнения реакции, равными 1, избыток карбоната натрия составит
Nизб,= nNа2 СО1 - nРb(NО3 )2 1= 12 -10 = 2 моль
Расчёт массы продукта ведут по тому реагенту, который находится в недостатке, то есть по Рb(NО3 )2;
m(РbСО3.)= n (РbСО3) х М(РbСО3.)=10 моль х 267 г\моль= 2670 г=2, 67 кг
Ответ: избыток карбонат натрия – 2 моль, а масса карбоната свинца = 2, 67 кг.
Самостоятельная работа к лекции № 4
Домашняя аптечка
Задача № 1
В любой аптечке обязательно должна быть питьевая сода- гидрокарбонат натрия NaHCO3 Ещё в 1845 г, немецкий врач Бульрих обнаружил, что питьевая сода устраняет изжогу- чувство жжения в нижней части пищевода при повышенной кислотности желудочного сока. Раствор, содержащий 5 г NaHCO3 в 200мл. воды, избавит от неприятных ощущений, связанных с изжогой. Рассчитайте объём газообразного диоксида углерода ( при нормальных условий), который может выделиться при реакции 5 г гидрокарбоната натрия с соляной кислотой, входящей в состав желудочного сока.
Ответ: V (CO2)=1,33л.
Задача №2
За полторы тысячи лет до нашей эры египетские жрецы умели извлекать из верблюжьего навоза бесцветные кристаллы, названные ими «нушадир». Позднее это слово превратилось в нашатырь- так назвали алхимики хлорид аммония NH4CL. В смеси с гидроксидом кальция хлорид аммония служит для получения газообразного аммиака в лаборатории. Какой объём аммиака при н.у. может быть выделен таким способом из 26 гр. хлорида аммония?
Ответ: V(NН4)= 10,5 л
Химия и природа
Задача № 3
Толщи известняка на земной поверхности и под землёй медленно размываются под действием почвенных вод, где растворён диоксид углерода. Какую массу карбоната кальция СаСО3 может перевести в растворимый гидрокарбонат кальция состава Са(НСО3)2 вода , в которой растворено 10 моль СО2 ? Практический выход для реакции химического растворения равен 90%.
Ответ: 900г СаСО3
Химический словарь
Гидрокарбонат натрия –( питьевая сода, пищевая сода) NaHCO3 –бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде. Вследствие гидролиза даёт слабощелочную реакцию среды.
Хлорид аммония (нашатырь)- NH4CL – бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде. Водные растворы имеют кислую реакцию вследствие гидролиза. При нагревании 3350 С возгоняется с разложением на хлороводород НСL и аммиак NH3
Карбонат кальция - ( мел, известняк, мрамор) СаСО3 – белый кристаллический порошок, нерастворимый в воде, разлагается при нагревании до 9000 С.
Лекция № 5
Тепловой эффект химической реакции. Расчёты по термохимическим уравнениям.
Химические реакции обычно сопровождаются выделением или поглощением энергии в форме теплоты- тепловым эффектом Q Если в результате реакции теплота выделяется, реакция экзотермическая Q0 больше 0, если в результате реакции теплота поглощается, реакция эндотермическая. Q0 меньше 0.
Единица измерения теплового эффекта- кДж
Уравнения реакций с указанием теплового эффекта называют термохимическими. Например,
СаО (г) + Н2О (ж) = Са(ОН)2 + . Q (+64 кДж)
2 Н2О (ж) = 2 Н2 (г) + О2 (г) - Q (-572кДж)
Количество теплоты Q, выделившееся или поглощённое при протекании химической реакции, пропорционально количеству вещества n в-ва ( реагента или продукта)
n0 в-ва : n в-ва = Q0 : Q,
где n0 в-ва - количество вещества с известным тепловым эффектом Q0
Тест к лекции № 5
1 Единицей измерения теплового эффекта является
а) моль\л в) г/моль
б) кДж г) моль\л . сек.
2 В каком ряду тепловой эффект экзотермических реакций
а) Q= -324 кДж, Q= 678кДж, Q=156 кДж
б) Q= - 478 кДж, Q= - 542кДж, Q= 567кДж
в) Q = 685 кДж, Q= 678 кДж, Q= 156 кДЖг) Q= 678 кДж, Q= - 542 кДж, Q = 156 кДж
3 Какая из перечисленных реакций является эндотермической
а) О2 + N2 = NO – Q
б) С + О2 =С О2 + Q
в) N2 + Н2 = NН3 + Q
4 Количество теплоты Q, выделившееся или поглощённое при протекании химической реакции, пропорционально
а) массе реагентов в) объёмам реагента или продукта
б) массе продуктов г) количеству вещества реагента или продукта
Лекция № 6
Примеры решения типовых задач по теме «Тепловой эффект химической реакции»
Задача № 1
В поисках ответа на вопрос о природе драгоценного камня алмаза английский химик Смитсон Теннант в 1797 году осуществил дорогостоящий опыт. Он сжёг алмаз массой 0, 033 г в плотно закрытом золотом тигле с отводной трубкой и по количеству выделившегося углекислого газа сделал вывод, что камень целиком состоит из углерода и при нагревании сгорает точно так же, как уголь и графит. Рассчитайте тепловой эффект реакции, проведённой Теннантом. Определите объём выделившегося диоксида углерода ( при н. у. ) Термохимическое уравнение горения алмаза в кислороде имеет вид
С (алмаз) + О2 (г) = СО2(г) + 396 кДж
( точные данные были получены намного позже)
Дано:
m (алмаз) = 0, 033 г
Q 0 ( алмаз) = 396 кДж
М(С) = 12 г\мольVМ =22,4 л\моль (н.у.)
Q ( алмаз) -?
V (СО2(г) )- ? при н.у.
Решение.
В термохимическом уравнении реакции
С (алмаз) + О2 (г) = СО2(г) + 396 кДж
Приведён тепловой эффект реакции сгорания алмаза в соответствии со стехиометрическим уравнением реакции, где фигурирует 1 моль углерода ( в модификации алмаз) Поскольку Теннант сжигал в реакторе другое количество углерода, а именно:
n ( алмаз) = m (алмаз)М(С) , то для уравнения реакции
С (алмаз) + О2 (г) = СО2(г) + Q
С помощью соотношения n0 алмазnалмаз= Q0Q получим
Q= Q0 х m алмазM (C) = 396 х 0,03312 = 1,089 кДж=1089Дж
В соответствии с уравнением реакции количество выделяющегося газа равно количеству вступившего в реакцию углерода:
n (СО2) = n ( алмаз),
поэтому расчёт объёма выделившегося газа можно вести по формуле.
V (CO2 )= n (СО2) х VM = = m (алмаз)М(С) х VM = 0,03312 х 22,4 = 0, 0616 мл.
Ответ: 1089 Дж; 61
Самостоятельная работа к лекции №5
Садовая химия
Задача № 1
Многие распространённые селькохозяйственные культуры теплолюбивы, и их выращивают в теплицах с искусственным обогревом. Какое количество теплоты выделится при сжигании 1000м2 природного газа (в пересчёте на метан), применяемого для обогрева теплицы? Термохимическое уравнение сгорания метана:
СН4 (г) + 2 О2 (г) = СО2(г) + 2 Н2О + 802 кДж.
Ответ: 35,8 х 106 кДж.
Химический музей
Задача № 2
Тугоплавкий металл вольфрам- незаменимый материал для изготовления нитей накаливания в электрических лампочках, а карбид вольфрама WC – основа твёрдого сплава победит , из которого делают разнообразный режущий инструмент. Для получения порошкообразного вольфрама ведут восстановление оксида WO3 водородом по реакции:
WO3 (т) + 2Н2 (г) = W(т) + 3 Н2О(г) . Рассчитайте тепловой эффект данной реакции, если на получение 1 кг вольфрама этим способом было затрачено 636 кДж теплоты.
Ответ: - 117 кДж
Лекция № 6
Массовая доля вещества в смеси. Степень чистоты вещества.
Для проведения реакций часто берут не индивидуальные вещества, а их смеси, в том числе и природные – минералы и руды. Содержание каждого вещества в смеси отражает его массовая доля. Массовая доля вещества В (WB) в смеси –отношение массы этого вещества ( mB) к массе смеси ( mсмеси)
WB = m Bm смМассовая доля вещества в смеси- это доля от единицы или от 100% Сумма массовых долей всех веществ смеси равна 1 (100%)
Если одно вещество смеси находится в преобладающем количестве, его называют основным веществом, остальные вещества – примесями, а величину WB- - степенью чистоты основного вещества. Например, известняк ( природный карбонат кальция) может содержать 82 %. СаСО3 . Другими словами, степень чистоты известняка по СаСО3 равна 82%. Остальные (18%) приходится на различные примеси ( песок, глина и др.)
Примеси всегда содержатся в природных соединениях ( полезные ископаемые, руды, минералы, горные породы) и в продуктах промышленного производства.
Степень очистки химических реагентов может быть разной, качественно ( по уменьшению процентного содержания примесей) различают реактивы «технические», «чистые», «чистые для анализа», «химически чистые». Так, «химически чистая»серная кислота содержит 99, 999% основного вещества и только 0,001% примесей.
Тест к лекции № 6
1 Отношение массы вещества к массе смеси это
а) количество вещества в) молярная масса
б) степень чистоты г) объёмная доля
2 Выберите ряд смесей.
а) воздух, молоко, нефть
б) кислород, поваренная соль, водород
в) азот, хлор, алюминий
г) железо, сера, йод.
3 Если одно вещество смеси находится в преобладающем количестве, его называют
а) примеси
б) основное вещество
в) химически чистое вещество
г) чистое для анализа
Лекция №7
Решение типовых задач по теме «Массовая доля вещества в смеси. Степень чистоты вещества.»Задача № 1
Воздух, загрязнённый сероводородом, в течение 5 часов пропускали со скоростью 10л\с через концентрированный раствор гидроксида натрия, а потом добавили к этому раствору йодную воду до её обесцвечивания. Выпавший жёлтый осадок взвесили и установили, что его масса составляет 0, 32 г Какое количество и какая масса сероводорода находились в исходном воздухе? Соответствует ли анализируемый воздух санитарным нормам, если предельно допустимая среднесуточная концентрация (ПДКСС ) сероводорода в воздухе на уровне 0, 008мг\м2. ?
Дано:
Vвозд. = 10л\сек х 3600с\ч х 5=180м2
m (S) =0,32г
M(S)=32 г\мольПДКСС =0,008мг\м3
n (H2S)=?
m (S)=?
Соответствует ли воздух санитарным нормам?
Решение. Запишем уравнения реакций.
H2S + 2NaOH =Na2S + 2H2O; (1)
Na2S +I2=S +2NaI (2)
В соответствии с уравнениями реакций (1) и (2)
n (S)= n(Na2S)= n(Н2S)= 0,32г32г\моль= 0,01 моль;
m ((Н2S)= n(Н2S) х М (Н2S)= 0,01 моль х 34 г\моль= 0,34 г
Такая масса сероводорода (0,34г) присутствовала во всём объём е воздуха, пропущенном через раствор гидроксида натрия, то есть в 180 м2. Для сравнения этих данных со значением ПДКСС необходимо перевести их в одинаковую размерность:
m ((Н2S)Vвозд. = 0,34 х 1000мг180м3= 1, 89 мг\м3
Это значение существенно превышает санитарную норму ( 0,008мг\м3)
Ответ: в воздухе содержалось 0,01 моль, или 0,034 г, сероводорода, или 1,89мг\м3 ( значительно выше санитарной нормы)
Самостоятельная работа по теме «Решение типовых задач по теме «Массовая доля вещества в смеси. Степень чистоты вещества.»Химия и природа
Задача № 1
Жжёную известь, применяемую в строительстве, получают прокаливанием известняка. Определите массовую долю основного вещества ( карбоната кальция) в известняке, если прокаливание его образца массой 5 кг привело к выделению 1 м2 углекислого газа ( при н.у.)
Ответ: 0, 893, или 89,3%
Химический музей
Задача № 2
Кораллы – скелетный состав колоний коралловых полипов- на 98 % состоят из карбоната кальция, остальные 2% приходятся на карбонаты стронция и магния. Определите объём газа (н.у.), выделяющегося при взаимодействии 1 г кораллового отростка с избытком разбавленной хлороводородной кислоты.
Ответ: 0, 673 л.
Задача № 3
Жемчуг –округлые , с перламутровым отливом образования из минерала арагонита –карбоната кальция СаСО3. Они содержат ещё 10 -15 % органического вещества и от 2-4% воды. Жемчуг может образовываться в раковинах моллюсков, которые выделяют перламутр ( по составу жемчуг и перламутр одинаковы). Жемчугоносные моллюски водятся и в море, и в пресной воде, но морской жемчуг считается лучше. Жемчужина достигает диаметра 8 мм только через 25-30 лет. В природе в среднем лишь в одной из 30-50 раковин, выловленных в море, оказывается жемчужина. Самая крупная жемчужина массой 6,4 кг, напоминающая формой человеческую голову- «жемчужина Аллаха», - была извлечена из раковины гигантского трёхтонного моллюска возрастом 450 лет, который обитал в море у Филиппинских островов. Рассчитайте, какая максимальная масса воды в качестве примеси может содержаться в этой жемчужине.
Ответ: m (Н2О)= 256 г.
Лекция №8
Химическая кинетика. Скорость химических реакций
8.1 Химическая кинетика
Количественной характеристикой быстроты протекания химической реакции.
А +В=С+Е
Является скорость реакции (скорость взаимодействия реагентов А и В или скорость появления реагентов С и Е) Изучением скорости химических реакций и её зависимости от различных факторов занимается химическая кинетика.
В гомогенных (однородных) системах исследуется скорость реакции между растворами, не имеющими границы раздела ( газовые реакции, реакции растворах). В гетерогенных системах изучается скорость реакции на поверхности раздела между реагирующими веществами ( например, А- твёрдое вещество, В – газ или А- твёрдое вещество, В- вещество в растворе).
Для реакций, уравнения которых не отражают механизма их протекания, необходимо рассматривать каждую элементарную стадию отдельно. Одновременное столкновение трёх и более частиц маловероятно, поэтому такие реакции, как образование аммиака из водорода и азота, протекают всего в несколько стадий.
8.2 Скорость химических реакций.
Для гомогенных систем скорость реакции- это изменение концентрации реагентов или продуктов в единицу времени:
V=∆Cреаг∆t =∆Cпрод.∆t [моль\ л х с)]
где ∆С реагент=( С1реагент - С2 реагент)- уменьшение концентрации реагентов за промежуток времени ∆t =t2 - t1, ∆С прод. =( С2 прод - С1 прод )- увеличение концентрации продуктов за тот же промежуток времени.
В начальной момент времени (t=0) концентрация реагентов наибольшая, а концентрация продуктов равна нулю. В ходе реакции концентрация реагентов уменьшается, концентрация продуктов растёт.
8.3 Влияние природы реагентов на скорость реакции.
Природа реагентов( характер химических связей в соединениях, строение их молекул) сильно влияет на скорость реакций. Например, выделение водорода при взаимодействии цинка с соляной кислотой идёт намного быстрее, чем с уксусной кислотой. Потому, что молекулы соляной кислоты более полярны и они сильные электролиты, а молекулы уксусной кислоты менее полярны и слабые электролиты.
Чем больше поверхность соприкосновения реагирующих веществ, тем быстрее протекает реакция. Поверхность твёрдого вещества может быть увеличена путём его измельчения или растворения ( если вещество растворимо) Реакция в растворах протекает практически мгновенно.
8.4 Влияние концентрации реагентов на скорость реакции
Чтобы произошло взаимодействие, частицы реагирующих веществ в гомогенной среде должны столкнуться. Число столкновений пропорционально числу частиц реагирующих веществ в объёме реактора, то есть их молярным концентрациям. Чем больше количества частиц, тем выше концентрация, тем больше столкновений, тем выше скорость. Зависимость скорости реакции от концентрации реагентов распространяется на газовые смеси и растворы.
8.5 Влияние температуры на скорость реакции.
Для реакций, протекающих в газовой фазе, существует закономерность: при повышении температуры на десять градусов (∆ Т=10 К или ∆t=100С) скорость реакции возрастает в 2-4 раза. ( правило Вант – Гоффа). Для реакций в растворах скорость также увеличивается с ростом температуры и часто в той же мере, что и для газофазных реакций. При повышении температуры возрастает число активных молекул, обладающих большей энергией. Как показывают исследования, активных молекул в реакционной среде при обычных условиях очень мало. Иначе бы все реакции между газообразными реагентами протекали бы мгновенно, и в воздухе не было бы, например, свободного кислорода, необходимого для дыхания.
8.6 Влияние катализатора на скорость реакции.
Катализаторы- это вещества, увеличивающие скорость реакции, но не входящие в состав продуктов. Увеличение скорости реакции под влиянием катализаторов называется катализом. Во многих случаях катализаторы образуют с одним из реагирующих веществ промежуточное соединение, которое реагирует с другим исходным веществом; в результате получается продукт и высвобождается катализатор. На практике используются и «отрицательные» катализаторы- ингибиторы, которые, наоборот, замедляют нежелательные химические реакции ( например, коррозию металлов).
Тест к лекции № 8
1 Химическая кинетика занимается изучением
а) строения вещества
б) скорости химических реакций
в) превращением веществ
г) изменением структуры веществ.
2 Выберите ряд, где перечислены гомогенные системы.
а)О2 (г) и SO2 (г); Н2(г) и Сl2(г) ; Н2SO4 (р-р) и СuSO4 (р-р)
б) S и О2 (г); Н2(г) и N2 (г); К и Н2О.
в) FeO и Н2SO4; Н2(г) и О2; Zn и НСl
3 Система, в которой изучается скорость реакции на поверхности раздела между реагирующими веществами называетсяа) гомогенная
б) сложная
в) гетерогенная
г) комплексная
4 Для каких систем скорость выражается изменением концентрации реагентов или продуктов в единицу времени:
а) гетерогенных
б) гомогенных
в) открытых
г) закрытых
5 При повышении температур возрастает
а) число активных молекул, обладающих большей энергией.
б) прочность химических связей в молекулах
в) поверхность соприкосновения частиц
г) концентрация веществ.
Лекция № 9
Примеры решения типовых задач по теме «Химическая кинетика. Скорость химических реакций»
Задача №1
Атмосферные загрязнения постепенно уничтожают защитный озоновый слой Земли. Озоновому слою угрожают поступающие в атмосферу фторированные и хлорированные углеводороды- фреоны, например ССL3F, ССL2F2, ССLF3. Они химически стабильны в нижних слоях атмосферы, но в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца разрушаются, выделяя атомный хлор, после чего начинают протекать реакции взаимодействия атомного хлора с озоном. Рассчитайте скорость такой реакции с образованием кислорода и монооксида хлора, если через 15 с после начала реакции молярная концентрация озона была 0,3 моль\л, а через 35 с ( от начала реакции) стала равна 0, 15 моль \л
Дано:
С1(О3)= 0, 3моль\л
t1=15 c
С2(О3)= 0, 15моль\л
t1=35 c
Ứ-?Решение. Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:
Сl +O3 = ClO + O2
Скорость реакции определяется как изменение концентрации участвующего в ней вещества, отнесённой к промежутку времени, за которой произошло это изменение, а именно.Ứ= С1О3-С2(О3)t2-t2= (0,3-0,15моль\л)35-15с= 0, 0075моль\л х с
Ответ: 0, 0075моль\л х сек.
Задача № 2
Диоксид серы SO2 (сернистый газ) – самый распространённый загрязнитель воздуха. Он опасен для здоровья людей, особенно тех, кто страдает заболеваниями дыхательных путей. Сернистый газ снижает продуктивность сельскохозяйственных культур, замедляет рост леса, пагубно действует на строительные материалы, содержащие карбонат кальция. В атмосфере SO2 окисляется до SO3, при этом роль катализатора играет находящаяся в воздухе пыль оксидов металлов. Капли влаги превращают SO3 в серную кислоту, которая вместе с атмосферными осадками выпадает в виде «кислотных дождей». Рассчитайте значение константы скорости реакции диоксида серы с атомарным кислородом, если при концентрациях SO2 и [O], равных 0,25 моль\л и 0, 6 моль\л соответственно, скорость реакции составляет 0,003моль\ (л х сек)
Дано:
С(SO2)= 0, 25 моль\лС(О) = 0,6моль \л
Ứ= 0, 003 моль\(л х c)
k-?
Решение. Запишем уравнение реакции.
О + SO2= SO3
Скорость реакции определяется как произведение константы скорости и концентраций реагентов в степенях, равных их стехиометрическим коэффициентам в уравнении реакции
Ứ= к х с (SO2) х с (О)
Отсюда
к= Ứс (SO2)хс(О)= 0,003моль(л х сек)0,25 моль\л х 0,6 моль\л= 0,02 л\моль х с
Ответ: константа скорости реакции равна 0,02 л\моль х с
Задача № 3
Важнейшие источники восполнения запаса кислорода в атмосфере – это диоксид углерода и вода. Часть кислорода образуется в стратосфере в результате диссоциации газообразной воды пол действием солнечного излучения, когда сначала из воды получаются атомный водород и гидроксильные радикалы ( частицы ОН), а затем при взаимодействии двух гидроксильных радикалов образуются атомный водород и молекулярный кислород. Во сколько раз увеличится скорость второй реакции, если концентрация гидроксильных радикалов возрастает в три раза ?Дано:
С2= (ОН)=3С1 (ОН)
Ứ2 : Ứ1 =?
Решение Запишем уравнение реакции.
2 (ОН)=2(Н) + О2
Скорость реакции определяется как произведение константы скорости и концентрации реагента в квадрате ( что отвечает стехиометрическому коэффициенту при ОН). Отношение скоростей реакции в первом и втором случае:
Ứ2Ứ1= к х С22(ОН) : к х С21(ОН) = 32 х С21(ОН) : С21(ОН)= 91= 9
Ответ: при увеличении концентрации реагента в 3 раза скорость реакции возрастёт в 9 раз
Самостоятельная работа по теме «Химическая кинетика. Скорость химических реакций»
Химия и природа.
Задача №1
Атмосферные загрязнения постепенно уничтожают защитный озоновый слой земли. В реакциях разложения озона участвуют многие газы, но прежде всего оксиды азота. Взаимодействие монооксида азота NO с озоном приводит к образованию О2 и NO2 . Рассчитайте скорость этой реакции, если через 25 секунд после начала реакции молярная концентрация озона была 0,8 моль\л, а через 55 секунд ( от начала реакции) стала равной 0,02 моль\лОтвет: 0,026 моль\ л х сек.
Задача № 2
Причиной образования смога – опасного для здоровья тумана – считают большое количество выхлопных газов автомобилей при высокой влажности воздуха. В смоге присутствует ядовитый диоксид азота, который получается при реакции монооксида с атомарным кислородом, источником которого являются молекулы озона. Рассчитайте скорость реакции образования диоксида азота, если через 5 минут после её начала концентрация диоксида азота стала равна 0,05 моль\л, а через 20 минут- 0,08моль\л
Ответ: 3,3 х 10 -5моль\л х с.
Лекция № 10
Химическая кинетика. Химическое равновесие.
10.1 Химическое равновесие.
Химическая реакция называется обратимой, если в данных условиях протекает не только прямая , но также и обратная реакция, то есть из исходных веществ образуются продукты и одновременно из продуктов получаются реагенты:
Прямая реакция
А + В D + E
Обратная реакция
В обратимых реакциях концентрации реагентов уменьшаются, что приводит к уменьшению скорости прямой реакции, а скорость обратной реакции постоянно возрастает, поскольку увеличиваются концентрации продуктов. Когда скорости прямой и обратной реакций станут одинаковыми, наступает состояние химического равновесия, при котором не происходит изменения концентраций реагентов и продуктов. Химическое равновесие называется подвижным ( динамическим) равновесием.
10.2 Смещение химического равновесия.
Подвижное равновесие можно нарушить, изменяя условия протекания реакции: температуру, давление, концентрацию. Влияние условий на смещение равновесия определяется законом, который был установлен французским учёным А.Л. Ле Шателье. в 1884г
При внешнем воздействии на равновесную систему химическое равновесие смещается в сторону, противодействующую этому воздействию.
10.3 Смещение равновесия под влиянием температуры.
Повышение температуры смещает равновесие обратимой реакции в сторону реакции, идущей с поглощением теплоты ( эндотермическое направление), а понижение температуры – в сторону реакции, идущей с выделением теплоты ( экзотермическое направление) Для экзотермической реакции
повышение t
А + В D + E +Q
понижение t
Для эндотермической реакции
повышение t
А + В D + E - Q
понижение t
10.4 Смещение равновесия под влиянием давления.
Изменение давления оказывает влияние только на те системы, где хотя бы одно вещество находится в газообразном состоянии ( твёрдые и жидкие вещества не учитываются, так как их собственный объём весьма мал по сравнению с объёмом газов и паров.
Увеличение давления к обратимой реакции смещает равновесие в сторону реакции, идущей с уменьшением количества газообразных веществ, то есть с уменьшением объёма, а уменьшение давления – в сторону реакции, идущей с увеличением количества газообразных веществ, то есть с увеличением объёма:
а) для ∑n реагент больше ∑n прод. : (2+4) больше 3
повышение Р 2А(г) + 4В (г) 3 D(г);
понижение Рб) для ∑n реагент меньше ∑n прод. : 2 меньше 3
повышение Р 2А(г) + 4В (ж) 3 D(г) + 2Е(т)
понижение РПри ∑n реагент = ∑n прод изменение давления не вызовет смещения равновесия.
10.5 Влияние концентрации на состояние химического равновесия.
При увеличении концентрации одного из газообразных веществ ( реагента или продукта), находящегося в равновесной системе, равновесие смещается так, чтобы увеличить равновесие данного вещества. При уменьшении концентрации этого вещества равновесие смещается в сторону образования данного вещества. Изменение содержания твёрдых и жидких веществ не влияет на состояние равновесия.
Избыток реагентов

А(г) + В(г) С (г) + Е (т)

Избыток продуктов
Для смещения равновесия вправо можно взять избыток реагентов А ( или В), в смещение влево возможно только при введении избытка продукта С ( продукт Е – твёрдое вещество)
Тест к лекции № 10
1Химическое равновесие – это такое состояние системы, когда
а) реакция идёт с образованием продуктов.
б) скорости прямой и обратной реакции равны.
в) когда реакция не идёт.
2 Подвижное равновесие можно нарушить, изменяя условия протекания реакции:
а) температуру, давление, концентрацию
б) агрегатное состояние, температуру, давление.
в) концентрацию, катализаторы, поверхность соприкосновения.
г) агрегатное состояние, концентрацию, температуру.
3 Закон смещения равновесия установлен
а) Д.И. Менделеевым.
б) Д. Дальтоном
в) А.Л. Ле – Шательег) М.В. Ломоносовым.
4 Повышение температуры смещает равновесие в сторону химической реакции, идущей
а) с поглощением тепла
б) с выделением тепла
в) с образованием большего объёма веществ
г) с образованием меньшего объёма веществ.
5 Повышение давление смещает равновесие в сторону химической реакции, идущей
а) с образованием большего объёма газов
б) с образованием меньшего объёма газов
в) с выделением тепла
г) с увеличением концентраций продуктов
Лекция № 11
Примеры решения типовых задач по теме «Химическая кинетика. Химическое равновесие»
Задача № 1
Неполное сгорание угля в печи, когда продуктом окисления оказывается не диоксид , а монооксид углерода, - одна из причин отравления так называемым угарным газом. Образование угарного газа происходит также в результате эндотермической реакции углерода с диоксидом углерода:
С (г) + СО2(г) 2СО(г) - 173 кДж
Какие факторы способствуют смещению равновесия данной реакции влево- к относительно безопасным реагентам?
Решение и ответ: поскольку данная реакция протекает с увеличением объёма газообразных веществ, смещение равновесия влево способствует увеличению давления. Данная реакция - эндотермическая. Протекает в прямом направлении с поглощением теплоты. Следовательно, сместить равновесие , в сторону реагентов, можно, понижая температуру.
Лекции № 12
Общие свойства растворов. Концентрация растворов.
11. 1 Общие свойства растворов.
Раствор – это гомогенная система, состоящая из двух или более веществ, содержание которых можно изменять в определённых пределах без нарушения однородности.
Состав растворов обычно передаётся содержанием в них растворённого вещества в виде массовой доли или молярной концентрации. Растворы могут быть твёрдыми, жидкими, газообразными. Газообразные смеси – это простейший случай растворов ( например, воздух). Примером твёрдых растворов являются сплавы меди с золотом и с серебром, используемые при изготовлении ювелирных украшений. Жидкие растворы ( в дальнейшем будем их называть просто растворы) состоят из жидкого растворителя ( чаще всего воды) и растворённого вещества, которое до смешения с растворителем могло быть твёрдым ( например, NaCl), или газообразным ( например, СО2). Состояние веществ в водном растворе обозначается (р), например, NaCl(р).
11.2 Массовая доля растворённого вещества.
Массовая доля W B вещества В – это отношение его массы mB к массе раствора
mр : wB= mB mр, где mр = mB + m (Н2О).
Единица массовой доли вещества в растворе – доля от единицы или от 100% Например, если в 100граствора находится 1 г КВr, то w (КВr)= 0,01 или 1%. Такой раствор называют однопроцентным ( 1% раствор КВr)) Для приготовления 100г 1% -го раствора некоторой соли надо взять 1 гр этой соли и 99г воды. Плотность воды при комнатной температуре принимают равной 1 г\моль, поэтому удобнее отмерять 99мл воды и добавить 1г соли.
11.3 Молярная концентрация растворённого вещества.
СВ растворённого вещества В – это отношение количества этого вещества nB к объёму раствора. СB = nBV р. Единица молярной концентрации вещества в растворе- моль\л. Например, если в 1л раствора содержится 1 моль КВr, то с (КВr) = 1моль\л. Такой раствор называют одномолярным и обозначают 1М. Аналогичным образом записи 0,1М, 0,01 М и 0,001М означают деци-, санти- и миллимолярный раствор. Для приготовления 1л 1М раствора КВr необходимо взять навеску ( то есть порцию вещества) соли с количеством вещества 1 моль ( то есть 119 г), растворить её в воде объёмом, например, 0,8л ( то есть обязательно меньше 1 л) и затем довести объём раствора до 1 л с добавлением воды. Объём раствора Vр при данной температуре связан с массой раствора mр и его плотностью pр следующим образом:
mр = pр х VрНапример, 100г некоторого раствора с плотностью 1, 074 г/мл (1074 г/л) имеет объём 93,1 мл ( 0,0931 л.)
Тест к лекции № 12
1 Гомогенная система, состоящая из двух или более веществ, содержание которых можно изменять в определённых пределах без нарушения однородности.
а) раствор
б) смесь
в) сплав
г) система
2 Массовая доля выражается
а) в молях
б) в граммах
в) долей от единицы или от 100%
в) в литрах
3 Выберите ряд, в котором указаны концентрации только миллимолярных растворов.
а) 0,5М, 3М, 0,01М
б) 5М, 0,2М, 0,02М
в) 0,003М, 0,001М, 0,004М
г) 5М, 0,5М, 0,005М
4 Отношение количества вещества к объёму раствора называется
а) процентной концентрацией
б) плотностью вещества
в) растворимостью
г) молярной концентрацией.
Лекция № 12
Примеры решения типовых задач по теме «Общие свойства растворов. Концентрация растворов»
Задача № 1
Для засола огурцов используют 7% водный раствор поваренной соли ( хлорида натрия). Именно такой раствор в достаточной мере подавляет жизнедеятельность болезнетворных микробов и плесневого грибка и в то же время не препятствует процессам молочнокислого брожения. Рассчитайте массу соли и объём воды для приготовления 5л 7% раствора хлорида натрия, если его плотность равна 1048 г\л. Вычислите молярную концентрацию NaCl в этом растворе.
Дано:
V1 = 5л
р1 = 1048 г\лw (NaCl)= 7%= 0,07
М(NaCl)=58, 5 г\мольр(воды)= 1000г/л
m ((NaCl)=?
V(воды)-?
С (NaCl)-?
Решение. В решении задачи используется уравнение, связывающее между собой массу растворённого вещества, его массовую долю в растворе, а также плотность и объём раствора.
m ((NaCl)= w (NaCl) х р1 х V1 = 0,07 х 1048 х 5 (г\л х л)= 366,8г
V (воды)= mводырводы = m р-ра-m ((NaCl)р воды = р1 хV 1р воды= w NaClх р1 х V1р воды = (р1 х V1 ) х 1-w (NaCl)р воды=
= 1048 х 51-0,07г\л х л1000г\л=4,873 л.
Для вычисления молярной концентрации хлорида натрия используется соотношение
С ((NaCl)= n(NaCl)V1= mNaClx p1MNaClx mp Учитывая, что w (NaCl) = m(NaCl)mp, то m ((NaCl)= w (NaCl) х mp, следовательно,С ((NaCl)= w NaClx p1M (NaCl)= 0,07 х 104858,5=г\лг\моль= 1,25 моль\лОтвет: 366, 8 г NaCl и 4873 мл. воды; 1,25 моль\лЗадача № 2
Чтобы приготовить 0,5 л 8% раствора уксусной кислоты (столового уксуса), использовали 70% -ю уксусную кислоту ( уксусную эссенцию). Рассчитайте объёмы взятой уксусной эссенции и воды, если плотность 8% -й уксусной кислоты составляет 1,010 г\мл, а 70 %-й- 1, 068 г\мл.
Дано:
V2= 0?5kp2= 1010г\л
w2= 8% =0,08р1 = 1068 г\лw1=70%=0,70р (воды)=1000г\л
V1=?
V (воды)=?
Решение. Масса уксусной кислоты в исходной уксусной эссенции и в конечном разбавленном растворе будет одна и та же:
m2(CН3СООН)= m1(CН3СООН)= w2 х р2 х V2 = w1 х р1 х V1
V1= w2 x p2 x V2w1 x p1 = 0,08 х 1010 х 0,50,70 х 1068 л = 0,054 л= 54мл.
Для расчёта объёма воды применяется соотношение, связывающее массы исходного и конечного растворов m1 и m2 и добавленной воды m (воды);
m2= m1 + m (воды);
или иначе р2 х V2= р1 х V1 + р (воды) х Vводы
Отсюда Vводы = р2 х V2-p1 x V1p воды = 1010 х 0,5-1068 х 0,0541000 л= 0,447 л= 447мл.
Ответ: для приготовления раствора требуется взять 54 мл. 70 %-ой уксусной кислоты и 447 мл. воды.
Самостоятельная работа по теме «Растворы. Массовая доля и молярная концентрация»
Химия чистит, стирает, убирает.
Задача № 1
Чтобы не ошибиться с выбором стирального порошка, опытные хозяйки определяют состав волокна, из которого состоит ткань. Для этого бывает достаточно поджечь нитку ткани. Если результат пробы на сгорание вызывает сомнение и надо окончательно установить растительное ( хлопок, лён), или животное (шёлк, шёрсть) происхождение ткани, трикотажа, ниток или пряжи, опускают волокно в стакан с горячим 10 % -м раствором гидроксида натрия. Если в стакане появился осадок, волокно растительное (хлопок или лён). Рассчитайте массу гидроксида натрия для приготовления 250 мл. 10% -го раствора NaOH (плотность 1,11 г\мл)
Ответ: m (NaOH)= 27,75 г
Домашняя аптечка
Задача № 2
Перманганатом калия можно лечить змеиные уксусы. Если нет специальной сыворотки, точно по месту уксуса делают инъекцию 0,5-1мл. 1% раствора КМnО4 Рассчитайте массу перманганата калия и объём воды, необходимые для приготовления75 мл. такого раствора, имеющего плотность 1,006 г\мл.
Ответ: m = 0,75г, V = 75мл.
Химия и красота
Задача № 3
Внешнюю поверхность волоса образуют плоские клетки, похожие на пластинки. Под ними находится второй слой волоса, который состоит из длинных узких ороговевших клеток, образующих основную массу волоса. В этом слое также содержится пигмент меланин, определяющий окраску волос. Химическое разрушение меланина происходит при сплавлении со щёлочью при 2000 С, окислении концентрированным раствором перманганата калия или пероксидом водорода. Поэтому пероксид водорода ( в виде 3-5% -го водного раствора) часто используется для обесцвечивания волос перед их окраской. Рассчитайте объём 30 % -го раствора пероксида водорода ( плотность 1112 г\л), который требуется для приготовления 1 л 4% -го раствора (плотность 1013 г\л)
Ответ: V = 121,5 мл.
Химия на кухне
Задача №4
Рассол при консервировании солёных огурцов представляет собой фактически водный раствор поваренной соли (7%) и молочной кислоты (3%) дополнительно содержащий дубильные вещества из листьев хрена, вишни или дуба плюс вкусовые добавки- эфирные сала укропа, чеснока, экстрагона, смородинового листа и т.д. Определите массу поваренной соли, которую надо взять, чтобы приготовить 5 л. рассола, если плотность 7 % - го раствора хлорида натрия равна 1, 06 г\мл.
Ответ: m = 367,5 г
Контрольный тест
1 Закон постоянства состава выдвинул.
а А. Авогадро в С Канницаро.
б Ж.Л. Пруст г Д. Дальтон
1 моль водорода при нормальных условиях занимает
а 22,4 л\моль в 2,24 л\мольб 44,8 л\моль г 224л\моль
3 Уравнение реакции показывает
а) массу вступивших в реакцию веществ
б) количественное соотношение реагентов, прореагировавших без остатка с образовавшимися продуктами
в) состав вступивших в реакцию и образовавшихся в результате молекул веществ
г) число атомов вступивших в реакцию и образовавшихся веществ.
4 Расчёт получаемых количеств продуктов необходимо вести только
а) по количеству вещества, взятого в недостатке
б) по количеству вещества, взятого в избытке
в) по количеству вещества, взятого в недостатке и в избытке
5 Какая из перечисленных реакций является эндотермической
а) О2 + N2 = NO – Q
б) С + О2 =С О2 + Q
в) N2 + Н2 = NН3 + Q
6 Количество теплоты Q, выделившееся или поглощённое при протекании химической реакции, пропорционально
а) массе реагентов в) объёмам реагента или продукта
б) массе продуктов г) количеству вещества реагента или продукта
7 Выберите ряд смесей.
а) воздух, молоко, нефть
б) кислород, поваренная соль, водород
в) азот, хлор, алюминий
г) железо, сера, йод.
8 Выберите ряд, где перечислены гомогенные системы.
а)О2 (г) и SO2 (г); Н2(г) и Сl2(г) ; Н2SO4 (р-р) и СuSO4 (р-р)
б) S и О2 (г); Н2(г) и N2 (г); К и Н2О.
в) FeO и Н2SO4; Н2(г) и О2; Zn и НСl
9 Система, в которой изучается скорость реакции на поверхности раздела между реагирующими веществами называетсяа) гомогенная
б) сложная
в) гетерогенная
г) комплексная
10 Подвижное равновесие можно нарушить, изменяя условия протекания реакции:
а) температуру, давление, концентрацию
б) агрегатное состояние, температуру, давление.
в) концентрацию, катализаторы, поверхность соприкосновения.
г) агрегатное состояние, концентрацию, температуру.
11 Массовая доля выражается
а) в молях
б) в граммах
в) долей от единицы или от 100%
в) в литрах
12 Число молекул в 3,2 граммах кислорода составляет
а) 6,02 х1023
б) 3,01 х 1023
в) 30,1 х 1023
г)0,602 х 1023
13 0,34 грамма сероводорода занимает при нормальных условиях
а) 0,224л
б)224л
в) 4,48л
г)44,8л
14 Дано термохимическое уравнение СаСО3 =СаО + СО2 – 158,2 кдж. Какая масса карбоната кальция разложится, если выделится 31,64 кджа) 200г
б) 20 г
в) 0,2г
г) 40 г