När man gör upp en ekvation för en redoxreaktion är det nödvändigt att bestämma reduktionsmedlet, oxidationsmedlet och antalet givna och mottagna elektroner. Det finns huvudsakligen två metoder för att sammanställa ekvationer av redoxreaktioner:
1) elektronisk balans– baserat på bestämningen av det totala antalet elektroner som rör sig från reduktionsmedlet till oxidationsmedlet;
2) jon-elektronisk balans- tillhandahåller separat sammanställning av ekvationer för processen för oxidation och reduktion med deras efterföljande summering till en vanlig jonisk ekvation-halvreaktionsmetod. I denna metod är det nödvändigt att hitta inte bara koefficienterna för reduktionsmedlet och oxidationsmedlet, utan också för mediets molekyler. Beroende på mediets natur kan antalet elektroner som accepteras av oxidationsmedlet eller förloras av reduktionsmedlet variera.
1) Elektronisk balans - en metod för att hitta koefficienterna i redoxreaktionernas ekvationer, som tar hänsyn till utbytet av elektroner mellan atomer av element som ändrar deras oxidationstillstånd. Antalet elektroner som doneras av reduktionsmedlet är lika med antalet elektroner som tas emot av oxidationsmedlet.
Ekvationen är sammanställd i flera steg:
1. Skriv ner reaktionsschemat.
KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O
2. Lägg ner oxidationstillstånden ovanför tecknen på de grundämnen som förändras.
KMn +7 O4 + HCl-1 → KCl + Mn +2 Cl2 + Cl20 + H2O
3. Tilldela element som ändrar oxidationsgraden och bestämmer antalet elektroner som förvärvas av oxidationsmedlet och som ges bort av reduktionsmedlet.
Mn +7 + 5ē = Mn +2
2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0
4. Utjämna antalet förvärvade och donerade elektroner, och fastställ därigenom koefficienterna för föreningar i vilka det finns grundämnen som ändrar oxidationstillståndet.
Mn +7 + 5ē = Mn +2 2
2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0 5
––––––––––––––––––––––––
2Mn +7 + 10Cl -1 = 2Mn +2 + 5Cl 2 0
5. Koefficienter väljs för alla andra deltagare i reaktionen. I detta fall deltar 10 HCl-molekyler i reduktionsprocessen och 6 i jonbytesprocessen (bindning av kalium- och manganjoner).
2KMn +7 O4 + 16HCl-1 = 2KCl + 2Mn +2 Cl2 + 5Cl20 + 8H2O
2) Metod för jon-elektronbalans.
1. Skriv ner reaktionsschemat.
K 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O
2. Skriv ner scheman för halvreaktioner med hjälp av faktiskt närvarande partiklar (molekyler och joner) i lösning. Samtidigt summerar vi materialbalansen, d.v.s. antalet atomer av elementen som deltar i halvreaktionen på vänster sida måste vara lika med deras antal till höger. Oxiderade och reducerade former oxidationsmedel och reduktionsmedel skiljer sig ofta åt i syrehalt (jämför Cr 2 O 7 2− och Cr 3+). När man sammanställer halvreaktionsekvationer med elektron-jonbalansmetoden inkluderar de därför H + /H 2 O-par (för surt miljö) och OH - / H2O (för alkalisk miljö). Om under övergången från en form till en annan, den ursprungliga formen (vanligtvis − oxiderad) förlorar sina oxidjoner (visas nedan inom hakparenteser), måste de senare, eftersom de inte finns i fri form, vara i surt medium kombineras med vätekatjoner och in alkalisk medium - med vattenmolekyler, vilket leder till bildningen vattenmolekyler(i en sur miljö) och hydroxidjoner(i en alkalisk miljö):
sur miljö+ 2H + = H 2 O exempel: Cr 2 O 7 2− + 14H + = 2Cr 3+ + 7H 2 O
alkalisk miljö+ H 2 O \u003d 2 OH - exempel: MnO 4 - + 2H 2 O \u003d MnO 2 + 4OH -
brist på syre i den ursprungliga formen (oftare i den återställda formen) jämfört med den slutliga formen kompenseras genom att lägga till vattenmolekyler(V surt miljö) eller hydroxidjoner(V alkalisk miljö):
sur miljö H2O = + 2H + exempel: SO32- + H2O = SO42- + 2H +
alkalisk miljö 2 OH - \u003d + H 2 O exempel: SO 3 2- + 2OH - \u003d SO 4 2- + H 2 O
MnO4- + 8H+ → Mn2+ + 4H2O-reduktion
SO32- + H2O → SO42- + 2H + oxidation
3. Vi summerar den elektroniska balansen, efter behovet av jämlikhet mellan den totala laddningen i höger och vänster del av halvreaktionsekvationerna.
I exemplet ovan, på höger sida avn, är jonernas totala laddning +7, till vänster - +2, vilket betyder att fem elektroner måste läggas till på höger sida:
MnO4 - + 8H + + 5ē → Mn2+ + 4H2O
I oär den totala laddningen på höger sida -2, på vänster sida 0, vilket betyder att två elektroner måste subtraheras på höger sida:
SO32- + H2O - 2ē → SO42- + 2H +
I båda ekvationerna är alltså jon-elektronbalansen implementerad och det är möjligt att sätta likhetstecken istället för pilar i dem:
MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O
SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H +
4. Efter regeln om nödvändigheten av likhet för antalet elektroner som accepteras av oxidationsmedlet och ges bort av reduktionsmedlet, finner vi den minsta gemensamma multipeln för antalet elektroner i båda ekvationerna (2∙5 = 10).
5. Vi multiplicerar med koefficienterna (2.5) och summerar båda ekvationerna genom att lägga till vänster och höger del av båda ekvationerna.
MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O 2
SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H + 5
–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
2MnO4 - + 16H + + 5SO3 2- + 5H2O = 2Mn2+ + 8H2O + 5SO42- + 10H +
2MnO4 - + 6H + + 5SO32- = 2Mn2+ + 3H2O + 5SO42-
eller i molekylär form:
5K 2 SO 3 + 2 KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 6K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 3H 2 O
Denna metod tar hänsyn till övergången av elektroner från en atom eller jon till en annan, med hänsyn till naturen hos mediet (surt, alkaliskt eller neutralt) där reaktionen äger rum. I ett surt medium, i halvreaktionsekvationerna, för att utjämna antalet väte- och syreatomer, bör vätejoner H + och vattenmolekyler användas, i den basiska, hydroxidjoner OH - och vattenmolekyler. Följaktligen, i de erhållna produkterna, på höger sida av den elektronjoniska ekvationen, kommer det att finnas vätejoner (och inte hydroxidjoner) och vattenmolekyler (surt medium) eller hydroxidjoner och vattenmolekyler (alkaliskt medium). Så till exempel kan ekvationen för reduktionshalvreaktionen av en permanganatjon i ett surt medium inte sammanställas med närvaron av hydroxidjoner på höger sida:
MnO4 - + 4H2O + 5ē \u003d Mn2+ + 8OH -.
Höger: MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O
Det vill säga, när man skriver elektronjoniska ekvationer måste man utgå från sammansättningen av de joner som faktiskt finns i lösningen. Dessutom, som vid framställning av förkortade joniska ekvationer, bör ämnen som är dåligt dissocierande, dåligt lösliga eller frigörs i form av en gas skrivas i molekylär form.
Att dra upp ekvationerna för redoxreaktioner med halvreaktionsmetoden leder till samma resultat som elektronbalansmetoden.
Låt oss jämföra båda metoderna. Fördelen med halvreaktionsmetoden i jämförelse med elektronbalansmetoden är att att den inte använder hypotetiska joner, utan verkliga.
När man använder halvreaktionsmetoden är det inte nödvändigt att känna till oxidationstillståndet för atomerna. Att skriva separata joniska halvreaktionsekvationer är nödvändigt för att förstå de kemiska processerna i en galvanisk cell och under elektrolys. Med denna metod syns miljöns roll som aktiv deltagare i hela processen. Slutligen, när man använder halvreaktionsmetoden, är det inte nödvändigt att känna till alla resulterande ämnen, de visas i reaktionsekvationen när man härleder den. Därför bör halvreaktionsmetoden föredras och användas vid framställning av ekvationer för alla redoxreaktioner som förekommer i vattenlösningar
I denna metod jämförs oxidationstillstånden för atomerna i de initiala och slutliga ämnena, styrt av regeln: antalet elektroner som doneras av reduktionsmedlet måste vara lika med antalet elektroner som är fästa vid oxidationsmedlet. För att sätta upp en ekvation behöver du känna till formlerna för reaktanterna och reaktionsprodukterna. De senare bestäms antingen empiriskt eller på basis av kända egenskaper hos elementen.
Jon-elektronbalansmetoden är mer mångsidig än elektronbalansmetoden och har en obestridlig fördel i valet av koefficienter i många redoxreaktioner, i synnerhet med deltagande av organiska föreningar, där även proceduren för att bestämma oxidationstillstånd är mycket komplicerad.
Tänk till exempel på processen för etylenoxidation som sker när den passeras genom en vattenlösning av kaliumpermanganat. Som ett resultat oxideras etylen till etylenglykol HO-CH 2 -CH 2 -OH och permanganat reduceras till mangan (IV) oxid, dessutom bildas kaliumhydroxid, vilket framgår av slutbalansekvationen. den rätta:
KMnO4 + C2H4 + H2O → C2H6O2 + MnO2 + KOH
Reduktions- ochn:
MnO 4 - + 2H 2 O + 3e \u003d MnO 2 + 4OH - 2 återvinning
C 2 H 4 + 2OH - - 2e \u003d C 2 H 6 O 2 3 oxidation
Vi sammanfattar båda ekvationerna, subtraherar de hydroxidjoner som finns på vänster och höger sida.
Vi får den slutliga ekvationen:
2KMnO4 + 3C2H4 + 4H2O → 3C2H6O2 + 2MnO2 + 2KOH
När man använder jon-elektronbalansmetoden för att bestämma koefficienterna i reaktioner som involverar organiska föreningar, är det lämpligt att beakta oxidationstillstånden för väteatomer lika med +1, syre -2, och beräkna kol med hjälp av balansen mellan positiva och negativa laddningar i molekylen (jonen). Så i en etenmolekyl är den totala laddningen noll:
4 ∙ (+1) + 2 ∙ X \u003d 0,
betyder graden av oxidation av två kolatomer - (-4) och en (X) - (-2).
På liknande sätt, i etylenglykolmolekylen C 2 H 6 O 2 finner vi oxidationstillståndet för kol (X):
2 ∙ X + 2 ∙ (-2) + 6 ∙ (+1) = 0, X = -1
I vissa molekyler av organiska föreningar leder en sådan beräkning till ett bråktal av kolets oxidationstillstånd, till exempel för en acetonmolekyl (C 3 H 6 O) är det -4/3. Den elektroniska ekvationen uppskattar den totala laddningen av kolatomer. I en acetonmolekyl är den -4.
Liknande information.
Ett av de viktigaste kemiska begreppen som stökiometriska beräkningar bygger på är kemisk mängd av ett ämne. Mängden av något ämne X betecknas med n(X). Enheten för att mäta mängden av ett ämne är mol.
En mol är mängden av ett ämne som innehåller 6,02 10 23 molekyler, atomer, joner eller andra strukturella enheter som utgör ämnet.
Massan av en mol av något ämne X kallas molär massa M(X) av detta ämne. Genom att känna till massan m(X) för något ämne X och dess molära massa kan vi beräkna mängden av detta ämne med formeln:
Numret 6.02 10 23 är uppringt Avogadros nummer(Na); dess dimension mol –1.
Genom att multiplicera Avogadro-talet N a med mängden ämne n(X), kan vi beräkna antalet strukturella enheter, till exempel molekyler N(X) av något ämne X:
N(X) = Na · n(X) .
I analogi med begreppet molmassa introducerades begreppet molarvolym: molar volym V m (X) av något ämne X är volymen av en mol av detta ämne. Genom att känna till volymen av ett ämne V(X) och dess molära volym kan vi beräkna den kemiska mängden av ett ämne:
Inom kemin har man ofta att göra med den molära volymen av gaser. Enligt Avogadros lag innehåller lika volymer av alla gaser som tas vid samma temperatur och lika tryck samma antal molekyler. Under lika förhållanden upptar 1 mol av valfri gas samma volym. Under normala förhållanden (n.s.) - temperatur 0 ° C och tryck 1 atmosfär (101325 Pa) - är denna volym 22,4 liter. Sålunda vid n.o. V m (gas) = 22,4 l / mol. Det bör betonas att det molära volymvärdet på 22,4 l/mol tillämpas endast för gaser.
Genom att känna till ämnens molära massor och Avogadro-talet kan du uttrycka massan av en molekyl av vilket ämne som helst i gram. Nedan är ett exempel på att beräkna massan av en vätemolekyl.
1 mol gasformigt väte innehåller 6,02 10 23 H 2 molekyler och har en massa på 2 g (eftersom M (H 2) \u003d 2 g / mol). Därav,
6.02·1023 H2-molekyler har en massa av 2 g;
1 H2-molekylen har en massa x g; x \u003d 3,32 10 -24 g.
Begreppet "mol" används i stor utsträckning för att utföra beräkningar enligt ekvationerna för kemiska reaktioner, eftersom de stökiometriska koefficienterna i reaktionsekvationen visar i vilka molförhållanden ämnen reagerar med varandra och bildas som ett resultat av reaktionen.
Till exempel innehåller reaktionsekvationen 4 NH 3 + 3 O 2 → 2 N 2 + 6 H 2 O följande information: 4 mol ammoniak reagerar utan överskott och brist med 3 mol syre, och 2 mol kväve och 6 mol av vatten bildas.
Exempel 4.1 Beräkna massan av den fällning som bildas under växelverkan mellan lösningar innehållande 70,2 g kalciumdivätefosfat och 68 g kalciumhydroxid. Vilket ämne kommer att finnas kvar i överskott? Vad är dess massa?
3 Ca(H 2 PO 4) 2 + 12 KOH ® Ca 3 (PO 4) 2 ¯ + 4 K 3 PO 4 + 12 H 2 O
Det framgår av reaktionsekvationen att 3 mol Ca(H 2 PO 4) 2 reagerar med 12 mol KOH. Låt oss beräkna mängderna av reagerande ämnen, som ges enligt problemets tillstånd:
n (Ca (H 2 PO 4) 2) \u003d m (Ca (H 2 PO 4) 2) / M (Ca (H 2 PO 4) 2) \u003d 70,2 g: 234 g / mol \u003d 0,3 mol ;
n(KOH) = m(KOH)/M(KOH) = 68 g: 56 g/mol = 1,215 mol.
3 mol Ca(H 2 PO 4) 2 kräver 12 mol KOH
0,3 mol Ca (H 2 PO 4) 2 kräver x mol KOH
x \u003d 1,2 mol - så mycket KOH kommer att krävas för att reaktionen ska fortsätta utan överskott och brist. Och enligt problemets tillstånd finns det 1,215 mol KOH. Därför är KOH i överskott; mängden KOH som finns kvar efter reaktionen:
n(KOH) \u003d 1,215 mol - 1,2 mol \u003d 0,015 mol;
dess massa är m(KOH) = n(KOH) × M(KOH) = 0,015 mol × 56 g/mol = 0,84 g.
Beräkningen av den resulterande reaktionsprodukten (fällning Ca 3 (PO 4) 2) bör utföras enligt det ämne som är en bristvara (i detta fall Ca (H 2 PO 4) 2), eftersom detta ämne kommer att reagera fullständigt. Det kan ses från reaktionsekvationen att antalet mol av den resulterande Ca 3 (PO 4) 2 är 3 gånger mindre än antalet mol av den reagerade Ca (H 2 PO 4) 2:
n (Ca3(PO4)2) = 0,3 mol: 3 = 0,1 mol.
Därför m (Ca 3 (PO 4) 2) \u003d n (Ca 3 (PO 4) 2) × M (Ca 3 (PO 4) 2) \u003d 0,1 mol × 310 g / mol \u003d 31 g.
Uppgift nummer 5
a) Beräkna de kemiska mängderna av reaktanterna som anges i Tabell 5 (volymer av gasformiga ämnen anges under normala förhållanden);
b) ordna koefficienterna i ett givet reaktionsschema och, med hjälp av reaktionsekvationen, bestämma vilka av ämnena som är i överskott och vilka som är bristfälliga;
c) hitta den kemiska mängden av reaktionsprodukten som anges i tabell 5;
d) beräkna massan eller volymen (se tabell 5) av denna reaktionsprodukt.
Tabell 5 - Villkor för uppgift nr 5
| alternativnummer | Reaktiva ämnen | Reaktionsschema | Beräkna |
| m(Fe)=11,2 g; V (Cl 2) \u003d 5,376 l | Fe + Cl2® FeCl3 | m(FeCl3) | |
| m(Al)=5,4 g; m(H 2 SO 4) \u003d 39,2 g | Al + H 2 SO 4 ® Al 2 (SO 4) 3 + H 2 | V(H2) | |
| V(CO)=20 1; m(O 2) \u003d 20 g | CO+O2 ® CO2 | V(CO2) | |
| m(AgNO3)=3,4 g; m(Na2S)=1,56 g | AgNO3 +Na2S®Ag2S+NaNO3 | m(Ag 2 S) | |
| m(Na2CO3)=53 g; m(HCl)=29,2 g | Na2CO3 +HCl®NaCl+CO2 +H2O | V(CO2) | |
| m (Al 2 (SO 4) 3) \u003d 34,2 g; m (BaCl 2) \u003d 52 g | Al 2 (SO 4) 3 + BaCl 2 ® AlCl 3 + BaSO 4 | m(BaSO4) | |
| m(KI)=3,32 g; V(Cl 2) \u003d 448 ml | KI+Cl2® KCl+I 2 | m(I2) | |
| m(CaCl2)=22,2 g; m(AgNO 3) \u003d 59,5 g | CaCl2 + AgNO3 ®AgCl + Ca (NO3) 2 | m(AgCl) | |
| m(H2)=0,48 g; V (O 2) \u003d 2,8 l | H2 + O2® H2O | m(H 2 O) | |
| m (Ba (OH) 2) \u003d 3,42 g; V(HCl)=784 ml | Ba(OH)2+HCl® BaCl2+H2O | m(BaCl2) |
Tabell 5 fortsatte
| alternativnummer | Reaktiva ämnen | Reaktionsschema | Beräkna |
| m(H3PO4)=9,8 g; m(NaOH)=12,2 g | H3PO4 + NaOH® Na3PO4 + H2O | m(Na3PO4) | |
| m(H2SO4)=9,8 g; m(KOH)=11,76 g | H 2 SO 4 + KOH ® K 2 SO 4 + H 2 O | m(K 2 SO 4) | |
| V(Cl2)=2,24 1; m(KOH)=10,64 g | Cl2 +KOH® KClO + KCl + H2O | m(KClO) | |
| m ((NH 4) 2 SO 4) \u003d 66 g; m (KOH) \u003d 50 g | (NH 4) 2 SO 4 + KOH®K 2 SO 4 + NH 3 + H 2 O | V(NH3) | |
| m(NH3)=6,8 g; V (O 2) \u003d 7,84 l | NH3 + O2® N2 + H2O | V(N2) | |
| V(H2S)=11,2 1; m(O 2) \u003d 8,32 g | H2S+O2® S+H2O | Fröken) | |
| m(Mn02)=8,7 g; m(HCl)=14,2 g | MnO2 +HCl® MnCl2 +Cl2 +H2O | V(Cl2) | |
| m(Al)=5,4 g; V (Cl 2) \u003d 6,048 l | Al+Cl2® AlCl3 | m(AlCl3) | |
| m(Al)=10,8 g; m(HCl)=36,5 g | Al+HCl® AlCl3+H2 | V(H2) | |
| m(P)=15,5 g; V (O 2) \u003d 14,1 l | P+O2® P2O5 | m(P2O5) | |
| m (AgNO 3) \u003d 8,5 g; m (K 2 CO 3) \u003d 4,14 g | AgNO 3 + K 2 CO 3 ® Ag 2 CO 3 + KNO 3 | m(Ag 2 CO 3) | |
| m(K2CO3)=69 g; m(HNO 3) \u003d 50,4 g | K 2 CO 3 + HNO 3 ® KNO 3 + CO 2 + H 2 O | V(CO2) | |
| m(AICI3)=2,67 g; m(AgNO 3) \u003d 8,5 g | AlCl3 + AgNO3 ®AgCl + Al (NO3) 3 | m(AgCl) | |
| m(KBr)=2,38 g; V(Cl 2) \u003d 448 ml | KBr+Cl2® KCl+Br2 | m(Br2) | |
| m(CaBr2)=40 g; m(AgNO 3) \u003d 59,5 g | CaBr 2 + AgNO 3 ® AgBr + Ca (NO 3) 2 | m(AgBr) | |
| m(H2)=1,44 g; V (O 2) \u003d 8,4 l | H2 + O2® H2O | m(H 2 O) | |
| m (Ba (OH) 2) \u003d 6,84 g; V (HI) \u003d 1,568 l | Ba(OH)2+HI® BaI2+H2O | m(BaI 2) | |
| m(H3PO4)=9,8 g; m(KOH)=17,08 g | H3PO4+KOH®K3PO4+H2O | m(K 3 PO 4) | |
| m(H2SO4)=49 g; m(NaOH)=45 g | H 2 SO 4 + NaOH ® Na 2 SO 4 + H 2 O | m(Na2SO4) | |
| V(Cl2)=2,24 1; m(KOH)=8,4 g | Cl2 +KOH® KClO3 +KCl + H2O | m(KClO3) | |
| m(NH4CI)=43 g; m (Ca (OH) 2) \u003d 37 g | NH4Cl + Ca (OH)2® CaCl2 + NH3 + H2O | V(NH3) | |
| V(NH 3) \u003d 8,96 l; m(O 2) \u003d 14,4 g | NH3 + O2® NO + H2O | V(NO) | |
| V(H2S)=17,92 1; m(O 2) \u003d 40 g | H 2 S + O 2 ® SO 2 + H 2 O | V(SO2) | |
| m(Mn02)=8,7 g; m(HBr)=30,8 g | MnO2 +HBr® MnBr2 +Br2 +H2O | m(MnBr 2) | |
| m(Ca)=10 g; m(H2O)=8,1 g | Ca + H2O® Ca (OH)2 + H2 | V(H2) |
LÖSNINGSKONCENTRATION
Som en del av den allmänna kemikursen lär sig eleverna 2 sätt att uttrycka koncentrationen av lösningar - massfraktion och molär koncentration.
Massfraktion av den lösta substansen X beräknas som förhållandet mellan massan av detta ämne och lösningens massa:
,
där ω(X) är massfraktionen av det lösta ämnet X;
m(X) är massan av det lösta ämnet X;
m lösning - lösningens massa.
Massfraktionen av ett ämne beräknat enligt ovanstående formel är en dimensionslös kvantitet uttryckt i bråkdelar av en enhet (0< ω(X) < 1).
Massfraktionen kan uttryckas inte bara i bråkdelar av en enhet, utan också som en procentandel. I det här fallet ser beräkningsformeln ut så här:
Massfraktion, uttryckt i procent, kallas ofta procentuell koncentration . Uppenbarligen är den procentuella koncentrationen av det lösta ämnet 0 %< ω(X) < 100%.
Procentkoncentration visar hur många massdelar av ett löst ämne som finns i 100 massdelar av en lösning. Om du väljer gram som enhet för massa, så kan denna definition också skrivas på följande sätt: procentuell koncentration visar hur många gram av ett löst ämne som finns i 100 gram lösning.
Det är tydligt att till exempel en 30% lösning motsvarar en massfraktion av ett löst ämne lika med 0,3.
Ett annat sätt att uttrycka innehållet av ett löst ämne i en lösning är den molära koncentrationen (molariteten).
Molar koncentrationen av ett ämne, eller molariteten av en lösning, visar hur många mol av ett löst ämne som finns i 1 liter (1 dm 3) av en lösning
där C(X) är den molära koncentrationen av löst ämne X (mol/l);
n(X) är den kemiska mängden av löst ämne X (mol);
V lösning - volymen av lösningen (l).
Exempel 5.1 Beräkna molkoncentrationen av H 3 PO 4 i lösningen, om det är känt att massfraktionen av H 3 PO 4 är 60 % och lösningens densitet är 1,43 g/ml.
Per definition av procentuell koncentration
100 g lösning innehåller 60 g fosforsyra.
n (H 3 PO 4) \u003d m (H 3 PO 4): M (H 3 PO 4) \u003d 60 g: 98 g / mol \u003d 0,612 mol;
V lösning \u003d m lösning: ρ lösning \u003d 100 g: 1,43 g / cm 3 \u003d 69,93 cm 3 \u003d 0,0699 l;
C (H 3 PO 4) \u003d n (H 3 PO 4): V-lösning \u003d 0,612 mol: 0,0699 l \u003d 8,755 mol / l.
Exempel 5.2 Det finns en 0,5 M lösning av H 2 SO 4 . Hur stor är massandelen svavelsyra i denna lösning? Ta lösningens densitet lika med 1 g/ml.
Per definition av molär koncentration
1 liter lösning innehåller 0,5 mol H 2 SO 4
(Posten "0,5 M lösning" betyder att C (H 2 SO 4) \u003d 0,5 mol / l).
m lösning = V lösning × ρ lösning = 1000 ml × 1 g/ml = 1000 g;
m (H 2 SO 4) \u003d n (H 2 SO 4) × M (H 2 SO 4) \u003d 0,5 mol × 98 g / mol \u003d 49 g;
ω (H 2 SO 4) \u003d m (H 2 SO 4): m lösning \u003d 49 g: 1000 g \u003d 0,049 (4,9%).
Exempel 5.3 Vilka volymer vatten och en 96 % lösning av H 2 SO 4 med en densitet på 1,84 g/ml bör tas för att framställa 2 liter av en 60 % lösning av H 2 SO 4 med en densitet på 1,5 g/ml.
När man löser problem för framställning av en utspädd lösning från en koncentrerad, bör man ta hänsyn till att den initiala lösningen (koncentrerad), vatten och den resulterande lösningen (utspädd) har olika densiteter. I detta fall bör man komma ihåg att V av den ursprungliga lösningen + V av vatten ≠ V av den resulterande lösningen,
eftersom under loppet av att blanda en koncentrerad lösning och vatten sker en förändring (ökning eller minskning) i volymen av hela systemet.
Lösningen av sådana problem måste börja med att ta reda på parametrarna för en utspädd lösning (dvs. lösningen som måste förberedas): dess massa, massan av det lösta ämnet, om nödvändigt, och mängden av det lösta ämnet.
M 60 % lösning = V 60 % lösning ∙ ρ 60 % lösning = 2000 ml × 1,5 g/ml = 3000 g
m (H 2 SO 4) i 60% lösning \u003d m 60% lösning w (H 2 SO 4) i 60% lösning \u003d 3000 g 0,6 \u003d 1800 g.
Massan av ren svavelsyra i den beredda lösningen bör vara lika med massan av svavelsyra i den del av 96%-lösningen som måste tas för att bereda den utspädda lösningen. Således,
m (H 2 SO 4) i 60% lösning \u003d m (H 2 SO 4) i 96% lösning \u003d 1800 g.
m 96% lösning = m (H2SO4) i 96% lösning: w (H2SO4) i 96% lösning = 1800 g: 0,96 = 1875 g.
m (H 2 O) \u003d m 40% lösning - m 96% lösning \u003d 3000 g - 1875 g \u003d 1125 g.
V 96% lösning \u003d m 96% lösning: ρ 96% lösning \u003d 1875 g: 1,84 g / ml \u003d 1019 ml » 1,02 l.
V vatten \u003d m vatten: ρ vatten \u003d 1125g: 1 g / ml \u003d 1125 ml \u003d 1,125 l.
Exempel 5.4 Blandade 100 ml av en 0,1 M lösning av CuCl 2 och 150 ml av en 0,2 M lösning av Cu(NO 3) 2 Beräkna molkoncentrationen av Cu 2+, Cl - och NO 3 - joner i den resulterande lösningen.
När man löser ett liknande problem med att blanda utspädda lösningar är det viktigt att förstå att utspädda lösningar har ungefär samma densitet, ungefär lika med densiteten för vatten. När de blandas ändras den totala volymen av systemet praktiskt taget inte: V 1 av en utspädd lösning + V 2 av en utspädd lösning + ... "V av den resulterande lösningen.
I den första lösningen:
n (CuCl 2) \u003d C (CuCl 2) V lösning av CuCl 2 \u003d 0,1 mol / l × 0,1 l \u003d 0,01 mol;
CuCl2 - stark elektrolyt: CuCl2® Cu2+ + 2Cl-;
Därför, n (Cu 2+) \u003d n (CuCl 2) \u003d 0,01 mol; n(Cl -) \u003d 2 × 0,01 \u003d 0,02 mol.
I den andra lösningen:
n (Cu (NO 3) 2) \u003d C (Cu (NO 3) 2) × V lösning Cu (NO 3) 2 \u003d 0,2 mol / l × 0,15 l \u003d 0,03 mol;
Cu(NO3)2 - stark elektrolyt: CuCl2® Cu2+ + 2NO3-;
Därför, n (Cu 2+) \u003d n (Cu (NO 3) 2) \u003d 0,03 mol; n (NO 3 -) \u003d 2 × 0,03 \u003d 0,06 mol.
Efter blandning av lösningar:
n(Cu2+)tot. = 0,01 mol + 0,03 mol = 0,04 mol;
V vanligt. » Vlösning CuCl 2 + Vlösning Cu(NO 3) 2 \u003d 0,1 l + 0,15 l \u003d 0,25 l;
C(Cu2+) = n(Cu2+): Vtot. \u003d 0,04 mol: 0,25 l \u003d 0,16 mol / l;
C(Cl-) = n(Cl-): Vtot. \u003d 0,02 mol: 0,25 l \u003d 0,08 mol / l;
C (NO 3 -) \u003d n (NO 3 -): V totalt. \u003d 0,06 mol: 0,25 l \u003d 0,24 mol / l.
Exempel 5.5 684 mg aluminiumsulfat och 1 ml av en 9,8% svavelsyralösning med en densitet av 1,1 g/ml sattes till kolven. Den resulterande blandningen löstes i vatten; Lösningens volym höjdes till 500 ml med vatten. Beräkna molkoncentrationerna av H + , Al 3+ SO 4 2– joner i den resulterande lösningen.
Beräkna mängden lösta ämnen:
n (Al 2 (SO 4) 3) \u003d m (Al 2 (SO 4) 3): M (Al 2 (SO 4) 3) \u003d 0,684 g: 342 g mol \u003d 0,002 mol;
Al 2 (SO 4) 3 - stark elektrolyt: Al 2 (SO 4) 3 ® 2Al 3+ + 3SO 4 2–;
Därför är n(Al3+)=2x0,002 mol=0,004 mol; n (SO 4 2–) \u003d 3 × 0,002 mol \u003d 0,006 mol.
m lösning av H 2 SO 4 \u003d V lösning av H 2 SO 4 × ρ lösning av H 2 SO 4 \u003d 1 ml × 1,1 g / ml \u003d 1,1 g;
m (H 2 SO 4) \u003d m lösning av H 2 SO 4 × w (H 2 SO 4) \u003d 1,1 g 0,098 \u003d 0,1078 g.
n (H2SO4) \u003d m (H2SO4): M (H2SO4) \u003d 0,1078 g: 98 g / mol \u003d 0,0011 mol;
H 2 SO 4 är en stark elektrolyt: H 2 SO 4 ® 2H + + SO 4 2–.
Därför, n (SO 4 2–) \u003d n (H 2 SO 4) \u003d 0,0011 mol; n(H+) \u003d 2 × 0,0011 \u003d 0,0022 mol.
Beroende på problemets tillstånd är volymen av den resulterande lösningen 500 ml (0,5 l).
n(SO 4 2–)tot. \u003d 0,006 mol + 0,0011 mol \u003d 0,0071 mol.
C (Al 3+) \u003d n (Al 3+): V-lösning \u003d 0,004 mol: 0,5 l \u003d 0,008 mol / l;
C (H +) \u003d n (H +) : V lösning \u003d 0,0022 mol: 0,5 l \u003d 0,0044 mol / l;
C (SO 4 2–) \u003d n (SO 4 2–) totalt. : V lösning \u003d 0,0071 mol: 0,5 l \u003d 0,0142 mol / l.
Exempel 5.6 Vilken massa järnsulfat (FeSO 4 7H 2 O) och vilken volym vatten måste tas för att framställa 3 liter av en 10% lösning av järn(II)sulfat. Ta lösningens densitet lika med 1,1 g/ml.
Massan av lösningen som ska framställas är:
m lösning = V lösning ∙ ρ lösning = 3000 ml ∙ 1,1 g/ml = 3300 g.
Massan av rent järn(II)sulfat i denna lösning är:
m (FeSO 4) \u003d m lösning × w (FeSO 4) \u003d 3300 g × 0,1 \u003d 330 g.
Samma massa vattenfri FeSO 4 måste finnas i mängden kristallint hydrat som måste tas för att bereda lösningen. Från en jämförelse av molmassorna M (FeSO 4 7H 2 O) \u003d 278 g / mol och M (FeSO 4) \u003d 152 g / mol,
vi får proportionen:
278 g FeSO4 7H2O innehåller 152 g FeSO4;
x g FeS047H2O innehåller 330 g FeS04;
x \u003d (278 330) : 152 \u003d 603,6 g.
m vatten \u003d m lösning - m järnsulfat \u003d 3300 g - 603,6 g \u003d 2696,4 g.
Därför att vattendensiteten är 1 g / ml, då är volymen vatten som måste tas för att förbereda lösningen: V vatten \u003d m vatten: ρ vatten \u003d 2696,4 g: 1 g / ml \u003d 2696,4 ml.
Exempel 5.7 Vilken massa av Glaubers salt (Na 2 SO 4 10H 2 O) måste lösas i 500 ml 10 % natriumsulfatlösning (lösningstäthet 1,1 g/ml) för att få en 15 % Na 2 SO 4 lösning?
Låt det krävas x gram av Glaubers salt Na 2 SO 4 10H 2 O. Då är massan av den resulterande lösningen:
m 15 % lösning = m original (10 %) lösning + m Glaubers salt = 550 + x (g);
m initial (10%) lösning = V 10% lösning × p 10% lösning = 500 ml × 1,1 g/ml = 550 g;
m (Na 2 SO 4) i den ursprungliga (10%) lösningen \u003d m 10% lösning a w (Na 2 SO 4) \u003d 550 g 0,1 \u003d 55 g.
Uttryck genom x massan av ren Na 2 SO 4 som finns i x gram Na 2 SO 4 10H 2 O.
M (Na2S0410H2O) \u003d 322 g/mol; M (Na2SO4) \u003d 142 g/mol; därav:
322 g Na2S0410H2O innehåller 142 g vattenfritt Na2S04;
x g Na 2 SO 4 10H 2 O innehåller mg vattenfri Na 2 SO 4.
m(Na2SO4) \u003d 142 x: 322 \u003d 0,441 x x.
Den totala massan av natriumsulfat i den resulterande lösningen kommer att vara lika med:
m (Na2S04) i 15 % lösning = 55 + 0,441 x x (g).
I den resulterande lösningen: 
= 0,15
varav x = 94,5 g.
Uppgift nummer 6
Tabell 6 - Villkor för uppgift nr 6
| alternativnummer | Villkorstext |
| 5 g Na2S04 × 10H2O löstes i vatten och volymen av den resulterande lösningen bringades till 500 ml med vatten. Beräkna massfraktionen av Na 2 SO 4 i denna lösning (ρ = 1 g/ml) och de molära koncentrationerna av Na + och SO 4 2– joner. | |
| Blandade lösningar: 100 ml 0,05 M Cr2(SO4)3 och 100 ml 0,02M Na2S04. Beräkna molkoncentrationerna av Cr 3+ , Na + och SO 4 2– joner i den resulterande lösningen. | |
| Vilka volymer vatten och en 98% lösning (densitet 1,84 g/ml) av svavelsyra bör tas för att framställa 2 liter av en 30% lösning med en densitet på 1,2 g/ml? | |
| 50 g Na 2 CO 3 × 10H 2 O löstes i 400 ml vatten Vilka är de molära koncentrationerna av Na + och CO 3 2– joner och massfraktionen av Na 2 CO 3 i den resulterande lösningen (ρ = 1,1 g/ml)? | |
| Blandade lösningar: 150 ml 0,05 M AI2 (SO 4) 3 och 100 ml 0,01 M NiS04. Beräkna molkoncentrationerna av Al 3+ , Ni 2+ , SO 4 2- joner i den resulterande lösningen. | |
| Vilka volymer vatten och en 60 % lösning (densitet 1,4 g/ml) salpetersyra kommer att krävas för att framställa 500 ml av en 4 M lösning (densitet 1,1 g/ml)? | |
| Vilken massa kopparsulfat (CuSO 4 × 5H 2 O) behövs för att framställa 500 ml av en 5% lösning av kopparsulfat med en densitet på 1,05 g / ml? | |
| 1 ml av en 36% lösning (p = 1,2 g/ml) av HCl och 10 ml av en 0,5 M lösning av ZnCl2 sattes till kolven. Volymen av den resulterande lösningen bringades till 50 ml med vatten. Vilka är de molära koncentrationerna av H + , Zn 2+ , Cl - joner i den resulterande lösningen? | |
| Vad är massfraktionen av Cr 2 (SO 4) 3 i en lösning (ρ » 1 g / ml), om det är känt att den molära koncentrationen av sulfatjoner i denna lösning är 0,06 mol / l? | |
| Vilka volymer vatten och 10 M lösning (ρ=1,45 g/ml) natriumhydroxid krävs för att framställa 2 liter 10% NaOH-lösning (ρ= 1,1 g/ml)? | |
| Hur många gram järn(II)sulfat FeSO 4 × 7H 2 O kan erhållas genom att förånga vatten från 10 liter av en 10 % järn(II)sulfatlösning (lösningstäthet 1,2 g/ml)? | |
| Blandade lösningar: 100 ml 0,1 M Cr2 (SO4)3 och 50 ml 0,2 M CuS04. Beräkna molkoncentrationerna av Cr 3+ , Cu 2+ , SO 4 2- joner i den resulterande lösningen. |
Tabell 6 fortsatte
| alternativnummer | Villkorstext |
| Vilka volymer vatten och en 40% lösning av fosforsyra med en densitet på 1,35 g / ml kommer att krävas för att framställa 1 m 3 av en 5% lösning av H 3 PO 4, vars densitet är 1,05 g / ml? | |
| 16,1 g Na2S04 x 10H2O löstes i vatten och volymen av den resulterande lösningen bringades till 250 ml med vatten. Beräkna massfraktionen och molkoncentrationen av Na 2 SO 4 i den resulterande lösningen (antag att densiteten för lösningen är 1 g/ml). | |
| Blandade lösningar: 150 ml 0,05 M Fe2 (SO4)3 och 100 ml 0,1 M MgS04. Beräkna molkoncentrationerna av Fe 3+ , Mg 2+ , SO 4 2– joner i den resulterande lösningen. | |
| Vilka volymer vatten och 36 % saltsyra (densitet 1,2 g/ml) behövs för att bereda 500 ml av en 10 % lösning med en densitet på 1,05 g/ml? | |
| 20 g Al 2 (SO 4) 3 × 18H 2 O löstes i 200 ml vatten Vad är massfraktionen av det lösta ämnet i den resulterande lösningen, vars densitet är 1,1 g/ml? Beräkna molkoncentrationerna av Al 3+ och SO 4 2– joner i denna lösning. | |
| Blandade lösningar: 100 ml 0,05 M AI2 (SO 4) 3 och 150 ml 0,01 M Fe2 (SO 4) 3 . Beräkna molkoncentrationerna av Fe 3+ , Al 3+ och SO 4 2– joner i den resulterande lösningen. | |
| Vilka volymer vatten och 80% lösning av ättiksyra (densitet 1,07 g/ml) kommer att krävas för att bereda 0,5 l bordsvinäger, i vilken massfraktionen av syra är 7%? Ta densiteten av bordsvinäger lika med 1 g/ml. | |
| Vilken massa järnsulfat (FeSO 4 × 7H 2 O) behövs för att framställa 100 ml av en 3% lösning av järnsulfat? Lösningens densitet är 1 g/ml. | |
| 2 ml 36 % HCl-lösning (densitet 1,2 g/cm3) och 20 ml 0,3 M CuCl2-lösning sattes till kolven. Volymen av den resulterande lösningen bringades till 200 ml med vatten. Beräkna de molära koncentrationerna av H + , Cu 2+ och Cl - joner i den resulterande lösningen. | |
| Vad är den procentuella koncentrationen av Al 2 (SO 4) 3 i en lösning där den molära koncentrationen av sulfatjoner är 0,6 mol/l. Lösningens densitet är 1,05 g/ml. | |
| Vilka volymer vatten och 10 M KOH-lösning (lösningstäthet 1,4 g/ml) kommer att krävas för att framställa 500 ml 10 % KOH-lösning med en densitet på 1,1 g/ml? | |
| Hur många gram kopparsulfat CuSO 4 × 5H 2 O kan erhållas genom att förånga vatten från 15 liter 8% kopparsulfatlösning, vars densitet är 1,1 g / ml? | |
| Blandade lösningar: 200 ml 0,025 M Fe2 (SO4)3 och 50 ml 0,05 M FeCl3. Beräkna molkoncentrationen av Fe 3+ , Cl - , SO 4 2- joner i den resulterande lösningen. | |
| Vilka volymer vatten och en 70 % lösning av H 3 PO 4 (densitet 1,6 g/ml) kommer att krävas för att framställa 0,25 m 3 av en 10 % lösning av H 3 PO 4 (densitet 1,1 g/ml)? | |
| 6 g Al 2 (SO 4) 3 × 18H 2 O löstes i 100 ml vatten Beräkna massfraktionen av Al 2 (SO 4) 3 och molkoncentrationerna av Al 3+ och SO 4 2– joner i resulterande lösning, vars densitet är 1 g/ml | |
| Blandade lösningar: 50 ml 0,1 M Cr2 (SO 4) 3 och 200 ml 0,02 M Cr (NO 3) 3 . Beräkna molkoncentrationerna av Cr 3+ , NO 3 - , SO 4 2- joner i den resulterande lösningen. | |
| Vilka volymer av en 50% lösning av perklorsyra (densitet 1,4 g/ml) och vatten behövs för att framställa 1 liter av en 8% lösning med en densitet på 1,05 g/ml? | |
| Hur många gram Glaubers salt Na 2 SO 4 × 10H 2 O måste lösas i 200 ml vatten för att få en 5 % natriumsulfatlösning? | |
| 1 ml 80% lösning av H2SO4 (lösningstäthet 1,7 g/ml) och 5000 mg Cr2 (SO4)3 sattes till kolven. Blandningen löstes i vatten; volymen av lösningen bringades till 250 ml. Beräkna molkoncentrationerna av H + , Cr 3+ och SO 4 2– joner i den resulterande lösningen. |
Tabell 6 fortsatte
KEMISK JÄMFÖRT
Alla kemiska reaktioner kan delas in i 2 grupper: irreversibla reaktioner, d.v.s. reaktioner som fortgår tills fullständig konsumtion av minst ett av de reagerande ämnena, och reversibla reaktioner där ingen av de reagerande ämnena är fullständigt förbrukad. Detta beror på det faktum att en reversibel reaktion kan fortgå både i framåt- och bakåtriktningen. Ett klassiskt exempel på en reversibel reaktion är syntesen av ammoniak från kväve och väte:
N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3.
I början av reaktionen är koncentrationerna av de initiala ämnena i systemet maximala; i detta ögonblick är hastigheten för framåtreaktionen också maximal. I början av reaktionen finns det fortfarande inga reaktionsprodukter i systemet (i detta exempel ammoniak), därför är hastigheten för den omvända reaktionen noll. När de initiala ämnena interagerar med varandra minskar deras koncentrationer, därför minskar också hastigheten för den direkta reaktionen. Koncentrationen av reaktionsprodukten ökar gradvis, därför ökar också hastigheten för den omvända reaktionen. Efter en tid blir hastigheten för framåtreaktionen lika med hastigheten för backen. Detta tillstånd av systemet kallas kemisk jämviktstillstånd. Koncentrationerna av ämnen i ett system som är i ett tillstånd av kemisk jämvikt kallas jämviktskoncentrationer. Den kvantitativa egenskapen hos ett system i ett tillstånd av kemisk jämvikt är jämviktskonstant.
För varje reversibel reaktion a A + b B+ ... ⇆ p P + q Q + … skrivs uttrycket för den kemiska jämviktskonstanten (K) som en bråkdel, i vars täljare är jämviktskoncentrationerna av reaktionsprodukterna , och i nämnaren är jämviktskoncentrationerna av utgångsämnena, dessutom måste koncentrationen av varje ämne höjas till en potens lika med den stökiometriska koefficienten i reaktionsekvationen.
Till exempel för reaktionen N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3.
Det bör man ha i åtanke uttrycket för jämviktskonstanten inkluderar jämviktskoncentrationerna av endast gasformiga ämnen eller ämnen som är i löst tillstånd . Koncentrationen av ett fast ämne antas vara konstant och skrivs inte in i uttrycket för jämviktskonstanten.
CO 2 (gas) + C (fast) ⇆ 2CO (gas)
CH 3 COOH (lösning) ⇆ CH 3 COO - (lösning) + H + (lösning)
Ba 3 (PO 4) 2 (fast) ⇆ 3 Ba 2+ (mättad lösning) + 2 PO 4 3– (mättad lösning) K \u003d C 3 (Ba 2+) C 2 (PO 4 3–)
Det finns två viktigaste typer av problem förknippade med att beräkna parametrarna för ett jämviktssystem:
1) de initiala koncentrationerna av utgångsämnena är kända; från problemets tillstånd kan man hitta koncentrationerna av ämnen som har reagerat (eller bildats) när jämvikt uppnås; i problemet krävs att man beräknar jämviktskoncentrationerna för alla ämnen och det numeriska värdet av jämviktskonstanten;
2) de initiala koncentrationerna av de initiala ämnena och jämviktskonstanten är kända. Villkoret innehåller inga uppgifter om koncentrationer av reagerade eller bildade ämnen. Det krävs att man beräknar jämviktskoncentrationerna för alla deltagare i reaktionen.
För att lösa sådana problem är det nödvändigt att förstå att jämviktskoncentrationen av någon första ämnen kan hittas genom att subtrahera koncentrationen av det reagerade ämnet från den initiala koncentrationen:
C-jämvikt \u003d C initial - C för det reagerade ämnet.
Jämviktskoncentration reaktionsprodukt är lika med koncentrationen av produkten som bildas vid tidpunkten för jämvikt:
C-jämvikt \u003d C för den resulterande produkten.
För att beräkna parametrarna för ett jämviktssystem är det alltså mycket viktigt att kunna avgöra hur mycket av den initiala substansen som hade reagerat vid den tidpunkt då jämvikten nåddes och hur mycket av reaktionsprodukten som bildades. För att bestämma mängden (eller koncentrationen) av de reagerade och bildade substanserna, utförs stökiometriska beräkningar enligt reaktionsekvationen.
Exempel 6.1 De initiala koncentrationerna av kväve och väte i jämviktssystemet N 2 + 3H 2 ⇆ 2 NH 3 är 3 mol/l respektive 4 mol/l. När den kemiska jämvikten nåddes fanns 70 % väte från dess initiala mängd kvar i systemet. Bestäm jämviktskonstanten för denna reaktion.
Det följer av villkoren för problemet att när jämvikten nåddes hade 30 % av vätgas reagerat (typ problem 1):
4 mol/l H 2 - 100 %
x mol/l H 2 - 30 %
x \u003d 1,2 mol / l \u003d C proreag. (H2)
Som framgår av reaktionsekvationen borde kväve ha reagerat 3 gånger mindre än väte, d.v.s. Med proreagera. (N 2) \u003d 1,2 mol/l: 3 \u003d 0,4 mol/l. Ammoniak bildas 2 gånger mer än kväve reagerat:
Från bilder. (NH 3) \u003d 2 × 0,4 mol/l \u003d 0,8 mol/l
Jämviktskoncentrationerna för alla deltagare i reaktionen kommer att vara som följer:
Likvärdig (H 2) \u003d C initial. (H 2) - C förreagerar. (H 2) \u003d 4 mol / l - 1,2 mol / l \u003d 2,8 mol / l;
Likvärdig (N 2) \u003d C beg. (N 2) – C förreagera. (N 2) \u003d 3 mol / l - 0,4 mol / l \u003d 2,6 mol / l;
Likvärdig (NH 3) = C-bilder. (NH 3) \u003d 0,8 mol/l.
Jämviktskonstant = 
.
Exempel 6.2 Beräkna jämviktskoncentrationerna av väte, jod och jodväte i systemet H 2 + I 2 ⇆ 2 HI, om det är känt att de initiala koncentrationerna av H 2 och I 2 är 5 mol/l respektive 3 mol/l, och jämviktskonstanten är 1.
Det bör noteras att i tillståndet för detta problem (uppgift av typ 2) säger tillståndet inget om koncentrationerna av de reagerade initiala substanserna och de bildade produkterna. Därför, när man löser sådana problem, tas koncentrationen av något reagerat ämne vanligtvis som x.
Låt x mol/l H 2 ha reagerat när jämvikten uppnås. Sedan, som följer av reaktionsekvationen, bör x mol/l I2 reagera och 2x mol/l HI bildas. Jämviktskoncentrationerna för alla deltagare i reaktionen kommer att vara som följer:
Likvärdig (H 2) \u003d C beg. (H 2) - C förreagerar. (H 2) \u003d (5 - x) mol/l;
Likvärdig (I 2) = C beg. (I 2) – C förreagera. (I 2) \u003d (3 - x) mol / l;
Likvärdig (HI) = C-bilder. (HI) = 2x mol/l.
4x2 = 15 - 8x + x2
3x2 + 8x - 15 = 0
x 1 = -3,94 x 2 = 1,27
Endast den positiva roten x = 1,27 har fysisk betydelse.
Därför är C lika. (H 2) \u003d (5 - x) mol / l \u003d 5 - 1,27 \u003d 3,73 mol / l;
Likvärdig (I 2) \u003d (3 - x) mol / l \u003d 3 - 1,27 \u003d 1,73 mol / l;
Likvärdig (HI) \u003d 2x mol / l \u003d 2 1,27 \u003d 2,54 mol / l.
Uppgift nummer 7
Tabell 7 - Villkor för uppgift nr 7
Tabell 7 fortsatte
stökiometri- kvantitativa förhållanden mellan reagerande ämnen.
Om reaktanterna går in i kemisk interaktion i strikt definierade mängder och som ett resultat av reaktionen bildas ämnen, vars mängd kan beräknas, kallas sådana reaktioner stökiometrisk.
Stökiometrins lagar:
Koefficienterna i kemiska ekvationer framför formlerna för kemiska föreningar kallas stökiometrisk.
Alla beräkningar enligt kemiska ekvationer är baserade på användningen av stökiometriska koefficienter och är förknippade med att hitta mängder av ett ämne (antal mol).
Mängden ämne i reaktionsekvationen (antal mol) = koefficient framför motsvarande molekyl.
N A=6,02x1023 mol-1.
η - förhållandet mellan produktens faktiska massa m sid till det teoretiskt möjliga m t, uttryckt i bråkdelar av en enhet eller i procent.
Om utbytet av reaktionsprodukter inte anges i tillståndet, tas det i beräkningarna lika med 100% (kvantitativt utbyte).
Beräkningsschema enligt ekvationerna för kemiska reaktioner:
- Skriv en ekvation för en kemisk reaktion.
- Ovanför de kemiska formlerna för ämnen, skriv kända och okända storheter med måttenheter.
- Under de kemiska formlerna för ämnen med kända och okända, skriv ner motsvarande värden för dessa kvantiteter från reaktionsekvationen.
- Komponera och lös proportioner.
Exempel. Beräkna massan och mängden magnesiumoxidämne som bildas under den fullständiga förbränningen av 24 g magnesium.
|
Given: m(Mg) = 24 g Hitta: ν (MgO) m (MgO) |
Lösning: 1. Låt oss göra ekvationen för kemisk reaktion: 2Mg + O2 \u003d 2MgO. 2. Under formlerna för ämnen anger vi mängden ämne (antal mol), vilket motsvarar stökiometriska koefficienter: 2Mg + O2 \u003d 2MgO 2 mol 2 mol 3. Bestäm den molära massan av magnesium: Relativ atommassa av magnesium Ar(Mg) = 24. Därför att värdet på molmassan är alltså lika med den relativa atom- eller molekylmassan M(Mg)= 24 g/mol. 4. Med massan av ämnet som anges i villkoret, beräknar vi mängden av ämnet:
5. Över den kemiska formeln för magnesiumoxid MgO, vars massa är okänd, sätter vi xmol, över magnesium formel mg skriv dess molära massa: 1 mol xmol 2Mg + O2 \u003d 2MgO 2 mol 2 mol
Enligt reglerna för att lösa proportioner:
Mängden magnesiumoxid v(MgO)= 1 mol. 7. Beräkna molmassan av magnesiumoxid: M (Mg)\u003d 24 g/mol, M (O)=16 g/mol. M(MgO)= 24 + 16 = 40 g/mol. Beräkna massan av magnesiumoxid: m (MgO) \u003d ν (MgO) × M (MgO) \u003d 1 mol × 40 g / mol \u003d 40 g. Svar: v (MgO) = 1 mol; m(MgO) = 40 g. |
Vid sammanställning av ekvationerna för redoxreaktioner måste följande två viktiga regler observeras:
Regel 1: I alla joniska ekvationer måste laddningskonservering observeras. Det betyder att summan av alla laddningar på vänster sida av ekvationen ("vänster") måste matcha summan av alla laddningar på höger sida av ekvationen ("höger"). Denna regel gäller för alla joniska ekvationer, både för fullständiga reaktioner och för halvreaktioner.
Laddar från vänster till höger
Regel 2: Antalet elektroner som förloras i oxidationshalvreaktionen måste vara lika med antalet elektroner som erhållits i reduktionshalvreaktionen. Till exempel, i det första exemplet som ges i början av detta avsnitt (reaktionen mellan järn och hydratiserade koppar(II)joner), är antalet elektroner som förloras i den oxidativa halvreaktionen två:
Därför måste antalet elektroner som förvärvas i reduktionshalvreaktionen också vara lika med två:
Följande procedur kan användas för att härleda den fullständiga redoxekvationen från ekvationerna för de två halvreaktionerna:
1. Ekvationerna för var och en av de två halvreaktionerna balanseras separat, och för att uppfylla ovanstående regel 1 adderas motsvarande antal elektroner till vänster eller höger sida av varje ekvation.
2. Båda halvreaktionernas ekvationer är balanserade i förhållande till varandra så att antalet elektroner som går förlorade i en reaktion blir lika med antalet elektroner som erhållits i den andra halvreaktionen, enligt regel 2.
3. Ekvationerna för båda halvreaktionerna summeras för att erhålla den fullständiga ekvationen för redoxreaktionen. Till exempel summera ekvationerna för de två halvreaktionerna ovan och ta bort från vänster och höger sida av den resulterande ekvationen
lika många elektroner finner vi
Vi balanserar ekvationerna för halvreaktionerna nedan och sammanställer en ekvation för redoxreaktionen av oxidationen av en vattenlösning av järnsalt till ett järnsalt med en sur kaliumlösning.
Steg 1. Först balanserar vi ekvationen för var och en av de två halvreaktionerna separat. För ekvation (5) har vi
För att balansera båda sidorna av denna ekvation måste du lägga till fem elektroner på dess vänstra sida, eller subtrahera samma antal elektroner från den högra sidan. Efter det får vi
Detta gör att vi kan skriva följande balanserade ekvation:
Eftersom elektroner måste läggas till vänster sida av ekvationen, beskriver den en reduktionshalvreaktion.
För ekvation (6) kan vi skriva
För att balansera denna ekvation kan du lägga till en elektron på dess högra sida. Sedan
Överskottsluftskoefficienten med denna metod för att organisera förbränningsprocessen bör motsvara rika blandningar nära stökiometriska. I detta fall kommer det att vara mycket svårt att organisera en effektiv förbränning av magra blandningar på grund av den otillräckligt höga hastigheten för flamfrontens utbredning med hög sannolikhet för dämpning av antändningskällor, betydande cyklisk ojämnhet i förbränningen och i slutändan feltändningar. Således kan denna riktning kallas extremt långsam förbränning av rika gas-luftblandningar.[ ...]
Överskottsluftskoefficienten (a) påverkar avsevärt förbränningsprocessen och sammansättningen av förbränningsprodukterna. Det är uppenbart att det vid en 1,0) praktiskt taget inte påverkar komponentsammansättningen av rökgaser och endast leder till en minskning av koncentrationen av komponenter på grund av utspädning med luft som inte används i förbränningsprocessen.[ ...]
Baserat på de stökiometriska koefficienterna för reaktionen för att erhålla dialkylklortiofosfat och den optimala lösningen för kriterium 2, inför vi begränsningen X3 = -0,26 (1,087 mol/mol).[ ...]
| 24.5 |
Detta ger värdet på den stökiometriska koefficienten för intaget av polyfosfat 1/us,p = g P/g COD(HAc).[ ...]
I tabell. 24.5 visar de stökiometriska utbytesfaktorerna bestämda i experiment utförda i reaktorer för renodling. Dessa värden stämmer ganska bra överens trots olika mikrobiologiska tillväxtförhållanden.[ ...]
Från uttryck (3.36) finner vi den stökiometriska koefficienten "sat.r = 0.05 g P / g COD (HAc).[ ...]
[ ...]
Från exempel 3.2 kan du hitta de stökiometriska koefficienterna för ekvationen för avlägsnande av ättiksyra: 1 mol HA (60 g HA) kräver 0,9 mol av 02 och 0,9 32 = 29 g av 02.[ ...]
| 3.12 |
I dessa formler ingår det första utgångsmaterialet i alla stökiometriska ekvationer och dess stökiometriska koefficient i dem är V/, = -1. För detta ämne anges omvandlingsgraderna lu i varje stökiometrisk ekvation (alla av dem - K). I ekvationerna (3.14) och (3.15) antas det att den i:te komponenten - produkten för vilken selektivitet och utbyte bestäms, bildas endast i den 1:a stökiometriska ekvationen (då E / \u003d x () ). komponenter i dessa formler mäts i mol (beteckning LO, som traditionellt accepteras inom kemivetenskapen.[ ...]
Vid sammanställning av redoxekvationer hittas stökiometriska koefficienter för grundämnets oxidation före och efter reaktionen. Oxidationen av ett grundämne i föreningar bestäms av antalet elektroner som atomen spenderar på bildandet av polära och joniska bindningar, och tecknet på oxidation bestäms av riktningen för förskjutningen av de bindande elektronparen. Till exempel är oxidationen av natriumjonen i NaCl-föreningen +1, och den för klor är -I.[ ...]
Det är mer praktiskt att representera stökiometrin för en mikrobiologisk reaktion med en stökiometrisk balansekvation, snarare än i form av avkastningsfaktortabeller. En sådan beskrivning av sammansättningen av komponenterna i en mikrobiologisk cell krävde användningen av en empirisk formel. Formeln för substansen i cellen C5H702N fastställdes experimentellt, som ofta används vid framställning av stökiometriska ekvationer.[ ...]
I tabell. Figur 3.6 visar typiska värden för kinetiska och andra konstanter, såväl som stökiometriska koefficienter, för en aerob reningsprocess för stadsavloppsvatten. Det bör noteras att det finns en viss korrelation mellan individuella konstanter, så det är nödvändigt att använda en uppsättning konstanter från en källa, och inte att välja individuella konstanter från olika källor. I tabell. 3.7 visar liknande samband.[ ...]
Metoden är standardiserad med kända mängder jod, omvandlat till ozon, baserat på en stökiometrisk koefficient lika med ett (1 mol ozon frigör 1 mol jod). Denna koefficient stöds av resultaten från ett antal studier, på grundval av vilka de stökiometriska reaktionerna av ozon med olefiner fastställdes. Med en annan koefficient skulle dessa resultat vara svåra att förklara. I arbetet fann man dock att den angivna koefficienten är 1,5. Detta överensstämmer med uppgifterna, enligt vilka en stökiometrisk koefficient lika med ett erhålls vid pH 9, och mycket mer jod frigörs i en sur miljö än i en neutral och alkalisk.[ ...]
Testerna utfördes med full belastning och en konstant vevaxelhastighet på 1 500 min1. Luftöverskottskoefficienten varierade inom intervallet 0,8 [ ...]
Materialprocesser i levande natur, cyklerna av biogena element är förknippade med energiflöden genom stökiometriska koefficienter som varierar i en mängd olika organismer endast inom samma ordning. Samtidigt, på grund av katalysens höga effektivitet, är energikostnaderna för syntes av nya ämnen i organismer mycket lägre än i de tekniska analogerna av dessa processer.[ ...]
Mätningar av motoregenskaper och emissioner av skadliga emissioner för alla förbränningskammare utfördes i ett brett spektrum av förändringar i överskottsluftskoefficienten från ett stökiometriskt värde till en extremt mager blandning. På fig. 56 och 57 visar huvudresultaten beroende på a, erhållna vid en hastighet av 2000 min och ett vidöppet gasreglage. Värdet på tändningsförskjutningsvinkeln valdes från villkoret att erhålla det maximala vridmomentet.[ ...]
Den biologiska processen för borttagning av fosfor är komplex, så naturligtvis är vårt tillvägagångssätt mycket förenklat. I tabell. 8.1 presenterar en uppsättning stökiometriska koefficienter som beskriver de processer som sker med deltagande av FAO. Tabellen ser komplicerad ut, men förenklingar har redan gjorts i den.[ ...]
I ett av de senaste arbetena antas det att 1 mol NO2 ger 0,72 g-jon NO7. Enligt uppgifter från International Organization for Standardization beror den stökiometriska koefficienten på sammansättningen av reagenserna av Griess-typ. Sex varianter av detta reagens föreslås, som skiljer sig i sammansättningen av dess komponenter, och det anges att absorptionseffektiviteten för alla typer av absorptionslösningar är 90 %, och den stökiometriska koefficienten, med hänsyn till absorptionseffektiviteten, varierar från 0,8 till 1. Att minska mängden NEDA och ersätta sulfanilsyra med sulfanilamid (vit streptocid) ger ett större värde på denna koefficient. Författarna till verket förklarar detta med förlusten av HN02 på grund av bildandet av NO under bireaktioner.[ ...]
Vid utformning av biokemiska avloppsreningsverk och analys av deras funktion används vanligtvis följande designparametrar: hastigheten för biologisk oxidation, stökiometriska koefficienter för elektronacceptorer, tillväxthastighet och fysikaliska egenskaper för aktiverad slambiomassa. Studiet av kemiska förändringar i samband med biologiska omvandlingar som sker i en bioreaktor gör det möjligt att få en ganska fullständig bild av strukturens funktion. För anaeroba system, som inkluderar anaeroba filter, behövs sådan information för att säkerställa det optimala pH-värdet i miljön, vilket är huvudfaktorn i den normala driften av behandlingsanläggningar. I vissa aeroba system, såsom de där nitrifikation sker, är kontroll av mediets pH också nödvändig för att säkerställa optimal mikrobiell tillväxthastighet. För slutna reningsverk, som kom i praktiken i slutet av 60-talet, som använder rent syre (oxy-tank), blev studiet av kemiska interaktioner nödvändigt inte bara för pH-kontroll, utan också för teknisk beräkning av gasledningsutrustning.[ . ..]
Den katalytiska omvandlingshastighetskonstanten k i det allmänna fallet vid en given temperatur är en funktion av hastighetskonstanterna för de direkta, omvända och sidoreaktionerna, såväl som diffusionskoefficienterna för de initiala reagensen och deras interaktionsprodukter. Hastigheten för en heterogen katalytisk process bestäms, såsom noterats ovan, av de relativa hastigheterna för dess individuella steg och begränsas av de långsammaste av dem. Som ett resultat sammanfaller ordningen för den katalytiska reaktionen nästan aldrig med reaktionens molekyläritet som motsvarar det stökiometriska förhållandet i ekvationen för denna reaktion, och uttrycken för beräkning av hastighetskonstanten för den katalytiska omvandlingen är specifika för specifika stadier och förhållanden för dess genomförande.[ ...]
För att kontrollera neutraliseringsreaktionen måste man veta hur mycket syra eller bas man ska tillsätta lösningen för att erhålla det önskade pH-värdet. För att lösa detta problem kan metoden för empirisk utvärdering av stökiometriska koefficienter användas, som utförs med titrering.[ ...]
Jämviktssammansättningen av förbränningsprodukterna i kammaren bestäms av lagen om massverkan. Enligt denna lag är hastigheten för kemiska reaktioner direkt proportionell mot koncentrationen av de initiala reagensen, som var och en tas till en grad lika med den stökiometriska koefficient med vilken ämnet går in i den kemiska reaktionsekvationen. Baserat på bränslenas sammansättning kan det antas att förbränningsprodukterna, till exempel flytande raketbränslen i kammaren, kommer att bestå av CO2, H20, CO, NO, OH, N2, H2, N. H, O, för fast raketbränsle - från A1203, N2, H2, HC1, CO, CO2, H20 vid T= 1100...2200 K.[ ...]
För att underbygga möjligheten att använda tvåstegsförbränning av naturgas, utfördes experimentella studier av fördelningen av lokala temperaturer, koncentrationer av kväveoxider och brännbara ämnen längs lågans längd beroende på koefficienten för överskottsluft som tillförs genom brännaren . Experimenten utfördes med förbränning av naturgas i ugnen i en PTVM-50-panna utrustad med en VTI-virvelbrännare med perifer gasstråleutsläpp till ett virvlande tvärgående luftflöde. Det har konstaterats att vid ag O.wb slutar processen med bränsleförbränning på ett avstånd 1f/X>out = 4,2 och vid ag = 1,10 - på ett avstånd bf10out = 3,6. Detta indikerar förlängning av förbränningsprocessen under förhållanden som är väsentligt annorlunda än stökiometriska.[ ...]
En förenklad matris av processparametrar med aktivt slam utan nitrifikation presenteras i tabell. 4.2. Det antas här att tre huvudfaktorer bidrar till omvandlingsprocessen: biologisk tillväxt, nedbrytning och hydrolys. Reaktionshastigheterna anges i den högra kolumnen och koefficienterna i tabellen är stökiometriska. Med hjälp av tabelldata kan man skriva massbalansekvationen till exempel för det lättnedbrytbara organiska materialet Be i en perfekt omrörd reaktor. Uttrycken som ansvarar för transporten behöver ingen förklaring. Vi hittar två uttryck som beskriver omvandlingarna av ett ämne genom att multiplicera de stökiometriska koefficienterna från (i detta fall) "komponent"-kolonner med motsvarande reaktionshastigheter från den högra kolumnen i tabellen. 4.2.[ ...]
På fig. 50 visar förändringen i halten Wx i förbränningsprodukterna (g/kWh) beroende på blandningens sammansättning och tändningstiden. Därför att bildandet av NOx beror till stor del på gastemperaturen, vid tidig antändning ökar utsläppet av NOx. Beroendet av bildandet av 1 Ux på koefficienten för överskottsluft är mer komplext, eftersom Det finns två motsatta faktorer. Bildningen av 1NHOx beror på syrekoncentrationen i den brännbara blandningen och temperaturen. Att luta blandningen ökar syrekoncentrationen men minskar den maximala förbränningstemperaturen. Detta leder till att det maximala innehållet uppnås när man arbetar med blandningar något sämre än stökiometriska. Vid samma värden för överskottsluftskoefficienten har den effektiva verkningsgraden ett maximum.[ ...]
På fig. Figur 7.2 visar de experimentella beroendena av metanolkoncentrationen av NO3-N-koncentrationen vid utloppet av det kompletta förträngningsbiofiltret. Linjerna som förbinder de experimentella punkterna kännetecknar fördelningen av ämnet längs filtret vid olika Smc/Sn-förhållanden Kurvornas lutning motsvarar värdet på den stökiometriska koefficienten: 3,1 kg CH3OH/kg NO -N.
Förhållandet som förbinder koncentrationerna av de reagerande ämnena med jämviktskonstanten är ett matematiskt uttryck för massverkans lag, som kan formuleras enligt följande: för en given reversibel reaktion i ett tillstånd av kemisk jämvikt, förhållandet mellan produkten av jämviktskoncentrationer av reaktionsprodukterna till produkten av jämviktskoncentrationerna av utgångsämnena vid en given temperatur är ett konstant värde, och koncentrationen av varje ämne måste höjas till styrkan av dess stökiometriska koefficient.[ ...]
I Sovjetunionen används metoden från Polezhaev och Girina för att bestämma NO¡¡ i atmosfären. Denna metod använder en 8% lösning av KJ för att fånga upp kvävedioxid. Bestämningen av nitritjoner i den resulterande lösningen utförs med Griess-Ilosvay-reagenset. Kaliumjodidlösning är en mycket effektivare NO2-absorbator än alkalilösning. Med sin volym (endast 6 ml) och luftflödeshastighet (0,25 l/min) glider inte mer än 2% NO2 genom absorptionsanordningen med en porös glasplatta. De utvalda proverna är välbevarade (cirka en månad). Den stökiometriska koefficienten för absorptionen av NOa av KJ-lösningen är 0,75, med hänsyn tagen till genombrottet. Enligt våra data interfererar inte NO med denna metod vid ett förhållande av NO:NOa-koncentrationer på 3:1.[ ...]
Nackdelarna med denna metod, som är allmänt införd i praktiken av högtemperaturavfallshantering, är behovet av att använda dyra alkaliska reagens (NaOH och Na2CO3). Således är det möjligt att tillgodose behoven hos många industrier som behöver neutralisera små mängder flytande avfall med ett brett utbud av kemiska sammansättningskomponenter och eventuellt innehåll av organiska klorföreningar. Förbränning av klorhaltiga lösningsmedel bör dock hanteras med försiktighet, eftersom avgaser under vissa förhållanden (1 > 1200 ° C, luftöverskottskoefficient > 1,5) kan innehålla fosgen - mycket giftigt kolklor, eller kolsyraklorid (COC12) ). Den livshotande koncentrationen av detta ämne är 450 mg per 1 m3 luft.[ ...]
Processerna för urlakning eller kemisk vittring av svårlösliga mineraler eller deras associationer kännetecknas av bildandet av nya fasta faser; Jämvikter mellan dem och lösta komponenter analyseras med hjälp av termodynamiska tillståndsdiagram. Grundläggande svårigheter här uppstår vanligtvis i samband med behovet av att beskriva kinetiken i processer, utan vilken deras övervägande ofta inte är motiverat. Motsvarande kinetiska modeller kräver reflektion av kemiska interaktioner i en explicit form - genom de partiella koncentrationerna av reaktanterna cx, med hänsyn tagen till de stökiometriska koefficienterna V. för specifika reaktioner.
