Контрольные задания - Воронежский государственный

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
№ 420
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ПО ХИМИИ
Методические указания для студентов I курса,
обучающихся дистанционно по специальности 080502
«Экономика и управление на предприятии (строительство)»
Воронеж 2009
2
Составлено в соответствии с изданием
УДК 54.00
ББК 24.00
Составители О. Р. Сергуткина, В. В. Шаталова, О. В. Слепцова
Контрольные задания по химии: метод. указания для студентов I курса заочного
обучения специальности ЭУП / Воронеж. гос. арх.- строит. ун–т.; сост.: О. Р. Сергуткина,
В. В. Шаталова, О. В. Слепцова. – Воронеж, 2004. − 70 с.
Методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при
изучении курса химии. Указания включают содержание дисциплины, контрольные задания,
примеры решения задач, рекомендуемую литературу.
Содержание дисциплины соответствует государственному образовательному стандарту для специальности 060802 « Экономика и управление на предприятии (строительство)»,
утвержденному 17. 03.2000 г.
Контрольные задания составлены в соответствии с теоретической частью курса и отражают физико–химические закономерности, управляющие процессами в строительной отрасли.
Табл. 7. Библиогр.: 4 назв.
Печатается по решению редакционно – издательского совета
ственного архитектурно – строительного университета
Воронежского государ-
Рецензент – доцент кафедры химии ВГАСУ,
кандидат химических наук Г. Г. Кривнева
3
Оглавление
страница
Введение
3
Тема 1. Систематика химических законов. Свойства химических элементов
4
и их соединений
1.1. Основные стехиометрические законы и расчеты по уравнениям реакций 4
1.2. Классы неорганических соединений
9
1.3. Расчет математического баланса технологического процесса
12
16
Тема 2. Общие закономерности химических процессов
2.1. Энергетика и направленность химических процессов
17
2.2. Химическая кинетика и равновесие
20
25
Тема 3. Растворы и их применение в строительстве
3.1. Общие свойства растворов
25
3.2. Растворы электролитов
28
Библиографический список
32
35
Варианты контрольных заданий
ВВЕДЕНИЕ
Химия относится к числу фундаментальных дисциплин в подготовке инженера–
экономиста. В ней закладываются естественнонаучные основы отраслевой технологии и даются общие представления о тенденциях развития научно–технического прогресса строительства. Инженер–экономист должен уметь использовать в своей работе достижения химии, помогающие решать вопросы экономической целесообразности принимаемых решений.
Курс химии служит базой изучения общетехнических и специальных дисциплин, в
результате изучения которых студент должен усвоить фундаментальные физико–химические
закономерности, лежащие в основе технологических процессов строительного производства:
энергетику и направленность процессов, химическую кинетику и равновесие, а также свойства химических элементов и их соединений, характерные специфические свойства дисперсных систем, растворов и полимерных материалов, используемых в технологии строительства, вопросы коррозии и защиты металлов.
Студенты должны овладеть навыками работы с учебной литературой, научиться применять теоретические знания для решения конкретных расчетных задач.
Контрольные задания выполняются студентом в межсессионный период. Вариант задания соответствует двум последним цифрам студенческого билета (шифра). Например, номер студенческого билета 03 – 28 – 635, две последние цифры 35, им соответствует вариант
35 (Варианты контрольных заданий). Контрольная работа выполняеется в тетради с обязательной записью условия задания и полного ответа на все поставленные вопросы.
Кафедрой химии организуются консультации, на которых преподаватель помогает
студенту преодолеть трудности, возникшие в ходе самостоятельной работы.
4
Тема 1. СИСТЕМАТИКА ХИМИЧЕСКИХ ЗАКОНОВ. СВОЙСТВА ЭЛЕМЕНТОВ И
ИХ СОЕДИНЕНИЙ
СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Систематика химических законов и их использование для расчета материальных балансов технологических процессов.
Металлы и неметаллы; классы химических соединений; получение, свойства, практическое применение неорганических соединений; типы химических реакций и их практическое использование.
Литература: [2 - Введение, §§ 1…3], [3 - гл. I, II].
1.1. ОСНОВНЫЕ СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ И
РАСЧЕТЫ ПО УРАВНЕНИЯМ РЕАКЦИЙ
Типовая задача
Одним из процессов твердения извести (Са(ОН)2) является ее карбонизация под воздействием углекислого газа – СО2, содержащегося в воздухе:
Са (ОН)2 + СО2 → СаСО3 +Н2О.
Во взаимодействии вступает 7, 4 кг извести.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу I моль и I молекулы гидроксида кальция;
б) объем углекислого газа, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 270С и давлении 101 кПа, требующегося для карбонизации извести;
г) число молекул воды, образовавшихся при карбонизации извести и массовую долю
кислорода в воде;
в) массу фактически образовавшегося карбоната кальция, если массовая доля выхода
составляет 0.8.
Решение.
а. Количеством вещества (ν) называется величина, определяемая числом структурных
единиц системы (атом, молекула, ион и т.д). Единицей количества вещества является
моль. Между количеством вещества, его массой (m) и молярной массой (М) существует соотношение:
M = m / ν, г/моль
(1)
Молярная масса численно равна относительной молекулярной массе, которая вычисляется по табличным данным. Следовательно, молярная массса гидроксида кальция:
М (Са(ОН)2) = 40 + 2(16+1) = 74 г/моль
Масса одного моль: m = M· ν =74 г/моль·1 моль = 74 г
В 1 моль вещества содержится число структурных элементов, равное постояннной
Авогадро Nа= 6·1023 моль-1. Масса одной частицы (mo) вычисляется по соотношению
mo= М / Nа
(2)
Поэтому масса 1 молекулы гидроксида кальция составляет
mo= (Са( ОН)2)= 74 / 6 · 1023 =12.3· 10 ‾ 23 г.
б. В основу написания уравнений химических реакций положен закон сохранения
массы веществ. Для расчетов по химическим уравнениям над формулами записываются
данные, указанные в условии задачи, и величины, которые нужно определить, под формула-
5
ми - молярные массы (молярный объем), массы и объемы веществ, рассчитанные по уравнению реакции.
7.4·103 г
V(CO2)
Ca(OH)2 +
CO2 → CaCO3 + H2O ,
ν = 1моль
ν = 1 моль
M = 74 г/моль V m = 22.4 дм3/моль
M = 74 г
V= 22.4 дм3
где 22.4 дм3/моль ─ Vm, то есть объем, занимаемый 1моль газа при нормальных условиях (н.у.).
Составляя пропорцию, находим объем углекислого газа:
V(CO2) = (7.4·103 ·22.4) : 74 = 2240 дм3.
Объем газа для условий, отличных от нормальных,, рассчитывается по уравнению
PV = ν R T ,
(3)
где
P – давление, кПа;
V- объем газа, дм3;
ν - количество газа, моль;
R – универсальная газовая постоянная, 8,31 Дж/(моль·К);
T - температура, К.
Объем углекислого газа, требующийся для карбонизации 7.4 кг извести, составляет 2240
дм , что соответствует 100 моль, так как один моль занимает при н.у. объем 22.4 дм 3. Поэтому V1(CO2) при 270C и 101 кПа будет равен
V 1 CO2) = ( ν • R • Т ) / Р = 100 •8.31•(273+27) /101 = 2468 дм3.
3
в. Отношение массы фактически полученного продукта к массе вещества, которое должно получиться теоретически, называется массовой долей выхода продукта - η :
η = m факт. : m теор.
(4)
По уравнению химической реакции рассчитывается теоретическая масса вещества.
7, 4·103 г
m (СаСО3)
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О,
74 г
100 г
следовательно:
m теор.(СаСO3) = (7.4·103 ·100) : 74 = 10000 г =10 кг,
и
m факт.(CaCO3) = 0.8·10 кг = 8кг.
г.
7.4 ·103 г
m(H2O)
Ca (OH) 2 + C O 2 = CaCO3 + H2O.
74 г
18 г
Масса образовавшейся воды:
m (H2O) = (7.4·103 · 18 ) : 74 = 1800 г,
что составляет ν = m / M = 1800 : 18 = 100 моль.
Поскольку в 1 моль вещества содержится 6·1023 молекул, то получено 6·1025 молекул воды.
Массовая доля элемента (ω (эл)) вычисляется по соотношению
ω (эл) = A r (эл) · n / M r,
(5)
где
A r - относительная атомная масса элемента,
n - число атомов элемента в молекуле,
M r - относительная молекулярная масса вещества.
ω (O) = 16 ·1 / 18 = 0.89 или 89%.
6
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. Гидроксид кальция, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, взаимодействует с оксидом серы, содержащимся в воздухе:
Сa (OH)2 + SO2 → CaSO3
+ H2O .
Во взаимодействие вступает 74 кг извести.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1моль и 1 молекулы сульфита кальция
(Сa SO3 );
б) объем оксида серы, требующегося для взаимодействия с известью, измеренный при
нормальных условиях, а также при температуре 20 0С и при давлении 90 кПа;
в) массу фактически образовавшегося сульфита кальция, если массовая доля выхода
составляет 0, 75;
г) число молекул S O2, вступивших в реакцию, и массовую долю серы в оксиде.
2. При получении портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются
различные силикаты кальция, в частности, трехкальциевый силикат 3 CaO ·Si O2 (Ca3SiO5 ):
3 CaO + SiO2 →
Ca3SiO5.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы диоксида кремния (SiO2);
б) остается ли свободная (непрореагировавшая ) известь (СaO), если ее взять 168 кг , а
песка ( SiO2 ) – 60 кг;
в) массу образовавшегося при этом трехкальциевого силиката, если массовая доля
выхода составляет 0.6;
г) число молекул, содержащихся в 168 кг CaO и массовую долю кислорода в нем.
3. Карбонатная пленка (CaCO3) на поверхности строительных изделий, изготовленных с использованием извести, разрушается во влажном воздухе, содержащим углекислый
газ, с образованием растворимого гидрокарбоната:
CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 .
В реакцию вступает 10 кг CaCO3 .
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы карбоната кальция;
б) объем углекислого газа (CO2), необходимый для растворения карбонатной пленки,
измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 17 0С и давлении 101 кПа;
в) массу фактически образовавшегося Ca ( HCO3 ) 2, если массовая доля выхода составляет 0.85.
4. Содержащийся в природном газе сероводород (H2 S) при сжигании топлива окисляется по уравнению
2 H2 S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O .
В реакцию вступает 34 кг сероводорода.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы сероводорода;
б) объем кислорода, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре
0
200 С и давлении 202 к Па, требующийся для сжигания сероводорода;
в) массу фактически образовавшегося оксида серы, если массовая доля выхода составляет 0.6; массовую долю серы в SO2;
г) число образовавшихся молекул воды.
7
5. Гидроксид магния, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, взаимодействует с оксидом серы (IV), содержащимся в воздухе:
Mq(OH) 2 + SO2 → MqSO3 + H2O.
В реакцию вступает 580 г гидроксида магния.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы Mq(OH) 2;
б) объем SO2, расходуемого на взаимодействие с гидроксидом магния, измеренный
при нормальных условиях, а также при 270С и давлении 101 к Па;
в) массу фактически образовавшегося сульфита магния (MqSO3), если массовая доля
выхода составляет 0.75; массовую долю магния в сульфите магния;
г) число образовавшихся молекул воды.
6. В процессе получения строительных материалов на основе извести (CaO) и кварцевого песка ( SiO2) образуются силикаты кальция, в частности, монокальциевый силикат –
CaO · SiO2 (CaSiO3):
CaО + SiO2 → CаSiO3 .
В реакцию вступает 56 кг извести.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы оксида кремния (IV) (SiO2);
б) массу кварцевого песка, требующуюся для взаимодействия с известью;
в) массу фактически образовавшегося силиката кальция, если массовая доля выхода
составляет 0.9;
г) число молекул СаО, содержащихся в 56 кг извести, и массовую долю кислорода в
СаО.
7. Процесс разложения известняка при получении воздушной строительной извести
выражается уравнением
СаСО3 → СаО + СО2 .
В реакцию вступает одна тонна известняка.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы СаСО3;
б) объем образовавшегося углекислого газа (СО2), измеренный при нормальных условиях и при температуре 9000С и давлении 101 кПа;
в) массу фактически полученной извести, массовая доля выхода составляет 0, 8;
г) массовую долю кальция в СаО.
8. Оксид магния, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, образует сульфит магния при взаимодействии с оксидом серы (IV),
содержащимся в воздухе:
Мg O + SO2 → MgSO3.
В реакцию вступает 400 г оксида магния.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы МgО;
б) объем SО2, измеренный при нормальных условиях, а также при 270С и давлении
101 кПа, требующегося для взаимодействия с оксидом магния;
в) массу фактически образовавшегося сульфита магния, если массовая доля выхода
составляет 75 %;
г) число молекул оксида серы (IV), вступивших в реакцию, и массовую долю серы в
SO2.
8
9. При получения клинкера портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются различные силикаты кальция, в частности, двухкальциевый силикат 2СаО • SiO2
( CaSiO4)
2CaO + SiO2 → Ca2SiO4.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы СаО;
б) останется ли свободная (непрореагировавшая) известь (СаО), если ее взять 120 кг,
а песка (SiO2) – 59 кг;
в) массу образовавшегося при этом двухкальциевого силиката, если массовая доля
выхода составляет 0,95;
г) число молекул, содержащихся в 59 кг SiO2, и массовую долю кремния в нем.
10. Соляная кислота, попадая на известковые изделия, разрушает их:
2 HCI + Ca(OH )2
→ CaCI2 + H2O .
В реакцию вступает 14.8 кг гидроксида кальция (Ca(OH)2).
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы НСI;
б) объем водяных паров, если его измерить при температуре 1000С и давлении
120 кПа, а также объем, приведенный к нормальным условиям;
в) массу фактически образовавшегося при этом CaCI2, если массовая доля выхода составляет 70 %;
г) число молекул HCI, вступивших в реакцию, и массовую долю хлора в соляной кислоте.
11. В производстве газосиликата в качестве газообразователя используется алюминий,
который реагирует с известью с образованием водорода и трехкальциевого алюмината
(CaO·Al2O3(Ca3Al2O6)):
2 Al
+ 3 Ca(OH)2 →
Ca3Al2O6 + 3 H2 .
В реакцию вступает 540 г алюминия.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1моль и 1атома алюминия;
б) объем фактически образовавшегося водорода, измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 175 0С и давлении 800 к Па, если массовая доля выхода составляет 0.9;
в) массу и число молекул Са(ОН)2, вступивших в реакцию;
г) массовую долю оксида кальция в трехкальциевом алюминате;
12. При получении автоклавных строительных материалов входящий в состав сырья
оксид магния (MqO) взаимодействует с парами воды:
MqO +
H2O → Mq(OH)2.
В реакцию ступает 400 г оксида магния.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1моль и 1 молекулы воды;
б) объем водяного пара, требующегося для реакции и измеренный при нормальных
условиях, а также при температуре 300 0С и давлении 200 кПа;
в) массу фактически образовавшегося гидроксида магния (Mq(OH)2), если массовая
доля выхода составляет 0.8;
г) число молекул MqO, вступивших в реакцию, массовую долю магния в нем.
9
13. Сгорание главного компонента природного газа (метана) CH4 описывается уравнением:
CH4
+
2 O2 →
CO2
+ 2 H2O.
В реакцию вступает 160 г метана.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы СН4;
б) объем полученного углекислого газа (СО2), измеренный при нормальных условиях,
а также при температуре 300 0С и давлении 130 кПа;
в) массу фактически полученных водяных паров, если массовая доля выхода составляет 70%;
г) число молекул метана, вступивших в реакцию, и массовую долю углерода в СН4.
14. При получении клинкера портландского цемента из сырьевых материалов синтезируются алюминаты кальция, в частности, монокальциевый алюминат (Ca O · Al 2 O3
( CaAl2O4)):
CaO + Al2O3 → CaAl2O4.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1 молекулы Al2O3;
б) останется ли свободная (непрореагировавшая) известь (СаО), если ее взять 60 кг, а
глинозема (Al2O3)- 102 кг;
в) массу фактически образовавшегося при этом монокальциевого алюмината, если
массовая доля выхода составляет 80%;
г) число молекул, содержащихся в 102 кг Al2O3, и массовую долю кислорода в нем.
15. Оксид кальция, входящий в состав строительных материалов на основе минеральных вяжущих веществ, образует сульфит при взаимодействии с оксидом серы (IV), находящимся в воздухе:
CaO
+
SO2 → CaSO3 .
В реакцию вступает 112 кг СаО.
Рассчитайте:
а) молярную массу, массу 1 моль и 1молекулы СаО;
б) объем SO2, вступающий во взаимодействие с известью, и измеренный при нормальных условиях, а также при температуре 17 0С и давлении 101 к Па,;
в) массу фактически полученного сульфита кальция, если массовая доля выхода составляет 0.9;
г) число молекул оксида серы (IV), вступивших в реакцию, и массовую долю серы в
SO2 .
1.2. КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Простые химические вещества делятся на две группы: металлы и неметаллы. Сложные
неорганические вещества образуют три основных класса соединений: оксиды, гидроксиды,
соли.
Оксиды — соединения, состоящие из двух элементов, одним из которых является
кислород (имеющий в оксидах валентность II и степень окисления –2). По химическим
свойствам оксиды могут быть оснόвными, амфотерными, кислотными.
Гидроксиды — продукты прямого или косвенного взаимодействия оксидов с водой.
Прямое взаимодействие возможно в том случае, если соответствующий гидроксид растворим. В зависимости от свойств оксидов гидроксиды могут быть основными (основания, ще-
10
лочи), амфотерными, кислотными (кислоты). Существуют также бескислородные кислоты
(например, HCl, H2S), которые не являются гидратами оксидов.
Согласно принципу кислотно-основного взаимодействия химическая реакция возможна в том случае, если одно вещество проявляет кислотные свойства, а другое – основные.
В результате реакции всегда образуется соль.
МЕТАЛЛ
→ ОКСИД
НЕМЕТАЛЛ
основный
амфотерный
кислотный
(+ Н2О)
основание
— → ГИДРОКСИД амфотерный → СОЛЬ
кислота
Номенклатура солей основана на названиях кислотных остатков (табл. 1).
Таблица 1
Названия некоторых неорганических кислот и солей
Кислотный
Оксид
Кислота
Название
Кислоты
Соль
Название соли
N2O3
HNO2
Азотистая
KNO2
Нитрит калия
N2O5
HNO3
Азотная
Ca(NO3)2
Нитрат кальция
―
HCl
Соляная
FeCl2
Хлорид железа (II)
―
H2S
Cероводородная
PbS
Сульфид свинца
SO2
H2SO3
Сернистая
ZnSO3
SO3
H2SO4
Серная
CuSO4
Сульфат меди(II)
CO2
H2CO3
Угольная
MqCO3
Карбонат магния
SiO2
H2SiO3
Кремниевая
Al2 (SiO3 )3
Силикат алюминия
P2O5
H3PO4
Ортофосфорная
Na3PO4
Ортофосфат натрия
Сульфит цинка
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
16. Составьте два уравнения получения хлорида натрия:
а) реакцией соединения металла и неметалла;
б) реакцией нейтрализации.
Укажите название исходных веществ.
17. Составьте уравнения получения оксида магния двумя путями:
а) реакцией разложения карбоната;
б) реакцией окисления металла.
11
18. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:
C → CO2 → H2CO3 → CaCO3 .
Укажите названия всех соединений. Какие из данных веществ находят применение в
строительстве?
19. С какими из перечисленных веществ: гидроксид натрия, серная кислота, оксид цинка, нитрат калия, карбонат кальция будет реагировать соляная кислота? Напишите уравнения
реакции и укажите названия продуктов реакции.
20. Составьте два уравнения получения сульфида калия:
а) реакцией соединения металла и неметалла;
б) реакцией нейтрализации.
Укажите названия исходных веществ.
21. Составьте реакции получения нерастворимых в воде гидроксида железа(II) и гидроксида железа(III). Укажите названия исходных веществ.
22.Составьте три уравнения соединения оксидов с водой, приводящих к образованию
кислот. Укажите названия всех соединений.
23. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:
Mq → MqO → MqSO4 → Mq(OH)2
→ Mq Cl2 .
Укажите названия всех соединений. Какие из данных веществ находят применение в
строительстве?
24. С какими из перечисленных ниже веществ: серная кислота, оксид калия, гидроксид цинка, сульфат меди (II), углекислый газ будет реагировать гидроксид натрия? Напишите уравнения реакций и укажите названия продуктов реакции.
25. Составьте уравнения реакций получения карбоната кальция двумя путями:
а) соединением двух оксидов;
б) взаимодействием двух растворимых солей.
Какой из данных путей используется в производстве минеральных вяжущих веществ?
26. Составьте два уравнения получения хлорида кальция:
а) реакцией соединения металла и неметалла;
б) реакцией нейтрализации.
Укажите названия исходных веществ.
27. Составьте уравнения получения оксида кальция двумя путями:
а) реакцией разложения карбоната;
б) реакцией окисления металла.
Какой из данных процессов используется в технике для производства воздушной извести?
28. Составьте два уравнения соединения оксидов с водой, приводящих к образованию
щелочей (растворимых в воде оснований). Укажите названия всех соединений.
12
29. Составьте уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:
Fe → FeO → Fe2 O3 → FeCl3 → Fe(OH)3 .
Укажите названия всех соединений.
30. Составьте два уравнения получения сульфата цинка:
а) реакцией замещения металлом водорода соответствую щей кислоты;
б) реакцией нейтрализации.
Укажите названия исходных веществ.
1.3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
Технологические расчеты, как правило, начинаются с выбора метода производства,
решающую роль в котором играет экономика процесса. Технологи всегда стремятся к тому,
чтобы процесс был осуществлен по непрерывной схеме, сырье расходовалось достаточно
полно, было меньше отходов производства, готовый продукт получался с большим выходом, все операции были механизированы, а режим поддерживался автоматически.
Составив технологическую схему производства и определив основные направления
потоков сырья, полупродуктов или полуфабрикатов, а также готовой продукции, приступают
к составлению материального и энергетического балансов.
Материальный баланс – вещественное выражение закона сохранения массы веществ,
согласно которому во всякой замкнутой системе масса веществ, вступивших в реакцию (приход), равна массе веществ, получившихся в результате реакции (расход).
Предположим, что технологический процесс основан на химической реакции, которая
протекает по схеме
аА
+bВ
= dД + еЕ,
где
А, В - исходное сырье;
Д - основной продукт;
Е - побочный продукт;
а, b, d, e - стехиометрические коэффициенты.
Материальный баланс составляется на единицу массы сырья или готового продукта.
Из (mА + mВ) кг сырья получается mД кг основного и mE кг побочного продукта, и
уравнение материального баланса будет:
mA + mB = mД + mE + mП ,
где mП – непроизводительные затраты сырья и готового продукта, которые обусловлены неполнотой химических превращений, а также механическими потерями при транспортировке и хранении сырья и готового продукта.
Типовая задача
Составьте материальный баланс процесса получения строительной извести из 1 т
(1000 кг) известняка, имеющего состав:
CaCO3 – 93%,
MqCO3 – 4%,
каолинит (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) - 3%.
13
При высоких температурах карбонаты разлагаются на оксиды, которые, взаимодействуя с оксидом кальция, образуют силикаты и алюминаты кальция.
Решение.
ХИМИЧЕСКИЕ УРАВНЕНИЯ ПРОЦЕССА
Основное:
CaCO3 → CaO + CO2;
Параллельные: MqCO3 → MqO + CO2
Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O→ Al2O3 + 2SiO2 + 2H2O;
Побочные:
CaO + Al2O3→ CaO· Al2O3 ,
2 CaO + SiO2→ 2 CaO· SiO2.
1000кг
‹————————————————————————————————›
Суммарное: 6 CaCO3 +
MqCO3
+
Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O→
ν = 6 моль
М = 100 г/моль
m = 600г
X
‹———————›
→ CaO
+
MqO
ν = 1 моль
М= 56 г/моль
m= 56г
ν = 1 моль
М = 84 г/моль
m = 84г
+
ν= 1 моль
М= 40 г/моль
m= 40г
ν = 1 моль
ν = 2 моль
ν = 2 моль
М =102г/моль М=60 г/моль
М = 18 г/моль
m = 102г
m = 120г
m = 36г
m (каолинита) = 102 г + 120 г + 36 г = 258 г
Y
‹——————————————————————›
CaO· Al2O3 +
2(2 CaO· SiO2) + 2H2O + 7 CO2
ν =1 моль
М=158г/моль
m=158г
ν = 2 моль
М=172 г/моль
m=344г
ν = 2 моль
ν = 7 моль
М=18 г/моль М=44 г/моль
m=36г
m=308г
600 г + 84 г + 258 г = 56 г + 40 г + 158 г + 344 г + 36 г + 308 г
942 г = 598 г + 344 г.
Уравнение материального баланса, которое должно быть получено в результате расчета будет иметь вид:
1000 кг = X кг + Y кг .
СОСТАВ СЫРЬЯ
CaCO3
MqCO3
Каолинит
– 93%
– 4%
– 3%
– 930кг;
– 40кг;
– 30кг.
В соответствии с суммарным уранением процеccа:
в 258 кг каолинита (Al2O3·2SiO2·2H2O) содержится 102 кг Al2O3,
в 30 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится Xкг Al2O3,
X=12 кг.
в 258 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится 120 кг SiO2,
в 30 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится X кг SiO2,
14
X=14 кг.
в 258 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится 36 кг H2O,
в 30 кг каолинита (Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O) содержится Xкг H2O,
X=4 кг.
СОСТАВ ОСНОВНОГО ПРОДУКТА
Химический состав:
а) из 100 кг CaCO3 образуется 56 кг CaO,
из 930 кг CaCO3 образуется X кг CaO,
X=52 кг;
б) из 84 кг MgCO3 образуется 40 кг MgO,
из 40 кг MgCO3 образуется X кг MgO,
X=19 кг;
в) SiO2 – 14 кг;
г) Al2O3 – 12 кг.
Масса основного продукта (извести) составляет:
X= 521кг + 19 кг + 14 кг + 12 кг = 566 кг.
Минеральный состав:
а) 102 кг Al2O3 связывают в CaO· Al2O3 56 кг CaO,
12 кг Al2O3 связывают в CaO· Al2O3 X кг CaO,
X = 6.6 кг;
масса образовавшегося алюмината кальция:
m(2 CaO· SiO2) = 6.6 кг (CaO) + 12 кг (Al2O3) = 18.6кг;
б) 60 кг SiO2 связывают в 2CaO· SiO2 112 кг CaO,
14 кг SiO2 связывают в 2CaO· SiO2 X кг CaO,
X = 26.1кг;
масса образовавшегося двухкальциевого силиката:
m(2 CaO· SiO2) = (23.1 + 14) = 40.1кг;
в) масса свободного (несвязанного) оксида кальция:
m(CaO) = 521 кг – 6.6 кг – 26.1кг = 488.3 кг;
г) масса оксида магния: m(MqO) = 19кг.
СОСТАВ ПОБОЧНОГО ПРОДУКТА
а) из 100 кг CaCO3 образуются 44 кг CO2,
из 930 кг CaCO3 образуются X кг CO2,
X= 406 кг;
15
из 84 кг MqCO3 образуются 44 кг CO2,
из 40 кг MqCO3 образуются X кг CO2,
X = 21кг;
масса выделившегося углекислого газа:
m(CO2) = 409кг +21кг = 430кг;
б) из 258 кг каолинита выделяется 36 кг H2O,
из 30кг каолинита выделяется X кг H2O,
X = 4кг;
масса побочного продукта:
Y= 430кг + 4кг = 434кг.
Уравнение материального баланса: 1000= 566 + 434 .
Результаты расчёта представлены в виде табл. 2.
Таблица 2
Материальный баланс получения строительной извести
Сырье, кг
Общая
масса
1000
Основной продукт, кг
Состав
минеральный
химический
СаCО3
930
СаСО3
930
МgCO3
40
Каолинит
30
Общая
масса
Состав
Химический
Минеральный
СаО
521
СаО свободная
4 88, 3
МgCO3
40
MgO
19
MgO
19
Al2O3
12
Al2O3
12
CaO·Al2O
18,6
SiO2
14
SiO2
14
2CaO·SiO2
40,1
H2O
4
566
Побочный
продукт, кг
Общая
масса
Химический
434
СO2
430
H2O
4
16
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
В соответствии с вариантом контрольной работы выберите в табл. 3 номер задания:
(31 … 45) и составьте материальный баланс процесса получения строительной извести из
1 т (1000 кг) известняка, имеющего соответствующий состав: CaCO3 - ……%, MqCO3 ……%, каолинит -……%.
Расчёт проведите аналогично типовой задаче. Приведите подробное решение и таблицу с результатами расчёта, аналогичную табл. 2.
Таблица 3
Контрольные задания по расчету материального баланса
получения строительной извести
Содержание компонентов, %
Задача
31
32
33
34
35
36
37
38
39
Класс сырья
А
Б
В
Вид извести
СаСО3
MgCO3
Каолинит
Al2O3·2SiO2·2H2O
95,0
94,0
93,0
92,0
91,0
90,0
88,0
87,0
85,0
4,0
4,5
5,0
7,0
7,5
8,0
9,0
11,0
12,0
1,0
1,5
2,0
1,0
1,5
2,0
3,0
2,0
3,0
45,0
47,0
49,0
6,0
5,0
4,0
Доломитовая
15,0
10,0
9,0
10,0
16,0
18,0
Гидравлическая
40
41
42
Г
49,0
48,0
47,0
43
44
45
Д
75,0
74,0
73,0
Маломагнезиальная
Тема 2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Энергетика химических процессов. Термохимия. Закон Г.И. Гесса. Расчет тепловых
эффектов и принцип составления энергетических балансов.
Химическая кинетика. Факторы управления скоростью химической реакции. Гетерогенные химические процессы в технологии строительства и особенности их кинетики.
17
Химическое равновесие. Принцип Ле-Шателье и его практическое применение в технологии производства строительных материалов.
Направление и предел самопроизвольного протекания химических процессов.
Литература: [1− §§ 5.1-5.5;7.1…7.2], [2−§§ 5.1-5.3; 6.1…6.6].
2. 1. ЭНЕРГЕТИКА И НАПРАВЛЕННОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Типовая задача
Процесс карбонизации гашеной извести идет по реакции
Са(ОН)2 (твёрд.) + СО2 (газ) = СаСО3 (твёрд.) + Н2О(жидк.)
Определите:
а) изменение энергии Гиббса (∆rG0298) при стандартных условиях в ходе данного процесса и решите вопрос о возможности самопроизвольного протекания его в указанных условиях;
б) температуру, при которой наступит состояние термодинамического равновесия
данной системы;
в) количество теплоты, которое выделится при карбонизации 148кг гашеной извести.
Решение:
а) изменение энергии Гиббса химического процесса в стандартных условиях определяем по уравнению
∆rG0 = ∆rН0 – Т ∆rS0 ,
(6)
0
где ∆rН – изменение энтальпии в стандартных условиях;
∆rS0 - изменение энтропии в стандартных условиях;
Т – стандартная температура, равная 298 К.
Значения ∆fH0 и S0 для веществ, участвующих в реакции при стандартных условиях
берем из табл. 4:
∆fH0 (СаСО3) = − 1206 кДж/моль;
S0(СаСО3) = 93 Дж/(моль·К);
0
∆fH (Н2О)
= −286 кДж/моль;
S0 (Н2О)
= 70 Дж/(моль·К);
∆fH0 (Са(ОН)2) = − 986 кДж/моль;
S0 (Са(ОН)2) = 83 Дж/(моль· К);
∆fH0 (СО2)
= − 393 кДж/моль;
S0 (СО2)
= 214 Дж/(моль·К).
Для определения ∆rН0 воспользуемся следствием закона Гесса:
∆rН0 = ∑ ν ∆fH0 продуктов - ∑ ν ∆fH0 исходных веществ,
(7)
0
где ∑ - сумма значений ∆fH участников процесса;
ν – число моль, равное коэффициенту в уравнении химического процесса.
0
∆rH = [1 моль· ∆fH0 (CaCO3) + 1моль·∆fH0 (Н2О)] − [1моль·∆fH0(Са(ОН)2 +1моль·∆fH0(CO2)].
∆rH0,=[1моль·(−1206) кДж/моль+1моль·(−286) кДж/моль] –
− [1моль·(−986) кДж/моль +1моль(−396) кДж/моль)]= −113кДж.
Отрицательное значение ∆ rH0 свидетельствует о том, что теплота в ходе процесса
выделяется (экзотермический процесс).
Аналогично рассчитываем изменение энтропии
∆rS0 = ∑ ν Ѕ0 продуктов - ∑ ν Ѕ0 исходных вещ-в ,
(8)
где ∑ - сумма значений Ѕ0 участников процесса;
ν – число моль, равное коэффициенту в уравнении химического процесса.
∆rS0 = [1 моль S0 (CaCO3) + 1моль S0 (H2O) ] −[ 1 моль S0 (Ca(OH)2) + 1 моль S0 (CO2) ]
∆rS0 = [ 1моль· 93 Дж/(моль·К) + 1моль·70 Дж/(моль·К)] – [1моль·83 Дж/(моль·К) +
1моль·214 Дж/(моль·К)] = 134Дж/К = 0,134 кДж/К.
В соответствии с (6): ∆rG0 = -113 кДж – 298 К (0,134 кДж/К) = −73,1 кДж.
18
Следовательно, при карбонизации извести происходит уменьшение энергии Гиббса.
Так как ∆rG0 < 0, то при данных условиях возможно самопроизвольное протекание процесса
в прямом направлении.
б) Направление самопроизвольного протекания процесса может измениться на обратное вблизи температуры термодинамического равновесия (Травн.), для которой ∆rG0 = 0.
Тогда при условии независимости энтальпии и энтропии от температуры уравнение
(6) принимает вид: Травн. · ∆rS 0 = ∆rН0, и
Травн = ∆rН0 : ∆rS 0 .= −113кДж : −0,134 кДж/К = 843 К или 5960 С;
в) при карбонизации 1 моль Са(ОН)2, масса которого составляет 74 г, выделяется 113
кДж, а карбонизация 148 кг извести сопровождается выделением
(148 · 103 г ·113 кДж) : 74 г = 2,26 · 105 кДж теплоты.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Стандартные значения термодинамических функций (∆fH0, ∆fG0, S0), необходимые
для решения задач, приводятся в табл. 4. В том случае, если не приведены значения ∆fH0 и
∆S0, расчёт изменения энергии Гиббса ведите по формуле:
∆rG0 = ∑ ν ∆fG0 продуктов - ∑ ν ∆fG0 исходных веществ,
(9)
0
где ∑ - сумма значений ∆fG участников процесса;
ν – число моль, равное коэффициенту в уравнении химического процесса.
Таблица 4
Термодинамические величины некоторых простых веществ и соединений
Н2(г)
Mq
Sкр
Si
Fe
Al2O3 (kp)
CO (г)
CO2 (г)
∆rН0298,
кДж/моль
0
0
0
0
0
-1675
-110
-393
CaO (kp)
Ca(OH)2 (kp)
CaCO3 (kp)
CaSiO3 (kp)
CaO· Al2O3 (kp)
3СaO· Al2O3 (kp)
3CaO· SiO2 (kp)
CaCO3·MqCO3 (kp)
CaSO4·0.5 H2O (kp)
CaSO4· 2 H2O (kp)
FeO (kp)
H2O (г)
H2O (ж)
H2S (г)
-635
-986
-1206
-1584
-2321
-3556
-2968
-2326
-1575
-2021
-264
-242
-286
-20
Вещества
130
32
32
18
27
51
197
214
∆rG0298,
кДж/моль
-1582
-138
-394
40
83
93
82
59
189
70
205
-604
-897
-1129
-1501
-2202
-3376
-2784
-2153
-1435
-1796
-245
-229
-237
-
S0298, Дж/(моль·К)
19
MqO (kp)
Na2O (kp)
NaHCO3 (kp)
Na2CO3 (kp)
SO2 (г)
SiO2 (kp)
-601
-403
-947
-1129
-297
-911
27
71
102
136
248
42
-570
-857
46. Декарбонизация доломита идет по схеме
CaCO3 · MgCO3(кристалл.) = CaO(кристалл.) + МgO(кристалл.) + 2CO2 (газ) .
Тепловой эффект этого процесса ∆rН0 = 302 кДж. Определите теплоту образования
(∆fH0) доломита и возможность самопроизвольного протекания этого процесса при стандартных условиях.
47. Сколько теплоты надо затратить при обжиге известняка, чтобы получить 56 кг
извести? Процесс идет по схеме
СаСО3(кристалл.) = СаО(кристалл.) + СО2 (газ) .
Расчет проводите при стандартных условиях. Возможно ли самопроизвольное прохождение этого процесса при заданных условиях?
48. При получении кальцинированной соды идет реакция
2 NaHCO3 (кристалл.) = Na2CO3 (кристалл.) + СО2 (газ) + Н2О(газ).
Определите возможность протекания данного процесса в стандартных изобарно –
изотермических условиях и температуру, при которой наступит состояние термодинамического равновесия.
49. Определите тепловой эффект и изменение энергии Гиббса при стандартных
условиях реакции образования моноалюмината кальция, являющегося главным минералом
глиноземистого цемента
СаСО3 (кристалл.) + Аl2О3 (кристалл.) → СаО · Аl2О3 (кристалл.) + СО2 (газ) .
50. При термической обработке природный гипс выделяет воду, образуя строительный гипс. Процесс идет по схеме:
CaSO4 · 2H2O(кристалл.) = CaSO4 · 0, 5H2O(кристалл.) + 1,5 H2O(жидк.) .
Определите количество затраченной теплоты при получении 1,45 т строительного
гипса и возможность самопроизвольного протекания данного процесса при стандартных
условиях. Молярная масса CaSO4 · 2H2O рассчитывается как сумма молярных масс CaSO4 и
Н2О.
51.Определите изменение энергии Гиббса в ходе процесса:
SiO2(кристалл.) + 2Mg (кристалл.) = 2MgO(кристалл.) + Si (кристалл.)
и дайте заключение о возможности протекания его при стандартных условиях.
52. Сколько теплоты надо затратить на разложение 53 кг соды, протекающее по уравнению
Na2CO3 (кристалл.) = Na2O (кристалл.) + CO2 (г)аз ?
Определите ∆rG0 и температуру, при которой наступит состояние термодинамического равновесия в данной системе.
53. В зависимости от условий (температуры) реакции
СаО(кристалл.) + Н2О(жидк.)↔ Са(ОН)2 (кристалл.)
20
может протекать в прямом и обратном направлении. Решите вопрос, рассчитав ∆rG0 , о возможности гашения извести при стандартных условиях.
54. Рассчитайте изменение энергии Гиббса при стандартных условиях для процесса:
MgO (кристалл.) + Н2 (газ) → Н2О(жидк.) + Mg (кристалл.) .
Определите при какой температуре в системе установится состояние термодинамического равновесия.
55. Важнейшей составляющей портландцемента является трехкальциевый силикат
(3СаО · SiO2)
3СаО (кристалл.) + SiO2 (кристалл.) = 3СаО · SiO2 (кристалл.) .
ν =3 моль
ν =1 моль
ν =1 моль
Какое количество теплоты выделится при получении 2,28 т трехкальциевого силиката?
Возможно ли его образование при стандартных условиях?
56. Определите изменение энергии Гиббса при стандартных условиях процесса
СаСО3 (кристалл.) + SiO2 (кристалл.) = Са SiO3 (кристалл.) + CO2 (кристалл.)
и решите вопрос о возможности самопроизвольного протекания его при указанных условиях.
Рассчитайте температуру, при которой наступит состояние термодинамического равновесия данной системы.
57. Процесс гидратации трехкальциевого силиката идет по реакции:
3СаО · SiO2 (кристалл.) + 3Н2О(жидк.) = 2СаО · SiO2 · 2Н2О(кристалл.) + Са(ОН)2 (кристалл.)
ν =1 моль
ν =3 моль
ν =1 моль
ν =1 моль
Определите:
а) теплоту образования гидросиликата кальция (2СаО · SiO2 · 2Н2О), если тепловой
эффект этого процесса ∆rН0 = − 114кДж;
б) степень гидратации, если к моменту испытания выделилось 28,5 кДж теплоты.
58. Какое количество теплоты надо затратить, чтобы получить 540 кг трехкальциевого алюмината
3 СаО(кристалл.) + Аl2О3 (кристалл.) = 3 СаО · Аl2О3 (кристалл.) ?
ν = 3 моль
ν = 1 моль
ν = 1 моль
Возможно ли самопроизвольное прохождение этого процесса при стандартных
условиях?
59. Определите при стандартных условиях изменение энергии Гиббса процесса:
FeO (кристалл.) + CO(газ) = Fe (кристалл.) + CO2 (газ).
При какой температуре наступит состояние термодинамического равновесия данной
системы?
60. Решите вопрос о возможности самопроизвольного протекания процесса:
2 Н2S(газ) + SO2 (газ) = 2Н2О (жидк.) +3 S (твёрд.)
при стандартных условиях и определите температуру, при которой наступит состояние термодинамического равновесия в системе.
2. 2. ХИМИЧЕСКАЯ КИНЕТИКА И РАВНОВЕСИЕ
Типовая задача 1
Реакция карбонизации извести идет по уравнению
21
Са(ОН)2 (раствор) + СО2 (газ) → СаСО3 (твёрд.) + Н2О(жидк.) .
Константа скорости этой реакции при некоторой температуре равна 0,16 мин-1. Исходные концентрации Са(ОН)2 = 0,4 моль/л и СО2 = 0, 5 моль/л. Вычислите начальную скорость процесса и его скорость, когда прореагирует 25% Са(ОН)2. Состояние равновесия в
данной системе устанавливается, когда исходная концентрация Са(ОН)2 уменьшится на 75%.
Рассчитайте массу фактически полученной извести и массовую долю выхода продукта, если
начальная масса извести 3, 7 кг.
Решение.
Скорость реакции рассчитывается по уравнению закона действия масс, которое для
прямого химического процесса
прямой процесс
аА + bB
dD
обратный процесс
имеет вид:
υ пр. проц. = k пр.проц. c(А)а · с(В)b,
(10 )
где k пр.проц. – константа скорости прямого процесса;
c(А)а и с(В)b – концентрации веществ А и В в степенях, с показателями, равными
стехиометрическим коэффициентам.
В случае гетерогенного процесса в уравнения входят концентрации только тех веществ, которые находятся в газовой фазе или в растворе. Концентрации твердых веществ
представляют собой постоянную величину и поэтому входят в константу скорости.
Начальная скорость для данной реакции:
υ нач. = κ с (Са(ОН)2) · с (СО2) = 0.16 · 0.4 · 0.5 = 3.2 · 10-2 моль/(л·мин).
Когда прореагирует 25% извести, концентрация её уменьшится на 25% и станет равной (0,4 − 0,1) = 0,3 моль/л, а концентрация углекислого газа уменьшится на такое же число
моль: (0,5 − 0,1) = 0,4 моль/ л. При этом скорость химической реакции уменьшиться до величины:
υ = 0,16 · 0,3 · 0, 4 = 1, 92 ·10 –2 моль/(л ·мин).
По мере уменьшения концентрации начальных веществ скорость прямой реакции
уменьшается, а обратной – увеличивается. Когда скорости будут одинаковы, наступит состояние равновесие в системе.
Согласно уравнению реакции из одного моль извести получается один моль карбоната кальция
М(Са(ОН)2) = 74 г/моль, М(СаСО3) = 100 г/моль.
Начальная масса извести 3, 7 кг, следовательно
74 г − 100 г
3700 г −
х г,
где х = 5000 г или 5 кг предоставляет максимально возможный теоретический выход. В соответствии с условием задачи фактически можно получить только 75 % от теоретически возможного. Следовательно:
5,0 кг − 100%
х
− 75%
mфакт = 3, 75 кг
Массовая доля выхода продукта (см. типовую задачу к разделу 1.1)
η = m факт. : m теор. = 3, 75 : 5, 0 = 0, 75
22
Типовая задача 2
В системе
МgСО3(твёрд.)  MqO (твёрд.) + CO2 (газ), ∆rН > 0
при температуре 700 С установилось состояние равновесия.
Температурный коэффициент скорости этой реакции равен 2. Изменится ли скорость
прямой реакции, если повысить температуру на 50 0С? Как надо изменить внешнее давление,
чтобы увеличить скорость прямой реакции, не изменяя температуру?
0
Решение.
1. Применим для решения уравнение Вант-Гоффа:
t
2
t

t 2  t1
10
 750
0
;
 700
2
750  700
10
 2 5  32.
(11)
0
где γ – температурный коэффициент скорости.
Скорость прямой реакции возрастает в 32 раза. Прямая реакция эндотермическая
(определяем по знаку ∆rН > 0), поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, для смещения равновесия вправо надо повысить температуру, что и показал расчет.
Данная реакция в прямом направлении идет с увеличением числа моль газообразных
веществ, давление в системе увеличивается, поэтому, согласно принципу Ле-Шателье, внешнее давление надо понизить, что приведет к увеличению выхода конечных веществ.
Направление смещения химического равновесия при внешнем воздействии на систему происходит в соответствии с принципом Ле-Шателье (табл. 5).
Таблица 5
Смещение химического равновесия
Изменение внешних условий
повышение
Температура
понижение
повышение
Давление
понижение
повышение
Концентрация
Влияние на смещение положения равновесия
Равновесие смещается в сторону течения
эндотермического процесса
Равновесие смещается в сторону течения
экзотермического процесса
Увеличивает скорость процесса, протеекающего с уменьшением числа моль газообразных веществ
Увеличивает скорость процесса, протеекающего с увеличением числа моль газообразных веществ
Увеличивает скорость процесса, в котором
участвует вещество, концентрацию которого повышают
понижение
Увеличивает скорость процесса, в результате которого образуется вещество, концентрацию которого понижают
23
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
61. Реакция идет по уравнению:
2 SO2 (газ) + О2 (газ) → 2 SO3 (газ) .
Концентрации исходных веществ до начала реакции были с(SO2) = 0.03 моль/л и
с(СO2) = 0.01моль/л.
Вычислите концентрации этих веществ в момент, когда с(SO3) = 0.005 моль/л, и
начальную скорость данного процесса. Константа скорости реакции равна 5 ·10-2 мин‾1. Как
изменится скорость прямой реакции при увеличении внешнего давления?
62. Во сколько раз изменятся скорости прямой и обратной реакций в системе
2 СО(газ) 
СО2(газ) + С(твёрд.),
если объем газовой смеси уменьшить в три раза? В какую сторону при этом сместится равновесие системы? Рассчитайте массовую долю выхода углекислого газа, если при достижении состояния равновесия в системе разложилось 50% из 2,8 кг вступившего в реакцию СО.
63. При стандартных условиях в системе
CaCO3 (твёрд.) + СO2 (газ) + H2O(жидк.)  Сa(HCO3)2 (раствор) , ∆rH < 0
установилось состояние равновесия. Сколько кг карбоната кальция прореагировало, если до
достижения состояния равновесия израсходован 1 м3 углекислого газа? Как надо изменить
условия (давление, температуру), чтобы увеличить выход продукта реакции?
64. При температуре 400 0С в системе
СаО(твёрд.) + SiO2 (твёрд.)
 βCaO · SiO2 (твёрд.) , ∆rH >O
установилось состояние равновесия. Как изменится скорость прямой реакции при увеличении температуры на 40 0С? Температурный коэффициент скорости этой реакции равен 2.
Повышать или понижать надо температуру, чтобы данный процесс прошел практически до
конца?
65. Какие процессы экономически более выгодные – идущие в системах с высоким
или низким значением энергии активации? Почему с увеличением температуры скорости реакций возрастают?
66. Напишите выражение для константы равновесия гетерогенной системы
СаСО3(тв)  СаО(тв) + СО2(газ).
Состояние равновесия в данной системе установилось, когда прореагировало 40 %
карбоната кальция. Рассчитайте массовую долю выхода продукта, если исходная масса карбоната кальция составляет одну тонну.
Как следует изменить внешнее давление, чтобы повысить выход извести?
67. Реакция идет по уравнению
МgCO3(твёрд.) + Н2О(жидк.) + СО2(газ)  Мg(НСО3)2 (раствор).
Как изменится скорость прямой реакции при увеличении концентрации углекислого
газа в 4 раза?
Сколько кг Мg(НСО3)2 получится, если до достижения состояния равновесия в системе было израсходовано 2 м3 СО2 и процесс шел при стандартных условиях?
24
68. Состояние равновесия в системе
3 СаО(твёрд.) + Аl2О3 (твёрд.)
 3СаО · Аl2О3 (твёрд.) , ∆rH >O
ν = 3 моль
ν = 1 моль
ν = 1 моль
установилось при 600 0С. На сколько следует повысить температуру, чтобы скорость прямой
реакции увеличилась в 81 раз? Температурный коэффициент скорости для данной реакции
равен 3. Почему для увеличения скорости реакции температуру надо повышать? Если реакция пройдет до конца, то сколько кг трехкальциевого алюмината образуется из 112 кг извести?
69. Процесс гашения извести экзотермический
СаО(твёрд.) + Н2О(жидк.)  Са(ОН)2 (раствор) , ∆rH < 0
Что нужно сделать: повысить или понизить температуру, чтобы равновесие в системе сместилось вправо? При стандартной температуре равновесие наступает тогда, когда образуется 4,44 кг гашеной извести (Са(ОН)2), что составляет 60% от теоретического выхода.
Рассчитайте массу негашеной извести, вступившей в реакцию.
70. Напишите выражение для константы равновесия гомогенной системы
СО(газ) + Н2О(пар)  СО2(газ) + Н2 (газ) .
Как изменится скорость обратной реакции, если уменьшить концентрацию водорода
в 4 раза? В сторону какой реакции – прямой или обратной – сместится при этом равновесие?
Почему данное равновесие не может быть смещено изменением внешнего давления?
71. Что понимают под энергией активации химической реакции? Если реакция идет
медленно при данной температуре, что можно сказать об энергии активации: она велика или
мала?
Как зависит скорость реакции от температуры? Сформулируйте правило ВантГоффа.
72. При получении оксида магния идет процесс
MqCO3 (твёрд.)  MqO (твёрд.) + CO2 (газ).
Какое влияние на выход MqO окажут увеличение давления над системой, удаление
из системы углекислого газа?
Состояние равновесия в данной системе устанавливается тогда, когда прореагирует
60% карбоната магния. Рассчитайте массовую долю выхода продукта (MqO), если исходная
масса MqCO3 была 16.8 кг.
73. В системе
Ca(OH)2(раствор) + SO3(газ)  CaSO4 (твёрд.) + H2O (ж)идк., ∆rH < 0
установилось состояние равновесия. Сколько гашеной извести прореагировало, если до достижения состояния равновесия израсходовано 1, 5 м3 SO3? Как следует изменить условия
(давление, температуру), чтобы сместить равновесие данной реакции вправо?
74. Реакция идет по уравнению
4 NН3 (газ) + 5 О2 (газ) = 4 NO(газ) + 6 Н2О(газ) .
Концентрации исходных веществ до начала реакции были одинаковы и равнялись 0.2
моль/л. Через некоторое время они уменьшились вдвое для каждого исходного вещества.
Во сколько раз уменьшилась скорость прямой реакции к концу этого промежутка
времени? Как надо изменить внешнее давление, чтобы скорость прямой реакции увеличилась?
25
75. При затворении водой строительного гипса идет реакция
СаSO4 · 0,5Н2О(твёрд.) + 1,5 Н2О(жидк.) = СаSO4 · 2 Н2О(твёрд.) .
Константа скорости этой реакции при температуре 200С равна 0, 2 мин ‾1. Вычислить скорость прямой реакции, если с(Н2О) = 0,05 моль/л. Сколько кг воды потребуется для
гидратации 14,5 кг гипса, если до достижения состояния равновесия его прореагировало
50%?
Тема 3. РАСТВОРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
СОДЕРЖАНИЕ МАТЕРИАЛА ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Растворы и их природа; растворители; способы выражения концентрации. Растворы
неэлектролитов и электролитов, их термодинамические свойства.
Водные растворы электролитов, электролитическая диссоциация, степень и константа диссоциации. Электролиты сильные и слабые.
Условия протекания практически необратимых реакций двойного обмена. Водородный показатель реакции среды рН. Гидролиз солей.
Использование растворов в технологии строительного производства.
Жесткость природных вод. Водоподготовка.
Литература: [1 - §§ 8.1…8.6], [2 - ‾ 7.1...7.6], [4- глава I, §§ 1,2,5,6; глава II, §8]
3. 1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА РАСТВОРОВ
Типовая задача 1
В системе охлаждения двигателей внутреннего сгорания используется антифризы –
жидкости с пониженной температурой замерзания. Вычислите массу этиленгликоля
(С2Н4(ОН)2), которого необходимо прибавить на каждый килограмм воды для приготовления
антифриза с температурой замерзания минус 50С.
Решение.
Понижение температуры замерзания раствора неэлектролита – ΔТзамерз. пропорционально моляльной концентрации растворенного вещества - Сm:
Δ Тзамерз. = К · Сm ,
(12)
где К - криоскопическая постоянная, равная для воды 1,86 град · кг/моль.
Моляльная концентрация выражается числом моль растворенного вещества в 1 кг
(1000 г) растворителя, следовательно:
К 1000  m1
(13)
Т замерз. 
M  m2
где
1000 − коэффициент перевода «кг» в «г»;
m1 – масса растворенного вещества, г;
m2 – масса растворителя, г;
М – молярная масса растворенного вещества, г/ моль.
Молярная масса С2Н4(ОН)2 составляет 62 г/ моль, поэтому
26
mC3 H 4 (OH ) 2 
Tзам ерз.  М  m2
K 1000

5 градусов  62 г
1,86 градус  кг
моль
моль
1000
1000 г
 167 г.
Типовая задача 2
Для удаления снежно – ледяных образований с дорожных покрытий используют антигололедные ( размораживающие ) реагенты. Рассчитайте массу сульфата натрия, которого
нужно внести на дорогу, чтобы расплавить лед при температуре окружающей среды минус
50С. Масса льда соответствует 100 кг жидкой воды, изотонический коэффициент сульфата
натрия равен 2, 44.
Решение.
Для электролитов, к которым относится и сульфат натрия - Na2SO4, понижение температуры замерзания рассчитывается с учетом изотонического коэффициента i − формулы
(12) и (13):
Δ Тзамерз. = i · К · Сm,
(14)
следовательно,
Tзамерз.  M Na2 SO4  m H 2O
(15)
m Na2 SO4 
i  K H 2O 1000
Для расплавления льда следует создать температуру ниже минус 50С, допустим, минус 60С.
M (Na2SO4) = 142 г/моль;
m (H2O) = 100 000 г;
i (Na2SO4) = 2.44.
K (H2O)= 1.86 0, град· кг/моль,
тогда:
6 градус  142 г
100000 г
моль
m Na2 SO4 
 18 733 г  18 кг.
2,44  1,86 град.  кг
 1000
моль
Типовая задача 3
Вычислите временную, постоянную и общую жесткость воды, обусловленную присутствием соответственно Ca(HCO3)2 и CaSO4, если при ее анализе на титрование 100 мл воды израсходовано 4.0 мл соляной кислоты (рабочий раствор) с молярной концентрацией эквивалента 0.1 моль/л и 9.0 мл трилона Б (рабочий раствор) с молярной концентрацией эквивалента 0.05 моль/л. Какова масса Ca(HCO3)2 и CaSO4, содержащийся в 100 л воды?
Решение.
Вода, в которой присутствуют значительные количества соединений, содержащихся
Са2+ и Mq2+, является жесткой. Соли Ca(HCO3)2 и Mq(HCO3)2 определяют временную, а все
другие растворимые соли – постоянную жесткость. Измеряется жесткость числом ммоль эквивалентов этих солей, содержащихся в 1 л воды.
Для определения жесткости к точно измеренному объему анализируемой воды приливают по каплям рабочий раствор известной концентрации, объем которого тоже измеряют.
При этом эквивалентная точка фиксируется с помощью индикатора. Этот процесс называется титрованием. В соответствии с законом эквивалентов:
27
V
H 2O
 c Э ( H 2O )  V
рабочего раствора
 сЭ ( рабочего раствора)
(16)
где V – объем раствора, мл;
CЭ – молярная концентрация эквивалента, моль/л.
Определяют СЭ воды, т.е. число моль эквивалентов солей жесткости, содержащихся
в 1 литре воды.
Жесткость воды вычисляется по формуле
V рабочего раствора  сЭ рабочего раствора
(17)
Ж Н 2О 
,
V Н 2О  1000
где 1000 – коэффициент пересчета, переводящий число моль
ммоль эквивалентов.
эквивалентов в число
Рабочим раствором для определения временной жесткости служит соляная кислота,
общей (сумма временной и постоянной) − трилон Б.
Из условия задачи следует:
4,0  0,1  1000
Ж в рем енная 
 4,0 ммоль ;
л
100
Ж
общая

9,0  0,05  1000
 4,5 ммоль ;
л
100
 4,5  4,0  0,5 ( ммоль ).
л
Масса солей жесткости в граммах, содержащаяся в объеме воды V, вычисляется по
формуле:
Ж Н 2О  М Э ( соли)  V Н 2О
(18)
m солей жёсткости 
,
1000
где МЭ –молярная масса эквивалента, г/моль.
МЭ = M : n ,
(19)
где М – молярная масса, г/моль,
n − число химических связей в соли между катионом и анионом.
Ж
постоянная
Ж
общая
Ж
постоянная
MЭ (Сa(HCO3)2) = M (Сa(HCO3)2) : 2 = 162 : 2 = 81 г/моль;
МЭ (CaSO4) = М (CaSO4) : 2 = 136 : 2 = 68 г/моль.
В 100 л анализируемой воды содержится солей временной жёсткости (определяется титрованием соляной кислотой − 4,0 мл) и солей постоянной жёсткости (определяется разностью
титрования между трилоном Б и соляной кислотой − 0,5 мл):
4.0  81  100
m Ca ( HCO3 ) 2 
 32.4 г;
1000
0.5  68  100
m CaSO4 
 3.4 г.
1000
.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
76. Кратко опишите физические и химические свойства воды. Приведите примеры
использования водных растворов в технологии строительного производства.
28
77. Охарактеризуйте, что показывают и в каких единицах измеряются следующие
способы выражения концентрации растворов: массовая доля, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента вещества, моляльность, мольная доля, титр.
78. Определите самую низкую температуру, при которой не будет замерзать вода в
радиаторе автомобиля, если в него залить 8 кг воды и 1 кг пропиленгликоля ( С3Н6(ОН)2 ).
79. Какого из спиртов: этилового (С2Н5ОН) или метилового (СН3ОН) нужно добавить больше на 1 кг воды для приготовления антифриза с температурой замерзания минус
100 С. Ответ подтвердите расчетом.
80. Рассчитайте, какой из антифризов: на основе этиленгликоля (С 2Н4(ОН)2), цена за
1 кг 45 руб., или на основе пропиленгликоля (С3Н6(ОН)2) , цена за 1 кг 1200руб экономически
более целесообразно применять, если температура окружающей среды – минус 120С.
81. Рассчитайте, при какой самой низкой температуре не будет замерзать вода в радиаторе автомобиля, если в него залить 9 кг воды и 1 кг глицерина (С3Н5(ОН)3).
82. Температура окружающей среды понижается до минус 100 С. Рассчитайте, какой
из антифризов экономически более целесообразен: спирт метиловый (СН3ОН), цена за 1 кг
20 руб, или спирт пропиловый ( С3Н7ОН), цена за 1 кг 90 руб.
83. Рассчитайте, какой из антигололедных реагентов: нитрат аммония (NH4NO3) (i =
1, 80), цена за 1 кг 90 руб, или хлорид аммония (NH4Cl) (i = 1, 83), цена за 1 кг 80 руб экономически более целесообразно использовать в качестве антигололедного реагента. Расчет
проведите для температуры окружающей среды минус 100С с учетом, что масса льда соответствует 30 кг жидкой воды.
84. Рассчитайте, какого из антигололедного реагента: хлорида натрия (NaCl) (i =
1,84) или хлорида аммония (NH4Cl) (i = 1, 83) нужно взять больше, чтобы удалить с дорожного полотна лед массой, соответствующей 50 кг жидкой воды. Температура окружающей
среды минус 100 С.
85. Какой из антигололедных реагентов: хлорид натрия (i = 1,84) или сульфат
натрия (i = 2, 44) при прочих равных условиях будет больше понижать температуру замерзания.
86. Опишите способы устранения жесткости воды. Приведите соответствующие
уравнения реакций.
87. В воде присутствует некоторое количество гидрокарбоната магния (Мg(НСО3)2).
При кипячении 0,5 л воды в осадок выпало 29 мг Мg(ОН)2. Чему равна жесткость воды?
(Ответ: 2 ммоль/л)
88. При титровании 100 мл воды израсходовано 8,0 мл трилона Б с молярной концентрацией 0,05 моль/л. Рассчитайте, сколько нужно взять соды Na2CO3 для умягчения воды, если известно, что масса соды эквивалента массе солей жесткости. Напишите уравнение
реакции, происходящей при обработке воды, содержащей СаСl2, содой. (Ответ: 21, 2 г).
29
89. При анализе технологической воды на содержание солей жесткости было проведено титрование соляной кислотой и трилоном Б. На титрование 100 мл воды израсходовано: а) 3,0 мл соляной кислоты с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/ л; б) 8,0 мл
трилона Б с молярной концентрацией эквивалента 0,05моль/л. Вычислить массу Мg(NO3)2,
обусловливающую постоянную жесткость, если объем воды 10 л. (Ответ: 0,74 г).
90. Вода некоторого замкнутого водоема соприкасается в природным ангидритом
СаSО4. Вычислить жесткость воды в данном водоеме, если известно, что растворимость
СаSО4 при обычных условиях составляет около 1, 5 г/л. (Ответ: 22,06 ммоль/л).
3.2. РАСТВОРЫ ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Типовая задача 1
В трех сосудах находится раствор карбоната натрия (Na2CO3). В первый сосуд прилили раствор соляной кислоты, во второй – раствор хлорида кальция и в третий – раствор
хлорида калия. Где произошли химические реакции и почему?
Решение.
Реакции между растворами электролитов идут в том случае, если образуются малорастворимые (нерастворимые) соединения или малодиссоциирующие вещества (слабые
электролиты). Выделение газа также свидетельствует о протекании реакции.
Напишем предполагаемые реакции в молекулярной форме:
а. Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2CO3 (H2O + CO2)
б. Na2CO3
+ СаСl2
→
2 NaCl
+ CaCO3
в. Na2CO3 + КСl
→ 2 NaCl + К2СО3.
Запишем уравнения процессов в полной ионно–молекулярной форме: хорошо растворимые и хорошо диссоциирующие вещества (сильные электролиты) будем писать в виде
ионов, а малорастворимые (CaCO3) и малодиссоциирующие (H2O) – в виде молекул (см.
табл. 6 и 7).
Таблица 6
Растворимость кислот, оснований и солей в воде
Катион
Н+
Анион
OH‾
К +,
Na+
NH4+
Mq2+
Ca2+
Р
РХ
Н
М
Cu2+
Zn2+
Mn2+
Fe2+
Fe3+
Al3+
Н
Н
Н
Н
Н
Н
Cl‾
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
NO3‾
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
Р
S2‾
Р*
Р
Р
−
−
Н
Н
Н
Н
Н
−
SO32‾
Р*
Р
Р
М
М
−
М
Н
М
−
−
30
SO42‾
Р
Р
Р
Р
М
Р
Р
Р
Р
Р
Р
CO3 ‾
Р
*
Р
Р
М
Н
Н
Н
−
Н
−
−
HCO3‾
Р
Р
Р
Р
Р
−
−
−
Р
Р
Р
SiO32‾
Н
Р
−
Н
Н
Н
Н
−
Н
Н
Н
2
“P*”- соединение растворимо в воде, но является слабым электролитом; “P”- растворимо; “M”
– малорастворимо; “Н”-нерастворимо; ”—“ - в воде разлагается.
а. 2Na+ + CO32‾ + 2H+ + 2Cl‾ → 2Na+ + 2Cl‾ + H2О + CO2↑
б. 2Na+ + CO32‾ + Са2+ + 2Сl‾ → 2 Na+ + 2Cl‾ + CaCO3↓
в. 2Na+ + CO32‾ + 2K+ + 2C‾- → 2Na+ + 2Cl‾ + 2K+ + 2CO32‾
Одинаковые ионы в левой и правой частях уравнений сократим и получим уравнения в сокращенной ионно-молекулярной форме, отражающие сущность процесса:
а. 2Н+ + СО32- → Н2О + СО2 ↑
б. Са2+ + СО32- → СаСО3 ↓
В первом сосуде реакция возможна потому, что образуется слабый электролит Н2О
и газ СО2; во втором – осадок СаСО3.
Реакция в третьем сосуде не происходит, т.к. в данном случае ионы электролитов не
образуют ни малорастворимые, ни малодиссоциирующие вещества.
Таблица 7
Константы диссоциации слабых электролитов
Вещество
HF
HNO2
H2S
H2SO3
H2CO3
H2SiO3
H3PO4
NH4OH
Cu(OH)2
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Zn(OH)2
Mg(OH)2
Pb(OH)2
Al(OH)3
К
6,6 ∙ 10‾4
4,0 ∙ 10‾4
1,1 ∙ 10‾7
1,6 ∙ 10‾2
4,5 ∙ 10‾7
1,3 ∙ 10‾10
7,5 ∙ 10‾3
1,8 ∙ 10‾5
–
–
–
4,4 ∙ 10‾5
–
9,6 ∙ 10‾4
–
I
Константа диссоциации
КII
–
–
1,0 ∙ 10‾14
6,3 ∙ 10‾8
4,8 ∙ 10‾11
2,0 ∙ 10‾12
6,3 ∙ 10‾8
–
3,4 ∙ 10‾7
1,3 ∙ 10‾4
1,8 ∙ 10‾11
1,5 ∙ 10‾9
2,5 ∙ 10‾3
3,0 ∙ 10‾8
–
Типовая задача 2
КIII
–
–
–
–
–
–
1,3 ∙ 10‾12
–
–
–
1,4  10‾12
–
–
–
1,38 ∙ 10‾9
31
Водородный показатель раствора сульфида натрия (Na2S) равен 8, а в растворе хлорида меди (CuCl2) рН = 5. Объясните, почему в первом растворе значение рН уменьшилось,
а во втором увеличилось, хотя они приготовлены из воды с рН = 6. Вычислите концентрации
ионов Н+ и ОН‾ в обоих растворах.
Решение.
Вода слабо диссоциирует на ионы Н2О ↔ Н+ + ОН‾ , и в любом водном растворе
при температуре, близкой к стандартной, ионное произведение воды с(H+) . с(OH‾) = 10‾ 14.
Поскольку
pН = − lgCH+ и
CH+ = 10‾ рН , то
-6
в исходной воде: рН = 6, CH+ = 10 моль/л и СОН‾ = 10 ‾ 8 моль/л;
в первом растворе: рН =5, CH+ = 10-5 моль/л и СОН‾ = 10 ‾ 9 моль/л;
во втором растворе: рН =8, CH+ = 10-8 моль/л и СОН‾ = 10‾ 6 моль/л.
Соли, являясь сильными электролитами, при растворении в воде подвергаются электролитической диссоциации на анионы (остатки кислоты) и катионы (остатки основания).
Анионы могут взаимодействовать с ионами Н+ воды, а катионы – с ионами ОН‾ с образованием соответственно кислоты и основания. Реакция осуществляется в том случае, если получившаяся кислота или основание – слабый электролит.
Сульфид натрия образован сильным основанием NaOH и слабой кислотой H2S:
2 NaOH + H2S → Na2S + 2 H2O ,
поэтому из образующихся при диссоциации соли ионов
Na2S → 2Na+ + S2- ,
с водой взаимодействует анион
S2‾ + HOH ↔ HS‾ + OH‾ .
В растворе CH+ уменьшается (рН снижается), а СОН‾ − увеличивается.
Обменная реакция взаимодействия ионов соли с водой называется гидролизом.
Уравнение гидролиза в молекулярной форме:
Na2S + H2O ↔ NaHS + NaOH .
При разбавлении раствора или его нагревании гидролиз усиливается и может протекать по второй ступени
HS‾ + HOH ↔
H2S + OH‾
NaHS + H2O ↔ H2S + NaОH .
Хлорид меди образован слабым основанием Сu(OH)2 и сильной кислотой HCl
Cu(OH)2 + 2 HCl → CuCl2 + 2 H2O ,
поэтому гидролиз идет по катиону
CuCl2 ↔ Cu2+ + 2ClCu2+ + HOH ↔ CuOH+ + H+
CuCl2 + H2O ↔ CuOHCl + HCl .
При растворении хлорида меди в воде СН+ увеличивается, СОН‾ − уменьшается.
Гидролиз по второй ступени
CuOH+ + HOH ↔ Cu(OH)2 + H+
CuOHCl + H2O ↔ Cu(OH)2 + HCl .
Конечными продуктами гидролиза солей являются кислота и основание, т. о. реакция гидролиза обратна реакции нейтрализации. Если соль образована сильным основанием и
сильной кислотой, то она гидролизу не подвергается и рН среды при ее растворении не меняется.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
32
91. В чем сущность теории электролитической диссоциации? Чем отличается поведение электролитов и неэлектролитов при растворении их в воде? Приведите примеры.
92. Напишите уравнения электролитической диссоциации сильной и слабой кислоты, сильного и слабого основания, средней, кислой и основной соли. Для слабых электролитов напишите выражения констант диссоциации.
93. Дайте определение понятию «степень диссоциации»; объясните, чем сильные
электролиты отличаются от слабых, приведите примеры. Как степень диссоциации слабых
электролитов зависит от концентрации?
94. От каких факторов зависит константа диссоциации? Какая кислота: азотистая
(КHNO3 = 4·10-4) или синильная (КHCN = 8·10-10) является более слабой? Если взять растворы
этих кислот равной концентрации, то где рН будет меньше? ( Для объяснения используйте
закон разбавления Оствальда).
СuCl2
нения.
95. Произойдут ли химические реакции, если смешать растворы: а) СuCl2 и NaOH; б)
и HNO3 ? Ответ подтвердите, написав молекулярные и ионно – молекулярные урав-
96. Произойдут ли химические реакции, если смешать растворы: а) Na2CO3 + HCl;
б) Na2CO3 + KCl? Ответ подтвердите, написав молекулярные и ионно–молекулярные уравнения.
97. Взаимодействием растворов каких веществ можно получить осадок карбонат
кальция (СаСО3)? Ответ подтвердите, написав соответствующие уравнения реакций.
98. В воде имеется примесь нитрата магния (Мg(NO3)2). Действием какого реагента
можно удалить (образовав осадок) из воды Мg+2? Ответ поясните, написав соответствующие
уравнения реакции.
99. Можно ли устранить жесткость воды, обусловленную присутствием в ней нитрата кальция, если добавить: а) карбонат натрия (Na2CO3); б) гидроксид натрия (NaOH); в)
нитрат натрия (NaNO3). Ответ подтвердите, написав соответствующие уравнения.
100. Приведите пример гидролиза соли, образованной слабой кислотой и слабым основанием. Усилится или уменьшится гидролиз, если раствор разбавить?
101. Приведите пример гидролиза соли, образованной слабой кислотой и сильным
основанием. Усилится или уменьшится гидролиз, если раствор разбавить?
102. Напишите уравнения гидролиза хлорида аммония (NH4Cl) и хлорида цинка
(ZnCl2). Какая из двух солей гидролизуется более полно, если К NH4ОН = 2·10-5, К Zn(ОН)2 = 1,
5·10-9?
103. В воде со значением рН=7 растворили хлорид калия (КСl) и хлорид железа (II)
(FeCl2). В каком из растворов СН+ = СОН-, а в каком СН+ > СОН-? Ответ подтвердите, написав
уравнения гидролиза.
33
104. Бетонные изделия, изготовленные на основе портландцемента, содержат свободную известь (Са(ОН)2). В растворе какой соли: нитрата калия или нитрата цинка бетон
будет разрушаться более интенсивно? Для ответа используйте уравнения гидролиза.
105. Охарактеризуйте влияние внешних факторов: температуры, концентрации раствора, добавления кислоты и щелочи на полноту протекания гидролиза солей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Коровин, Н. В. Общая химия / Н.В. Коровин. – М.: Высшая шк., 2000. – 558 с.
2. Сидоров, В.И. Общая химия: Учеб. пособие. / В.И. Сидоров, Е.Е. Платонова, Т.П. Никифорова. – М.: АСВ, 2002. – 220 с.
3. Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии / Н.Л. Глинка. – Л.: Химия, 1985. –
64 с.
4. Курс химии, В двух частях. Ч. II. Специальная для строительных ин-тов и фак. / Под. ред.
В.А. Киреева. – М.: Высш. шк., 1975. – 236 с.
ВАРИАНТЫ КОНТРОЛЬНЫХ ЗАДАНИЙ
Вариант
Номера задач, относящихся к данному заданию
01
3
16
31
60
70
76
100
02
4
17
33
59
72
77
101
03
5
18
32
58
73
78
102
04
6
19
34
57
74
79
103
05
7
20
38
56
75
80
104
06
8
21
37
55
69
81
105
07
9
22
35
54
68
82
91
08
10
23
40
53
69
83
92
09
11
24
36
52
67
84
93
10
12
25
39
51
66
85
94
11
13
26
41
50
65
86
95
12
14
27
44
49
64
87
96
13
15
28
43
48
63
88
97
14
1
29
42
47
62
89
98
15
2
30
45
46
61
90
99
16
3
16
44
56
71
81
100
17
4
17
43
57
74
82
101
34
18
5
18
42
58
72
83
102
19
6
19
41
59
75
84
103
20
7
20
40
60
64
85
104
21
8
21
31
4
65
86
105
22
9
22
32
48
66
87
95
23
10
23
33
53
67
88
94
24
11
24
34
52
68
89
93
25
12
25
35
50
69
90
92
26
13
26
36
49
70
80
91
27
14
7
37
48
71
79
100
28
15
28
38
47
72
78
99
29
1
129
39
46
73
77
98
30
2
30
44
51
74
76
95
31
3
16
45
52
75
80
94
32
4
17
39
53
65
81
96
33
5
18
40
54
64
82
104
34
6
19
31
55
63
83
105
35
7
20
32
56
62
84
91
36
8
21
33
57
61
85
92
37
9
22
36
58
75
86
93
38
10
23
38
59
72
87
94
39
11
24
37
60
70
88
95
40
12
25
44
49
73
89
96
41
13
26
43
48
74
90
97
42
14
27
42
47
75
85
98
43
15
28
39
46
61
76
99
44
1
29
45
50
62
84
100
45
2
30
39
51
63
77
101
46
3
16
31
59
64
83
102
47
4
17
33
58
65
78
103
48
5
18
32
57
66
82
104
49
6
19
44
60
67
79
105
50
7
20
40
46
68
80
98
35
51
8
21
41
48
69
81
99
52
9
22
42
47
70
82
100
53
10
23
31
48
71
83
92
54
11
24
32
49
72
84
91
55
12
25
33
50
73
85
99
56
13
26
34
51
74
86
98
57
14
27
35
52
75
87
97
58
15
28
36
60
70
88
96
59
1
29
37
59
72
89
95
60
2
30
38
58
74
90
94
61
3
16
39
57
71
79
93
62
4
17
40
56
61
78
92
63
5
18
41
55
62
77
91
64
6
19
42
54
63
76
105
65
7
20
43
53
64
81
104
67
9
22
45
51
66
83
102
68
10
23
35
50
67
84
101
69
11
24
4
49
68
85
100
70
12
25
38
48
69
86
99
71
13
26
37
47
70
87
98
72
14
27
40
55
71
88
97
73
15
28
42
56
72
89
96
74
1
29
44
57
73
90
95
75
2
30
43
58
74
79
94
76
3
16
41
59
75
78
93
77
4
17
39
60
65
77
92
78
5
18
45
56
66
76
91
79
6
19
44
54
67
80
100
80
7
20
43
59
68
81
101
81
8
21
42
60
69
82
102
82
9
22
41
46
70
86
103
83
10
23
40
47
71
84
104
84
11
24
39
48
72
85
105
36
85
12
25
38
49
73
83
96
86
13
26
37
50
74
82
95
87
14
27
36
51
75
89
94
88
15
28
35
52
61
90
93
89
1
29
34
53
62
76
91
90
2
30
33
54
63
77
92
91
3
16
32
55
64
78
98
92
4
17
41
56
65
79
100
93
5
18
42
57
66
80
101
94
6
19
43
60
67
81
102
95
7
20
44
58
68
82
103
96
8
21
45
59
69
83
104
97
98
99
100
9
10
11
12
22
23
24
25
38
31
37
36
48
49
50
51
70
71
72
75
84
85
86
87
105
95
96
97