Тема : растворы электролитов и гальванические элементы

 

301. Молярная электрическая проводимость водного раствора уксусной кислоты при 25 °С равна 4.815×10^–3 См×м²/моль при концентрации 1.02 ммоль/л и 39.06×10^–3 См×м²/моль при бесконечном разбавлении. Вычислить константу кислотной диссоциации и степень диссоциации уксусной кислоты при этой концентрации.

302. Вычислить молярную электрическую проводимость раствора 4.41×10^–2 моль/л СН₃СООН ион 25 °С, если известно, что его проводимость при бесконечном разбавлении равна 3.91×10^–2 См×м²/моль, константа кислотной диссоциации СН₃СООН равна 1.8×10^–5. Коэффициенты активности примите равными 1.

303. Вычислить ионную силу раствора, содержащего 1 ммоль H₂SO₄ и 2 ммоль MgSO₄ на 1000 г воды.

304. Вычислить средние ионные коэффициенты активности хлорида натрия в растворах 0.01 и 0.001 моль/л NaCl при 25 °С и сравните их с опытными: g_± (0.01 моль/л NaCl) = 0.909; g_± (0.001 моль/л NaCl) = 0.967. Примите произведение B å в уравнении Дебая Хюккеля равным 1 (л/моль)^1/2.

305. При бесконечном разбавлении молярная электрическая проводимость пикрата калия (тринитрофенолят калия; 1-1 электролит) при 25 °С равна 10.397×10^–3 См×м²×моль^–1, проводимость К⁺ 7.358×10^–3 См×м²×моль^–1. Вычислить молярную проводимость пикрат-иона, его подвижность и число пере­носа.

306. Водный раствор LiX (где Х – анион) с концентрацией 0.100 моль/л имеет удельную электрическую проводимость 0.895 См×м^–1. Молярная электрическая проводимость Li⁺ равна 3.95×10^–3 См×м²×моль^–1. Вычислить молярную проводи­мость раствора и молярную электрическую проводимость иона X^–.

307. Вычислить степень диссоциации уксусной кислоты в растворе 6.71×10^–4 моль/л СН₃СООН, а так же рН раствора. Константа кислотной диссоциации СН₃СООН равна 1.75×10^–5.

308. В растворе NH₄Cl число переноса хлорид иона равно 0.491. Определить подвижность и предельную проводимость катиона, если предельная проводимость хлорида аммония равна 14.9×10^–3 См×м²×моль^–1.

309. Вычислить произведение растворимости Аg₂СrО₄, если его растворимость в воде равна 1.04×10^–4 моль/л при 25 °С. Равновесие растворимости хромата серебра: Ag₂CrO₄ (т) ƒ 2Ag⁺ (aq) + СrО₄^2– (aq).

310. Раствор KCl имеет удельную электрическую проводимость 0.14088 См/м. Электрическое сопротивление кондуктометрической ячейки, наполненной этим раствором, равно 4.2156 Ом. Чему равна константа ячейки? Чему равна удельная проводимость раствора НСl, имеющего сопротивление 1.0326 Ом в этой ячейке?

311. Электрическая подвижность иона NH₄⁺ равна 7.623×10^–8 м²/(В·с). Вычислить 1) молярную проводимость иона, 2) скорость движения иона в кондуктометрической ячейке с разностью потенциалов электродов 15.0 В и расстоянием между ними 25.0 см, 3) число переноса иона аммония в растворе ацетата аммония NH₄C₂H₃O₂, если подвижность ацетат иона равна 4.239×10^–8 м²/(В·с).

312. Вычислить подвижность и скорость движения катиона лития в растворе LiCl, если известно, что его число переноса равно 0.336, разность потенциалов электродов 6.0 В и расстояние между ними 4.00 см. Предельная молярная проводимость LiCl равна 1.1503×10^–2 См×м²×моль^–1.

313. При 18 °С молярная проводимость KNO₃ в водном растворе зависит от концентрации следующим образом:

 

С, ммоль/л	0.20	0.50	1.00	2.00	5.00
L×10^4, См×м^2×моль^–1	125.2	124.5	123.7	122.6	120.5

 

Определить предельную молярную проводимость KNO₃ графическим методом.

314. Определить предельную молярную проводимость HCl по следующим данным о зависимости проводимости растворов HCl от концентрации:

 

С, ммоль/л	2.8408	8.1181	17.743	31.863
L×10^4, См×м^2×моль^–1	425.13	424.67	424.07	423.55

 

315. При 25 °С электролиты C₆H₅COONa (бензоат натрия), HCl и NaCl имеют следующие предельные молярные проводимости (См×м²×моль^–1): 0.008248, 0.042616 и 0.012645, соответственно. Вычислить на этом основании предельную молярную проводимость бензойной кислоты (C₆H₅COOН).

316. Удельнаяэлектрическая проводимость насыщенного раствора BaSO₄ равна 3.48×10^–4 См/м, а растворителя (воды) 0.50×10^–4 См/м. Вычислить произведение растворимости этой соли, приняв молярную проводимость BaSO₄ в насыщенном растворе равной предельной проводимости (предельные проводимости ионов Ba²⁺ и SO₄^2– равны 0.012726 и 0.016004 См×м²×моль^–1, соответственно).

317. С применением уравнения Дебая-Хюккеля вычислить степень диссоциации 0.247 моляльной уксусной кислоты при 25 °С (К = 1.75×10^–5) в 1.00 ×10^–2 моляльном растворе Ca(NO₃)₂. Примите произведение В å в этом уравнении равным 1 (л/моль)^1/2.

318. При 25 °С произведение растворимости хлорида серебра AgCl равно 1.56×10^–10. Вычислить его растворимость в чистой воде и в 0.0500 моляльном растворе KNO₃. Примите произведение В å в уравнении Дебая-Хюккеля равным 1 (л/моль)^1/2.

319. С применением уравнения Дебая-Хюккеля рассчитайте произведение растворимости оксалата магния MgC₂O₄ в воде, зная его растворимость при 298 К 0.075 г/дм³. Примите В å в уравнении Дебая-Хюккеля равным 1 (л/моль)^1/2.

320. При 298 К растворимость йодата лантана La(IO₃)₃ в воде равна 1.7 г/дм³. Чему равно произведение растворимости этой соли? Примите В å в уравнении Дебая-Хюккеля равным 1 (л/моль)^1/2.

321. Реакция Zn(т) + 2AgCl(т) = ZnCl₂(aq) + 2Ag(т) характеризуется величиной ЭДС 1.015 В и температурным коэффициентом dE/d T = –4.012×10^–4 В/К при 0 °С. Вычислить изменение термодинамических функций D G, D H, D S.

322. Вычислить изменение термодинамических функций D G, D H, D S для реакции в водной среде Ag(т) + 1/2Hg₂Cl₂(т) = AgCl(т) + Hg(ж) при 25 °С, если известна её ЭДС 0.0455 В и температурный коэффициент dE/d T = 0.68 мВ/К.

323. Стандартная ЭДС элемента

 

PtI(т)

Zn(т)

ZnSO4 (aq)

CuSO4 (aq)

Сu(т)

PtII(т)

 

равна 1.100 В. Вычислить ЭДС аналогичной цепи при 25 °С, в которой концентрация CuSO₄ равна 2.50×10^–4 моль/л, a ZnSO₄ – 2.50×10^–2 моль/л. (Для раствора CuSO₄ коэффициент активности принять равным 1; эффективный радиус Zn²⁺ равен 6 Å)

324. Вычислить максимальную работу следующего гальванического элемента со стандартной ЭДС 1.100 В.

 

Сu(т)	Zn(т)	ZnSO4 (aq)		CuSO4 (aq)	Сu(т)
		1.000 моль/л		1.000 моль/л

 

325. ЭДС следующей ячейки равна 0.082 В. Определить рН желудочного сока.

 

PtI(т)

Н2(f = 1)

H^+ (желудочный сок)

H^+ (aq, a = 1)

Н2(f = 1)

PtII(т)

 

326. Определить растворимость хлорида серебра в воде при 50 °С, если при этой температуре ЭДС гальванического элемента

 

Ag(т)

AgCl(т)

AgCl (aq)

AgNO3 (aq, 0.05 моль/л)

Ag(т)

 

равна 0.199 В. При 50 °С параметры уравнения Дебая-Хюккеля: А = 0.5373 л^1/2 моль^–1/2, В = 0.3346 л^1/2 моль^–1/2 Å^–1, å(Ag⁺) = 2.5Å.

327. Вычислить ЭДС следующего элемента при 25 °С, зная, что произведение растворимости AgCl = 1.77×10^–10, a AgBr = 5.35×10^–13:

 

Ag(т)

AgBr(т)

AgBr (aq)

AgCl (aq)

AgCl(т)

Ag(т)

 

328. Для электрохимической ячейки

Pt (т) |Zn(т) | Zn²⁺ (aq, a = 1) || Cu²⁺ (aq, a = 1) | Сu(т) | Pt (т)

со стандартным ЭДС 1.100 В при 25 °С написать уравнение протекающей в ней реакции и вычислить константу равновесия.

329. Определить ЭДС элемента при 25°С

 

СКЭ

СН3СООН(aq, 0.445 моль/л)

хингидрон (т)

Pt(т)

 

где СКЭ – стандартный каломельный электрод, потенциал которого равен 0.268 В. Стандартный потенциал хингидронного электрода равен 0.699 В, константа диссоциации уксусной кислоты K = 1.75×10^–5. (Эффективный радиус H⁺ равен 9 Å, ацетат иона 4.5 Å)

330. Зная стандартный потенциал хингидронного электрода 0.699 В, определить ЭДС элемента:

 

PtI(т)

Н2(f = 2.00)

H^+ (aq, а = 1.31×10^–5)

H^+ (aq, a = 1.132)

хингидрон (т)

PtII(т)

 

331. Вычислить константу равновесия реакции Zn(т) + CdSО₄(aq) ƒ Cd(т) + ZnSО₄(aq) при 298 К, зная электродные потенциалы E°(Zn²⁺/Zn) = – 0.763 В и E° (Cd²⁺/Cd) = – 0.403 В.

332. Вычислить энергию Гиббса и константу равновесия реакции в водном растворе 2Fe³⁺ + Sn²⁺ ƒ 2Fe²⁺ + Sn⁴⁺ при 25 °С, зная стандартные потенциалы E° (Fe³⁺/Fe²⁺) = 0.771 В и E° (Sn⁴⁺/Sn²⁺) = 0.15 В

333. Для реакции комплексообразования в водном растворе Cd²⁺ + 4NH₃ ƒ Cd(NH₃)₄²⁺ вычислить константу равновесия и энергию Гиббса на основании следующих стандартных потенциалов:

Cd²⁺ + 2e^– ƒ Cd E° = –0.40 В

Cd(NH₃)₄²⁺ + 2e^– ƒ Cd + 4NH₃ E° = –0.61 В

334. Чему равны энергия Гиббса и константа равновесия Fe + 2Fe³⁺ ƒ 3Fe²⁺ в водном растворе, если известны стандартные электродные потенциалы E° (Fe³⁺/Fe²⁺) = 0.771 В и E° (Fe²⁺/Fe) = -0.440 В.

 

Тема: химическая кинетика

 

401. Разложение N₂О₅ является реакцией первого порядка, константа скоро­сти которой равна 2.7×10^–3 мин^–1 при 300 К. Определить, сколько N₂O₅ разложится за 120 минут при этой температуре (в % от начальной концентрации).

402. При 552.3 К константа скорости разложения SO₂Cl₂ равна 6.09×10^–5 мин^–1. Вычислить предэкспоненциальный множитель и константу скорости при 600 К, если известна энергия активации 210 кДж/моль.

403. В некоторой мономолекулярной реакции концентрация реагента уменьшается на половину за 1084 с. Сколько времени (в часах) необходимо для превращения 9/10 частей первоначального количества?

404. Образец молока скисает в 40 раз быстрее при 25 °С, чем при 4 °С. Определить энергию активации процесса скисания.

405. Энергия активации реакции H + CH₄ ® H₂ + CH₃ равна 49.8 кДж/моль. Вычислить энергию активации обратной реакции, зная стандартные энтальпии образования (кДж/моль) 218.0 водорода Н, –74.8 метана СН₄, и 139.5 радикала СН₃.

406. При равных начальных концентрациях щелочи и сложного эфира 0.010 моль/л, 20 % имеющегося эфира омыляется за 10 минут. Чему равна концентрация образующегося спирта через 30 минут после начала реакции, если известно, что реакция имеет первый порядок по каждому из реагентов?

407. Константа скорости реакции в газовой фазе 2NO₂ ® 2NO + O₂ равна 1.54 л/(моль·с) при 600 К и 6.31 л/(моль·с) при 640 К. Вычислить константу скорости этой реакции при 620 К и определить, сколько диоксида азота прореагирует через 60 секунд, если его начальная концентрация равна 2.00 моль/л.

408. При некоторой температуре сахароза гидролизуется в растворе на 33.0 % в течение 29.8 мин. Через сколько времени (от начала реакции) реакция пройдёт на 80.0 %, если известно, что она первого порядка?

409. Для газофазной реакция окисления N + О₂ ® NO + O найдены следующие значения константы скорости [см³×моль^–1×с^–1]: 1.63×10¹⁰ при 586 К и 1.77×10¹¹ при 910 К. Определить энергию активации и предэкспоненциальный коэффициент.

410. Для некоторой реакции установлено, что при изменении начальной концентрации реагента от 0.502 до 1.007 моль/л и сохранении других условий постоянными время полупревращения уменьшается от 51 до 26 с. Чему равен кинетический порядок (по данному реагенту) и чему равна константа скорости?

411. Во сколько раз возрастет скорость реакции при повышении температуры от 25 до 100 °С, если энергия активации равна 126 кДж/моль?

412. В водном растворе при 13 °С реакция NH₄NCO ® CO(NH₂)₂ проходит на 50% за 22.58 часа при начальной концентрации 0.101 моль/л и за 45.17 часа при начальной концентрации 0.05005 моль/л. Вычислить кинетический порядок по цианату аммония NH₄NCO и константу скорости (в расчете на секунду времени).

413. Для реакции 2NOBr ® 2NO + Br₂ известны константы скорости 0.321 и 1.117 л моль^–1 с^–1 при 273 и 287 К, соответственно. Вычислить коэффициенты уравнения Аррениуса.

414. Для реакции 2О₃ ® 3О₂ известны константы скорости второго порядка 0.450 и 51.2 л моль^–1 с^–1 при 383 и 439 К, соответственно. Вычислить 1) коэффициенты уравнения Аррениуса, 2) время (в часах), за которое прореагирует 90.0 % озона при температуре 350 К и начальной концентрации 9.19×10^–3 моль/л.

415. При исследовании газофазной реакции 2О₃ ® 3О₂ в некоторый момент времени найдена скорость изменения концентрации озона –d[O₃]/d t = 1.5×10^–2 моль л^–1 с^–1. Чему равна скорость реакции v в этот момент? Чему равна скорость изменения концентрации кислорода d[O₂]/d t в этот момент?

416. Константа скорости (л² моль^–2 с^–1) газофазной реакции третьего порядка 2NO + Br₂ ® 2NOBr равна 2.12×10³ при 265.2 К и 2.68×10³ при 288.0 К. Вычислить по этим данным коэффициенты уравнения Аррениуса и константу скорости при 273 К.

417. Скорость изменения концентрации аммиака d[NH₃]/d t в реакции N₂ + 3H₂ ® 2NH₃ в некоторый момент равна 0.10 моль/(л·с). Чему равна 1) скорость изменения концентрации азота –d[N₂]/d t, 2) скорость изменения концентрации водорода –d[Н₂]/d t, 3) скорость реакции v?

418. При 25 °С константа скорости реакции второго порядка в растворе между анионом с зарядом Z = –1 и ионом с неизвестным зарядом имеет следующие значения при двух ионным силах: 1.763×10^–3 дм³/(моль·с) при I = 0.01 моль/дм³ и 1.40×10^–3 дм³/(моль·с) при I = 0.0025 моль/дм³. Определить заряд второго иона и константу скорости при нулевой ионной силе. (Заряд следует округлить до целого числа).

419. Простая реакция в растворе вида (А⁺ + В^2– ® продукты) имеет константу скорости 2.8 ×10^–4 дм³/(моль·с) при 25 °С и ионной силе 0.001 моль/дм³. С помощью уравнения Брёнстеда определить константу скорости при нулевой ионной силе.

420. Реакция окисления бромид иона пероксидом водорода в водной среде является сложной. Она следует стехиометрическому уравнению 2Br^– + H₂O₂ + 2H⁺ ® Br₂ + 2H₂O и кинетическому уравнению v = k [H₂O₂][Br^–][H⁺]. 1) Если в некоторый момент времени скорость уменьшения концентрации Br^– равна 7.2×10^–3 моль/(дм³с), чему равна скорость уменьшения концентрации Н₂О₂? 2) Во сколько раз уменьшится скорость этой реакции, если реакционную смесь разбавить растворителем в 2 раза?

421. Газофазная реакция 2NO + Cl₂ ® 2NOCl имеет второй порядок по NO и первый по Cl₂. Когда в реактор ёмкостью 2 дм³ внесли 5 молей NO и 2 моля Cl₂, начальная скорость реакции оказалась 2.22×10^–3 моль дм^–3 с^–1. Какой будет скорость, когда прореагирует половина внесённого хлора?

422. Газофазная реакция N₂O₅ ® 2NO₂ + ½O₂ изучена со следующими результатами:

T, К	273.1	293.1	308.1	318.1	328.1	338.1
k, с^–1	7.87×10^–7	1.76×10^–5	1.35×10^–4	4.98×10^–4	1.50×10^–3	4.87×10^–3

Определить коэффициенты уравнения Аррениуса.

423. Реакцию омыления этилацетата избытком гидроксида натрия в водной среде изучали при постоянной температуре. Для определения текущей концентрации щелочи, из реакционной смеси отбирали пробы объёмом 100 см³ и титровали их раствором 0.0430 моль/л НСl. В таблице ниже приведена зависимость объёма раствора кислоты, V, пошедшего на титрование пробы, от времени реакции. Определить по этим данным константу скорости, зная, что реакция имеет второй порядок: первый по этилацетату и первый по ОН^– ионам.

 

t, мин		4.89	10.37	28.18	¥
V, см^3	62.0	50.6	42.4	29.4	14.9

 

424. По следующим ниже данным определить коэффициенты уравнения Аррениуса для реакции второго порядка 2HI ® H₂ + I₂ графическим методом. Вычислить константу скорости при 374 °С и концентрацию иодида водорода через 68 минут после начала реакции при этой температуре (начальная концентрация иодида водорода равна 2.58 моль/л)

T, К
k, л моль^–1 с^–1	3.52×10^–7	3.02×10^–5	2.19×10^–4	1.16×10^–3	2.50×10^–3	3.95×10^–2

 

425. В результате растворения в воде, цианат аммония превращается в мочевину, NH₄NCO ® CO(NH₂)₂. Определить кинетический порядок, константу скорости и начальную концентрацию NH₄NCO по следующим данным (С – текущая концентрация NH₄NCO; t – время после приготовления раствора):

t, час
С, моль/л	0.186	0.176	0.151	0.122	0.089	0.0570

 

426. Константа скорости реакции второго порядка 2О₃ ® 3О₂ равна 0.450 л моль^–1 с^–1 при 383 К. Вычислить время превращения О₃ на 50%, 70%, 80% и 90 % и постройте по этим результатам кинетические кривые (зависимость концентрации от времени реакции) для О₃ и О₂ при начальной концентрации озона 2.00 ммоль/л и кислорода 0 моль/л.

427. Константа скорости реакции пиридина с метил иодидом C₅H₅N + CH₃I ® C₅H₅NCH₃I (в тетрахлорэтане) определена для четырёх температур:

J, °С	19.9	29.9	39.9	50.0
k ×10^–2, л моль^–1 мин^–1	0.713	1.50	3.05	5.89

Определить коэффициенты уравнения Аррениуса.

428. Для реакции в водном растворе (CH₃)₃CBr + H₂O ® (CH₃)₃COH + H⁺ + Br^– получены следующие данные при 298 К:

t, час	1.389	5.56	11.11	16.67	27.78	41.67
[(CH3)3CBr], моль/л	0.0380	0.0308	0.0233	0.0176	0.0100	0.00502

Определить по этим данным 1) порядок реакции по (CH₃)₃CBr, 2) константу скорости, 3) начальную концентрацию (CH₃)₃CBr.

429. Константа скорости реакции первого порядка разложения ацетондикарбоновой кислоты OC(CH₂COOH)₂ в водном растворе зависит от температуры следующим образом:

J, °С
k ×10^5, с^–1	2.46	47.5

Вычислить коэффициенты уравнения Аррениуса.

430. Гипохлорит-ион в щелочном водном растворе разлагается по стехиометрическому уравнению . Определить порядок реакции по гипохлорит-иону по следующим данным, полученным при начальной концентрации ClO^– 0.0127 моль/дм³ и избытке щелочи (0.26 моль/дм³ ОН^–):

t, час	0.278	0.833	2.778	5.556	11.111	27.778
[ClO^–], моль/ дм^3	0.0122	0.0113	0.0089	0.0069	0.0047	0.0024

 

431. В следующей таблице приводится текущая концентрация гексафенил этана [(C₆H₅)₃C]₂ при его разложении в смеси 95% толуола + 5% анилина при 0 °С:

t, мин	0.50	2.20	5.50	7.85	9.45	14.75
С, моль/л	0.0934	0.0733	0.0465	0.0334	0.0265	0.0134

Определить кинетический порядок, константу скорости и начальную концентрацию реагента.

432. Следующие ниже данные показывают долю остающейся (не прореагировавшей) сахарозы от начальной концентрации как функцию времени реакции при её гидролизе в водном растворе 0.099 моль/л HCl (катализатор) при 35 °С:

t, мин	9.82	59.60	93.18	142.9	294.8	589.4
С / С 0	0.965	0.803	0.710	0.591	0.328	0.111

Чему равен кинетический порядок по сахарозе и константа скорости?

433. Определить константу Михиэлиса и число обращения фермента a-химотрипсина в реакции гидролиза метилового эфира N-ацетил-L-валина по следующим данным, полученным при начальной концентрации фермента 38 мкмоль/л при 25 °С в растворе 0.1 моль/л KCl ([S]₀ - начальная концентрация субстрата, v ₀ - начальная скорость гидролиза):

[S]0, моль/л	0.200	0.124	0.091	0.071	0.060
v 0×10^6, моль/(л·с)	4.57	3.83	3.31	2.93	2.67

434. Для гидролиза метилового эфира N-бензоил-L-аминомасляной кислоты под действием фермента a-химотрипсина с начальной концентрацией 2.16 мкмоль/л при 25 °С в растворе 0.1 моль/л KCl получены следующие результаты:

[S]0, ммоль/л	2.24	1.49	1.12	0.90	0.75
v 0×10^6, моль/(л·с)	0.425	0.360	0.312	0.271	0.245

где [S]₀ - начальная концентрация субстрата, v ₀ - начальная скорость гидролиза. Определить коэффициенты уравнения Михаэлиса-Ментена.

435. В следующей таблице приведена зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата [S]:

[S], ммоль/дм^3	0.40	0.60	1.00	1.50	2.00	3.00	4.00	5.00	10.0
v, у.е.*	2.41	3.33	4.78	6.17	7.41	8.70	9.52	10.5	12.5

*условные единицы измерения

Определить константу Михаэлиса графическим методом.

436. Следующие ниже данные получены для гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) под действием фермента миозина при 25 °С и рН 7.0

[АТФ] ×10^3, моль дм^–3	0.075	0.125	0.20	0.325	0.625	1.55	3.20
v ×10^6, моль дм^–3 с^–1	0.067	0.095	0.119	0.149	0.185	0.191	0.195

Определить константу Михаэлиса и предельную скорость катализа графически.