Теория электролиза. Прикладное значение процессов электролиза. Закон Фарадея

 

2. Какая степень окисления для свинца наиболее устойчива при 298 К в системе: PbO₂(к) + Pb(к) = 2PbO(к). Ответ мотивировать термодинамическим расчётом.

 

Уравнение реакции:

PbO₂(к) + Pb(к) = 2PbO(к)

Вычислим изменение энергии Гиббса.

DG⁰ = 2DG⁰(PbO) – DG⁰(PbO₂) = 2 × (–189,1) – (–218,3) = –159,9 кДж.

DG⁰ реакции отрицательна, реакция идет в прямом направлении. Значит, степень окисления свинца +2 термодинамически более устойчива.

 

 

3. При сгорании 4,3 г углеводорода образовалось 13,2 г CO₂. Плотность пара углеводорода по водороду равна 43. Выведите молекулярную формулу вещества.

 

При сгорании углеводорода водород переходит полностью в воду, углерод — в CO2.

Обозначим органическое вещество – CxHy.

Запишем уравнение реакции.

CxHy + (x + y/4)O2 = xCO2 + y/2H2O

Молярная масса CxHy = 12x + y, г/моль

Молярная масса CO2 = 44x, г/моль.

Молярная масса H2O = 9y, г/моль.

Составляем уравнение:

4,3 × 44x = 13,2 × (12x + y);

189,2x = 158,4x + 13,2y

30,8x = 13,2y

y = 2,333x

Попробуем найти целочисленные коэффициенты.

2y = 4,667x

3y = 7x

Простейшая формула вещества C3H7.

M(C3H7) = 43 г/моль.

Найдем молярную массу углеводорода.

M = D(H2) × M(H2) = 43 × 2 = 86 г/моль, т. е. в 2 раза больше простейшей формулы.

Таким образом, формула вещества C6H14.

Экзаменационный билет №19

Электрохимическая коррозия металлов. Метод защиты.

 

2. Определите изменение внутренней энергии при испарении 32 г метанола при температуре кипения 65,7⁰С, если удельная теплота испарения равна 1,104 кДж/г

При испарении происходит увеличение потенциальной энергии взаимодействия молекул испарившейся части жидкости, т. е. изменение внутренней энергии.

DU = Q = r_исп × m,

где DU — изменение внутренней энергии при испарении,

Q — теплота испарения,

r_исп — удельная теплота испарения,

m — масса вещества.

DU = 1,104 · 32 = 35,33 кДж.

На каком основании хром и сера расположены в одной периодической системы? Почему они размещены в разных подгруппах? Сколько вакантных 3d–орбиталей содержат возбужденные атомы этих элементов?

Хром и сера содержат по 6 валентных электронов, поэтому расположены в 6 группе.

S: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁴

Cr: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d⁵ 4s¹

В то же время у серы заполняется p-подуровень внешнего слоя, а у хрома — d-подуровень предвнешнего слоя. Поэтому они расположены в разных подгруппах.

S*: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p³3d¹

Возбужденный атом серы имеет 4 вакантные d-орбитали.

Cr*: 1s² 2s²2p⁶ 3s²3p⁶3d⁵ 4s¹

Возбужденный атом хрома не имеет вакантных d-орбиталей.

Экзаменационный билет №20

1. Характеристика свойств элементов и их соединений: комплексообразующих, кислотно-основных, окислительно-восстановительных

 

2. При взаимодействии метана и сероводорода образуется CS₂(г) и H₂(г). Вычислите изменение энтальпии и энтропии процесса в стандартных условиях. Определите ориентировочную температуру начала процесса

Уравнение реакции:

CH₄(г) + 2H₂S(г) = CS₂(г) + 4H₂(г)

Найдем DH⁰ по следствию из закона Гесса.

DH⁰ = DH⁰(CS₂, г) – DH⁰(CH₄, г) – 2DH⁰(H₂S, г)

DH⁰(CS₂, г) = 88,7 кДж/моль

DH⁰(CH₄, г) = –74,85 кДж/моль

DH⁰(H₂S, г) = –21,0 кДж/моль

DH⁰ = 88,7 – (–74,85) – 2 · (–21,0) = 205,55 кДж

Найдем DS⁰.

DS⁰ = S⁰(CS₂, г) + 4S⁰(H₂, г) – S⁰(CH₄, г) – 2S⁰(H₂S, г)

S⁰(CS₂, г) = 151,0 Дж/моль×К

S⁰(H₂, г) = 130,52 кДж/моль

S⁰(CH₄, г) = 186,19 кДж/моль

S⁰(H₂S, г) = 205,7 кДж/моль

DS⁰ = 151,0 + 4 · 130,52 – 186,19 – 2 · 205,7 = 75,49 Дж/К.

DG⁰ = DH⁰ – TDS⁰

В состоянии равновесия DG⁰ = 0.

DH⁰ = TDS⁰

T = DH⁰ / DS⁰ = 205,55 / 0,07549 = 2722,9 К.

Ориентировочная температура начала реакции 2723 К.

3. Энергия активации реакции O₃(г) + NO(г) ® O₂(г) + NO₂(г) равна 10 кДж/моль. Каково значение температурного коэффициента процесса в интервале температур 300…310 К? Процесс подчиняется правилу Вант – Гоффа

Уравнение реакции:

O₃(г) + NO(г) ® O₂(г) + NO₂(г)

Энергия активации связана с константами скорости процесса при двух температурах:

По условию T₁ = 300 К; T₂ = 310 К

0,1293

1,1381.

Известно, что отношение скоростей (и констант скоростей) при двух температурах связано с температурным коэффициентом скорости g:

Вычисляем g.

1,1381.