Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии ставрополь 2005 удк 546(07. 07) Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии. / В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко и др

Скачать 3.96 Mb.

Название	Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии ставрополь 2005 удк 546(07. 07) Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии. / В. И. Гончаров, Л. И. Еременко, Т. А. Милащенко и др
страница	5/17
Дата публикации	11.11.2014
Размер	3.96 Mb.
Тип	Учебно-методическое пособие

100-bal.ru > Химия > Учебно-методическое пособие

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 17

Условие задачи № 5

Для реакции:

2 (г) 2 (г) ^ (г) 3 (ж)

AG°= -31,52 кДж/моль.

Рассчитайте константу равновесия этой реакции. Является ли она обратимой в стандартном состоянии при 298 К? Эталон решения:

В соответствии с уравнением изотермы Вант-Гоффа К=е -^AG°^/^RT₅ определим значение константы равновесия

j£__e-(-31520)/8,31-298 —g 12,7 — 3 4 . |Q5

Реакция является практически необратимой, так как К > 10⁵.

Условие задачи № 6

Не производя вычислений, определить знак изменения энтропии в следующих реакциях:

а) ЗН_2(г)+М_2(г)=2ЫНз_(г)

б) NH₄N0_3(Kp)=N₂0_(r)+2H₂0_(r)

в) 2Н_2(г)+0_2(г)=2Н₂0_(г)Эталон решения:

а) в реакции а) из 4 моль газообразных веществ Н₂ и N₂ образуется лишь

моль газообразного NH₃, число молей уменьшается, A S < 0.

б) в реакции б) из 1 моль кристаллического вещества NH₄N0₃ образуется

моль газообразных веществ N₂0 и Н₂0, и поэтому энтропия возрастает, AS>0.

в) в реакции в) из 3 моль газообразных веществ образуется 2 моль паров
воды, число молей газообразных веществ уменьшается, поэтому энтропия умень-
шается, AS<0.

Условие задачи № 7

Для каких случаев AG° = 0, AG°<0, AG°>0 величины констант равновесия

К <1,К >1 иК =0?

р ⁵ р р

Эталон решения:

Для анализа используем уравнение изотермы Вант-Гоффа:

AG°= -RTln К; K = e"^AG°^/RT

При AG°<0, величина К>1, равновесие смещено вправо, реакция протекает самопроизвольно.

При AG°>0, величина К<1, равновесие смещено влево, реакция практически не протекает.

При AG°=0, К=1- состояние химического равновесия.

Условие задачи № 8

Учитывая суммарное влияние энтальпийного и энтропийного факторов дать заключение, при каких температурных условиях необходимо проводить следующие реакции:

а) С, ,+2Н ₍ =СН , ■ АН°=-74,8кДж

⁷ (тв) 2 (г) 4 (г)⁵ ⁵

б) 2С_(тв)+2Н_2(г)= СД_(г); АН° = 53,3 кДж

в) 2СН_4(г)=С₂Н_2(г)+ЗН_2(г); АН° = 376,5 кДж

г) 2С₃Н_6(г)+90_2(г)=6С0_2(г)+6Н₂0_(г);АН° = -3893,4кДж.
Эталон решения:

Реакции а) и б) идут с уменьшением энтропии AS<0, т. е. количество молей газа в продуктах меньше, чем в исходных веществах. Согласно выражению AG = AH-TAS, знак изменения AG для реакции а) зависит от абсолютных величин АН и TAS. При низкой температуре |АН|> |TAS|, следовательно AG<0 и значит, реакцию а) необходимо проводить при низкой температуре.

Для реакции б) АН>0 и при любой температуре AG>0, т. е. процесс самопроизвольно не протекает.

Реакция в) идёт с увеличением энтропии A S > 0, т. к. количество молей газа в продуктах реакции больше, чем в исходной смеси. Реакция в) является эндотермической, АН>0, поэтому при высокой температуре |AH|<|TAS| и AG<0. Следовательно, реакцию нужно проводить при высокой температуре, т. к. процесс пойдет самопроизвольно.

В реакции г) AH<0, AS>0, поэтому AG<0, процесс идет самопроизвольно при любой температуре.

5. Задачи для самостоятельного решения

1. Определить энтальпию реакции: СНОП +30, =2СО,„+ЗНА ^

Т 5 (ж) 2 (г) 2 (г) 2 (ж)⁵

если известны стандартные энтальпии образования веществ: АН°(С₂Н₅ОН_(ж)) = - 278 кДж/моль АН°(С0_2(г)) = - 394 кДж/моль АН°(Н₂0_(ж)) = -286 кДж/моль.

2. Рассчитать энтальпию образования этана из энтальпии реакции:
2СД_(г)+70_2(г)= 4С0_2(г) + 6Н₂0_(ж ■ АН°= - 3119 кДж

и стандартных энтальпий образования веществ:

АН°(С0_2(г)) = -394 кДж/моль и АН°(Н₂0_(ж)) = -286 кДж/моль.

Определить энтальпию реакции этерификации уксусной кислоты этиловым спиртом:

СН₃СООН _(ж)+СДОН _(ж) = СН3СООСД _(ж) +н₂о _(ж), если известны стандартные энтальпии сгорания веществ: АН⁰ (CRCOOH, 0 = -872 кДж/моль

сгорЛ 3 (ж)-⁷

АН⁰ (СИОН, Л = -1370 кДж/моль

сгорЛ 2 5 (ж)-⁷

АН⁰ (CRCOOCJL, Л = -1801 кДж/моль.

сгорЛ 3 2 5 (ж)-⁷

Определить энтальпию реакции этерификации щавелевой кислоты метиловым спиртом:

RCA„+2CROH, = (COOCbiV ^2НХ>, „

2 2 4 (т) 3 (ж) ^v у! (ж) 2 (ж)⁵

если известны стандартные энтальпии сгорания веществ: АН⁰ (НС О ,,) =- 246 кДж/моль

сгорЛ 2 2 4 (т)-⁷

АН⁰ (CROH, Л = -226 кДж/моль

сгорЛ 3 (ж)-⁷

АН°_сгор [(СООСН₃)_2(ж)] = -1334 кДж/моль.

Определить стандартную энтальпию образования этилового спирта, если энтальпия сгорания углерода, водорода и этилового спирта соответственно равны: - 394, -286 и-1379 кДж/моль.

Определить энтальпию образования глицерина из энтальпии реакции: 2СДД, ,+70 =6СО,„+8НА ^

3 8 3 (ж) 2 (г) 2 (г) 2 (ж)

и стандартных энтальпий образования веществ:

АН°(С0_2(г)) = -394 кДж/моль; АН°(Н₂0_(ж)) = -286 кДж/моль.

В какую сторону сместится равновесие обратимой реакции: SnCl₂+2FeCl₃D; SnCl₄+2FeCl₂, протекающей в растворе при увеличении:

а) концентрации хлорида олова (II);

б) концентрации хлорида олова (IV)?

Как изменится энтропия в следующих реакциях:

а) 2C₍^_m)+0_2(r)=2CO_(r)

б) CS_2W+30_2(r)=C0_2(r)+2S0_2(r)

в) 2СН_4(г)=С₂Н_2(г)+ЗН_2(г)

г) А1, , + Sb, =AlSb, ?

^у (тв) (тв) (тв)

9. Рассчитать изменение энергии Гиббса и определить направление реакции
при стандартных условиях:

2NO„+0 =2N(X„

(г) 2 (г) 2 (г)

Стандартные энергии Гиббса образования веществ: AG°(NO₍_r₎) = 87 кДж/моль и AG°(N0₂₍_r₎) = 52 кДж/моль.

Какой фактор определяет направление протекания прямого процесса? Возможен ли обратимый процесс для реакции:

ЗС₂Н_2(г)=С₆Н_6(г);АН° = -595 кДж?

Возможен ли прямой процесс для реакции:

2С, _А =2СО, ■ АН° = 173кДж; АО°=130кДж?

(графит) 2 (г) (г)⁵ ⁵

Какой фактор определяет направление протекания прямого процесса?

Определить знак изменения энтропии реакции: 2СаС„ ,+50₉, =4С(Х„+2СаО, -АН°<0.

2(тв) 2(г) 2 (г) (тв)⁵

При какой температуре необходимо проводить прямой процесс? Какой фактор определяет протекание прямого процесса?

Какой фактор определяет протекание прямого процесса для реакции: С₂Н₅ОН_(ж)= С₂Н_2(г)+Н₂0_(ж); ДН° = 44 кДж?

При какой температуре необходимо проводить обратный процесс?

Рассчитать константу равновесия процесса при 298 К: НАДН+Н⁺ = НАД⁺+Н₂; АС⁰¹=18_?1кДж.

НАД⁺ и НАДН - окисленная и восстановленная формы никотинамидаде-нин динуклеоти да.

В какую сторону сместится равновесие СО_(г)+Н₂0_(г)ЦС0_2(г)+Н_2(г); ^АН°=⁴³ *Д^ж:

а) при уменьшении концентрации воды;

б) при увеличении температуры;

в) при уменьшении давления?

16. В какую сторону сместится равновесие при изменении температуры и
давления в следующих системах:

^а) ^N2₍_r₎ + °2_(Г) Ч 2NO₍_r₎; АН° = 180,7 кДж

б) С_(1В) + 0_2(г) Ц С0_2(г) + Н_2(г); АН°= -393,5 кДж

в) СН₃СНО _(ж) + 1/2 0_2(г) Ц СН₃СООН _(ж); АН° = - 237 кДж

г) N₂₍_r₎ + ЗН_2(г) Ц 2NH₃₍_r₎; АН°= - 92 кДж

д) 0_2(г) + 1/2 0_2(г) Ц 0_3(г); АН°= 142 кДж

е) Н_2(г) + 1/2 0_2(г) Ц Н₂0_(ж); АН° = -286 кДж?

6. Вопросы и задания для самоконтроля

Сформулировать и применить первое и второе начала термодинамики к различным физическим и химическим процессам, протекающим в организме.
Охарактеризовать следующие понятия и объяснить взаимосвязь между ними:

а) открытая, закрытая, изолированная система;

б) внутренняя энергия, работа, теплота, энтальпия, энергия Гиббса, энтропия.

Привести примеры изобарных, изохорных, изотермических процессов.
Показать на примере произвольно выбранной реакции два способа расчета стандартной энтальпии реакции.
Что понимается в термодинамике под стандартным состоянием?
В каком направлении протекают реальные природные процессы?
Дать понятие обратимым и необратимым процессам в применении к живой природе и к организму человека.
С помощью второго начала термодинамики определить возможность прогнозирования направления самопроизвольного протекания процессов в организме и глубины химических превращений в зависимости от условий.
Сформировать закон действующих масс для химического равновесия.

С помощью закона действующих масс и принципа Ле Шателье определить возможность прогнозирования смещения физических и химических равновесий при изменении условий.
Объяснить принцип энергетического сопряжения на примере реакций, протекающих в организме.
Дать понятие гомеостазу с точки зрения химической термодинамики.
Что подразумевается под понятием - стационарное состояние организма?

IV. Лабораторное занятие № 4 1. Задание к занятию № 4 Тема: Химическая кинетика

Цель: Сформировать у студентов теоретические представления о химической кинетике как основе для изучения скоростей и механизма химических процессов. 2. Основные вопросы:

Скорость гомогенных химических реакций и методы ее измерения.
Закон действующих масс (ЗДМ) для скорости реакции. Константа скорости.
Зависимость скорости от концентрации вещества и температуры. Температурный коэффициент скорости реакции и его особенности для биохимических процессов.
Природа энергии активации, понятие энергетического барьера реакции. Уравнение Аррениуса.

Лабораторная работа:

3.1. Определение константы скорости и порядка реакции.

Библиографический список:

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учеб. для мед. спец. вузов. /Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд и др. Под ред. Ю. А. Ершова - М.: Высшая школа, 2003.

2. Основные теоретические положения

При изучении кинетики - учения о скорости химических реакций - наглядна важность этого раздела в курсе биофизической химии. Как известно, химические реакции могут протекать с самыми различными скоростями. Некоторые реакции, сопровождающиеся взрывом, заканчиваются в тысячные доли секунды, другие же совершаются в течение минут, часов или даже многих лет, например, геофизические процессы в земной коре.

В организме человека протекают тысячи ферментативных реакций, проходящих в живой клетке. Однако в многостадийной цепи процессов достаточно велика разница между скоростями отдельных реакций. Так, синтезу в клетке молекул белка предшествует, по крайней мере, еще две стадии: синтез транспортной РНК и синтез рибосом. Но время, за которое удваивается концентрация молекул т-РНК, составляет 1,7 мин., молекулы белка - 17 мин., а рибосом - 170 мин. Скорость суммарного процесса медленной (лимитирующей) стадии, в нашем примере - скорость синтеза рибосом. Наличие лимитирующей реакции обеспечивает высокую надежность и гибкость управления тысячами

реакций, происходящих в клетке. Достаточно держать под наблюдением и регулировать лишь наиболее медленные из них. Такой способ регулирования скорости многостадийного синтеза носит название принципа минимума. Он позволяет существенно упростить и сделать более надежной систему авторегулирования в клетке.

Для наиболее простых по кинетике гомогенных реакций опыт показывает, что при постоянной температуре скорость реакций прямо пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам. Это основной закон химической кинетики, основывающийся на законе действия масс.

В математической форме в применении, например, к реакции: СН₃СООС₂Н₅ + NaOH = CH₃COONa + С₂Н₅ОН он выражается в виде: -V = к • С(СН₃СООС₂Н₅) • C(NaOH).

Коэффициент пропорциональности к для каждой данной реакции при постоянной температуре является величиной постоянной и независящей от концентрации веществ; он называется константой скорости реакции. Размерность его выражается в с"¹, мин"¹ и т. д. Константа скорости численно равна скорости реакции, когда все концентрации исходных веществ или их произведение равны 1 моль/(л*с).

При рассмотрении кинетики химические реакции разделяют по признакам молекулярности и порядка.

Молекулярность реакции определяется числом молекул, вступающих в химическое взаимодействие в элементарном акте реакции. По этому признаку реакции разделяются на мономолекулярные, бимолекулярные и тримолекулярные.

Тогда реакции типа А —> В будут являться мономолекулярными, например:

а) С₁₆Н₃₄ (t°C) —> C_gH₁₈ + С₈Н₁₆ - реакция крекинга углеводородов;

б) CaC0₃ (t°C) —> СаО + С0₂ - термическое разложение карбоната кальция.
Реакции типа А + В —> С или 2А —> С - являются бимолекулярными, например:
а) С + 0₂ -> С0₂; б) 2Н₂0₂ -> 2Н₂0 + 0₂ и т. д.

Тримолекулярные реакции описываются общими уравнениями типа:

а) А + В + С Д; б) 2А + В Д; в) 3А Д.

Например: а) 2Н₂ + 0₂ 2Н₂0; б) 2NO + Н₂ N₂0 + Н₂0.

Скорость реакций в зависимости от молекулярности будет выражаться уравнениями: а) V = к • С_А - для мономолекулярной реакции; б) V = к • С_А • С_в или в) V = к • С ²_А - для бимолекулярной реакции; г) V = к • С • С_в • С _э д) V = к • С²_А • С_в или е) V = k • С³_А- для тримолекулярной реакции.

Реакции более высокой молекулярности практически неизвестны. В тех случаях, когда в реакции принимает участие большее число молекул, процесс практически проходит через несколько последовательно протекающих стадий, в каждой из которых взаимодействие осуществляется при столкновении двух или редко трех молекул.

Таким образом, любую сложную реакцию можно рассматривать как совокупность ряда последовательно протекающих относительно простых реакций.

Нередко молекулярность реакции трудно установить, поэтому используют более формальный признак - порядок химической реакции.

Порядок реакции равен сумме показателей степеней концентраций в уравнении, выражающем зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ (кинетическом уравнении).

Порядок реакции чаще всего не совпадает с молекулярностью ввиду того, что механизм реакции, т. е. "элементарный акт" реакции (см. определение признака молекулярности), трудно установить.

Рассмотрим ряд примеров, иллюстрирующих указанное положение.

Скорость растворения кристаллов описывается уравнениями кинетики нулевого порядка, несмотря на мономолекулярность реакции: AgCl₍_TB₎ —> Ag⁺ + CI", V = k • C(AgCl₍_TB p = k'C(AgCl₍_ra_}) - p - плотности и является постоянной величиной, т. е. скорость растворения не зависит от количества (концентрации) растворяемого вещества.
Реакция гидролиза сахарозы: СО + Н₂0 —> С₆Н₁₂0₆(глюкоза) + С₆Н₁₂0₆(фруктоза) является бимолекулярной реакцией, но ее кинетика описывается кинетическим уравнением первого порядка: V=k*C_cax, так как в условиях опытов, в том числе и в организме, концентрация воды есть величина постоянная С(Н₂0) - const.
Реакция разложения водородпероксида, протекающая с участием катализаторов, как неорганических ионов Fe³⁺, Cu²⁺ металлической платины, так и биологических - ферментов, например каталазы, имеет общий вид:

2Н₂0₂ —> 2Н₂0 + О _э т. е. является бимолекулярной.

Однако скорость реакции описывается уравнением кинетики первого порядка по отношению к водородпероксиду.

Как показано рядом исследований, уравнение показывает только конечный результат, однако, сама реакция протекает в ряд последовательных стадий, главные из которых: а) НД + кат. <=> [НД • кат.]; б) [Н₂0₂ • кат] ->Н₂ + 0₂; в) 2НД ->ЩО + 0₂.

Так как кинетика процесса, состоящего из ряда последовательных стадий, определяется медленной стадией (реакцией), то в разбираемой нами реакции таковой является стадия (б), кинетика которой описывается уравнением первого порядка.

Реакция синтеза воды из элементов: 2Н₂ + 0₂ —> 2Н₂0 - тримолекулярная реакция, протекающая по цепному механизму. Однако кинетика этой реакции описывается уравнением кинетики второго порядка, т. е. V = к • С(Н^) • С(0 ).

Для доказательства этого положения требуется рассмотреть механизм этой цепной реакции, активируемой светом, искрой, тепловым ударом и т. д.

Первой стадией процесса является активация, например, светом, молекул 0₂или Н₂: 0₂ (hv) —> 0₂*; Н₂ (hv) —> Н₂*, которые далее вступают в реакции с молекулярным кислородом и водородом, образуя свободные радикалы, возбужденные

молекулы и атомы: а) О/ + Н₂ -> 20Н'; б) Н₂* + 0₂ -> 20Н'; в) ОН' + Н₂ -> Н₂0 + Н"; г) Н₂* + О■ ОН' + Н"; д) О' + Н₂ ОН' + Н"; е) Н" + ОН' Н₂0 и т. д. Если же обратить внимание на любую из описанных стадий рассматриваемого процесса, то можно увидеть, что с точки зрения кинетики это будут реакции, описываемые уравнениями кинетики второго порядка. Тогда и весь процесс будет описываться кинетическим уравнением второго порядка.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 17

	Практикум по общей химии Москва 2013г Лабораторный практикум по общей химии Методическое пособие предназначено, в первую очередь, для студентов факультета инженерной механики, изучающих курс общей химии в...		Лабораторная работа эффект Мёссбауэра Зеленодольск 2007 Печатается... Методическое пособие предназначено для студентов третьего курса физико-математического факультета Зеленодольского филиала кгу, специализирующихся...
	Методическое пособие для студентов геолого-географического факультета... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко		Методическое пособие по курсу «Картография» для студентов специальностей... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...
	Лекция 8 Географические атласы Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко		В. Т. Жуков социально-экономическая картография Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко
	Методическое пособие к теме "диаграмма состояния железо-углерод"... Методическое пособие разработано кандидатами химических наук, доцентами кафедры общей и неорганической химии С. Н. Свирской и И....		Лабораторная работа №1 Шатило С. П., Ковалев А. Ю. Методическое руководство к лабораторным работам по курсу «Технология конструкционных материалов»
	Учебно-методическое пособие для студентов специальность 050144 Дошкольное... Данное учебно-методическое пособие адресовано студентам педагогического колледжа и имеет цель оказать помощь в подготовке к зачету...		Учебно-методическое пособие Тольятти 2011 удк ббк ахметжанова Г.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов магистров, обучающихся на педагогическом факультете тгу по направлению «Педагогика»....
	Методическое пособие для самостоятельной работы студентов по подготовке... Методическое пособие для самостоятельной работы для студентов по подготовке к контрольным и курсовым работам и рейтинг программа...		2 Естественные науки (естествознание) 20. 1 Человек и окружающая... Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...
	Тема: «Форма и размеры Земли. Движение Земли. Смена дня и ночи» Учебно-методическое пособие разработано доцентом кафедры общей географии, краеведения и туризма В. Г. Еременко, доцентом кафедры...		Учебно-методическое пособие Красноярск сфу 2012 удк 504. 004. 4 (07) ббк 28. 0я73 Экологическая информатика: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. М. А. Субботин. – Красноярск: Сиб федер ун-т, 2012. – 9 с
	Учебно-методическое пособие самара 2005 удк 657 Рецензенты Учебное пособие предназначено для студентов заочного отделения Международного института рынка, обучающихся по специальности «Финансы...		Учебно-методическое пособие / О. Н. Углицких, И. И. Глотова, Е. П.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 080300. 68 «Финансы и кредит» очной...

Похожие: