Скорость химической реакции, влияние концентрационного фактора на скорость. Кинетическое уравнение процесса.

 

2. Какие металлы (Fe, Ag, Ca) будут разрушаться в атмосфере влажного воздуха, насыщенного диоксидом углерода? Ответ обоснуйте термодинамическим расчётом.

Разрушение металлов в атмосфере влажного воздуха, насыщенного диоксидом углерода, может идти по схеме:

Fe + H₂O + CO₂ = FeCO₃ + H₂

Рассчитаем DG⁰ процесса.

DG⁰ = DG⁰(FeCO₃) – DG⁰(H₂O, ж) – DG⁰(CO₂) =

= –665,1 – (–237,24) – (–394,88) = –32,98 кДж.

DG⁰ < 0, разрушение железа по данной схеме возможно.

2Ag + H₂O + CO₂ = Ag₂CO₃ + H₂

Рассчитаем DG⁰ процесса.

DG⁰ = DG⁰(Ag₂CO₃) – DG⁰(H₂O, ж) – DG⁰(CO₂) =

= –437,2 – (–237,24) – (–394,88) = 194,92 кДж.

DG⁰ > 0, разрушение серебра по данной схеме невозможно.

Ca + H₂O + CO₂ = CaCO₃ + H₂

Рассчитаем DG⁰ процесса.

DG⁰ = DG⁰(CaCO₃) – DG⁰(H₂O, ж) – DG⁰(CO₂) =

= –1127,7 – (–237,24) – (–394,88) = –495,58 кДж.

DG⁰ < 0, разрушение кальция по данной схеме возможно.

3. Медь покрыта оловом. При нарушении покрытия возникает гальванический элемент: , который даёт ток силой . Какая масса олова окисляется и сколько литров выделяется на катоде за 25 минут?

Схема гальванического элемента:

Анодный процесс: Sn⁰ – 2e^– ® Sn²⁺

Катодный процесс: 2H⁺ + 2e^– ® H₂­

Запишем значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов.

E⁰(Cu²⁺/Cu) = +0,345 В

E⁰(Sn²⁺/Sn) = –0,136 В

Согласно законам Фарадея, масса (объем) вещества, выделяющегося на электроде, равна:

m = M × I × t / (n × F), или V = V_M × I × t / (n × F)

где n – число передаваемых в полуреакции электронов,

M – молярная масса,

V_M – молярный объем,

F – число Фарадея,

I – сила тока (А),

t – время электролиза (с).

Вычисляем массу олова, окисленного на аноде:

m(Sn) = M(Sn) · I × t / (n × F) =

= 118,71 · 7,5 · 25 · 60 / (2 · 96487) = 6,92 г.

Вычисляем объем водорода, выделившегося на катоде.

V(H₂) = V_M(H₂) · I × t / (n × F) =

= 22,4 · 7,5 · 25 · 60 / (2 · 96487) = 1,31 л.

Экзаменационный билет №9

Температурная зависимость скорости процесса. Правило Вант-Гоффа, уравнение Аррениуса, энергия активации. Катализ.

 

2. Чему равно значение pH раствора CH₃COOH, в 1 литре которого содержится 6 г кислоты, а K_д = 1,8·10^–5

CH₃COOH — слабая кислота, частично диссоциирующая в растворе:

CH₃COOH D CH₃COO^– + H⁺

Для слабых кислот [H⁺] = .

Вычислим молярную концентрацию кислоты.

c = = 0,1 моль/л.

Вычисляем концентрацию ионов водорода.

[H⁺] = = 1,34·10^–3 моль/л.

pH = –lg [H⁺] = –lg 1,34·10^–3 = 2,87.

За 10 минут из раствора нитрата платины ток силой 5 А выделил 1,517 г Pt. Определите эквивалентную массу платины. Какой газ и в каком количестве при этом выделяется на аноде, приведите схему электролиза и процессы

Согласно законам Фарадея, масса (объем) вещества, выделяющегося на электроде, равна:

m = M_Э × I × t / F, или V = V_Э × I × t / F

M_Э – молярная масса эквивалента,

V_Э – молярный объем эквивалента,

F – число Фарадея,

I – сила тока (А),

t – время электролиза (с).

По условию m = 1,517 г; I = 5 A; t = 10 · 60 = 600 с.

Вычисляем молярную массу эквивалента платины.

M_Э = m · F / (I · t) = 1,517 · 96487 / (5 · 600) = 48,79 г/моль.

Молярная масса платины 195,1 г/моль. Значит, валентность платины в нитрате равна 195,1 / 48,79 = 4.

Катодный процесс: Pt⁴⁺ + 4e^– ® Pt⁰.

Нитрат-ионы на аноде не разряжаются. Вместо них окисляются молекулы воды:

2H₂O – 4e^– ® O₂­ + 4H⁺

Вычисляем объем кислорода, учитывая, что молярный объем эквивалента кислорода равен 5,6 л/моль.

V(O₂) = 5,6 · 5 · 600 / 96487 = 0,174 л.

Схема электролиза:

Pt(NO₃)₄ + 2H₂O = Pt + O₂ + 4HNO₃

Экзаменационный билет №10